CN108169552A - 基于隧道型磁电阻的直流电能表和直流电能计量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于隧道型磁电阻的直流电能表和直流电能计量装置，包括：采样模块用于根据空间磁场的变化检测通过铜排的电流大小，进行直流电流的采样，并根据直流电流输出电压信号；电压采样模块用于对铜排进行电压采样，得到电压采样信号；电流采样模块用于将采样模块采集的电流信号转化为电压信号，并将电压信号作为电流采样信号；计量模块用于将电压采样信号和电流采样信号分别进行模数转换，得到电压值和电流值，根据电压值和电流值，得到功率值，以及将功率值以脉冲的形式输出，得到电能量；数据处理模块用于将电能量进行累加，得到电量的累加值，可以使电流流过直流电能表的电流端子可以直接采用黄铜端片作为电流导线，阻值小，发热量小。

Description

基于隧道型磁电阻的直流电能表和直流电能计量装置

技术领域

本发明涉及电能表技术领域，尤其是涉及基于隧道型磁电阻的直流电能表和直流电能计量装置。

背景技术

在直流充电桩和光伏等行业的电能计量主要依靠直流电能表来进行计量，具体如下图1所示，包括直流电能表、电流采样线、电压采样线和分流器，电流采样线将采集的电流信号通过分流器转换为直流电能表可以采样的毫伏及的电压信号，电压采样线将电压信号接入直流电能表进行电阻分压，从而降至可以采样的毫伏级信号，再将电压信号和电流信号输入到直流电能表中。

在图1中，直流电能表与分流器分别安装，电流采样线和电压采样线较长，容易受现场电磁干扰影响导致整体误差偏差。如果将分流器集成在直流电能表内，分流器在大电流时的发热量很大，例如200A/75mV规格的分流器，在施加200A时功率达到15W，300A/75mV规格的分流器更会达到22.5W，安装在表内会导致整个直流电能表功耗很大，温升达到50K以上，且工作温度范围大大增加，这样会对直流电能表内部工作电路的工作温度范围要求较高，而技术上较难实现。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供基于隧道型磁电阻的直流电能表和直流电能计量装置，可以采用隧道型磁电阻技术，将电流采样方式改为非接触式采样，并将采样模块集成在直流电能表内，从而使电流流过直流电能表的电流端子可以直接采用黄铜端片作为电流导线，阻值小，发热量小。

第一方面，本发明实施例提供了基于隧道型磁电阻的直流电能表，包括：采样模块和电路模块，其中，所述电路模块包括电压采样模块、电流采样模块、计量模块和数据处理模块；

所述电压采样模块和所述电流采样模块分别与所述计量模块相连接，所述计量模块与所述数据处理模块相连接，所述电流采样模块与所述采样模块相连接；

所述采样模块，用于根据空间磁场的变化检测通过铜排的电流大小，进行直流电流的采样，并根据所述直流电流输出电压信号；

所述电压采样模块，用于对所述铜排进行电压采样，得到电压采样信号；

所述电流采样模块，用于将所述采样模块采集的电流信号转化为电压信号，并将所述电压信号作为电流采样信号；

所述计量模块，用于将所述电压采样信号和所述电流采样信号分别进行模数转换，得到电压值和电流值，根据所述电压值和所述电流值，得到功率值，以及将所述功率值以脉冲的形式输出，得到电能量；

所述数据处理模块，用于将所述电能量进行累加，得到电量的累加值。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括端钮组合，所述铜排设置在所述端钮组合内，隧道型磁电阻桥集成在所述采样模块中。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，还包括显示模块，与所述数据处理模块相连接，用于显示所述电量的累加值。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括通讯模块，与所述数据处理模块相连接，用于通过RS485接口或远红外的方式将所述电量的累加值发送给客户端。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，还包括数据存储模块，与所述数据处理模块相连接，用于对所述电量的累加值进行存储。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，还包括安全模块，与所述数据处理模块相连接，用于对所述电量的累加值进行加密。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，还包括实时时钟模块，与所述数据处理模块相连接，用于为所述直流电能表提供实时时钟和日历。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，还包括按键/开盖检测模块，与所述数据处理模块相连接，用于在按键触发时，生成电平信号，根据所述电平信号进行显示项翻页和权限开启处理。

结合第一方面的第七种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述按键/开盖检测模块，还用于检测用户的操作，如果所述用户的操作为打开操作，则记录打开操作的事件。

