基于溫度補償的電能表全溫度范圍計量精度優化方法

郭云德 任時朝

安陽市質量技術監督檢驗測試中心 河南安陽 455000

1 基于溫度補償的電能表計量精度優化流程

首先，相關工作人員利用一系列的技術操作，建立電能表的三維模型，并且虛擬裝配電能表的零部件，實現電能表虛擬樣機建模，然后進行電、熱物理場建模與靜態求解，得到電能表關鍵部件溫度分布以及電能表整機溫度場分布。然后使用基于Simulink 的計量精度計算模型，對電能表虛擬樣本進行構建，根據這次的電能表關鍵部件溫度分布以及電能表整機溫度場分布，從而得出溫度對電能表計量精度的影響，最后進行電能表全溫度范圍計量精度分析與評價。相關工作人員根據溫度對電能表計量精度的影響，構建電能表采樣電阻、計量芯片溫度補償系數，分別進行計量芯片補償系數構建以及采樣電阻補償系數構建，然后優化基于溫度補償的電能表計量精度，最后實測驗證計量精度[1]。

2 電能表溫度場仿真分析

在相關工作人員進行熱仿真建模工作中，要首先了解智能電能表的基本構造以及原始結構，使用AD 軟件建立PCB 以及元器件封裝模型，以及基于Solidworks 建立元器件3D 封裝模型。相關工作人員基于Ansys 的電能表模型，設置環境參數、發熱功率、重力矢量、材料屬性等，對智能電能表的3D 熱仿真模型進行網格劃分，然后求解計算設置，得到電能表關鍵部件溫度分布以及電能表整機溫度場分布。進一步確認仿真的真實性，對額定負載（5 A）下環境溫度30 ℃、50 ℃、70 ℃ 的穩態溫升（電能表連續運行 12 h 以上）進行了實測。實際測試與熱仿真對比，如表1。電能表關鍵部件溫度分布是由于不同的電流大小導致的，電能表整機溫度場分布是由于不同的環境溫度導致的。

x 3 全溫度范圍下電能表計量精度評價

電能表計量模塊的主要組成內容包括計量芯片模塊、錳銅分流采樣電路以及電阻分壓采樣電路。計量芯片的功能就是將儀器設備收集到的電壓信號進行有效處理，通過相位轉換、PGA 放大、模數轉換等一系列處理工藝之后，將得到的多個結果進行乘積處理，對得到的乘積再進行相關的計算，得到最后瞬時功率的具體數值[2]。錳銅分流采樣電路的主要組成部分包括濾波電路以及錳銅電阻，他的主要作用就是當電網電流經過錳銅電阻的時候會產生對應大小的電壓，相關工作人員采樣這個時候錳銅電阻兩端的電壓數值大小，通過電壓、電阻與電流之間的關系，最后計算得出流經錳銅電阻的實際電流大小以及電流方向。文章對150kΩ 電阻、680 Ω 電阻以及計量芯片（基準電壓）均進行了溫度特性測量。以計量芯片基準電壓為例，如圖1。

圖1 計量芯片參考電壓下的溫度特性曲線

計量其溫度特性以及回路元器件自身波動的智能電能表計量精度，相關工作人員首先考慮計量模塊元件參數波動，設置實際例子進行測試，例如將150kΩ 電阻、680 Ω 電阻的大小波動范圍合理值控制在在1%之內，錳銅電阻的阻值波動范圍合理值控制在在6%之內，計量芯片基準電壓波動范圍合理值控制在在0．13%之內，然后進行元器件參數溫度特性測試，在測試過程中，相關工作人員得到生成含溫度系數的隨機參數值，又根據智能電能表 Simulink 仿真模型的有效建立，對智能電能表仿真結果進行系統統計，結合相關統計學知識進行有效數據分析，最后得到電能表計量精度分析結果報告[3]。

4 結語

文章根據實際情況中反應的智能電能表在全溫度范圍下計量精度的變化情況，提出了基于溫度補償的電能表全溫度范圍計量精度優化方法。相關工作人員首先搭建智能電能表熱仿真模型，盡可能的實現全溫度范圍下智能電能表溫度場的仿真計算，在不同的實驗環境下，可得到不同環境溫度、不同負載電流下電能表關鍵部件溫度分布以及電能表整機溫度場分布。相關工作人員結合上述實驗結果，有效提出了基于溫度補償的智能電能表全溫度范圍計量精度的評價測定方法，根據智能電能表計量回路關鍵元器件的不同溫度下的特征情況，主要包括分壓電阻以及計量芯片，結合計量回路關鍵元器件的實際波動數據顯示的信息，盡可能評價全溫度范圍電能表計量精度。

表1 實際測試與熱仿真對比