本實(shí)用新型涉及電路檢測領(lǐng)域，特別是涉及一種多功能三相電參數(shù)采集裝置。

背景技術(shù)：

隨著油田數(shù)字化建設(shè)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的抽油機(jī)井工況監(jiān)測包括示功圖測試、示功圖量油以及有限的示功圖井下故障診斷分類，功能范圍比較狹窄，已不能滿足抽油機(jī)井?dāng)?shù)字化改造的需求。由于示功圖測試的準(zhǔn)確性、稱重傳感器的漂移、位移與載荷的同步性等潛在問題都無從驗(yàn)證，示功圖測試的可靠性也有待研究。而抽油機(jī)電參量的采集測試在抽油機(jī)井工況分析和震動(dòng)分析方面的研究應(yīng)用已經(jīng)開始，但由于沒有合適的高速度高精度的電參采集裝置而阻礙了抽油機(jī)井?dāng)?shù)字化改造的進(jìn)一步擴(kuò)大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、采集電參種類齊全、采集速度快、采集精度高的多功能三相電參數(shù)采集裝置。

本實(shí)用新型多功能三相電參數(shù)采集裝置，其中，包括微控制器、時(shí)鐘電路、三相信號調(diào)理電路和電參采集電路，三相信號調(diào)理電路的信號接收端分別接入三相電源，三相信號調(diào)理電路的信號輸出端分別通過低通濾波電路與電參采集電路的信號接收端連接，電參采集電路的信號輸出端與微控制器的信號接收端連接，微控制器的控制信號輸出端分別與三相信號調(diào)理電路和低通濾波器電路的控制端連接，微控制器的信號接收端與時(shí)鐘電路的信號輸出端連接，微控制器的數(shù)據(jù)傳輸端分別與存儲電路和通訊電路連接，微控制器的電源端與電源電路連接。

本實(shí)用新型多功能三相電參數(shù)采集裝置，其中所述電參采集電路包括CS5463電能計(jì)量芯片、電壓互感器和電流互感器，電壓互感器一次側(cè)的兩個(gè)連接端接入電壓輸入端，電壓互感器二次側(cè)的兩個(gè)連接端分別接入CS5463電能計(jì)量芯片的第一電壓輸入引腳和第二電壓輸入引腳，電流互感器一次側(cè)的兩個(gè)連接端接入電流輸入端，電流互感器二次側(cè)的兩個(gè)連接端分別接入CS5463電能計(jì)量芯片的第一電流輸入引腳和第二電流輸入引腳，CS5463電能計(jì)量芯片的電源端接入電源，CS5463電能計(jì)量芯片的信號輸出端與微控制器的信號接收端連接。

本實(shí)用新型多功能三相電參數(shù)采集裝置，其中所述CS5463電能計(jì)量芯片與微控制器之間設(shè)置有光電隔離電路，光電隔離電路的信號輸入端與CS5463電能計(jì)量芯片的信號輸出端連接，光電隔離電路的信號輸出端與微控制器的信號接收端連接。

本實(shí)用新型多功能三相電參數(shù)采集裝置，其中所述電壓互感器與CS5463電能計(jì)量芯片之間設(shè)置有第四電阻、第二電阻和第一電容器，第四電阻連接在電壓互感器二次側(cè)的兩個(gè)連接端之間，電壓互感器二次側(cè)的一個(gè)連接端與第四電阻之間引出第一導(dǎo)線，第一導(dǎo)線的另一端接入CS5463電能計(jì)量芯片的第一電壓輸入引腳，第二電阻設(shè)置在第一導(dǎo)線上，第二電阻與CS5463電能計(jì)量芯片之間的第一導(dǎo)線上引出第二導(dǎo)線，第二導(dǎo)線的另一端接入零電勢點(diǎn)，第一電容器設(shè)置在第二導(dǎo)線上，第一電容器與零電勢點(diǎn)之間的第二導(dǎo)線上引出第三導(dǎo)線，第三導(dǎo)線的另一端接入CS5463電能計(jì)量芯片的第二電壓輸入引腳。

