第7章遙測量的測量

第7章遙測量的測量7.1直流采樣和交流采樣7.2變送器7.3電度量采集7.4A/D和D/A轉換器7.5遙測量的標度變換7.6電量的計算本章學習目標l

了解直流采樣與交流采樣的區(qū)別及各自的優(yōu)缺點l

了解并掌握變送器的類型及工作原理l

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l

了解并掌握功率變送器的結構與原理返回本章首頁l

了解并掌握功率電度量的原理及計算l

了解并掌握A/D與D/A轉換器的原理及分類l

了解標度變換的內容l

了解并掌握A/D與微機的接口技術l

了解并掌握D/A與微機的接口技術l

了解變送器BS系列7.1直流采樣和交流采樣7.1.1直流采樣7.1.2采用變送器的直流采樣系統(tǒng)存在如下問題7.1.3交流采樣返回本章首頁7.1.1直流采樣通常將采用變送器進行的采樣稱為直流采樣。變送器的作用為：（1）將強信號（一般為交流100V，5A）轉化為適合于計算機和儀表使用的弱信號（一般為直流±5V，1mA）。（2）將交流信號轉化為直流信號。（3）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系。（5）實現輸入與輸出隔離。返回本節(jié)7.1.2采用變送器的直流采樣系統(tǒng)存在如下問題：（1）遙測數據的準確性受變送器穩(wěn)定性的影響，變送器出現不正常的情況時有發(fā)生，這樣就影響了遙測準確性。（2）遙測數據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。（4）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。返回本節(jié)7.1.3交流采樣不經過變送器，按一定規(guī)律直接采樣交流量并加以處理，計算出電壓、電流有效值以及有功、無功功率的方法稱為交流采樣。圖7.1含采樣保持器的交流采樣電路返回本節(jié)7.2變送器7.2.1BS系列電量變送器（儀）介紹7.2.2交流電流、電壓變送器7.2.3功率變送器返回本章首頁7.2.1BS系列電量變送器（儀）介紹1．BS系列電量變送器（儀）特點（1）使用安全，不必擔心TA開路與TV短路。（2）線性好，線性范圍寬（0~120%），0.5級產品基本誤差優(yōu)于0.4%，0.2級優(yōu)于0.15%。（3）溫度特性好，-10o~+55oC可靠工作，-20o~+60oC不損壞。（4）絕緣性好，耐高壓，工作穩(wěn)定性好。（5）密閉性好，抗潮濕，能在相對濕度95%下工作。（6）輸入功耗小于0.25VA，輔助供電功耗小于3VA。2．BS系列電量變送器（儀）分類BS系列變送器（儀）各系列產品間的區(qū)別主要在于結構、外形和安裝方式等方面，不同系列同功能變送器內部測量電路完全一樣，相同精度等級的技術指標也基本相同。S系列有數字屏顯示一次回路實測值，因此又稱為變送儀。BS系列變送器（儀）型號由系列代號、功能代號和腳標三部分組成。表7.1腳標含義表7.2功能代號含義返回本節(jié)7.2.2交流電流、電壓變送器1．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（由電流互感器次邊送來）變換成額定值為5V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，原理接線圖如下圖7.3所示。2．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（由電壓互感器次級送來的）變換成額定值為5V的直流電壓，原理接線圖如下圖7.4所示。返回本節(jié)7.2.3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，把被測電功率變換成和它成線性關系的直流電壓，每個功率測量部件為一個時間差值乘法器，它由磁飽和振蕩器、恒流電路、橋式開關電路、電壓互感器以及電流互感器等組成。圖7.5為單相功率變送器原理圖。1．單相功率測量原理以圖7.6所示的橋式開關電路方案來說明單相功率測量原理。橋式開關S1、和S2、以一定的順序輪流接通和斷開。S1和接通S2和斷開，電流I流經儀表A，方向自左向右，延續(xù)時間T1后轉為S1和斷開，S2和接通，于是流經A的電流改變方向，成為自右向左，延續(xù)T2時間后又轉為S1和接通，S2和斷開，如此不斷循環(huán)，周期為T=T1+T2。流過儀表的電流ia波形如圖7.7所示。圖7.6橋式開關電路圖7.7橋式開關電路波形圖圖7.8電壓改變極性情況2．三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7.9所示。圖中瓦特表W1的電流線圈接IA，其電壓線圈接UBC；瓦特表W2的電流線圈接IC，其電壓線圈接UAB。（a）接線圖（b）相量圖（b）相量圖圖7.9采用兩瓦特計法測量三相三線制無功功率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P為：三相功率的變送器通常是將兩個單相功率測量部件安裝在一個裝置內，用二元件法來測量三相功率的。圖7.10為三相功率變送器原理框圖。圖7.10三相功率變送器原理框圖返回本節(jié)7.3電度量采集1．