專利名稱：電子式單相電度表用厚膜電阻采樣模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電子式電度表技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種電子式單相電度表用厚膜電阻采樣模塊。
電子式單相電度表是采用電子乘法器把通過采樣得到的交流電壓和負(fù)載電流信號相乘，再把相乘的積進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并用計度器記錄下來。計度器記錄的數(shù)據(jù)就表示交流電路電能消耗的多少。
電子式單相電度表于八十年代末進(jìn)入中國。通過引進(jìn)，消化和提高，現(xiàn)在國產(chǎn)電子式單相電度表已大量生產(chǎn)和進(jìn)入千家萬戶。生產(chǎn)電子式單相電度表所需的主要元、器件及材料已經(jīng)全部國產(chǎn)化。例如，作為電子式單相電度表核心的電能計量IC，國內(nèi)已有BL0932、SM9903等數(shù)種IC替代同類進(jìn)口產(chǎn)品，并能大批量生產(chǎn)。
從電子式單相電度表的基本原理可知，電度表要實現(xiàn)電能計量須經(jīng)采樣-乘法運(yùn)算-數(shù)據(jù)處理-記錄這幾個過程。比較國產(chǎn)與進(jìn)口的同類型電度表后發(fā)現(xiàn)，兩者之間的最大差別就在采樣方式和電度表誤差精度的調(diào)整方法上。
進(jìn)口電子式單相電度表的電壓采樣使用厚膜電阻采樣模塊，誤差精度調(diào)整則采用在線激光調(diào)阻的方法。這樣做不僅保證了電度表的精確度，而且由于采用了厚膜技術(shù)，使采樣電路長期穩(wěn)定可靠，溫度性能卓越，從而大大提高了電表的性能和使用壽命。
同時，由于使用了厚膜電阻采樣模塊，使印制電路板的排版布局大為簡化，提高了電度表抗電磁騷擾的能力。
目前絕大多數(shù)國產(chǎn)電子式單相電度表在電壓采樣方式上都沒能采用厚膜電阻采樣模塊，因不具備在線激光調(diào)阻的手段無法完成電度表的誤差精度調(diào)整。在不得已的情況下，只好采用貼片電阻來搭建電壓采樣電路，為完成誤差精度調(diào)整，采用了以下三種方法
1、更換貼片電阻；2、加接電位器；3、用足夠多的貼片電阻串聯(lián)在采樣電路里，通過短接某些電阻達(dá)到誤差精度調(diào)整的目的。
上述方法均存在一定的不足，更換貼片電阻不僅效率低，而且容易造成貼片電阻虛焊和損壞，降低電度表的使用壽命。
加接電位器存在可動觸點(diǎn)，因此受運(yùn)輸和環(huán)境溫度的影響較大，長期穩(wěn)定性差，同樣會降低電度表的使用壽命。
第三種方法，調(diào)整誤差精度比前者靈活方便，穩(wěn)定性較高，是目前大多數(shù)廠家普遍采用的方法。但是，用這種方法生產(chǎn)出來的電度表，總體性能仍趕不上采用厚膜電阻采樣模塊的電度表，例如溫度性能和長期穩(wěn)性。此外，采用這種方法會過多增加印制電路板采樣部分的連線和面積，從而影響電度表的抗電磁騷擾性能。
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種電子式單相電度表用厚膜電阻采樣模塊，以滿足高精度、高穩(wěn)定性單相電度表的配套需要。
本電子式單相電度表用厚膜電阻采樣模塊，包括陶瓷基板，其特征在于陶瓷基板上集成有電壓采樣、誤差精度調(diào)整、小電流非線性補(bǔ)償和基準(zhǔn)取樣厚膜電阻網(wǎng)路，所述厚膜電阻網(wǎng)路的端點(diǎn)與模塊相應(yīng)的插腳連接。
本實用新型的優(yōu)點(diǎn)如下HW001型電子式單相電度表用厚膜電阻采樣模塊(簡稱HW001模塊)的開發(fā)成功，完善地解決了國產(chǎn)電子式單相電度表在電壓采樣方面存在的問題。該模塊采用厚膜集成工藝，將所有相關(guān)電阻全部集成在同一陶瓷基板上，兼?zhèn)潆妷翰蓸印⒄`差精度調(diào)整、小電流非線性補(bǔ)償和基準(zhǔn)取樣等功能。它使電度表既具有引進(jìn)技術(shù)中采用厚膜電阻采樣模塊的那些優(yōu)點(diǎn)，又能在普通生產(chǎn)流水線上靈活方便地進(jìn)行誤差精度調(diào)整。
