第7章遙測量的測量

1、第7章 遙測量的測量第第7章章 遙測量的測量遙測量的測量 7.1 直流采樣和交流采樣直流采樣和交流采樣 7.2 變送器變送器 7.3 電度量采集電度量采集7.4 A/D和和D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 7.5 遙測量的標度變換遙測量的標度變換 7.6 電量的計算電量的計算 第7章 遙測量的測量本章學習目標本章學習目標l l 了解直流采樣與交流采樣的區(qū)別及各自的優(yōu)了解直流采樣與交流采樣的區(qū)別及各自的優(yōu)缺點缺點l l 了解并掌握變送器的類型及工作原理了解并掌握變送器的類型及工作原理l l 了解并掌握交流電壓變送器與交流電流變送了解并掌握交流電壓變送器與交流電流變送器的工作原理及異同點器的工作原理及異同點l

2、l 了解并掌握功率變送器的結(jié)構(gòu)與原理了解并掌握功率變送器的結(jié)構(gòu)與原理返回本章首頁第7章 遙測量的測量l l 了解并掌握功率電度量的原理及計算了解并掌握功率電度量的原理及計算l l 了解并掌握了解并掌握A/D與與D/A轉(zhuǎn)換器的原理及分類轉(zhuǎn)換器的原理及分類l l 了解標度變換的內(nèi)容了解標度變換的內(nèi)容l l 了解并掌握了解并掌握A/D與微機的接口技術(shù)與微機的接口技術(shù)l l 了解并掌握了解并掌握D/A與微機的接口技術(shù)與微機的接口技術(shù)l l 了解變送器了解變送器BS系列系列第7章 遙測量的測量7.1 直流采樣和交流采樣直流采樣和交流采樣 7.1.1 直流采樣直流采樣 7.1.2 采用變送器的直流采樣系采

3、用變送器的直流采樣系統(tǒng)存在如下問題統(tǒng)存在如下問題 7.1.3 交流采樣交流采樣 返回本章首頁第7章 遙測量的測量7.1.1 直流采樣直流采樣 通常將采用變送器進行的采樣稱為直流采樣。變送器的通常將采用變送器進行的采樣稱為直流采樣。變送器的作用為：作用為：（1）將強信號（一般為交流）將強信號（一般為交流100V，5A）轉(zhuǎn)化為適合于）轉(zhuǎn)化為適合于計算機和儀表使用的弱信號（一般為直流計算機和儀表使用的弱信號（一般為直流5V，1mA）。）。（2）將交流信號轉(zhuǎn)化為直流信號。）將交流信號轉(zhuǎn)化為直流信號。（3）從瞬時信號獲得有效值。）從瞬時信號獲得有效值。（4）確保輸出直流量與輸入測量量之間滿足線性關(guān)系。）

4、確保輸出直流量與輸入測量量之間滿足線性關(guān)系。（5）實現(xiàn)輸入與輸出隔離。）實現(xiàn)輸入與輸出隔離。返回本節(jié)第7章 遙測量的測量7.1.2 采用變送器的直流采樣系統(tǒng)存在如下問題：采用變送器的直流采樣系統(tǒng)存在如下問題： （1）遙測數(shù)據(jù)的準確性受變送器穩(wěn)定性的影響，變送器）遙測數(shù)據(jù)的準確性受變送器穩(wěn)定性的影響，變送器出現(xiàn)不正常的情況時有發(fā)生，這樣就影響了遙測準確性。出現(xiàn)不正常的情況時有發(fā)生，這樣就影響了遙測準確性。（2）遙測數(shù)據(jù)的實時性受變送器響應速度的影響。）遙測數(shù)據(jù)的實時性受變送器響應速度的影響。（3）變送器的維護工作量比較大。）變送器的維護工作量比較大。（4）對于變電站來說，需要大量的變送器，增加了

