技术领域
[0001] 本
发明涉及的是一种电
力计量设备，特别涉及的是一种具有模块化特征的基本电能计量装置。
背景技术
[0002] 随着经济的发展，国民经济各个领域对电力
能源的依赖性不断提高，为了计量用电消耗的数量，对电力用电现场实现有效的管理，所以电力计量设备应运而生，而且成为电力技术领域不断创新的一个热点方向。
[0003] 对于现有的电力计量设备而言主要是
电能表，其可以为单表位电能表的也可以为多表位电能表，但是经过多年的用电管理实践发现仍然存在以下
缺陷； [0004] 首先，由于生产厂家繁多，生产产品规格的不同，因此在电力部
门用电现场很难实现标准的统一，往往为了实现多功能要求，因此就要在现有电表的周围增加附属设备，致使电力计量成套设备体积庞大，生产成本增加；
[0005] 其次，一旦电力部门对用电现场的管理要求或标准发生变化，生产厂家就需要花大力气从新对电力计量成套设备的结构进行改造，原有的产品就只能淘汰，这样使供电部门的成本大大浪费；
[0006] 再次，对于电力部门而言，现有的电力计量成套设备在应用过程中需要大量的排线布线，需要耗费很大的人工成本，同时庞杂的结构组件给安装正确带来了极大的困难，不利于用电现场实现精细化管理，从而造成了用电损耗；
[0007] 最后，现有的电力计量成套设备一旦出现故障或者需要定期更换，就只能整表全部淘汰，更换新的电力计量成套设备从而造成了重复投资，为使用者和电力部门增加了成本。
[0008] 本发明创作者，经过长时间的研究和实践，终于采用一种模块化标准化的思想，获得了本创作。
发明内容
[0009] 本发明的目的在于，提供一种模块化电能计量器，用以克服上述缺陷。 [0010] 为实现上述的技术目的，本发明提供一种模块化电能计量器，其包括： [0011] 一电源单元，用以提供工作电力；
[0012] 一电力线输入输出单元，其包括：相线接入端和零线接入端以及相线输出端，所述的相线接入端与电力线路中的相线相连接，所述的相线输出端其与下一级电力设备相连接；
[0013] 一电能计量单元，计算经由所述的相线接入端和零线接入端的有功/无功电能值；
[0014] 一脉冲
信号输出单元，将所述的电能计量单元计算的电能值转化为与所述的电能值成正比的脉冲信号输出。
[0015] 较佳的，还包括一盒体，所述的电源单元、电力线输入输出单元、电能计量单元以及脉冲信号输出单元设置于所述的盒体内，其具有一封装盖，所述的相线接入端和相线输出端设置于所述的盒体的两端。
[0016] 较佳的，所述的电源单元包括：
[0017] 一电源转换
电路，其将电力线
电压进行变压处理，用以向用电元件提供工作电力。 [0018] 较佳的，还包括：
[0019] 一备用电源；
[0020] 一充电电路，其与所述的电源转换电路的输出端相连接，并向所述的备用电源供电；
[0021] 一侦测切换电路，其用以侦测所述的电源转换电路是否有电压输出，在所述的电源转换电路无电压输出时，启动所述的备用电源提供工作电力；
[0022] 较佳的，还包括：
[0023] 一声光警告装置，其与所述的侦测切换电路相连接，在所述的电源转换电路无电压输出时，用以进行声光报警。
[0024] 较佳的，所述的电能计量单元，其包括：
[0025] 一
电流信号采集电路，用以实时采集电力线上的电流信号；
[0026] 一电压信号采集电路，用以实时采集电力线上的电压信号；
[0027] 一运算和处理电路，用以将所述的电流信号与所述的电压信号相乘得到瞬时功率值，并通过积分器获得确定时间段内的电能值；
[0028] 较佳的，所述的脉冲信号输出单元为电压/
频率转换分频电路； [0029] 较佳的，所述的零线输入端与所述的脉冲信号输出单元的输出端为集成在一串行插头的不同针；
[0030] 较佳的，还包括一用电检测电路，其包括：
[0031] 一电流检测电路，用以检测所述的相线输入端是否有电流流过； [0032] 一脉冲检测电路，用以检测所述的脉冲信号输出单元是否有脉冲信号输出； [0033] 一检测判断电路，当所述的相线输入端有电流流过，而所述的脉冲信号输出单元无脉冲信号输出，则判定本发明模块化电能计量器出现故障；