HW001模塊具有以下特點(diǎn)●采樣電壓的中心值可靈活調(diào)整。能與多種阻值的電流采樣錳銅電阻器搭配以適應(yīng)各種規(guī)格的電度表。
●調(diào)整范圍寬。由于錳銅電阻的阻值和電能計量IC的增益不一致，造成采樣電壓有較大的離散性。HW001可以調(diào)整±10％左右的離散性。
●調(diào)整精度高。能達(dá)到0.1％。
●調(diào)整方便。根據(jù)實際調(diào)整時的需要，短接七只電阻中的一個或幾個即可實現(xiàn)128級、每級0.1％的調(diào)整精度。
●非線性補(bǔ)償。HW001模塊備有兩只小電流非線性補(bǔ)償電阻，調(diào)整這兩只電阻可以補(bǔ)償1.5％的非線性。
●熱穩(wěn)定性好，溫度系數(shù)∠50ppm。由于陶瓷基板是熱的良導(dǎo)體，基板上的所有電阻如同置于一個溫度相同的散熱片上，有利于提高采樣電壓的熱穩(wěn)定性。
●體積小。面積25.4×11.7mm，20線雙列直插，標(biāo)準(zhǔn)間距，易于排版和安裝。
●改善電磁兼容性能。由于HW001模塊布局緊湊合理，大大提高了電度表的抗電磁騷擾的能力。
●多用途。由于HW001模塊的電壓采樣中心值可靈活調(diào)整，誤差精度的調(diào)整范圍又寬，所以能與多種電能計量IC如BL0932、SM9903、AD7755等配用。
以下結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)一步說明。


圖1為本實用新型厚膜電阻采樣模塊電路圖；圖2為模塊的正視圖；圖3為圖2的仰視圖；圖4為其圖2的后視圖；圖5為其應(yīng)用于電子電度表的電路圖。
圖1為HW001厚膜電阻采樣模塊的電路圖。由于HW001模塊要對交流220V電壓進(jìn)行采樣，所以采用高阻值電阻分壓的方法。電路包括電壓采樣、誤差精度調(diào)整、小電流非線性補(bǔ)償和基準(zhǔn)取樣四個厚膜電阻網(wǎng)路，各厚膜電阻網(wǎng)路的端點(diǎn)與模塊相應(yīng)的插腳連接。
電壓采樣厚膜電阻網(wǎng)路由串聯(lián)電阻R1、R2與R10組成，它們連接于模塊的1腳和7腳之間。
誤差精度調(diào)整厚膜電阻網(wǎng)路由跨接于電阻R1和R10公共點(diǎn)與插腳4之間的電阻R3，及7腳與18腳之間的串聯(lián)電阻R8、R13～R19組成，模塊的4、8腳的分壓值即為采樣電壓。R8、R13～R19相鄰兩者的公共點(diǎn)依次接于模塊的11-17腳，通過短接11～18腳之間的電阻R13～R19可以精確地調(diào)整采樣電壓。在HW001的7、11端之間并聯(lián)電阻，可在較大范圍內(nèi)調(diào)整采樣電壓中心值。電阻R13～R19共7個電阻，阻值從25Ω開始按25Ω×2n(n=0、1、2、3、4、5、6)遞增，短接這幾個電阻，可以得到0、25、50…3175Ω等128個不同的阻值，最小調(diào)整幅值為25Ω，最小調(diào)整率為25ΩR8×100%=25Ω25000Ω×100%=0.1%]]>所述小電流非線性補(bǔ)償電阻網(wǎng)路由接于4腳與7腳之間的串聯(lián)電阻R4、R7組成，通過電阻R5、R6、R20及R21與電能計量IC的相應(yīng)端子連接。R4與R7分壓值僅幾毫伏，通過R5和R6、R20、R21提供給電能計量IC，補(bǔ)償電度表工作在小電流(5％Ib,Ib為電度表的基本電流)時的非線性誤差。
所述基準(zhǔn)取樣電阻網(wǎng)路由接于7腳與9腳之間的串聯(lián)電阻R11、R12組成，用于將基準(zhǔn)電壓分壓后從10腳饋送回電能計量IC。R11及R12是一獨(dú)立的分壓電路，由9端輸入電能計量IC的基準(zhǔn)電壓，分壓后從10端饋送回電能計量IC。
圖2-4為厚膜電阻采樣模塊的結(jié)構(gòu)圖。