5、工程）對于變電站來說，需要大量的變送器，增加了工程造價和占地面積。造價和占地面積。返回本節(jié)第7章 遙測量的測量7.1.3 交流采樣交流采樣 不經(jīng)過變送器，按一不經(jīng)過變送器，按一定規(guī)律直接采樣交流定規(guī)律直接采樣交流量并加以處理，計算量并加以處理，計算出電壓、電流有效值出電壓、電流有效值以及有功、無功功率以及有功、無功功率的方法稱為交流采樣。的方法稱為交流采樣。 l圖圖7.1 含采樣保持器的交流采樣電路含采樣保持器的交流采樣電路返回本節(jié)第7章 遙測量的測量7.2 變送器變送器 7.2.1 BS系列電量變送器（儀）介紹系列電量變送器（儀）介紹 7.2.2 交流電流、電壓變送器交流電流、電壓變送器 7

6、.2.3 功率變送器功率變送器 返回本章首頁第7章 遙測量的測量7.2.1 BS系列電量變送器（儀）介紹系列電量變送器（儀）介紹 1BS系列電量變送器（儀）特點系列電量變送器（儀）特點（1）使用安全，不必擔心）使用安全，不必擔心TA開路與開路與TV短路。短路。（2）線性好，線性范圍寬（）線性好，線性范圍寬（0120%），），0.5級產(chǎn)品基本級產(chǎn)品基本誤差優(yōu)于誤差優(yōu)于0.4%，0.2級優(yōu)于級優(yōu)于0.15%。（3）溫度特性好，）溫度特性好，-10+55C可靠工作，可靠工作，-20+60C不不損壞。損壞。（4）絕緣性好，耐高壓，工作穩(wěn)定性好。）絕緣性好，耐高壓，工作穩(wěn)定性好。（5）密閉性好，抗潮濕，

7、能在相對濕度）密閉性好，抗潮濕，能在相對濕度95%下工作。下工作。（6）輸入功耗小于）輸入功耗小于0.25VA，輔助供電功耗小于，輔助供電功耗小于3VA。 第7章 遙測量的測量2BS系列電量變送器（儀）分類系列電量變送器（儀）分類BS系列變送器（儀）各系列產(chǎn)品間的區(qū)別主要在系列變送器（儀）各系列產(chǎn)品間的區(qū)別主要在于結(jié)構(gòu)、外形和安裝方式等方面，不同系列同功于結(jié)構(gòu)、外形和安裝方式等方面，不同系列同功能變送器內(nèi)部測量電路完全一樣，相同精度等級能變送器內(nèi)部測量電路完全一樣，相同精度等級的技術(shù)指標也基本相同。的技術(shù)指標也基本相同。S系列有數(shù)字屏顯示一系列有數(shù)字屏顯示一次回路實測值，因此又稱為變送儀。次回

8、路實測值，因此又稱為變送儀。BS系列變送器（儀）型號由系列代號、功能代號系列變送器（儀）型號由系列代號、功能代號和腳標三部分組成。和腳標三部分組成。 第7章 遙測量的測量第7章 遙測量的測量表表7.2 功能代號含義功能代號含義返回本節(jié)第7章 遙測量的測量7.2.2 交流電流、電壓變送器交流電流、電壓變送器 1交流電流變送器交流電流變送器交流電流變送器的主要任務就是將交流電流（由電流互交流電流變送器的主要任務就是將交流電流（由電流互感器次邊送來）變換成額定值為感器次邊送來）變換成額定值為5V的直流電壓，然后送的直流電壓，然后送往遠動裝置的遙測編碼環(huán)節(jié)，以便統(tǒng)一進行編碼，原理往遠動裝置的遙測編碼環(huán)