[0034] 较佳的，还包括一声光警告装置，其与所述的用电检测电路输出端相连接； [0035] 较佳的，还包括一声光警告装置，其与所述的检测判断电路输出端相连接，在确认本发明模块化电能计量器出现故障时，用以进行声光报警；
[0036] 较佳的，所述的电流检测电路包括：
[0037] 一电感线圈，其套设在所述的相线上；
[0038] 一比较器，其一输入端设有一基准电压，其另一输入端与所述的电感线圈的输出端相连接；
[0039] 较佳的，所述的脉冲检测电路包括：
[0040] 一比较器，其一输入端设有一基准电压，其另一输入端与所述的脉冲信号输出单元的输出端相连接；
[0041] 较佳的，所述的检测判断电路为一处理器，其一输入
接口与所述的电流检测电路的输出端相连，一输入接口与所述的脉冲检测电路输出端相连，通过所述的处理器判定所述模块化电能计量器出现故障；
[0042] 较佳的，所述的处理器，用以接收相应单元的状态信号，并向各所述单元发出
控制信号，所述的处理器为
单片机、
嵌入式系统或可编程逻辑控件；
[0043] 较佳的，还包括一显示单元，其包括：
[0044] 一显示屏，其嵌设在所述的盒体上；
[0045] 一驱动电路，其根据接收到所述处理器输出的控制信号或者所述计量单元的输出的数据信号，驱动所述显示屏显示用电量。
[0046] 较佳的，还包括一显示单元，其包括：
[0047] 一机械计度器，其嵌设在所述的盒体上；
[0048] 一步进
电机，其根据接收到所述处理器输出的控制信号或者所述计量单元的输出的数据信号，带动所述机械计度器动作使所述的机械计度器显示用电量； [0049] 较佳的，还包括：一计数单元，其包括：
[0050] 一
数据处理电路，其接收所述的脉冲信号输出单元输出的脉冲信号或者所述计量单元的输出的数据信号，进行电能值累积计数；
[0051] 一内部通讯电路，其将所述的数据处理电路与所述的处理器连接在一起； [0052] 较佳的，还包括一故障检测电路，所述的检测电路与所述的数据处理电路相连接，在所述的数据处理电路在电能值累计时无信号输出，则判定所述的计数单元有故障。 [0053] 较佳的，还包括防止盒体非正常开启的单元，其包括：一开启检测电路或一执行电路，其中，
[0054] 所述的开启检测电路用以检测盒体是否开启，在开启时发出检测信号给所述的处理器并生成一控制信号；
[0055] 所述的执行电路接收所述的控制信号，并产生报警或切断所在线路的电力线连接的动作；
[0056] 较佳的，所述的开启检测电路为一压力
传感器或常开
开关，其中， [0057] 所述的
压力传感器，其设置于所述盒体的封装盖处，当封装盖处的压力小于某一
阈值时，产生所述的检测信号；
[0058] 所述的常开开关，其设置于所述盒体的封装盖处，当封装盖处没有空隙时，所述的常开开关无信号输出，反之，则常开开关产生所述的检测信号；
[0059] 较佳的，所述的执行电路，为一声光报警装置或一电力线断路电路，其中，电力线断路电路为一继电器或
断路器设置于所述的相线电路上；
[0060] 较佳的，还包括：一存储电路，其分别与所述的数据处理电路以及所述开启检测电路相相连接，当停电时，将所述的数据处理电路累积的电能值，存储到所述的存储电路中；当恢复供电时，由所述的数据处理电路读取存储到所述的存储电路中的电能值；以及在发生非正常开启时所述的存储电路记录一事件信息。
[0061] 较佳的，还包括一继电器或断路器，在发生故障状况时切断电力线。 [0062] 与
现有技术比较本发明的有益效果在于，
[0063] 一、本发明模块化电能计量器不但可以作为单表位电表的
基础模块，更重要的是其可以成为多表位电表的基础模块，并作为集成电力部门用电现场计量管理所需的各种功能单元的基础；
[0064] 二、由于本发明模块化电能计量器的模块化特征使生产部门实现了规模化高效生产，大大的降低了生产成本；
