电子式电能表校验接口电路设计与制作

高丽娟

【摘 要】电子式电能表的电能输出脉冲是一个必要的计量参数。由于对电能输出脉冲没有统一的标准和明确规定，存在着许多电子式电能表不能进行检定和校验的问题。本文介绍了一种以555集成电路为基础的宽适应范围接口电路，可以调节这些电能输出脉冲的占空比和幅度，解决电子式电能表的校验问题，这种接口电路体积小、重量轻、携带方便。

【关键词】电子式电能表 标准电能表 555集成电路 占空比

1 引言

电能表是对电能进行计量的仪表，它测量的数据是进行计量收费和了解能源消耗量的基本依据。按照国家规程JJG596-2012的规定，电能表要按一定周期进行检定或校验，保证测量数据的准确和规范。本文设计了一种宽适应范围接口电路。它可以将这些电子式电能表的输出脉冲进行变换，在保证脉冲数量一致的前提上，通过调节电子式电能表输出脉冲的幅度和占空比，从而和我们的使用的标准电能表相配备，保证对这些电子式电能表检定和校验的进行。

2 标准表法检定电子式电能表

2.1 电能表校验原理

具体对电能表校验流程是：在一个特定时间段内，被校验电能表接收从标准电能表的功率源发出一定功率的电能，并将这些电能转化为相对应的电脉冲信号输出，再通过专用接口电路输入到标准电能表。

2.2电子式电能表误差计算

应用JJG596-2012的定时比较法：在特定的一段时间t（s）内，分别记下标准表和被检表累计的电能值，用式（1）计算被检电能表的相对误差Υ（%）。

从中可以看出，校验过程就是通过对被检表的输出电能脉冲进行计数。这种校验方法下，为了保证对输出电能脉冲进行准确计数，对输入到接口电路的电脉冲信号有一定要求：不仅要求有一定幅度，而且对脉冲持续时间，占空比也有一定要求。否则标准电能表（源）接收不到被检电能表的电脉冲信号，检定校验无法进行。一般被校电能表发出的是方波信号，占空比为50%左右，但是也有许多被校电能表发出的脉冲信号不是方波，占空比甚至为95%或以上。脉冲信号占空比很大，低电平持续时间短，标准装置不能接收这种信号，故不能对这种电能表进行校验。

3 关于电能输出脉冲的规程和存在的问题

关于电能表校验装置标准电能表的规定中，也没有对输入脉冲信号的接收范围，脉冲的波形进行具体的规范，这就很可能造成电能表校验装置不能识别电能表输出脉冲信号。因此，有很多国内外电能表厂家和电能表校验装置厂家都只是关注自己产品，没解决这两者之间的接口的适应性问题。比如在我们使用的PRS200.3标准电能表，通过试验观察得知，标准电能表只能识别占空比为50%左右的脉冲信号，对占空比过大或过小的脉冲信号则不能进行的有效识别。

4 接口电路的设计与制作

4.1关于接口电路设计问题

接口电路的设计，要解决的关键问题如下：

将电能表输出的脉冲信号通过某种电路进行变换，使变换后的脉冲信号占空比可以调节，同时变换后的信号频率严格对应电能表输出的脉冲频率。

电能表生产厂家众多，输出脉冲占空比范围也宽，这个电路要有一定的适应性。

许多电能表校验必须在现场进行校验，这就要求这种接口电路使用方便，自带电源，轻便。

幅值可变功能。

电路保护功能。

根据以上问题，利用555集成集成电路设计了一款脉冲调节电路。

4.2 555集成电路工作原理

555集成电路内部电路结构如图

三个电阻R1、R2及R3都是5kΩ。A比较器的负端输入为2VDD/3，B比较器的正端输入为1VDD/3。外部输入电压和这两个基准电压的大小决定这两个比较器输出。当6脚TH大于2VDD/3时，A比较器输出高电平1，送给RS触发器置0信号，Q=0， =1，放电管D导通，OUT输出脚3为0，当2脚 的电压低于1VDD/3时，B比较器的输出为1，送给RS触发器置1信号，Q=1， =0，放电管D截止，OUT输出脚3为1。当TH小于2VDD/3或 的电压高于1VDD/3时，比较器A和B输出均为0，输出状态保持不变。

4.3 接口电路设计

利用555集成电路这种特性，设计接口电路如。这个电路TRI平时接高电平，在TRI输入低电平或负脉冲后，开始工作。从图1中分析，A比较器输出为1，B比较器输出为0，触发器置0，输出OUT为0，放电管D（7）导通，TH（6）为0，但是输出OUT仍然为0，并且保持稳定。

当输入TRI为低电平0时，B比较器输出为1，触发器置1，输出OUT变为1，放电管（D7）截止，电源VCC通过电阻R1对电容C1充电，THR电压逐渐升高，当大于2VCC/3时，A比较器置1，由于输入脉冲低电平持续时间很短，B 比较器也为1，输出OUT为0。这样就将输入低电平持续时间，转化为对应的R1，C1充电时间。根据电路分析，充放电时间：

根据上式，理想情况下：这种电路产生的脉冲宽度可以从几微秒到数分钟，可以通过调节R1和C1大小来调节脉冲宽度，精度可以达到0.1%。而且脉冲宽度只与R1、C1时间常数有关，与电源电压的无关。只要参数设置合适，脉冲转换电路的输入脉冲和输出脉冲数目可以保证一致，确保了电能表计量的准确性。而且从图中看出明显改变了输出波形的占空比。这就从根本上解决了被检电能表不能正常检校的问题。

从图2中看，稳压管D1，D2起保护作用，可以有效防止现场高电压，或接线错误对555集成电路的损坏，三级管Q1不仅可以有效隔离后面电路的影响，而且可以增大接口电路的输出负载能力。

5结语

根据以上原理，制作的接口电路，实际应用效果良好。对于不同占空比的脉冲信号，可以通过调节滑动电阻R1来调节对应的脉冲宽度，达到适应标准校验装置的目的。此电路消耗功率很小，可以使用一节9V电池供电，体积小，携带方便。在现场使用中效果很好，适应性强。在电子电能表校验中，使用脉冲法进行校验时，利用这种接口电路可以有效增大电能表校验标准装置对电能表发出的脉冲识别能力，扩大了电子电能表检校的范围，解决了电子式电能表按照常规不能计量检定的问题。

参考文献：

[1] 《JJG596-2012电子式电能表检定规程》国家计量检定规程，2012年发布，全国交流电量计量技术委员会.

[2] 德国EMH 公司产品手册.

[3] 宋健康.《提高脉冲常数对电能表检定节能降耗的意义》.中国计量，2013.06.

[4] 刘润民，刘华.《标准电能表脉冲输出常见问题解析》.湖北电力，2014.08.

[5] 韩华.《555定时电路的原理及应用》.自动化与仪器仪表，2014.05.

[6] 中华人民共和国电力行业标准多功能电能表.DL/T 614—2007.