9、節(jié)，以便統(tǒng)一進行編碼，原理接線圖如下圖接線圖如下圖7.3所示。所示。第7章 遙測量的測量2交流電壓變送器交流電壓變送器交流電壓變送器的主要任務就是將交流電壓（由交流電壓變送器的主要任務就是將交流電壓（由電壓互感器次級送來的）變換成額定值為電壓互感器次級送來的）變換成額定值為5V的直的直流電壓，原理接線圖如下圖流電壓，原理接線圖如下圖7.4所示。所示。V1V2V3V4返回本節(jié)第7章 遙測量的測量7.2.3 功率變送器功率變送器 功率變送器是用來測量工頻電路中的有功和無功功率，功率變送器是用來測量工頻電路中的有功和無功功率，把被測電功率變換成和它成線性關(guān)系的直流電壓，每個把被測電功率變換成和它成線

10、性關(guān)系的直流電壓，每個功率測量部件為一個時間差值乘法器，它由磁飽和振蕩功率測量部件為一個時間差值乘法器，它由磁飽和振蕩器、恒流電路、橋式開關(guān)電路、電壓互感器以及電流互器、恒流電路、橋式開關(guān)電路、電壓互感器以及電流互感器等組成。圖感器等組成。圖7.5為單相功率變送器原理圖。為單相功率變送器原理圖。第7章 遙測量的測量1單相功率測量原理單相功率測量原理以圖以圖7.6所示的橋式開關(guān)電路方案來說明單相功率測量原所示的橋式開關(guān)電路方案來說明單相功率測量原理。橋式開關(guān)理。橋式開關(guān)S1、和、和S2、以一定的順序輪流接通和斷開。、以一定的順序輪流接通和斷開。S1和接通和接通S2和斷開，電流和斷開，電流I流經(jīng)儀

11、表流經(jīng)儀表A，方向自左向右，方向自左向右，延續(xù)時間延續(xù)時間T1后轉(zhuǎn)為后轉(zhuǎn)為S1和斷開，和斷開，S2和接通，于是流經(jīng)和接通，于是流經(jīng)A的電的電流改變方向，成為自右向左，延續(xù)流改變方向，成為自右向左，延續(xù)T2時間后又轉(zhuǎn)為時間后又轉(zhuǎn)為S1和和接通，接通，S2和斷開，如此不斷循環(huán)，周期為和斷開，如此不斷循環(huán)，周期為T=T1+T2。流。流過儀表的電流過儀表的電流ia波形如圖波形如圖7.7所示。所示。第7章 遙測量的測量第7章 遙測量的測量第7章 遙測量的測量2三相功率的測量三相功率的測量 測量三相三線有功功率時，通常采用二瓦法。在測量三相三線有功功率時，通常采用二瓦法。在三相三線制的系統(tǒng)中，如果電壓對稱

12、，負荷平衡，三相三線制的系統(tǒng)中，如果電壓對稱，負荷平衡，用二瓦法也能測量三相無功功率。如圖用二瓦法也能測量三相無功功率。如圖7.9所示。所示。圖中瓦特表圖中瓦特表W1的電流線圈接的電流線圈接IA，其電壓線圈接，其電壓線圈接UBC；瓦特表；瓦特表W2的電流線圈接的電流線圈接IC，其電壓線圈接，其電壓線圈接UAB。第7章 遙測量的測量 （b）相量圖第7章 遙測量的測量對于采用三相四線制的情形（即中性點接地系對于采用三相四線制的情形（即中性點接地系統(tǒng)），應采用三瓦特計法測量有功功率統(tǒng)），應采用三瓦特計法測量有功功率P為：為：三相功率的變送器通常是將兩個單相功率測量部三相功率的變送器通常是將兩個單相功