[0065] 三、通过本发明模块化电能计量器生产出的电能计量设备使电力部门在应用过程中极大的降低了计量总体投资成本和安装工时，同时提供了用电现场精细化管理所必要的技术条件，从而降低了用电损耗；
[0066] 四、本发明模块化电能计量器生产出的电能计量设备在使用过程中出现故障或定期更换时，通过更换相应的模块单元，避免了重复投资，为使用者和电力部门节约了成本。 [0067]
附图说明
[0068] 图1为本发明模块化电能计量器较佳
实施例一的功能结构
框图； [0069] 图2A为本发明模块化电能计量器盒体结构一较佳实施例的主立体结构图； [0070] 图2B为本发明模块化电能计量器盒体结构一较佳实施例的副立体结构图； [0071] 图3为本发明模块化电能计量器电源单元的功能结构框图；
[0072] 图4为本发明模块化电能计量器电能计量单元的功能结构框图； [0073] 图5为本发明模块化电能计量器另一较佳实施例的功能结构框图； [0074] 图6为本发明模块化电能计量器具有扩展单元一较佳实施例的功能结构框图； [0075] 图7为本发明模块化电能计量器计数单元的功能结构框图；
[0076] 图8A为本发明模块化电能计量器显示单元一较佳实施例的功能结构框图； [0077] 图8B为本发明模块化电能计量器显示单元另一较佳实施例的功能结构框图； [0078] 图9为本发明模块化电能计量器自检测单元的功能结构框图；
[0079] 图10为本发明模块化电能计量器用电检测电路的功能结构框图； [0080] 图10A为本发明模块化电能计量器用电检测电路的电路示意图； [0081] 图10B为本发明模块化电能计量器具有计数单元检测电路的计数单元的功能结构框图；
[0082] 图11A为本发明模块化电能计量器防止盒体非正常开启的单元的功能结构框图； [0083] 图11B为本发明模块化电能计量器防止盒体非正常开启的单元中开启检测电路实施例一的结构示意图；
[0084] 图11C为本发明模块化电能计量器防止盒体非正常开启的单元中开启检测电路实施例二的结构示意图。
具体实施方式
[0085] 以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。 [0086] 请参阅图1所示，其为本发明模块化电能计量器较佳实施例一的功能结构框图，其包括：一电力线输入输出单元2，一电源单元1，一电能计量单元3以及一脉冲信号输出单元4，其中，所述的电力线输入输出单元2包括：相线接入端22和零线接入端21以及相线输出端23，所述的相线接入端22与电力线路中的相线相连接，所述的相线输出端23与下一级电力设备相连接；所述的电源单元1用以获得所述的相线接入端22和零线接入端21接入的电压，通过相应的转换为本发明模块化电能计量器的其它用电器件提供工作电力；所述的电能计量单元3与所述的电源单元1相连接，计算经由所述的相线接入端22和零线接入端21的有功/无功电能值；所述的脉冲信号输出单元4，其与所述的电能计量单元3相连接，将所述的电能计量单元3计算的电能值转化为与所述的电能值成正比的脉冲信号输出，产生的脉冲信号可以作为其它扩展单元的数据
输入信号。
[0087] 对于本发明较佳实施例一所公开的模块化电能计量器，其需要一盒体5结构对其电路部分进行封装和保护，请参阅图2A所示，其为本发明模块化电能计量器盒体结构一较佳实施例的主立体结构图，其包括：一
底板50，用以承载盒体内部装设的器件；一封装盖52，其罩设在所述的底板50上，对所述的器件进行保护，在所述封装盖52的上端设有相线接入端5，在于其相对的一端设有相线输出端54，在所述的封装盖52上表面设有
锁紧孔55，用以通过螺钉与所述的底板50螺接在一起，在所述的封装盖52上还开有显示屏视窗58、脉冲校准孔56以及一脉冲指示灯孔57这些都为本发明的模块化电能计量器的功能结构扩展提供相应的机械结构接口。
[0088] 请参阅图2B所示，其为本发明模块化电能计量器盒体结构一较佳实施例的副立体结构图，其是从所述盒体5的侧后方进行投影，可明显的看到，在所述的底板50上设有若干紧固孔59，其用以实现所述盒体5与安装
