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1、智能电工仪表特点及应用陈万才，李亚娟云南省计量测试技术研究院摘要：本文简要介绍了智能电工仪表的技术特点，分析了该类仪表的基本工作原理，展望了其在电力供电、工业动力系统中的应用前景。关键字：智能仪表、基本原理、应用前景the Characteristic and Application of the Intelligent Electrical InstrumentChen Wancai，Li YajuanYunnan Technological Research Institute of Metrology & MeasurementAbstract：This paper has introd
2、uced the technological characteristic of the intelligent electrical instrument briefly，analyzed the basic operation principle of electrical instrument and expected application prospect of the instrument in supplies power of electricity and the industrial dynamical system，etc.Key words：Intelligent el
3、ectrical instrument，Basic principle，Application prospect一、概述本文涉及的电工仪表指用于测量/监控、变换/传输电压、电流、电能等电参量的各种测量仪表，它包括常用的电磁式、磁电式原理的模拟指针仪表、数字仪表及智能化仪表。广泛应用在电力系统，工矿企业供电、生产进程监控，国防、科研实验等各行各业中，电工仪表技术的发展，体现了我国工业生产的技术进步。二、基本发展过程电工仪表技术的发展大体经历了模拟式、数字式、智能化三个阶段。1、模拟仪表在90年代以前广泛应用的电工仪表基本上都是磁电式或电磁式的模拟仪表，甚至连电能计量用的标准表都是回转式模拟仪表。
4、这类仪表的特点是直观、易维修；不足之处是： 测量精度低； 可靠性差，数值易失准。2、数字仪表以80年代后期进口数字电压表和、数显表为代表，我国仪表进入了数字化时代。通过上个世纪末期十多年材料科学、集成电路芯片等技术的发展，仪表数字化技术也得到迅速发展。数字化仪表通常是对模拟信号直接进行A/D转换、数字离散采样。从原理上解决了精度等级问题。现在数字标准表最高精度等级达到0.01级，工业生产、供电系统中使用的仪表也普遍达到0.5级以上。近年来，随着数字信号处理系统集成电路（DSP）、可编程逻辑矩阵（PFG）、通讯接口电路等芯片技术的成熟、推广，数字化仪表正朝着全智能、多功能、高精度快速发展。本文结
5、合我院研制的智能电参量多功能测控仪表，简单介绍一下新型智能仪表的原理和应用前景。三、智能化电测仪表基本原理 1、数学模型我们研制的多功能电测仪表数学模型是根据连续周期信号的有效值定义即：若连续周期函数f（t）是周期为T的连续信号，则f（t）有效值 （1）在仪表中对被测电量函数采用整周期同步采样，即按（1）式进行数字离散，以一个周期内有限个采样点数定量累计逼近有效值,则 （2）式中：N为一个周期内的采样次数；T为信号周期；um为第m-1次采样值；t为采样时间（根据采样速率不同，为某一定值）。一个周期内的次数为 ，代入式（1）就有 （3）根据采样定律：当采样频率大于被采样信号频率的2倍以上就可以很
6、好地重现被测信号。由此可得出，电基本量数学定义： （4） （5） （6）式中：、 、 是周期采样的乘法累加值，在仪表中可用硬件乘法器或DSP软件指令来实现。根据基本公式，可推出三相系统电压、电流、功率、电能、有功、无功、视在、相位、频率等量的数学公式；换句话说用一台多功能仪表就能测出上述各参量。2、原理框图：图1可见智能仪表由被测信号输入变换、A/D变换、DSP信号乘法累加处理、PFG逻辑控制、通讯接口、键盘/显示等几部分构成。各部分的主要作用（功能）：a、输入变换：电压输入变换电路通常采用交流互感器、电阻分压或感应分压器，将被测强信号衰减或分压为易于A/D处理的信号（一般为03V或05V或0
7、10V）。根据仪表用途不一，在这部分还将采取隔离、共地/分地、屏蔽等技术措施。电流输入变换通常采用电流互感器、电阻采样或分流器，对被测信号进行衰变。b、A/D变换：对衰变后的信号进行模拟到数字的离散变换，是仪表精度和线性度的关键所在，通常采用16位以上的高速A/D，这部分电路主要由A/D、基准、增益电路等组成。c、DSP数字乘法累加/处理：对经A/D离散得到的数字量进行分时、分类乘法累加、存储、运算、处理，从而得到各个参量值。通常DSP具有nS级的处理速度和较大的存储空间，为仪表多功能提供了资源保证。d、逻辑控制电路：在DSP控制下，完成仪表工作时序、逻辑秩序、功能分选等的逻辑控制和逻辑信号发
8、生。这部分电路主要由逻辑门电路或可编程逻辑矩阵电路构成。可编程的优点在于更能灵活改变逻辑方式和过程，使仪表更具智能化。e、通讯接口：本表采用标准RS232接口。仪表软件设置了丰富的接口通讯指令，能够将仪表测量的各参量结果传到上位机；或将键盘、显示等操作功能交由上位机执行，便于由测量仪表和上位机构成自动测控装置。f、键盘/显示：便于各参数、变比置入和功能选择，特别是液晶显示能实现多参数菜单式集中显示，是现代智能仪表主要显示方式。仪表工作过程：被测电压、电流信号通过输入电路变换为03V信号，在控制选择下通过模拟开关、量程选择电路进入A/D进行模/数变换。数字信号再经DSP按照数学模型运算、处理得到
9、各参量结果，由显示电路显示各结果，同时经RS232接口将各参量外传，并接受来自键盘或上位机的指令、改变功能和测控模式。四、智能仪表特点待添加的隐藏文字内容31、测量精度高且稳定可靠；2、体积小且一表多功能；3、接口功能丰富：智能仪表具有多个、多种通讯接口，常见的有：RS232、RS485、CS以太网、IEEE488等通讯接口。丰富的开放式接口按讯指令和通讯方式（例如：GPRS/GSM、CDMA、PSTN等）。这些接口和通讯方式，提高了智能仪表远控、组网群控和上网远传数据。五、应用前景智能仪表的众多优点决定了其具有广泛的应用空间和前景： 作为电测仪表校验标准：智能仪表高精度、多功能的特点，用作建
10、立标准，使一套标准具有多个校验功能，更便于实现程控、现场或在线检测/校准。目前，计量检定/校准的标准正朝这个方向发展。 在电力系统、工厂中取代传统仪表：智能仪表体积小、精度高、功能多、智能化的特点，使其在电力系统、工厂等各行业的应用迅速推开，并有全面取代传统仪表的趋势。 应用在各种同步测量实验中，如整流效率测量。 其它行业：智能仪表接口多、指令强的特点，使其更容易组成系统或相互联机，稍作改进或编程就能满足变压器、电机、整流系统、互感器压降、科研实验等精度、同步或压降要求高的测试和实验中。六、结束语A/D、DSP等数据处理芯片技术、集成电路表封技术、接口技术、IT等技术的发展，为智能化仪表的进一步发展开辟了广阔的空间。未来的智能化仪表将朝着体积小，功能强，在线开放编程、程控、遥控等方面进一步发展，其发展过程又将带动仪表相关产业和应用企业的技术进步。参考文献1 “强功率整流系统电能测控技术在电冶中应用”研制报告，云南计量测试技术研究院课题组2 2003型三相多功能标准表使用说明书，云南计量测试技术研究院