13、率測量部件安裝在一個裝置內(nèi)，用二元件法來測量三相功件安裝在一個裝置內(nèi)，用二元件法來測量三相功率的。圖率的。圖7.10為三相功率變送器原理框圖。為三相功率變送器原理框圖。第7章 遙測量的測量返回本節(jié)第7章 遙測量的測量7.3 電度量采集電度量采集 1電度測量原理電度測量原理電度為一段時間瞬時功率之和，即在一定時間長度內(nèi)對電度為一段時間瞬時功率之和，即在一定時間長度內(nèi)對功率進行積分，由有功、無功功率總和部分得到的直流功率進行積分，由有功、無功功率總和部分得到的直流輸出電壓是與功率成線性比例且代表功率大小的瞬時值，輸出電壓是與功率成線性比例且代表功率大小的瞬時值，故只需把此電流輸出電壓故只需把此電流

14、輸出電壓V0變成高度線性比例的脈沖頻變成高度線性比例的脈沖頻率，對此脈沖計數(shù)，即率，對此脈沖計數(shù)，即V0對時間的積分就可以得到電度對時間的積分就可以得到電度值。值。返回本章首頁第7章 遙測量的測量2采用脈沖電度表測量電度信息的缺陷采用脈沖電度表測量電度信息的缺陷（1）丟脈沖問題。）丟脈沖問題。（2）電磁干擾問題。）電磁干擾問題。上述兩個問題導致脈沖計數(shù)誤差較大，有時偏高，上述兩個問題導致脈沖計數(shù)誤差較大，有時偏高，有時偏低，而且無規(guī)律性，無法用軟件修正。這有時偏低，而且無規(guī)律性，無法用軟件修正。這是目前大多數(shù)是目前大多數(shù)SCADA系統(tǒng)中電度不能實用化的系統(tǒng)中電度不能實用化的重要原因之一。另外，

15、還有電度表底值問題。重要原因之一。另外，還有電度表底值問題。 返回本節(jié)第7章 遙測量的測量7.4 A/D和和D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 7.4.1 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 7.4.2 模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式 7.4.3 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 7.4.4 D/A轉(zhuǎn)換器的接口技術(shù)轉(zhuǎn)換器的接口技術(shù) 返回本章首頁第7章 遙測量的測量遙測采集的輸入通道如圖遙測采集的輸入通道如圖7.11所示。它由以下幾所示。它由以下幾部分組成：部分組成：1模擬信號多路轉(zhuǎn)換器模擬信號多路轉(zhuǎn)換器2數(shù)據(jù)放大器數(shù)據(jù)放大器3采樣保持器，簡稱采樣保持器，簡稱S/H4A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器5輸入輸入/輸出接口輸出接口第7章 遙

16、測量的測量第7章 遙測量的測量7.4.1 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 1. A/D轉(zhuǎn)換器的分類轉(zhuǎn)換器的分類（1）直接比較型）直接比較型A/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。 （2）間接比較型）間接比較型A/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。（3）AD650轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。第7章 遙測量的測量將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量（通常為二進制數(shù)字）的設(shè)備稱為將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量（通常為二進制數(shù)字）的設(shè)備稱為A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器，也稱編碼器。編碼調(diào)制技術(shù)在通訊測量、遙控遙測系統(tǒng)中得到日益也稱編碼器。編碼調(diào)制技術(shù)在通訊測量、遙控遙測系統(tǒng)中得到日益廣泛的應用，有許多不同類型，按其工作原理可分為兩大類：直接廣泛的應用，有許多不同類型，按其工作原理可分為兩大類

17、：直接比較型和間接比較型。其分類如圖比較型和間接比較型。其分類如圖7.12所示。所示。第7章 遙測量的測量（b）單極性接線方式）單極性接線方式l圖圖7.13 A/D650電路原理及接線方式電路原理及接線方式第7章 遙測量的測量第7章 遙測量的測量2A/D轉(zhuǎn)換器與微機的接口技術(shù)A/D轉(zhuǎn)換器與微機接口的主要任務硬件連接及控制程序設(shè)轉(zhuǎn)換器與微機接口的主要任務硬件連接及控制程序設(shè)計。由于計。由于A/D轉(zhuǎn)換器類型多，結(jié)構(gòu)復雜，數(shù)據(jù)輸出形式及轉(zhuǎn)換器類型多，結(jié)構(gòu)復雜，數(shù)據(jù)輸出形式及控制手段各異，因此與微機的連接方法也是多樣的，必控制手段各異，因此與微機的連接方法也是多樣的，必須根據(jù)系統(tǒng)的要求進行設(shè)計，尤其要

