專利名稱：電子/感應(yīng)式直流電量表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種直流電量表，尤其是一種應(yīng)用電子／感應(yīng)式儀表原理的無刷直流電量表——直流電量積算用的安培小時(shí)表。
目前尚缺少專用的直流電量表，一般對直流電量的計(jì)量采用記錄式電流表，通過對記錄曲線的人工計(jì)算，以求得電量值(AH)，操作麻煩，難以提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。直流電能表雖然也可使用，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴、電刷磨擦損耗大，維護(hù)困難，使用不便。因此，迫切需要一種無刷式自動(dòng)積算直流電量表。
本實(shí)用新型的目的是提供一種由電子元器件和交流感應(yīng)式儀表結(jié)構(gòu)相結(jié)合的新型電子／感應(yīng)式直流電量表。其關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)在于采用直流共軛電流變換裝置，將共軛直流引入交流感應(yīng)式電能表的電壓和電流線圈中分別產(chǎn)生交變磁場，在鋁盤上建立渦流，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩使鋁盤旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)變速機(jī)構(gòu)和計(jì)數(shù)器，以積算通過該表計(jì)的直流電量。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在感應(yīng)式交流電能表的電壓線圈鐵芯上套裝兩個(gè)并聯(lián)的直流共軛電壓線圈；在電流線圈鐵芯上套裝兩組并聯(lián)的直流共軛電流線圈，上述電壓線圈一端短接后接至被測電路輸入側(cè)正極端子上，另一側(cè)分別接至開關(guān)管至電源側(cè)負(fù)極端子；上述電流線圈一端短接后接至電源側(cè)正極端子，另一端分別經(jīng)開關(guān)管接至負(fù)載側(cè)正極。直流共軛電壓線圈、直流共軛電流線圈由套裝在鐵芯上的兩個(gè)并聯(lián)的繞向相反，匝數(shù)相等或繞向相同、匝數(shù)相等接線相反的線圈串接開關(guān)管構(gòu)成。其控制柵極由對稱方波發(fā)生器的輸出信號控制。
由于采用上述在直流電路中將直流電流分解為共軛直流，引入交流感應(yīng)式儀表對其進(jìn)行計(jì)量的方案，可以很方便的實(shí)現(xiàn)直流電量的計(jì)量，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中難以滿足直流電量(AH)計(jì)量儀表化的困難，提供一種能直接安裝于直流電路、直接顯示直流電量一安培小時(shí)(AH)的、無刷式直流電量表。其結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低，使用方便，宜于批量生產(chǎn)。可廣泛應(yīng)用于需要計(jì)量直流電量－如電化、電力、蓄電池充放電的計(jì)量等用途。
本實(shí)用新型給出的實(shí)施例和附圖如下

圖1是直流共軛電路原理示意圖。
圖2是圖1中共軛電流IA波形圖。
圖3是圖1中共軛電流IB波形圖。
圖4是IA與IB的合成波形圖。
圖5是共軛電流在共軛繞組鐵芯上建立的交變磁通圖。
圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例構(gòu)造圖。
圖7是鋁盤上φA與φu作用示意圖。
圖8是鋁盤上φB與φu作用示意圖。
圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例電原理接線圖。
圖10是本實(shí)用新型另一實(shí)施例電路圖。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明本實(shí)用新型實(shí)施例構(gòu)造如圖6，圖中1、電壓線圈鐵芯2、直流共軛電壓線圈3、補(bǔ)償調(diào)整裝置4、蝸桿5、鋁盤6、磁鋼7、補(bǔ)償片8、直流共軛電流線圈9、電流線圈鐵芯10、共軛直流變換厚膜電路。
在本實(shí)施例中，電壓線圈鐵芯(1)和電流線圈鐵芯(9)形成空間氣隙，在其中有轉(zhuǎn)動(dòng)鋁盤(5)，鐵芯(1)裝有直流共軛電壓線圈(2)，鐵芯(9)上裝有直流電流共軛線圈(8)，當(dāng)線圈(8)和(2)引入經(jīng)共軛直流變換厚膜電路(10)變換的共軛直流電流和直流共軛電壓時(shí)，其電流線圈建立磁通φA及φB，在鋁盤5上感應(yīng)渦流iA及iB，與共軛電壓線圈(2)產(chǎn)生的磁通φu相互作用，產(chǎn)生電動(dòng)力F，如圖7～圖8。