本實(shí)用新型多功能三相電參數(shù)采集裝置，其中所述電流互感器與CS5463電能計(jì)量芯片之間設(shè)置有第五電阻、第三電阻和第二電容器，第五電阻連接在電流互感器二次側(cè)的兩個(gè)連接端之間，電流互感器二次側(cè)的一個(gè)連接端與第五電阻之間引出第四導(dǎo)線，第四導(dǎo)線的另一端接入CS5463電能計(jì)量芯片的第一電流輸入引腳，第三電阻設(shè)置在第四導(dǎo)線上，第三電阻與CS5463電能計(jì)量芯片之間的第四導(dǎo)線上引出第五導(dǎo)線，第五導(dǎo)線的另一端接入零電勢點(diǎn)，第二電容器設(shè)置在第五導(dǎo)線上，第二電容器與零電勢點(diǎn)之間的第五導(dǎo)線上引出第六導(dǎo)線，第六導(dǎo)線的另一端接入CS5463電能計(jì)量芯片的第二電流輸入引腳。

本實(shí)用新型多功能三相電參數(shù)采集裝置，其中所述電壓互感器為電流型電壓互感器。

本實(shí)用新型多功能三相電參數(shù)采集裝置與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于：本實(shí)用新型設(shè)置有信號調(diào)理電路和低通濾波電路，對采集到的三相電路中的電壓信號和電流信號進(jìn)行信號的轉(zhuǎn)換和濾波，保證信號的準(zhǔn)確度和清晰度，并通過微控制器對信號調(diào)理電路和低通濾波電路進(jìn)行反饋控制，每一路均可單獨(dú)進(jìn)行直流偏移量、交流偏移量、增益校準(zhǔn)、相位補(bǔ)償，進(jìn)一步保證了信號的準(zhǔn)確度。電參采集電路采用電能計(jì)量芯片外接電壓互感器、電流互感器和光電隔離電路，將大電壓信號和大電流信號分別轉(zhuǎn)變?yōu)樾‰妷盒盘柡托‰娏餍盘枺阌陔娔苡?jì)量芯片進(jìn)行采集。電能計(jì)量芯片能夠采集和計(jì)算多種電能參數(shù)，大大增加了三相電參數(shù)采集裝置的參數(shù)采集范圍，微控制器能夠?qū)Σ杉碾娔軈?shù)進(jìn)行儲存和提取，保證了記錄的完整性和可追溯性，采用高速度高精度的電能計(jì)量芯片，三相信號調(diào)理電路、低通濾波電路和電參采集電路均選用高精度的電子器件，能實(shí)現(xiàn)高速度、高精度和全參數(shù)的電能數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)刷新速度最高可達(dá)50Hz，采集精度達(dá)到0.25％FS，能夠?qū)γ恳粋€(gè)周波的電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、視在功率參數(shù)進(jìn)行采集，還可以累計(jì)計(jì)量正反兩個(gè)方向的電能。

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型多功能三相電參數(shù)采集裝置作進(jìn)一步說明。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型多功能三相電參數(shù)采集裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實(shí)用新型多功能三相電參數(shù)采集裝置中電參采集電路的電路連接圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，為本實(shí)用新型多功能三相電參數(shù)采集裝置的結(jié)構(gòu)框圖，包括微控制器MCU、時(shí)鐘電路、存儲電路、通訊電路、電源電路、三相信號調(diào)理電路和電參采集電路，三相信號調(diào)理電路又包括A相信號調(diào)理電路、B相信號調(diào)理電路和C相信號調(diào)理電路。A相信號調(diào)理電路、B相信號調(diào)理電路和C相信號調(diào)理電路的信號接收端分別接入三相電源，A相信號調(diào)理電路的信號接收端接收A相電流和A相電壓，B相信號調(diào)理電路的信號接收端接收B相電流和B相電壓，C相信號調(diào)理電路的信號接收端接收C相電流和C相電壓，A相信號調(diào)理電路、B相信號調(diào)理電路和C相信號調(diào)理電路的信號輸出端分別通過低通濾波電路與電參采集電路的信號接收端連接，電參采集電路的信號輸出端與微控制器MCU的信號接收端連接，微控制器的控制信號輸出端分別與A相信號調(diào)理電路、B相信號調(diào)理電路、C相信號調(diào)理電路和低通濾波器電路的控制端連接，通過微控制器MCU分別對A相信號調(diào)理電路、B相信號調(diào)理電路、C相信號調(diào)理電路和低通濾波器電路進(jìn)行控制。微控制器MCU的信號接收端與時(shí)鐘電路的信號輸出端連接，微控制器MCU的數(shù)據(jù)傳輸端分別與存儲電路和通訊電路連接，微控制器MCU的電源端與電源電路連接。