第二方面，本发明实施例还提供直流电能计量装置，包括如上所述的基于隧道型磁电阻的直流电能表。

本发明实施例提供了基于隧道型磁电阻的直流电能表和直流电能计量装置，包括：采样模块用于根据空间磁场的变化检测通过铜排的电流大小，进行直流电流的采样，并根据直流电流输出电压信号；电压采样模块用于对铜排进行电压采样，得到电压采样信号；电流采样模块用于将采样模块采集的电流信号转化为电压信号，并将电压信号作为电流采样信号；计量模块用于将电压采样信号和电流采样信号分别进行模数转换，得到电压值和电流值，根据电压值和电流值，得到功率值，以及将功率值以脉冲的形式输出，得到电能量；数据处理模块用于将电能量进行累加，得到电量的累加值，可以采用隧道型磁电阻技术，将电流采样方式改为非接触式采样，并将采样模块集成在直流电能表内，从而使电流流过直流电能表的电流端子可以直接采用黄铜端片作为电流导线，阻值小，发热量小。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的分体式直流电能计量装置结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的基于隧道型磁电阻的直流电能表结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的隧道型磁电阻原理示意图；

图4为本发明实施例一提供的TMR隧道型磁电阻桥示意图；

图5为本发明实施例一提供的采样模块采样原理示意图；

图6为本发明实施例二提供的直流电能表***图之一；

图7为本发明实施例二提供的直流电能表***图之二；

图8为本发明实施例三提供的直流电能表安装结构示意图。

图标：

100-采样模块；200-电路模块；210-电压采样模块；211-电流采样模块；212-计量模块；213-数据处理模块；214-数据存储模块；215-安全模块；216-显示模块；217-通讯模块；218-光电脉冲输出模块；219-按键/开盖检测模块；220-实时时钟模块；221-电源模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为便于对本实施例进行理解，下面对本发明实施例进行详细介绍。

实施例一：

图2为本发明实施例一提供的基于隧道型磁电阻的直流电能表结构示意图。

参照图2，直流电能表包括：采样模块100和电路模块200，其中，电路模块200包括电压采样模块210、电流采样模块211、计量模块212和数据处理模块213；

电压采样模块210和电流采样模块211分别与计量模块212相连接，计量模块212与数据处理模块213相连接，电流采样模块211与采样模块100相连接；

采样模块100，用于根据空间磁场的变化检测通过铜排的电流大小，进行直流电流的采样，并根据直流电流输出电压信号；

电压采样模块210，用于对铜排进行电压采样，得到电压采样信号；

电流采样模块211，用于将采样模块100采集的电流信号转化为电压信号，并将电压信号作为电流采样信号；

计量模块212，用于将电压采样信号和电流采样信号分别进行模数转换，得到电压值和电流值，根据电压值和电流值，得到功率值，以及将功率值以脉冲的形式输出，得到电能量；

数据处理模块213，用于将电能量进行累加，得到电量的累加值。

这里，电路模块200用于实现直流电能表的计量功能，可通过上述模块来实现。

采样模块100和电路模块200均集成在直流电能表中，可以整体检定误差，改善了原分流器和直流电能表分别检定的方法；采用TMR技术进行非接触式电流采样，杜绝了传统分流器发热导致的采样误差偏大的问题；一体式安装，杜绝了分流器和直流电能表分别安装采样线长容易受现场电磁干扰影响导致误差偏差的问题；采用TMR技术进行非接触式电流采样，电流流过直流电能表的电流端子可以直接采用黄铜端片作为电流导线，阻值小，发热量小，整表温升一般小于25K，工作温度在工业级70℃即可满足要求。

进一步的，还包括端钮组合，铜排设置在端钮组合内，隧道型磁电阻桥集成在采样模块100中。

这里，采样模块100采用隧道型磁电阻原理，具体参照图3，隧道型磁电阻包括两层铁磁薄片，并且中间加一层非磁绝缘层，铁磁薄片的磁化方向可以在外磁场的控制下被独立的切换，如果极化方向平行，那么电子隧穿过绝缘层的可能性会更大，其宏观表现为电阻小；如果极化方向反平行，那么电子隧穿过绝缘层的可能性较小，其宏观表现是电阻极大。因此，这种结构可以在两种电阻状态中切换，即高阻态和低阻态。

利用该原理可以通过4个隧道型磁电阻组成如下图4所示的TMR隧道型磁电阻桥来检测电流导线表面的磁场大小，从而可以检测导线电流的大小。

通过采样模块100非接触式的贴近端钮组合中的电流铜排，通过空间磁场的变化来检测通过铜排的电流大小，从而进行直流电流的采样，采样方式可参照图5。

进一步的，还包括显示模块216，与数据处理模块213相连接，用于显示电量的累加值。

这里，显示模块216包括LCD断码液晶，可通过LCD断码液晶显示电量的累加值。另外，显示模块216还带有背光点亮的功能，可以在光线不足时看清所显示的内容。

进一步的，还包括通讯模块217，与数据处理模块213相连接，用于通过RS485接口或远红外的方式将所述电量的累加值发送给客户端。

还包括电源模块221，用于为整机提供电源。

进一步的，还包括数据存储模块214，与数据处理模块213相连接，用于对所述电量的累加值进行存储。

进一步的，还包括安全模块215，与数据处理模块213相连接，用于对电量的累加值进行加密。

进一步的，还包括实时时钟模块220，与数据处理模块213相连接，用于为所述直流电能表提供实时时钟和日历。

进一步的，还包括按键/开盖检测模块219，与数据处理模块213相连接，用于在按键触发时，生成电平信号，根据所述电平信号进行显示项翻页和权限开启处理。

这里，按键包括轮显按键和编程按键，当触发轮显按键时，会产生轮显电平信号；当触发编程按键时，会产生编程电平信号。数据处理模块分别对轮显电平信号和编程电平信号进行显示项翻页和权限开启处理。