18、了解須根據(jù)系統(tǒng)的要求進行設(shè)計，尤其要了解A/D的應用特性的應用特性和時序要求和時序要求.A/D轉(zhuǎn)換器的引出線從使用的角度出發(fā)，主轉(zhuǎn)換器的引出線從使用的角度出發(fā)，主要包括要包括:數(shù)據(jù)輸出線、選通及狀態(tài)控制線、基準電源線及數(shù)據(jù)輸出線、選通及狀態(tài)控制線、基準電源線及模擬輸入信號線。在與微機的接口中，所關(guān)心的是前兩模擬輸入信號線。在與微機的接口中，所關(guān)心的是前兩種信號線。因此種信號線。因此A/D轉(zhuǎn)換器與微機的接口技術(shù)主要解決以轉(zhuǎn)換器與微機的接口技術(shù)主要解決以下四個方面的問題下四個方面的問題:第7章 遙測量的測量（1）數(shù)據(jù)輸出線的連接方式。）數(shù)據(jù)輸出線的連接方式。（2）選通信號、啟動轉(zhuǎn)換及讀出控制信號的

19、連）選通信號、啟動轉(zhuǎn)換及讀出控制信號的連接方法。接方法。（3）電源和地線的處理。）電源和地線的處理。（4）與微機信息傳遞的方法。）與微機信息傳遞的方法。返回本節(jié)第7章 遙測量的測量7.4.2 模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式 1多通道共享一個多通道共享一個D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器2多路多路D/A輸出的形式輸出的形式3多通道同時進行多通道同時進行D/A轉(zhuǎn)換的形式轉(zhuǎn)換的形式第7章 遙測量的測量1多通道共享一個多通道共享一個D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器第7章 遙測量的測量2多路多路D/A輸出的形式輸出的形式第7章 遙測量的測量3多通道同時進行多通道同時進行D/A轉(zhuǎn)換的形式轉(zhuǎn)換的形式返回本節(jié)第7章 遙

20、測量的測量7.4.3 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 D/A轉(zhuǎn)換器是將二進制數(shù)碼轉(zhuǎn)換成相應的模擬電壓的部件，轉(zhuǎn)換器是將二進制數(shù)碼轉(zhuǎn)換成相應的模擬電壓的部件，D/A轉(zhuǎn)換器，既可作為轉(zhuǎn)換器，既可作為YC系統(tǒng)中單獨作用的部件，又可系統(tǒng)中單獨作用的部件，又可作為作為A/D轉(zhuǎn)換器組成部分。轉(zhuǎn)換器組成部分。D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理轉(zhuǎn)換器的工作原理D/A（Digit to Analog）轉(zhuǎn)換器的作用是將二進制的數(shù)字）轉(zhuǎn)換器的作用是將二進制的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為相應的模擬量。它的主要部件是電阻開關(guān)網(wǎng)絡，量轉(zhuǎn)換為相應的模擬量。它的主要部件是電阻開關(guān)網(wǎng)絡，主要網(wǎng)絡形式為權(quán)電阻網(wǎng)絡和主要網(wǎng)絡形式為權(quán)電阻網(wǎng)絡和R-2R“T形形”電阻網(wǎng)絡，

