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(zhuǎn)換器7.5遙測量的標(biāo)度變換7.6電量的計(jì)算本章學(xué)習(xí)目標(biāo)l

了解直流采樣與交流采樣的區(qū)別及各自的優(yōu)缺點(diǎn)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(diǎn)l

了解并掌握功率變送器的結(jié)構(gòu)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(jì)算l

了解并掌握A/D與D/A轉(zhuǎn)換器的原理及分類l

了解標(biāo)度變換的內(nèi)容l

了解并掌握A/D與微機(jī)的接口技術(shù)l

了解并掌握D/A與微機(jī)的接口技術(shù)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(jìn)行的采樣稱為直流采樣。變送器的作用為：（1）將強(qiáng)信號（一般為交流100V，5A）轉(zhuǎn)化為適合于計(jì)算機(jī)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。（3）從瞬時(shí)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。（5）實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(shí)有發(fā)生，這樣就影響了遙測準(zhǔn)確性。（2）遙測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性受變送器響應(yīng)速度的影響。（3）變送器的維護(hù)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(jià)和占地面積。返回本節(jié)7.1.3交流采樣不經(jīng)過變送器，按一定規(guī)律直接采樣交流量并加以處理，計(jì)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(diǎn)（1）使用安全，不必?fù)?dān)心TA開路與TV短路。（2）線性好，線性范圍寬（0~120%），0.5級產(chǎn)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(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(biāo)也基本相同。S系列有數(shù)字屏顯示一次回路實(shí)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(biāo)三部分組成。表7.1腳標(biāo)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(wù)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(yuǎn)動(dòng)裝置的遙測編碼環(huán)節(jié)，以便統(tǒng)一進(jìn)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(wù)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(guān)系的直流電壓，每個(gè)功率測量部件為一個(gè)時(shí)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(guān)電路方案來說明單相功率測量原理。橋式開關(guān)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(jīng)儀表A，方向自左向右，延續(xù)時(shí)間T1后轉(zhuǎn)為S1和斷開，S2和接通，于是流經(jīng)A的電流改變方向，成為自右向左，延續(xù)T2時(shí)間后又轉(zhuǎn)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(guān)電路圖7.7橋式開關(guān)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(shí)，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(fù)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(jì)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(diǎn)接地系統(tǒng)），應(yīng)采用三瓦特計(jì)法測量有功功率P為：三相功率的變送器通常是將兩個(gè)單相功率測量部件安裝在一個(gè)裝置內(nèi)，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(shí)間瞬時(shí)功率之和，即在一定時(shí)間長度內(nèi)對功率進(jìn)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(shí)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(jì)數(shù)，即V0對時(shí)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(gè)問題導(dǎo)致脈沖計(jì)數(shù)誤差較大，有時(shí)偏高，有時(shí)偏低，而且無規(guī)律性，無法用軟件修正。這是目前大多數(shù)SCADA系統(tǒng)中電度不能實(shí)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(zhuǎn)換器7.4.1A/D轉(zhuǎn)換器7.4.2模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式7.4.3D/A轉(zhuǎn)換器7.4.4D/A轉(zhuǎn)換器的接口技術(shù)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(zhuǎn)換器2．?dāng)?shù)據(jù)放大器3．采樣－保持器，簡稱S/H4．A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器1.A/D轉(zhuǎn)換器的分類（1）直接比較型A/D轉(zhuǎn)換器。（2）間接比較型A/D轉(zhuǎn)換器。（3）AD650轉(zhuǎn)換器。將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量（通常為二進(jìn)制數(shù)字）的設(shè)備稱為A/D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)中得到日益廣泛的應(yīng)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(zhuǎn)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(shù)2．