位置进行的
定位和固定设置，特别需要强调的是为了突出模块化的特点，本发明的一个特征就在于，其包括：一相线进入端51和相线输出端54以及零件输入端61，并且所述的零线输入端61与所述的脉冲信号输出单元4的输出端集成在一串行插头6上，与不同 针相对应，通过插拔实现在所述的模块化电能计量器的基础上进行功能扩展。
[0089] 请参阅图3所示，其为本发明模块化电能计量器电源单元的功能结构框图；其包括：一电源变换电路11，其将电力线电压进行变压处理，用以提供工作电力，所述的电源变换电路11与所述的相线输入端22和零线输入端21相连接；一充电电路12，其设置于所述的电源转换电路11的输出端与所述的备用电源13之间，用以向所述的备用电源13供电；一侦测切换电路14，其用以侦测所述的电源转换电路11是否有电压输出，在所述的电源转换电路11无电压输出时，启动所述的备用电源13为所述的模块化电能计量器的用电器件提供工作电力，由于所述的备用电源的储电容量有限，因此一但发生电源变换电路故障的情况，就必须告知用户，或者通过一电力线切断电路942(断路器)切断电力线路以防止由于所述电源单元1出现故障对用电管理部门造成电力资源的浪费和流失，当然也可以采用一声光报警装置941与所述的侦测切换电路14相连接，在所述的电源转换电路11无电压输出时，触发所述的声光报警装置941的声光报警功能。
[0090] 请参阅图4所示，其为本发明模块化电能计量器电能计量单元的功能结构框图；对于本发明模块化电能计量器而言所述的电能计量单元3是其核心结构，其包括：一电流信号采集电路31，用以实时采集电力线上的电流信号；一电压信号采集电路32，用以实时采集电力线上的电压信号；一运算和处理电路33，其包括：一乘法器331以及一积分器
332，通过所述的乘法器331将所述的电流信号与所述的电压信号相乘得到瞬时功率值，然后通过所述的积分器332获得确定时间段内的电能值，并通过一脉冲信号输出单元4将获得的电能值转换为脉冲信号输出，所述的脉冲信号输出单元4可以为一电压/频率转换分频电路。
[0091] 当然对于用户来说，将本发明模块化电能计量器应用于具体的生产实践显然更有实际意义，因此请参阅图5所示，其为本发明模块化电能计量器另一较佳实施例的功能结构框图，其与上述图1结构组成的差别在于，为了完善上述实施例的功能，令使用者能够明确获得其在确定的一段时间内使用电能的信息，同时便于用电管理单位对各户用电量消耗的查询，本发明增加了一计数单元7以及一显示单元8，所述的计数单元7与所述的计量单元8的输出端相连接，并对其产生的脉冲信号进行累加从而产生一数据信号，所述的显示单元8接收所述的数据信号，将通过本发明模块化电能计量器而被用电户消耗的电能累计值显示出来，也就是说本实施例已经具备了一个基本的电能表的功能，可以接入用户的电力线电 路中使用。
[0092] 为了适应本发明模块化电能计量器功能扩展需要，本发明提供一独立的处理器9，用以接收相应单元或电路的状态信号，并向相应的单元和电路发出控制信号，从而协调所述的模块化电能计量器的功能实现同时也能够进行状态监控，所述的处理器9为单片机、嵌入式系统或可编程逻辑控件，选择哪种器件是根据数据处理总量要求、对本发明所述模块化电能计量器功能要求以及对本发明终极产品体积要求决定的。
[0093] 为了将这种标准模块化电能计量器的扩展性进行清楚的介绍，特提供图6，其为本发明模块化电能计量器功能扩展单元一较佳实施例的功能结构框图，其与上述图1结构的差别在于，为了满足本发明模块化电能计量器对一些功能扩展单元接入的需求，本发明增加了一计数单元7、一处理器9以及一显示单元8，同时利用所述处理器9的多端口的特征还可以引入更多的扩展单元0，所述的扩展单元0可以为远程查询单元、预付费单元、通讯单元等，所述的计数单元7与所述脉冲信号输出单元4的输出端相连接，然后对其产生的信号进行累加产生一状态信号，并将其传输给所述的处理器9的信号输入端，所述的处理器9根据所述的状态信号以及与其它端口相连接的扩展单元0的状态信号(指令信号)通过运行所述处理器9内部预设的程序，产生控制信号，控制数据的处理和相应单元的动作，所述的处理器9与所述的显示单元8相连接，接收所述的控制信号，将通过本发明模块化电能计量器而被用电户消耗的电能值显示出来。