进一步的，按键/开盖检测模块219，还用于检测用户的操作，如果所述用户的操作为打开操作，则记录打开操作的事件。

本发明实施例还提供直流电能计量装置，包括如上所述的基于隧道型磁电阻的直流电能表。

实施例二：

图6和图7为本发明实施例提供的直流电能表***图。

参照图6和图7，采样模块为基于TMR技术的磁隧道电流传感器电路板，通过底壳上的卡扣进行固定，其与端钮组合中的电流铜排相对位置固定，采样模块与电路模块通过排线进行连接，实现直流电流采样。

端钮组合为固定上下两根大电流铜排的端钮，并且与底壳连接进行安装，端钮盒采用电工胶木材料，具有耐热和阻燃特性。

底壳为整表安装的底座，所有部件均通过压接和卡口固定在底壳上。

直流电能表的表盖和上下端盖均带有铅封螺钉，生产厂家和管理使用方可对整表进行铅封。

实施例三：

图8为本发明实施例三提供的直流电能表安装结构示意图。

参照图8，电流铜排进出线通过多个螺钉直接连接在一体式直流电能表的进出线端子上，安装简单方便，在一体式直流电能表的下端盖内部有8个输出端子，两两一组，定义从左至右分别是电源、脉冲、多功能口和RS485口。

电源模块提供整机电源。脉冲为电能电脉冲输出，用于电能表的检定和校准使用；多功能口可通过软件设置定义为时钟秒输出或者时段投切信号；RS485为通讯端口，可用于采集数据或设置电能表参数。

本发明实施例所提供的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于隧道型磁电阻的直流电能表，其特征在于，包括：采样模块和电路模块，其中，所述电路模块包括电压采样模块、电流采样模块、计量模块和数据处理模块；

所述电压采样模块和所述电流采样模块分别与所述计量模块相连接，所述计量模块与所述数据处理模块相连接，所述电流采样模块与所述采样模块相连接；

所述采样模块，用于根据空间磁场的变化检测通过铜排的电流大小，进行直流电流的采样，并根据所述直流电流输出电压信号；

所述电压采样模块，用于对所述铜排进行电压采样，得到电压采样信号；

所述电流采样模块，用于将所述采样模块采集的电流信号转化为电压信号，并将所述电压信号作为电流采样信号；

所述计量模块，用于将所述电压采样信号和所述电流采样信号分别进行模数转换，得到电压值和电流值，根据所述电压值和所述电流值，得到功率值，以及将所述功率值以脉冲的形式输出，得到电能量；

所述数据处理模块，用于将所述电能量进行累加，得到电量的累加值。

2.根据权利要求1所述的基于隧道型磁电阻的直流电能表，其特征在于，还包括端钮组合，所述铜排设置在所述端钮组合内，隧道型磁电阻桥集成在所述采样模块中。

3.根据权利要求1所述的基于隧道型磁电阻的直流电能表，其特征在于，还包括显示模块，与所述数据处理模块相连接，用于显示所述电量的累加值。

4.根据权利要求1所述的基于隧道型磁电阻的直流电能表，其特征在于，还包括通讯模块，与所述数据处理模块相连接，用于通过RS485接口或远红外的方式将所述电量的累加值发送给客户端。

5.根据权利要求1所述的基于隧道型磁电阻的直流电能表，其特征在于，还包括数据存储模块，与所述数据处理模块相连接，用于对所述电量的累加值进行存储。

6.根据权利要求1所述的基于隧道型磁电阻的直流电能表，其特征在于，还包括安全模块，与所述数据处理模块相连接，用于对所述电量的累加值进行加密。

7.根据权利要求1所述的基于隧道型磁电阻的直流电能表，其特征在于，还包括实时时钟模块，与所述数据处理模块相连接，用于为所述直流电能表提供实时时钟和日历。

8.根据权利要求1所述的基于隧道型磁电阻的直流电能表，其特征在于，还包括按键/开盖检测模块，与所述数据处理模块相连接，用于在按键触发时，生成电平信号，根据所述电平信号进行显示项翻页和权限开启处理。

9.根据权利要求8所述的基于隧道型磁电阻的直流电能表，其特征在于，所述按键/开盖检测模块，还用于检测用户的操作，如果所述用户的操作为打开操作，则记录打开操作的事件。

10.一种直流电能计量装置，其特征在于，包括权利要求1至权利要求9任一项所述的基于隧道型磁电阻的直流电能表。