實(shí)施例：如圖2所示，為本實(shí)用新型多功能三相電參數(shù)采集裝置中電參采集電路的電路連接圖，包括CS5463電能計(jì)量芯片、電壓互感器PT、電流互感器CT和光電隔離電路，電壓互感器PT一次側(cè)的兩個(gè)連接端接入電壓輸入端，電壓互感器PT一次側(cè)的一個(gè)連接端與電壓輸入端之間串聯(lián)有電阻R1，電壓互感器PT二次側(cè)的兩個(gè)連接端之間連接有第四電阻R4，電壓互感器PT二次側(cè)的一個(gè)連接端與第四電阻R4之間引出第一導(dǎo)線，第一導(dǎo)線的另一端接入CS5463電能計(jì)量芯片的第一電壓輸入引腳VIN+，第一導(dǎo)線上設(shè)置有第二電阻R2，在第二電阻R2與CS5463電能計(jì)量芯片之間的第一導(dǎo)線上引出第二導(dǎo)線，第二導(dǎo)線的另一端接入零電勢點(diǎn)GND，第二導(dǎo)線上設(shè)置有第一電容器C1，在第一電容器C1與零電勢點(diǎn)GND之間的第二導(dǎo)線上引出第三導(dǎo)線，第三導(dǎo)線的另一端接入CS5463電能計(jì)量芯片的第二電壓輸入引腳VIN－。電流互感器CT一次側(cè)的兩個(gè)連接端接入電流輸入端，電流互感器CT二次側(cè)的兩個(gè)連接端之間連接有第五電阻R5，電流互感器CT二次側(cè)的一個(gè)連接端與第五電阻R5之間引出第四導(dǎo)線，第四導(dǎo)線的另一端接入CS5463電能計(jì)量芯片的第一電流輸入引腳IIN+，第四導(dǎo)線上設(shè)置有第三電阻R3，在第三電阻R3與CS5463電能計(jì)量芯片之間的第四導(dǎo)線上引出第五導(dǎo)線，第五導(dǎo)線的另一端接入零電勢點(diǎn)GND，第五導(dǎo)線上設(shè)置有第二電容器C2，在第二電容器C2與零電勢點(diǎn)GND之間的第五導(dǎo)線上引出第六導(dǎo)線，第六導(dǎo)線的另一端接入CS5463電能計(jì)量芯片的第二電流輸入引腳IIN－。CS5463電能計(jì)量芯片的電源端接入5V電源。CS5463電能計(jì)量芯片的信號輸出端與光電隔離電路的信號輸入端連接，光電隔離電路的信號輸出端與微控制器MCU的信號接收端連接。電能計(jì)量芯片還可采用CS5460A等其它型號。

本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中所采用的電壓互感器PT為電流型電壓互感器。

電參采集電路的工作原理為：CS5463電能計(jì)量芯片上的第一電壓輸入引腳VIN+和第二電壓輸入引腳VIN－處集成有增益放大器，CS5463電能計(jì)量芯片上的第一電流輸入引腳IIN+和第二電流輸入引腳IIN－處也集成有增益放大器，輸入的電壓和電流分別通過電壓互感器和電流互感器后進(jìn)入到CS5463電能計(jì)量芯片中，CS5463電能計(jì)量芯片對輸入的電壓信號和電流信號進(jìn)行放大和濾波處理后對電壓信號和電流信號進(jìn)行處理和采集，并通過CS5463電能計(jì)量芯片的信號輸出端傳送給光電隔離電路，光電隔離電路將隔離后的信號輸出給微控制器MCU。