HW001模塊為雙列直插式結(jié)構(gòu)，采用厚膜集成工藝將所需要的20個電阻分成兩部分別集成在面積為25.4×11.7mm的陶瓷基板的兩面。其中電阻R1～R12在背面，其余在正面。
圖5是用HW001模塊與電能計量IC SM9903或BL0932配合組裝的DDS55型長壽命技術(shù)電子式單相電度表的電路原理圖。電能表電路為現(xiàn)有技術(shù)，其中R00是用作電流采樣的錳銅電阻。電路中，R09與HW001上的R8并聯(lián)，決定電壓采樣的中心值。短接HW001上的11～18腳可以精確調(diào)整采樣值，實現(xiàn)電度表工作在基本電流1b時的誤差精度調(diào)整。短接R20、R21,R5、R6與R01、R02組成的橋式補(bǔ)償電路處于平衡狀態(tài)，無補(bǔ)償電壓輸出到SM9903的1、2腳。部分短接或不短接R20、R21，補(bǔ)償橋路可提供0.5～1.5％的小電流非線性補(bǔ)償。
下面是不同規(guī)格的DDS55型長壽命技術(shù)電子式單相電度表需要變換的一些元件參數(shù)。
①、參比電壓Un=220V 基本電流Ib=2.5AR00=600μΩR09=30KΩ電表常數(shù)C=3200imp/kWh計度器變比r=400∶1②、參比電壓Un=220V 基本電流Ib=5AR00=400μΩR09=18KΩ電表常數(shù)C=1600imp/kWh計度器變比r=200∶1③、參比電壓Un=220V 基本電流Ib=10AR00=200μΩR09=18KΩ電表常數(shù)C=800imp/kWh計度器變比r=100∶1需要指出，為了調(diào)整時能方便地短接各個電阻，在印制電路板上應(yīng)設(shè)計出專門用于短接的焊盤。
權(quán)利要求1.一種電子式電度表用厚膜電阻采樣模塊，包括陶瓷基板，其特征在于陶瓷基板上集成有電壓采樣、誤差精度調(diào)整、小電流非線性補(bǔ)償和基準(zhǔn)取樣厚膜電阻網(wǎng)路，所述厚膜電阻網(wǎng)路的端點(diǎn)與模塊相應(yīng)的插腳連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電子式電度表用厚膜電阻采樣模塊，其特征在于所述電壓采樣厚膜電阻網(wǎng)路由串聯(lián)電阻R1、R2與R10組成；所述誤差精度調(diào)整厚膜電阻網(wǎng)路由跨接于電阻R1和R10公共點(diǎn)與插腳4之間的電阻R3，及7腳與18腳之間的串聯(lián)電阻R8、R13～R19組成；所述小電流非線性補(bǔ)償電阻網(wǎng)路由接于4腳與7腳之間的串聯(lián)電阻R4、R7組成，通過電阻R5、R6、R20及R21與電能計量IC的相應(yīng)端子連接；所述基準(zhǔn)取樣電阻網(wǎng)路由接于7腳與9腳之間的串聯(lián)電阻R11、R12組成，用于將基準(zhǔn)電壓分壓后從10腳饋送回電能計量IC。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述電子式電度表用厚膜電阻采樣模塊，其特征在于所述誤差精度調(diào)整厚膜電阻網(wǎng)路的7個電阻R13～R19，它們的阻值依次從25Ω開始按25Ω×2n’(n=0、1、2、3、4、5、6)遞增。
專利摘要一種電子式電度表用厚膜電阻采樣模塊,包括陶瓷基板,其特征在于:陶瓷基板上集成有電壓采樣、誤差精度調(diào)整、小電流非線性補(bǔ)償和基準(zhǔn)取樣厚膜電阻網(wǎng)路。其為雙列直插式結(jié)構(gòu),采用厚膜工藝將所需的電阻網(wǎng)路集成于陶瓷基板,結(jié)構(gòu)緊湊,調(diào)整方便,溫度性能、長期穩(wěn)性能及抗電磁干擾性能均大大提高,能夠滿足高精度、高穩(wěn)定性單相電度表的配套需要。
文檔編號G01R22/00GK2461003SQ0120500
公開日2001年11月21日 申請日期2001年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月20日
發(fā)明者王世鏞, 孫忠, 王輝 申請人:深圳市華金電子有限公司