A/D轉(zhuǎn)換器與微機(jī)的接口技術(shù)A/D轉(zhuǎn)換器與微機(jī)接口的主要任務(wù)硬件連接及控制程序設(shè)計(jì)。由于A/D轉(zhuǎn)換器類型多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)據(jù)輸出形式及控制手段各異，因此與微機(jī)的連接方法也是多樣的，必須根據(jù)系統(tǒng)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，尤其要了解A/D的應(yīng)用特性和時(shí)序要求.A/D轉(zhuǎn)換器的引出線從使用的角度出發(fā)，主要包括:數(shù)據(jù)輸出線、選通及狀態(tài)控制線、基準(zhǔn)電源線及模擬輸入信號線。在與微機(jī)的接口中，所關(guān)心的是前兩種信號線。因此A/D轉(zhuǎn)換器與微機(jī)的接口技術(shù)主要解決以下四個(gè)方面的問題:（1）數(shù)據(jù)輸出線的連接方式。（2）選通信號、啟動(dòng)轉(zhuǎn)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(jī)信息傳遞的方法。返回本節(jié)7.4.2模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式1．多通道共享一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器2．多路D/A輸出的形式3．多通道同時(shí)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換的形式1．多通道共享一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器圖7.14多輸出共享一個(gè)D/A的結(jié)構(gòu)形式2．多路D/A輸出的形式圖7.15多路D/A的結(jié)構(gòu)形式3．多通道同時(shí)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換的形式圖7.16多通道同步輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)返回本節(jié)7.4.3D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器是將二進(jìn)制數(shù)碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓的部件，D/A轉(zhuǎn)換器，既可作為YC系統(tǒng)中單獨(dú)作用的部件，又可作為A/D轉(zhuǎn)換器組成部分。D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理D/A（DigittoAnalog）轉(zhuǎn)換器的作用是將二進(jìn)制的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬量。它的主要部件是電阻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，主要網(wǎng)絡(luò)形式為權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)和R-2R“T形”電阻網(wǎng)絡(luò)，下面介紹其基本的工作原理。運(yùn)算放大器的輸入電路可以是權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)，如圖7.17所示。圖7.17權(quán)電阻輸入網(wǎng)絡(luò)圖7.18是簡化了的R-2R“T”形電阻網(wǎng)絡(luò)原理圖。由于這種電阻網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用比較廣泛。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(yīng)位所決定。圖7.18R-2R“T”形電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)際的D/A轉(zhuǎn)換器的原理框圖如圖7.19所示。圖7.19D/A轉(zhuǎn)換器原理框圖D/A轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器輸出的兩種形式在實(shí)際應(yīng)用中，常選用電流輸出型的芯片來實(shí)現(xiàn)電壓輸出?，F(xiàn)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(zhuǎn)換器的接口技術(shù)與A/D轉(zhuǎn)換器相比，D/A轉(zhuǎn)換器的接口技術(shù)相對簡單一些，主要考慮三類信號：①數(shù)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(biāo)度變換在被控系統(tǒng)中有各種不同的遙測量，它們的數(shù)值不同，量綱相異，但是經(jīng)過相應(yīng)的變送器后，即變成統(tǒng)一的0～5V直流模擬電壓送入遠(yuǎn)動(dòng)裝置，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器，變換成幾位二進(jìn)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)。返回本章首頁7.6電量的計(jì)算1．直流變換采樣的電量計(jì)算【例】采用電壓變送器測量電網(wǎng)電壓值，A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度12位，電網(wǎng)為30kV，今測得A/D值為0CF6H，計(jì)算其原電壓值。解：首先將所測值轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制值。0CF6H→0l10011110l10B→3318D12位A/D轉(zhuǎn)換的最大值為111111111111B，即0FFFH代表直流5V電壓。返回本章首頁111111111111B轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制為4095。根據(jù)A/D的線性關(guān)系有：4095：3318=5V：xx=3318×＝4.05V變送器的直流5V代表交流側(cè)30kV電壓則30kV：y=5：4.05y=4.05×kV=24.3kV這樣經(jīng)過標(biāo)量計(jì)算后得被測電壓值為24.3kV。利用類似的方法可