检定自动化单相电能表流水线的交流电压试验核查装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种检定自动化单相电能表流水线的交流电压试验核查装置，它包括一个绝缘外壳；绝缘外壳与其内部都通过接线端子连接；其中，绝缘外壳内部包括，对高压输入信号采样的电阻分压取样电路，其输出信号传送至计量检测单元对采样电压进行计量，所述计量检测单元通过SPI接口与MCU单元进行通讯，所述计量值在MCU单元控制的显示模块上显示；电源及其管理单元为MCU单元和计量检测单元供电。本发明设计简洁、直观、轻便，方便操作人员接线、测试、读取数据，能够极大的提高耐压测试效率。
【专利说明】检定自动化单相电能表流水线的交流电压试验核查装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种检定自动化单相电能表流水线的交流电压试验核查装置。
【背景技术】
[0002] 耐压仪属于测量器具，主要用于电力企业之间、供电企业与用户之间电表、采集 器、终端等设备测试的仪器，而标准耐压测试仪及其核查装置又是衡量电表、采集器、终端 等设备耐压性能的重要组成部分。为保证现场测试工作准确无误地顺利开展，交流电压试 验核查装置显得尤为重要。
[0003] 目前，国际和国内还没有测试耐压仪准确的测量器具，国家电网对电表的可靠性 检测的准确性要求，对交流耐压仪的精度提出了更高的要求，而且全国自动化流水线的运 用为交流电压试验核查装置提供了很大的市场空间。
[0004] 交流电压试验是国家计量检定规程JJG596-2012规定的检定项目，检定装置在试 验时必须提供2kV或4kV的交流试验电压，试验时间为Imin,对于人工逐只检验电能表的交 流电压项目，可W很容易判断并完成试验，但是对规模性多表位自动化检定单相智能电能 表流水线系统，规程要求每一表位均应满足规定的试验要求，在对电能表自动进行交流电 压试验时，则很难判断是否所有表位均提供了试验电压，目前国际和国内还没有类似的装 置。
【发明内容】
[0005] 本发明的主要目的是为解决当前对多表位单相智能电能表做交流电压试验的装 置进行核查，提供了一种检定自动化单相电能表流水线的交流电压试验核查装置。
[0006] 为了实现上述目的，本发明装置采用如下技术方案：
[0007] -种检定自动化单相电能表流水线的交流电压试验核查装置，它包括一个绝缘外 壳；绝缘外壳与其内部都通过接线端子连接；其中，绝缘外壳内部包括，对高压输入信号采 样的电阻分压取样电路，其输出信号传送至计量检测单元对采样电压进行计量，所述计量 检测单元通过SPI接口与MCU单元进行通讯，所述计量值在MCU单元控制的显示模块上显 示；电源及其管理单元为MCU单元和计量检测单元供电。
[000引 MCU单元还与红外通讯单元、存储单元、按键操作单元W及扩展单元相连。
[0009] 所述电阻分压采样电路，由电路中串联的多个300K电阻组成。
[0010] 电源及其管理单元采用线性稳压电源芯片RP130N501D，在芯片RP130N501D的接 地引脚加上一个反向二极管。
[0011] 所述交流电压试验核查装置的外形结构大小与单相智能电能表大小一致。
[0012] 所述交流电压试验核查装置的测试电压范围为1000?5000V。
[0013] 本发明的有益效果是：
[0014] (1)本装置首次实现了对多表位单相智能电能表做交流电压试验的装置进行了核 查，测量电压范围宽，装置测量准确度高；
[0015] (2)试验数据通过存储器用事件记录下来，事件包含试验时的时间、最大电压值、 持续时间；
[001引 做装置供电简单、采用电池供电，功耗小，大约为6mA，能够记录1万次W上核查 试验；
[0017] (4)装置设计轻便，简洁，易于流水线系统自动接线、测试、存储并读取数据，提高 了交流电压试验的效率，有较好的应用推广前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为本发明的耐压测试装置的工作原理框图；
[0019] 图2为本发明的电阻分压采样电路；
[0020] 图3为本发明的计量检测单元电路；
[0021] 图4为本发明的电源电路；
[0022] 图5a)为本发明的红外发送单元
[0023] 图加）为本发明的红外接收单元；
[0024] 图6为本发明的连接示意图；
[0025] 图7为本发明的模拟单相电能表结构示意图；