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對功率進行積分，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，故只需把此電流輸出電壓V0變成高度線性比例的脈沖頻率，對此脈沖計數，即V0對時間的積分就可以得到電度值。返回本章首頁2．采用脈沖電度表測量電度信息的缺陷（1）丟脈沖問題。（2）電磁干擾問題。上述兩個問題導致脈沖計數誤差較大，有時偏高，有時偏低，而且無規(guī)律性，無法用軟件修正。這是目前大多數SCADA系統(tǒng)中電度不能實用化的重要原因之一。另外，還有電度表底值問題。返回本節(jié)7.4A/D和D/A轉換器7.4.1A/D轉換器7.4.2模擬量輸出通道的結構形式7.4.3D/A轉換器7.4.4D/A轉換器的接口技術返回本章首頁遙測采集的輸入通道如圖7.11所示。它由以下幾部分組成：1．模擬信號多路轉換器2．數據放大器3．采樣－保持器，簡稱S/H4．A/D轉換器5．輸入/輸出接口圖7.11模擬量輸入通道的組成7.4.1A/D轉換器1.A/D轉換器的分類（1）直接比較型A/D轉換器。（2）間接比較型A/D轉換器。（3）AD650轉換器。將模擬量轉換為數字量（通常為二進制數字）的設備稱為A/D轉換器，也稱編碼器。編碼調制技術在通訊測量、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：直接比較型和間接比較型。其分類如圖7.12所示。圖7.12A/D轉換器分類圖（b）單極性接線方式圖7.13A/D650電路原理及接線方式表7.3一些典型參數2．A/D轉換器與微機的接口技術A/D轉換器與微機接口的主要任務硬件連接及控制程序設計。由于A/D轉換器類型多，結構復雜，數據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，必須根據系統(tǒng)的要求進行設計，尤其要了解A/D的應用特性和時序要求.A/D轉換器的引出線從使用的角度出發(fā)，主要包括:數據輸出線、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，所關心的是前兩種信號線。因此A/D轉換器與微機的接口技術主要解決以下四個方面的問題:（1）數據輸出線的連接方式。（2）選通信號、啟動轉換及讀出控制信號的連接方法。（3）電源和地線的處理。（4）與微機信息傳遞的方法。返回本節(jié)7.4.2模擬量輸出通道的結構形式1．多通道共享一個D/A轉換器2．多路D/A輸出的形式3．多通道同時進行D/A轉換的形式1．多通道共享一個D/A轉換器圖7.14多輸出共享一個D/A的結構形式2．多路D/A輸出的形式圖7.15多路D/A的結構形式3．多通道同時進行D/A轉換的形式圖7.16多通道同步輸出系統(tǒng)結構返回本節(jié)7.4.3D/A轉換器D/A轉換器是將二進制數碼轉換成相應的模擬電壓的部件，D/A轉換器，既可作為YC系統(tǒng)中單獨作用的部件，又可作為A/D轉換器組成部分。D/A轉換器的工作原理D/A（DigittoAnalog）轉換器的作用是將二進制的數字量轉換為相應的模擬量。它的主要部件是電阻開關網絡，主要網絡形式為權電阻網絡和R-2R“T形”電阻網絡，下面介紹其基本的工作原理。運算放大器的輸入電路可以是權電阻網絡，如圖7.17所示。圖7.17權電阻輸入網絡圖7.18是簡化了的R-2R“T”形電阻網絡原理圖。由于這種電阻網絡只用兩種阻值組成，用集成工藝生產比較容易，精度也容易保證，因此應用比較廣泛。在圖7.18中，各位開關的狀態(tài)由數據鎖存器的對應位所決定。圖7.18R-2R“T”形電阻網絡實際的D/A轉換器的原理框圖如圖7.19所示。圖7.19D/A轉換器原理框圖D/A轉換器的輸出形式有電壓、電流兩大類型，如圖7.20所示。（a）電壓型（b）電流型圖7.20D/A轉換器輸出的兩種形式在實際應用中，常選用電流輸出型的芯片來實現電壓輸出?，F介紹兩種常用的電壓輸出的線路，如圖7.21所示。圖（a）是反相電壓輸出，其輸出電壓U0=-IR；圖（b）是同相電壓輸出，輸出電壓U0=IR（1+R2/R1）。（a）反相輸出（b）同相輸出圖7.21電流型D/A連接成電壓輸出方式返回本節(jié)7.4.4D/A轉換器的接口技術與A/D轉換器相比，D/A轉換器的接口技術相對簡單一些，主要考慮三類信號：①數字量輸入。②芯片控制信號的連接。③模擬量輸出形式及極性。返回本節(jié)7.5遙測量的標度變換在被控系統(tǒng)中有各種不同的遙測量，它們的數值不同，量綱相異，但是經過相應的變送器后，即變成統(tǒng)一的0～5V直流模擬電壓送入遠動裝置，經過A/D轉換器，變換成幾位二進制數，為了解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碼顯示器顯示不同的遙測量值，就要乘以不同的系數。返回本章首頁7.6電量的計算1．直流變換采樣的電量計算【例】采用電壓變送器測量電網電壓值，A／D轉換器的轉換精度12位，電網為30kV，今測得A/D值為0CF6H，計算其原電壓值。解：首先將所測值轉換為十進制值。0CF6H→0l10011110l10B→3318D12位A/D轉換的最大值為111111111111B，即0FFFH代表直流5V電壓。返回本章首頁111111111111B轉換為十進制為4095。根據A/D的線性關系有：4095：3318=5V：xx=3318×＝4.05V變送器的直流5V代表交流側30kV電壓則30kV：y=5：4.05y=4.05×kV=24.3kV這樣經過標量計算后得被測電壓值為24.3kV。利用類似的方法可