將直流被測量共軛化，用公知的感應(yīng)式儀表結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)直流參數(shù)的計(jì)量。其電路原理如圖1，在直流電路“ab”中，A、B兩個(gè)并聯(lián)支路為繞向相反，匝數(shù)相等的兩線圈，若繼電器REL由通斷時(shí)間相等的信號控制時(shí)，則接點(diǎn)“1”、“2”即交替接通，線圈中交替有幅值為IA＝IB的方波電流通過。
IA＝IB＝I……………(1)在鐵芯上產(chǎn)生的磁通“φA”及“φB”為幅值相等、周期T相同、相位差為1／2周期的交變磁通如圖5。該磁通的波形為矩形波或梯形波，其基波則為正弦波。這種由共軛電流通過共軛繞組建立的交變磁場，與交流電流建立的磁場是等效的。按照這一原理，可將直流電路變換成共軛電路，從而克服了直流電路中難以解決的困難。在本方案中，將直流電流變換為共軛電流，采用將兩個(gè)匝數(shù)相同，繞向相反的電壓線圈(2)套裝在電壓線圈鐵芯(1)上；將兩個(gè)匝數(shù)相同，繞向相反的電流線圈(8)套裝在電流線圈鐵芯(9)上；兩鐵芯相對放置，中間形成放置鋁盤(5)的間隙；上述兩電壓線圈(2)一端短接后為公共端接至(＋I(xiàn)N)端子，引向被測電路電源正極；另一端則分別經(jīng)開關(guān)管T1、T2接至(－IN)端子，引向被測電路電源負(fù)極；上述兩電流線圈(8)一端短接后接至(＋I(xiàn)N)端子，另一端分別接至開關(guān)管T3、T4后接至(＋OUT)端子。上述開關(guān)管T1、T3；T2、T4的控制極分兩組經(jīng)電阻R11和R22接至IC2的輸出端；IC2為對稱方波信號產(chǎn)生電路。該電路由公知的“UPK”逆變推動(dòng)電路構(gòu)成，內(nèi)含振蕩、穩(wěn)頻、整形及信號輸出級，由其產(chǎn)生的相位差為1／2周期的兩個(gè)方波信號電壓經(jīng)限流電阻R11、R22分別控制開關(guān)管T1－T4的控制極。被測直流電流經(jīng)端子“＋I(xiàn)N”，另一端經(jīng)開關(guān)管T1、T2至“－OUT”，此時(shí)在線圈中通過由“IC2”控制的直流共軛電壓線圈電流，其值可視為常數(shù)。這種接法中，端子“＋I(xiàn)N”和“－IN”接至直流電源側(cè)，端子“＋OUT”和“－OUT”為負(fù)載側(cè)。該改進(jìn)的電能表即按交流感應(yīng)式儀表的原理工作。其推動(dòng)鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩MP為MP＝Kφuφisinφ＝KUIsinφ……(2)式中K－－為系數(shù)φ－－電壓線圈磁通φu與電壓u的相角，φ＝90°；sinφ＝1上式可改寫為Mp＝KUI………………………(3)圓盤之驅(qū)動(dòng)力矩MP與磁鋼對圓盤的制動(dòng)力矩Mm平衡時(shí)，圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在相應(yīng)的時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)n即與負(fù)載側(cè)的電量成正比。
設(shè)電壓U為常數(shù)，則有如下關(guān)系式AH＝Cn………………………(4)式中AH－－－被直流電量表積算的電量(安培小時(shí))C－－－比例系數(shù)n－－－圓盤轉(zhuǎn)數(shù)比例系數(shù)C的倒數(shù)用N表示N＝1／c＝n／AH……………(5)N－－－儀表常數(shù)，表示1AH的電量相對應(yīng)的圓盤轉(zhuǎn)數(shù)。
圖10給出另一實(shí)施例的電路圖，該實(shí)施例的特點(diǎn)是控制信號發(fā)生電路由兩個(gè)CD4011“與非門”集成電路IC3－4構(gòu)成。圖中門D、E構(gòu)成自激多諧振蕩器、輸出50Hz對稱方波，門A和D1、D2門F和D3、D5，門G和D4、D6構(gòu)成3個(gè)或非門，門B和C、D3和T5構(gòu)成單穩(wěn)同步調(diào)寬電路，用以調(diào)整輸出波形的寬度，如圖4所示，以提高測量精度。由門F、G組成的或非門輸出的對稱方波信號加到開關(guān)管T1、T3及T2、T4的控制極，使其輪流導(dǎo)通，形成共軛直流電流和電壓，其兩個(gè)電壓線圈(2)，一端短接在一起并接到電源輸入側(cè)端子(＋I(xiàn)N)，其另一端分別經(jīng)開關(guān)管T1、T2后短接在一起接至負(fù)電源端子(－IN)，而實(shí)際上(－IN)端子和(－OUT)端子在電氣上是連在一起的。