[0026] 图中，A为本发明交流电压试验核查装置，B为交流耐压仪；C为交流耐压仪高压侧 输出端，D为交流耐压仪低压侧输出端，a、b、c、d、e和f均为交流电压试验核查装置的强电 端子，g、K i、j、k和1均为交流电压试验核查装置的弱电端子，1为高压信号输入，2为电 阻分压取样电路，3为计量检测单元，4为MCU单元，5为红外通讯单元，6为显示模块，7为存 储单元，8为按键操作单元，9为扩展单元，10为电源及其管理单元。
【具体实施方式】
[0027] 如图1所示，一种检定自动化单相电能表流水线的交流电压试验核查装置，它包 括一个绝缘外壳；绝缘外壳与其内部都通过接线端子连接；其中，绝缘外壳内部包括，对高 压输入信号1采样的电阻分压取样电路2,其输出信号传送至计量检测单元3对采样电压进 行计量，所述计量检测单元3通过SPI接口与MCU单元4进行通讯，所述计量值在MCU单元 4控制的显示模块6上显示；电源及其管理单元10为MCU单元4和计量检测单元3供电； MCU单元4还与红外通讯单元5、存储单元7、按键操作单元8 W及扩展单元9相连；存储单 元用来记录试验数据，并且用事件记录下来，所述事件包含试验时的时间、最大电压值、持 续时间。
[002引如图2所示，本发明采用的电阻分压采样电路，由串联的67个300K电阻（20. 1M) 组成，其输入信号为高压信号输入；输出信号端为V3P/V3N，电阻分压采样电路串联多个 300K电阻，一是考虑电阻的温漂影响，二是考虑电阻的分压作用，本装置选择的电阻精度在 ISppmW下，确保了测量精度。
[0029] 如图3所示，本发明的计量检测单元中的计量芯片选择RN8209G ;RN8209G中的 V3P/V3N两个引脚为输入端连接电阻分压采样电路的输出端；RN8209G计量芯片通过SPI接 口与MCU进行通讯，SPI使用2条控制线和2条数据线；SCSN、SCLK、SDI和SWI。
[0030] 计量芯片RN8209G为单相多功能防窃电专用计量芯片，RN8209G集成了H路二阶 2-A ADC, RN8209G能够测量有功功率、有功能量，并能够同时提供两路独立的有功功率和 电流有效值、电压有效值、线频率、过零中断等，RN8209G支持全数字的增益、相位和offset 校正。有功电能脉冲从PF管脚输出，用户自定义电能脉冲频率从QF引脚输出。RN8209G内 部的电源监控电路可W保证上电和断电时芯片的可靠工作。在RN8209G中，提供了丰富的 软件校准手段，不仅省却了增加外部电阻网络的麻烦，而且精度最高可达0. 5S级；RN8209G 采样电压值范围为0?IV，外部高压为5000V时，采样电压0. 25V，外部电压为IOOOV时采 样电压为0. 05V，都在采样范围内。
[0031] MCU单元，选择FM3308作为核也控制芯片。
[0032] 计量芯片RN8209G与FM3308通过SPI接口进行通讯，采样值通过显示模块显示； FM3308芯片，配置了开发国网智能表所需要的功能模块，如LCD驱动、RTC实时时钟、3个 UART 口、硬件的I2C接口等。
[0033] (1)硬件上FM3308将LCD驱动器和RTC实时时钟集成到芯片内部，提高了集成度；
[0034] (2)软件部分：时钟计时能通过测量温度并进行补偿的方法保证时钟精度符合要 求；
[003引做数据存储，能保存历史电压、电流数据，设置参数等；
[003引 （4)事件记录功能；包括掉电记录、编程记录、校时记录及事件清零记录等；
[0037] (5)显示功能；能显示电量、时间、参变量及测量值等数据。
[0038] 如图4所示，本发明的电源及其管理模块的输入端为VIN1，该模块使用线性稳压 电源芯片RP130N501D，芯片具有反应速度快，输出纹波小，工作产生的噪声低等优点，芯片 输出电压为5V，为了抬升输出电压，在芯片地引脚加上一个反向二极管M7,其输出端的电 压则为5. 7V。
[0039] 图5为红外通讯单元，红外通讯单元包括两部分，如图5b)所示，一部分为红外接 收单元；如图5a)所示，另一部分为红外发送单元。本发明选用高效率的AT205作为发射 管，一体化的红外接收器HM238化-W作为接收管。HM238化-W接收器将光敏二极管、前置放 大器和解调器封装为一体，具有接收红外信号、内置信号放大、38k监滤波、波形检测输出的 作用。
[0040] 如图5a)所示，红外发送电路由H极管V25、电阻R66、电阻R67和发送管组成，经 调试后的红外信号由单片机引脚18输出。发送高电平时，截止，无信号输出；发送低电平 时，H极管导通，红外发送管导通，发射信号。
