阅读说明：本技术 单相智能电能表采用pcb式电流传感器计量的方法 (Method for single-phase intelligent electric energy meter to measure by adopting PCB type current sensor ) 是由 崔婷婷 张健 王海宝 王峥 庞振江 郭彦 于 2020-06-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种单相智能电能表采用PCB式电流传感器计量的方法,该方法运用PCB式电流传感器代替传统的电流互感器进行智能电能表电流采样,当电能表计量电流时,电流传感器将电流转换为满足计量芯片采样通道的小电压信号,计量芯片AD转换进一步得到寄存器值,最终通过转换公式得出电流值；同时,在采样电流较大电流传感器灵敏度受温度影响时,运用矫正方法来进行温度补偿,使得电流传感器精确采样电流且免受直流分量影响。本发明的有益效果是,结构简单,成本低廉,可更好与电能表主板进行兼容装配。(The invention discloses a method for metering a single-phase intelligent electric energy meter by adopting a PCB (printed circuit board) type current sensor, which is characterized in that the PCB type current sensor is used for replacing a traditional current transformer to sample the current of the intelligent electric energy meter, when the electric energy meter meters the current, the current sensor converts the current into a small voltage signal meeting a sampling channel of a metering chip, the metering chip is subjected to AD (analog-to-digital) conversion to further obtain a register value, and finally, a current value is obtained through a conversion formula; meanwhile, when the sensitivity of the current sensor with larger sampling current is influenced by temperature, a correction method is applied to carry out temperature compensation, so that the current sensor accurately samples the current and is not influenced by a direct-current component. The invention has the advantages of simple structure, low cost and better compatibility assembly with the electric energy meter mainboard.)

单相智能电能表采用PCB式电流传感器计量的方法

技术领域

本发明涉及电能表的电流计量领域，特别是一种单相智能电能表采用PCB式电流传感器计量的方法。

背景技术

电能计量作为智能电能表中最为重要的功能之一，电压与电流的精确采样直接影响到计量的准确性。

目前，在大多单相智能电能表设计中，零线电流回路都是运用电流互感器实现采样，而电流互感器带铁芯，电流中存在的直流分量不能在互感器一二次间传变，其将全部作为励磁电流出现；励磁电流的增大将导致互感器磁饱和，进而造成采样电流误差过大；同时，电流互感器还存在绝缘结构复杂，体积大，成本高等缺点。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种单相智能电能表采用PCB式电流传感器计量的方法。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种单相智能电能表采用PCB式电流传感器计量的方法，该方法包括如下步骤：

步骤1、将PCB式电流传感器固定安装在单相智能电能表零线接线端子上；

步骤2、将PCB式电流传感器供电电源采用与计量芯片共用电源方式，该方式为：将PCB式电流传感器电源接口与电能表计量部分电路电源连接，将电流传感器的地线接口与电能表计量部分电路的地回路相连，用以保证整个计量回路不存在电源电平差值带来的影响；

步骤3、将PCB式电流传感器的差分电压信号输出端连接至单相智能电能表主板上的零线电流计量回路；

步骤4、PCB式电流传感器的电压信号经过阻容抗混叠电路后送进计量芯片电流采样通道，进行AD转换并经过计量芯片进一步计算后存入计量芯片的电流寄存器中，用于后续电流有效值以及功率的计算；

步骤5、所述步骤4中对电流有效值进行计算的方式为：

a、首先需对电流值进行调校，标准表加载于电能表的额定电流Ib，Ib_RMS为当标准表加载在电能表上的额定电流达到Ib时，经AD转换后计量芯片计算得出的电流寄存器读数，根据以下公式可得出比值系数K：

K＝Ib/Ib_RMS

b、当电能表计量电流时，则可通过I＝K*I_RMS得出现输入的电流值I；

步骤6、由于电能表采样电流较大时，电流传感器内部电路温度较高，则会影响到电流传感器信号灵敏度S使其偏离13.33mV/A，进一步使算出的电流值不准确，因此当电流较大时需对电流值进行补偿矫正，矫正的方式为：

a、标准表加载于电能表电流Imax，根据步骤5中公式算出电流值I，并得出其与标准值Imax的差值e，算得矫正系数i：

i＝e/Imax

i取3位小数；

b、受温度影响的每个电流点处的矫正后值I(矫)＝I/(1+i)。

进一步地，当有电流流过电能表时，零线电流流过传感器一次侧，由于过流面积的限制，电流传感器的交流电流测量范围是0～150A；

进一步地，通过电流传感器内部电路转换，其二次侧输出相对应的微小的电压信号U；其中，电流传感器信号灵敏度为S＝13.33mV/A，即当有1A电流流过传感器时，输出的电压信号为13.33mV；

进一步地，所述PCB式电流传感器为北京智芯微股份有限公司提供的SCT6101M模组。

进一步地，前述PCB式电流传感器通过螺钉将其一次侧固定安装在单相智能电能表主端子第3、4端子上。

进一步地，所述PCB式电流传感器供电电源采用与计量芯片共用电源方式，供电电源为直流5V电源。

进一步地，所述PCB式电流传感器的差分电压信号输出端连接至单相智能电能表主板上的零线电流计量回路，所述PCB式电流传感器与电能表主板间各连接口通过一组排线进行连接。