21、下電阻網(wǎng)絡，下面介紹其基本的工作原理。面介紹其基本的工作原理。第7章 遙測量的測量運算放大器的輸入電路可以是權(quán)電阻網(wǎng)絡，如圖運算放大器的輸入電路可以是權(quán)電阻網(wǎng)絡，如圖7.17所示。所示。第7章 遙測量的測量圖圖7.18是簡化了的是簡化了的R-2R“T”形電阻網(wǎng)絡原理圖。由于這種形電阻網(wǎng)絡原理圖。由于這種電阻網(wǎng)絡只用兩種阻值組成，用集成工藝生產(chǎn)比較容易，電阻網(wǎng)絡只用兩種阻值組成，用集成工藝生產(chǎn)比較容易，精度也容易保證，因此應用比較廣泛。精度也容易保證，因此應用比較廣泛。在圖在圖7.18中，各位開關(guān)的狀態(tài)由數(shù)據(jù)鎖存器的對應位所決中，各位開關(guān)的狀態(tài)由數(shù)據(jù)鎖存器的對應位所決定。定。 第7章 遙測量的測

22、量實際的實際的D/A轉(zhuǎn)換器的原理框圖如圖轉(zhuǎn)換器的原理框圖如圖7.19所示。所示。 第7章 遙測量的測量D/A轉(zhuǎn)換器的輸出形式有電壓、電流兩大類型，轉(zhuǎn)換器的輸出形式有電壓、電流兩大類型，如圖如圖7.20所示。所示。第7章 遙測量的測量在實際應用中，常選用電流輸出型的芯片來實現(xiàn)電壓輸出。在實際應用中，常選用電流輸出型的芯片來實現(xiàn)電壓輸出?，F(xiàn)介紹兩種常用的電壓輸出的線路，如圖現(xiàn)介紹兩種常用的電壓輸出的線路，如圖7.21所示。所示。圖（圖（a）是反相電壓輸出，其輸出電壓）是反相電壓輸出，其輸出電壓U0=-IR；圖（；圖（b）是）是同相電壓輸出，輸出電壓同相電壓輸出，輸出電壓U0=IR（1+R2/R1）

23、。）。返回本節(jié)第7章 遙測量的測量7.4.4 D/A轉(zhuǎn)換器的接口技術(shù)轉(zhuǎn)換器的接口技術(shù) 與與A/D轉(zhuǎn)換器相比，轉(zhuǎn)換器相比，D/A轉(zhuǎn)換器的接口技轉(zhuǎn)換器的接口技術(shù)相對簡單一些，主要考慮三類信號：術(shù)相對簡單一些，主要考慮三類信號：數(shù)字量輸入。數(shù)字量輸入。芯片控制信號的連接。芯片控制信號的連接。模擬量輸出形式及極性。模擬量輸出形式及極性。返回本節(jié)第7章 遙測量的測量7.5 遙測量的標度變換遙測量的標度變換 在被控系統(tǒng)中有各種不同的遙測量，它們的數(shù)值在被控系統(tǒng)中有各種不同的遙測量，它們的數(shù)值不同，量綱相異，但是經(jīng)過相應的變送器后，即不同，量綱相異，但是經(jīng)過相應的變送器后，即變成統(tǒng)一的變成統(tǒng)一的05V直流模

24、擬電壓送入遠動裝置，直流模擬電壓送入遠動裝置，經(jīng)過經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器，變換成幾位二進制數(shù)，為了解轉(zhuǎn)換器，變換成幾位二進制數(shù)，為了解決用什么方法才能將遙測量的絕對值顯示出來的決用什么方法才能將遙測量的絕對值顯示出來的問題，并能在接收端用同一數(shù)碼顯示器顯示不同問題，并能在接收端用同一數(shù)碼顯示器顯示不同的遙測量值，就要乘以不同的系數(shù)。的遙測量值，就要乘以不同的系數(shù)。返回本章首頁第7章 遙測量的測量7.6 電量的計算電量的計算 1直流變換采樣的電量計算直流變換采樣的電量計算【例】采用電壓變送器測量電網(wǎng)電壓值，【例】采用電壓變送器測量電網(wǎng)電壓值，AD轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度器的轉(zhuǎn)換精度12位，電網(wǎng)為位，電網(wǎng)為3