[0041] 如图5b)所示，红外接收最高输出低电平为0.5V，最低输出低电平为0V。最高输出 高电平为5V，最低输出高电平为4. 5V。工作电压为4. 5?5. 5V，工作电流为0. 3?0. 6mA。 通讯距离20米（水平），红外接收用V24表示，R63为限流电阻，C39为去禪电容，C40为滤 波电容，容值为22pF。
[0042] 测试装置测试时不需要外部供电，由电池进行供电，电池采用武汉力兴的CR-P2 电池，电池电压为6V，芯片输入电压由电池提供。测试装置在低功耗设计方面进行了考虑， 电池的容量ISOOmAh,耐压测试时启动电池，实验结束后关闭电池，电池功耗大约为6mA，大 约能做1万次耐压测试。
[0043] 为了方便核查耐压测试仪上的电压是否准确地加到检表流水线上的单相智能电 能表，交流电压试验核查装置，做成和单相智能电能表大小一样的外形结构。本发明交流电 压试验核查装置测试电压范围为1000?5000V，电压显示保留两位小数，精度达到0. 1%， 电阻分压串联电阻为20. IMQ，测试时耐压仪电流范围在0. 05mA?0. 25mA ;每次做耐压实 验数据通过存储器用事件存储下来，事件记录包含实验时的时间、最大电压值、持续时间， 可W分屏显示。
[0044] 本发明的使用方法为：
[0045] 出厂前，交流电压试验核查装置用标准源校正后，精度能达到0. 1 %，非常精确。流 水线自动化检定单相智能电能表时，做耐压试验该个项目，把交流电压核查装置和智能电 能表一起放到耐压检定台上，同时做4KV的耐压试验，交流电压核查装置会记录耐压试验 的电压值发生的时间及电压持续的时间。耐压仪出厂时误差在5% W内，单相智能电能表 做耐压测试仪时电压值一般加4KV的电压，最大值与最小值之间差约400V，测试很不准确， 所W相对于耐压仪来说，交流电压试验核查装置就相当于一个"标准源"，来核查耐压测试 仪加到单相电能表的耐压值是否准确。
[0046] 如图6所示，交流耐压仪高压侧输出端C，接在交流电压试验核查装置的强电端 子；交流耐压仪低压侧输出端D，连接在交流电压试验核查装置的弱电端子。
[0047] 如图7所示，交流电压试验核查装置模拟单相电能表结构，其中交流电压试验核 查装置的强电端子a、b、c、d、e和f，接在耐压仪的高压侧，交流电压试验核查装置的弱电端 子g、h、i、j、k和1，接在耐压仪的低压侧。
[0048] 交流电压试验核查装置加标准源经过校正后，抽取15个核查装置的输出电压精 度如下表1所示；第1列表示抽取核查装置的序号，第2列表示标准源的输出电压，第3列 表示核查装置的输出电压，第4列表示相对误差（％)。
[0049] 表1抽取15个核查装置的输出电压精度
【权利要求】
1. 一种检定自动化单相电能表流水线的交流电压试验核查装置，其特征是，它包括一 个绝缘外壳；绝缘外壳与其内部都通过接线端子连接；其中，绝缘外壳内部包括，对高压输 入信号采样的电阻分压取样电路，其输出信号传送至计量检测单元对采样电压进行计量， 所述计量检测单元通过SPI接口与MCU单元进行通讯，所述计量值在MCU单元控制的显示 模块上显示；电源及其管理单元为MCU单元和计量检测单元供电。
2. 如权利要求1所述的一种检定自动化单相电能表流水线的交流电压试验核查装置， 其特征是，MCU单元还与红外通讯单元为存储单元、按键操作单元以及扩展单元相连。
3. 如权利要求1所述的一种检定自动化单相电能表流水线的交流电压试验核查装置， 其特征是，所述电阻分压采样电路，由电路中串联的多个300K电阻组成。
4. 如权利要求1所述的一种检定自动化单相电能表流水线的交流电压试验核查装置， 其特征是，电源及其管理单元采用线性稳压电源芯片RP130N501D，在芯片RP130N501D的接 地引脚加上一个反向二极管。
5. 如权利要求1所述的一种检定自动化单相电能表流水线的交流电压试验核查装置， 其特征是，所述交流电压试验核查装置的外形结构大小与单相智能电能表大小一致。
6. 如权利要求1所述的一种检定自动化单相电能表流水线的交流电压试验核查装置， 其特征是，所述交流电压试验核查装置的测试电压范围为1〇〇〇?5000V。
【文档编号】G01R35/04GK104237842SQ201410530991
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年10月10日 优先权日:2014年10月10日
【发明者】孙艳玲, 何毓函, 翟晓卉, 张加海 申请人:国家电网公司, 国网山东省电力公司电力科学研究院