有益效果

利用本发明的技术方案制作的单相智能电能表采用PCB式电流传感器计量的方法，其包括优点如下：

1、本方法运用电流传感器采样电流，由于电流传感器不存在铁芯材料，可在交流信号中存在直流分量时采样精度不受其影响，很好的解决了直流分量导致电流互感器铁芯磁饱和的问题；

2、本方法采用PCB型电流传感器，PCB型电流传感器的体积较小，减少了与电能表主板的干涉，同时为主板的布局提供更多的空间；

3、PCB型电流传感器的结构简单，价格低，大大降低了成本；

4、电流采样中采用了温度补偿，使得采样精度更准确。

附图说明

图1是本发明所述单相智能电能表采用PCB式电流传感器计量的方法的原理图；

图2是本发明所述PCB式电流传感器在电能表内安装的实物图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-2所示，本发明一种单相智能电能表采用PCB式电流传感器计量的方法包括如下步骤：

步骤1、将PCB式电流传感器固定安装在单相智能电能表零线接线端子上；

步骤2、将PCB式电流传感器供电电源采用与计量芯片共用电源方式，该方式为：将PCB式电流传感器电源接口与电能表计量部分电路电源连接，将电流传感器的和地线接口与电能表计量部分电路的地回路相连，用以保证整个计量回路不存在电源电平差值带来的影响；

步骤3、将PCB式电流传感器的差分电压信号输出端连接至单相智能电能表主板上的零线电流计量回路；

步骤4、PCB式电流传感器的电压信号经过阻容抗混叠电路后送进计量芯片电流采样通道，进行AD转换并经过计量芯片进一步计算后存入计量芯片的电流寄存器中，用于后续电流有效值以及功率的计算；

步骤5、所述步骤4中对电流有效值进行计算的方式为：

a、首先需对电流值进行调校，标准表加载于电能表的额定电流Ib，Ib_RMS为当标准表加载在电能表上的额定电流达到Ib时，经AD转换后计量芯片计算得出的电流寄存器读数，根据以下公式可得出比值系数K：

K＝Ib/Ib_RMS

b、当电能表计量电流时，则可通过I＝K*I_RMS得出现输入的电流值I；

步骤6、由于电能表采样电流较大时，电流传感器内部电路温度较高，则会影响到电流传感器信号灵敏度S使其偏离13.33mV/A，进一步使算出的电流值不准确，因此当电流较大时需对电流值进行补偿矫正，矫正的方式为：

a、标准表加载于电能表电流Imax，根据步骤5中公式算出电流值I，并得出其与标准值Imax的差值e，算得矫正系数i：

i＝e/Imax

i取3位小数；

b、受温度影响的每个电流点处的矫正后值I(矫)＝I/(1+i)。

在本技术方案实施的过程中，本领域人员需要将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接，并且应该根据实际情况，选择合适的控制器，以满足控制需求，具体连接以及控制顺序，应参考下述工作原理中，各电气件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，不在对电气控制做说明。

在本技术方案中，具体实施过程包括：

1、本发明中电流传感器为北京智芯微股份有限公司提供的SCT6101M模组，用螺钉将其一次侧固定安装在单相智能电能表主端子第3、4端子上；

2、电流传感器供电电源为直流5V，采用与计量芯片共用电源方式，将电流传感器电源接口(图1中红线)和地线接口(图1中黑线)分别与电能表计量部分电路5V电源和地回路相连，用以保证整个计量回路不存在电源电平差值带来的影响；

3、电流传感器差分电压信号输出端(图1中蓝线)连接至单相智能电能表主板上零线电流计量回路；电流传感器与电能表主板间各连接口通过一组排线进行连接；

4、当有电流流过电能表时，例如电能表所加电流为5A，则流过传感器一次侧的电流为5A；

5、通过电流传感器内部电路转换，其二次侧输出相对应的微小的电压信号U；其中，电流传感器信号灵敏度为S＝13.33mV/A，当流过传感器电流为5A时，二次侧输出的差分电压信号为66.65mV；

6、电压信号经过阻容抗混叠电路后送进计量芯片电流采样通道，并进行AD转换进一步计算后存入计量芯片电流寄存器中，输入电流为5A时，读出电流寄存器值为0230AE(十六进制)，用于后续电流有效值以及功率的计算；

7、对电流值进行计算；

7-1、首先需对电流值进行调校，标准表加载于电能表的额定电流Ib＝5A，相应寄存器值Ib_RMS＝0230AE，则比值系数K＝5/0230AE；

7-2、当电能表计量电流时，根据比值系数与电流寄存器值得出输入电流的值，即I＝(5/0230AE)*I_RMS得出现输入的电流值；

8、由于电能表采样电流较大时，电流传感器内部电路温度较高，则会影响到电流传感器信号灵敏度S使其偏离13.33mV/A，进一步使算出的电流值不准确，因此当电流较大时需对电流值进行补偿矫正；

8-1、标准表加载于电能表电流Imax＝60A，根据步骤7中公式算出电流值I＝60.921A，并得出其与标准值Imax的差值e＝0.921A，算得矫正系数i：

i＝e/Imax＝0.921/60＝0.015

i取3位小数；

8-2、当电能表长时间加载一较大电流值时，得出的电流值为I＝45.705A时，则矫正后值I(矫)＝I/(1+i)＝45.705A/(1+0.015)＝45.03A，由此可补偿温度对采样精度造成的影响。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。