在圖6中，共軛直流變換模塊(10)，它由共軛直流推動(dòng)單元IC2、和T1－T4安裝在一塊單獨(dú)的電路板上，用公知的技術(shù)實(shí)施。而在圖9中則采用一塊逆變推動(dòng)電路IC2和T1－T4構(gòu)成，其線路是完全相同的。若將圖9，和圖10中所示共軛電壓線圈的公共端從直流電源輸入端子(＋I(xiàn)N)移至直流穩(wěn)壓集成電路IC1的輸出側(cè)VDD(圖中未畫出連線)，則電壓線圈的電壓是恒穩(wěn)的，儀表的讀數(shù)僅由電流值決定，可提高其計(jì)量精度。
權(quán)利要求1.一種電子/感應(yīng)式直流電量表，其特征是在感應(yīng)式交流電能表的電壓線圈鐵芯[1]上套裝兩個(gè)并聯(lián)的直流共軛電壓線圈[2]；在電流線圈鐵芯[9]上套裝兩組并聯(lián)的直流共軛電流線圈[8]，上述電壓線圈一端短接后接至被測電路輸入側(cè)正極“+1N”端子上，另一側(cè)分別接至開關(guān)管T1、T2至電源側(cè)負(fù)極“-1N”端子；上述電流線圈[8]一端短接后接至電源側(cè)正極“+1N”端子，另一端分別經(jīng)開關(guān)管T3、T4接至負(fù)載側(cè)正極“+OUT”。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子／感應(yīng)式直流電量表，其特征在于所說直流共軛電壓線圈［2］，由套裝在鐵芯［1］上的兩個(gè)并聯(lián)的繞向相反，匝數(shù)相等或繞向相同、匝數(shù)相等接線相反的線圈串接開關(guān)管T1、T2構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子／感應(yīng)式直流電量表，其特征在于所說直流共軛電流線圈［8］，由兩組并聯(lián)的套裝在鐵芯［9］上的繞向相反、匝數(shù)相等或繞向相同、匝數(shù)相等、接線相反的線圈串接形狀管T3、T4構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子／感應(yīng)式直流電量表，其特征在于所說直流共軛電壓線圈［2］，經(jīng)開關(guān)管T1、T2接至由直流穩(wěn)壓集成電路IC1構(gòu)成的直流基準(zhǔn)電壓源輸出側(cè)VDD。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子／感應(yīng)式直流電量表，其特征在于直流共軛電壓和直流共軛電流由共軛直流交換模塊［10］變換而成，該模塊內(nèi)含低頻對稱方波發(fā)生器IC2和開關(guān)管T1～T4，其頻率為低頻或工頻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子／感應(yīng)式直流電量表，其特征在于直流共軛電壓線圈回路的開關(guān)管T1、T2，其控制柵極由對稱方波發(fā)生器IC2的輸出信號控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子／感應(yīng)式直流電量表，其特征在于所說直流共軛電流線圈回路的開關(guān)管T3、T4柵極由對稱方波發(fā)生器IC2的輸出信號控制。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種在感應(yīng)式電能表的電壓鐵芯裝設(shè)兩個(gè)繞向相反、匝數(shù)相等的線圈，在電流線圈鐵芯上裝置兩個(gè)繞向相反、匝數(shù)相等的線圈，在該線圈回路中各串有開關(guān)管，分別與直流電源相接及串入負(fù)載電流回路。各該回路的開關(guān)管受控于對稱方波發(fā)生器輸出的低頻對稱方波，在各線圈中流過直流共軛電流，在鐵芯間隙建立交變磁通與鋁盤上感生的渦流形成力矩，驅(qū)動(dòng)鋁盤旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)變速機(jī)構(gòu)和計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)直流電量的積算和顯示。
文檔編號G01R11/00GK2196784SQ94204600
公開日1995年5月10日 申請日期1994年2月16日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月16日
發(fā)明者霍佃玖 申請人:霍佃玖