電子式電能表校驗接口電路設計與制作

高麗娟

【摘 要】電子式電能表的電能輸出脈沖是一個必要的計量參數。由于對電能輸出脈沖沒有統一的標準和明確規定，存在著許多電子式電能表不能進行檢定和校驗的問題。本文介紹了一種以555集成電路為基礎的寬適應范圍接口電路，可以調節這些電能輸出脈沖的占空比和幅度，解決電子式電能表的校驗問題，這種接口電路體積小、重量輕、攜帶方便。

【關鍵詞】電子式電能表 標準電能表 555集成電路 占空比

1 引言

電能表是對電能進行計量的儀表，它測量的數據是進行計量收費和了解能源消耗量的基本依據。按照國家規程JJG596-2012的規定，電能表要按一定周期進行檢定或校驗，保證測量數據的準確和規范。本文設計了一種寬適應范圍接口電路。它可以將這些電子式電能表的輸出脈沖進行變換，在保證脈沖數量一致的前提上，通過調節電子式電能表輸出脈沖的幅度和占空比，從而和我們的使用的標準電能表相配備，保證對這些電子式電能表檢定和校驗的進行。

2 標準表法檢定電子式電能表

2.1 電能表校驗原理

具體對電能表校驗流程是：在一個特定時間段內，被校驗電能表接收從標準電能表的功率源發出一定功率的電能，并將這些電能轉化為相對應的電脈沖信號輸出，再通過專用接口電路輸入到標準電能表。

2.2電子式電能表誤差計算

應用JJG596-2012的定時比較法：在特定的一段時間t（s）內，分別記下標準表和被檢表累計的電能值，用式（1）計算被檢電能表的相對誤差Υ（%）。

從中可以看出，校驗過程就是通過對被檢表的輸出電能脈沖進行計數。這種校驗方法下，為了保證對輸出電能脈沖進行準確計數，對輸入到接口電路的電脈沖信號有一定要求：不僅要求有一定幅度，而且對脈沖持續時間，占空比也有一定要求。否則標準電能表（源）接收不到被檢電能表的電脈沖信號，檢定校驗無法進行。一般被校電能表發出的是方波信號，占空比為50%左右，但是也有許多被校電能表發出的脈沖信號不是方波，占空比甚至為95%或以上。脈沖信號占空比很大，低電平持續時間短，標準裝置不能接收這種信號，故不能對這種電能表進行校驗。

3 關于電能輸出脈沖的規程和存在的問題

關于電能表校驗裝置標準電能表的規定中，也沒有對輸入脈沖信號的接收范圍，脈沖的波形進行具體的規范，這就很可能造成電能表校驗裝置不能識別電能表輸出脈沖信號。因此，有很多國內外電能表廠家和電能表校驗裝置廠家都只是關注自己產品，沒解決這兩者之間的接口的適應性問題。比如在我們使用的PRS200.3標準電能表，通過試驗觀察得知，標準電能表只能識別占空比為50%左右的脈沖信號，對占空比過大或過小的脈沖信號則不能進行的有效識別。

4 接口電路的設計與制作

4.1關于接口電路設計問題

接口電路的設計，要解決的關鍵問題如下：

將電能表輸出的脈沖信號通過某種電路進行變換，使變換后的脈沖信號占空比可以調節，同時變換后的信號頻率嚴格對應電能表輸出的脈沖頻率。

電能表生產廠家眾多，輸出脈沖占空比范圍也寬，這個電路要有一定的適應性。

許多電能表校驗必須在現場進行校驗，這就要求這種接口電路使用方便，自帶電源，輕便。

幅值可變功能。

電路保護功能。

根據以上問題，利用555集成集成電路設計了一款脈沖調節電路。

4.2 555集成電路工作原理

555集成電路內部電路結構如圖

三個電阻R1、R2及R3都是5kΩ。A比較器的負端輸入為2VDD/3，B比較器的正端輸入為1VDD/3。外部輸入電壓和這兩個基準電壓的大小決定這兩個比較器輸出。當6腳TH大于2VDD/3時，A比較器輸出高電平1，送給RS觸發器置0信號，Q=0， =1，放電管D導通，OUT輸出腳3為0，當2腳 的電壓低于1VDD/3時，B比較器的輸出為1，送給RS觸發器置1信號，Q=1， =0，放電管D截止，OUT輸出腳3為1。當TH小于2VDD/3或 的電壓高于1VDD/3時，比較器A和B輸出均為0，輸出狀態保持不變。

4.3 接口電路設計

利用555集成電路這種特性，設計接口電路如。這個電路TRI平時接高電平，在TRI輸入低電平或負脈沖后，開始工作。從圖1中分析，A比較器輸出為1，B比較器輸出為0，觸發器置0，輸出OUT為0，放電管D（7）導通，TH（6）為0，但是輸出OUT仍然為0，并且保持穩定。

當輸入TRI為低電平0時，B比較器輸出為1，觸發器置1，輸出OUT變為1，放電管（D7）截止，電源VCC通過電阻R1對電容C1充電，THR電壓逐漸升高，當大于2VCC/3時，A比較器置1，由于輸入脈沖低電平持續時間很短，B 比較器也為1，輸出OUT為0。這樣就將輸入低電平持續時間，轉化為對應的R1，C1充電時間。根據電路分析，充放電時間：

根據上式，理想情況下：這種電路產生的脈沖寬度可以從幾微秒到數分鐘，可以通過調節R1和C1大小來調節脈沖寬度，精度可以達到0.1%。而且脈沖寬度只與R1、C1時間常數有關，與電源電壓的無關。只要參數設置合適，脈沖轉換電路的輸入脈沖和輸出脈沖數目可以保證一致，確保了電能表計量的準確性。而且從圖中看出明顯改變了輸出波形的占空比。這就從根本上解決了被檢電能表不能正常檢校的問題。

從圖2中看，穩壓管D1，D2起保護作用，可以有效防止現場高電壓，或接線錯誤對555集成電路的損壞，三級管Q1不僅可以有效隔離后面電路的影響，而且可以增大接口電路的輸出負載能力。

5結語

根據以上原理，制作的接口電路，實際應用效果良好。對于不同占空比的脈沖信號，可以通過調節滑動電阻R1來調節對應的脈沖寬度，達到適應標準校驗裝置的目的。此電路消耗功率很小，可以使用一節9V電池供電，體積小，攜帶方便。在現場使用中效果很好，適應性強。在電子電能表校驗中，使用脈沖法進行校驗時，利用這種接口電路可以有效增大電能表校驗標準裝置對電能表發出的脈沖識別能力，擴大了電子電能表檢校的范圍，解決了電子式電能表按照常規不能計量檢定的問題。

參考文獻：

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[2] 德國EMH 公司產品手冊.

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