本實(shí)用新型的工作過程為：A相信號調(diào)理電路、B相信號調(diào)理電路和C相信號調(diào)理電路分別對輸入的各相電壓信號和電流信號進(jìn)行處理，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并分別通入低通濾波電路進(jìn)行濾波，濾波后的各相電壓信號和電流信號分別通過電參采集電路進(jìn)行信號的處理和采集，各電參采集電路將采集到的電能參數(shù)統(tǒng)一傳輸給微控制器MCU進(jìn)行處理，微控制器MCU控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換、高速采樣、數(shù)據(jù)處理，并把各項(xiàng)數(shù)據(jù)通過通訊電路發(fā)送出去，存儲相關(guān)歷史記錄。微控制器MCU通過通訊電路與上位機(jī)或者監(jiān)控器連接，通過上位機(jī)對微控制器MCU進(jìn)行控制，并將微控制器MCU接收的電能參數(shù)上傳網(wǎng)絡(luò)。微控制器MCU還通過接收到的電能參數(shù)對A相信號調(diào)理電路、B相信號調(diào)理電路、C相信號調(diào)理電路和低通濾波電路進(jìn)行反饋控制，保證調(diào)理電路的調(diào)理精度和低通濾波電路的濾波幅值。本實(shí)用新型能夠以最高50Hz的數(shù)據(jù)刷新速度來采集三相瞬時(shí)電壓、三相瞬時(shí)電流、三相瞬時(shí)功率、三相瞬時(shí)電壓有效值和三相瞬時(shí)電流有效值，并通過電參采集電路可計(jì)算單相和三相有功功率、無功功率、視在功率和功率因數(shù)；通過微控制器MCU還能夠?qū)崿F(xiàn)累計(jì)正向有功電能、負(fù)向有功電能、正向無功電能和負(fù)向無功電能；通過電參采集電路和微控制器MCU能夠?qū)崿F(xiàn)最近20日的電能數(shù)據(jù)抄表，日數(shù)據(jù)包含日正向有功、日反向有功、日正向無功、日反向無功、當(dāng)日正向最大有功及發(fā)生時(shí)間、當(dāng)日正向最大無功及發(fā)生時(shí)間、當(dāng)日反向最大有功及發(fā)生時(shí)間、當(dāng)日反向最大無功及發(fā)生時(shí)間；通過電參采集電路和微控制器MCU能夠?qū)崿F(xiàn)最近6個(gè)月的電能數(shù)據(jù)抄表，月數(shù)據(jù)包含月正向有功、月反向有功、月正向無功、月反向無功、當(dāng)月正向最大有功及發(fā)生時(shí)間、當(dāng)月正向最大無功及發(fā)生時(shí)間、當(dāng)月反向最大有功及發(fā)生時(shí)間、當(dāng)月反向最大無功及發(fā)生時(shí)間。

本實(shí)用新型多功能三相電參數(shù)采集裝置，設(shè)置有信號調(diào)理電路和低通濾波電路，對采集到的三相電路中的電壓信號和電流信號進(jìn)行信號的轉(zhuǎn)換和濾波，保證信號的準(zhǔn)確度和清晰度，并通過微控制器MCU對信號調(diào)理電路和低通濾波電路進(jìn)行反饋控制，每一路均可單獨(dú)進(jìn)行直流偏移量、交流偏移量、增益校準(zhǔn)、相位補(bǔ)償，進(jìn)一步保證了信號的準(zhǔn)確度。電參采集電路采用電能計(jì)量芯片外接電壓互感器PT、電流互感器CT和光電隔離電路，將大電壓信號和大電流信號分別轉(zhuǎn)變?yōu)樾‰妷盒盘柡托‰娏餍盘枺阌陔娔苡?jì)量芯片進(jìn)行采集。電能計(jì)量芯片能夠采集和計(jì)算多種電能參數(shù)，大大增加了三相電參數(shù)采集裝置的參數(shù)采集范圍，微控制器MCU能夠?qū)Σ杉碾娔軈?shù)進(jìn)行儲存和提取，保證了記錄的完整性和可追溯性，采用高速度高精度的電能計(jì)量芯片，三相信號調(diào)理電路、低通濾波電路和電參采集電路均選用高精度的電子器件，能實(shí)現(xiàn)高速度、高精度和全參數(shù)的電能數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)刷新速度最高可達(dá)50Hz，采集精度達(dá)到0.25％FS，能夠?qū)γ恳粋€(gè)周波的電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、視在功率參數(shù)進(jìn)行采集，還可以累計(jì)計(jì)量正反兩個(gè)方向的電能。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、采集電參種類多樣、采集精度高，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本實(shí)用新型的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。