[0094] 在上面的实施例中出现了计数单元，请参阅图7所示，其为本发明模块化电能计量器计数单元的功能结构框图；所述的计数单元7包括：一数据处理电路72，其接收所述的脉冲信号输出单元4输出的脉冲信号，并进行电能值累积计数，也可以直接获得所述计量单元3的电能值信号；一内部通讯电路73，其将所述的数据处理电路72与所述的处理器9连接在一起，其传输给所述处理器9一数据信号，从而使所述的处理器9产生相应的控制信号，发送至相应的接收单元或电路。
[0095] 对于显示单元8而言，请参阅图8A和图8B所示，其分别为本发明模块化电能计量器显示单元的两个较佳实施例的功能结构框图；所述的显示单元8接收所述的处理器9发出的数据信号，进行数据显示，实施例一采用
液晶显示或
电子显示，其包括：一显示屏81，其嵌设在所述的盒体5上；一驱动电路82，其根据接收到所述控制信号驱动所述显示屏81显示用电量。实施例二采用的是机械显示， 其包括：一机械计度器83，同样需要嵌设在所述的盒体5上；一步进电机84，根据接收到所述处理器9输出单元输出的脉冲信号，带动所述机械计度器83动作使所述的机械计度器83显示用电量。
[0096] 特别需要强调的是为了突出本发明模块化电能计量器的特点，本发明的另一个重要特征在于，设置了自检测单元能够对相应的单元或电路的工作状态进行自动检测，通过检测判断对应单元或电路工作是否正常，在出现故障时，产生相应的动作，请参阅图9所示，其为本发明模块化电能计量器自检测单元的功能结构框图；其包括： [0097] 用电检测电路91，用以检测电力线是否有电流流过，以及判断模块化电能计量器是否发生故障；
[0098] 一计数单元检测电路92，用以对所述计数单元7的数据处理电路72是否发生故障进行检测；
[0099] 一电源侦测切换电路93，用以对所述电源单元1的电源变换电路是否发生故障进行检测；
[0100] 故障执行电路94，其包括：声光报警装置941，在发现上述故障存在时进行声光报警，用以提醒用户本发明模块化电能计量器存在故障，如采用不同
颜色的指示灯或不同的声音指示产生故障的原因；一电力线断路电路942，其采用断路器，设置于所述的电力线上，当发生非停电故障时，切断输送给用电户的电力供应；需要说明的是所述的电源侦测切换电路93及其对应的故障执行机构94，已经在上述电源单元的结构中阐述了，这里仅是对其功能特征进行的单元归类，因此不再对其结构进行赘述，同时上述的三项检测可以根据实际的需要组合和取舍，成为产品的自检测单元。
[0101] 请参阅图10所示，其为本发明模块化电能计量器用电检测电路的功能结构框图；本发明所述的用电检测电路91包括：
[0102] 一电流检测电路911，用以检测所述的相线输入端22是否有电流流过；一检测判断电路913，当所述的相线输入端22有电流流过，而所述的脉冲信号输出单元4无脉冲信号输出时，则判定本发明模块化电能计量器出现故障。
[0103] 请参阅图10A所示，其为本发明模块化电能计量器用电检测电路的电路示意图；所述的电流检测电路C2包括：一电感线圈L1，其套设在所述的相线A上；一比较器IC1，其一
反相输入端设有一基准电压，其同相端与所述的电感线圈L1 的输出端相连接，当所述的相线A上有电流流过，感应出电压信号与比较器IC1反相输入端的基准电压相比较，从而使所述的比较器IC1的输出端输出一电压信号，通过该电压信号判断电力线上是否有电流流过。
[0104] 所述的脉冲检测电路C1包括：一比较器IC2，其一反相端设有一基准电压，其同相端与所述的脉冲信号输出单元4的输出端相连接；所述的比较器IC2的输出端与所述的检测判断电路相连接，所述的检测判断电路为处理器MCU，其一输入接口与所述的电流检测电路C2的输出端相连，一输入接口与所述的脉冲检测电路C1输出端相连，当所述的脉冲检测电路的比较器IC2的同相端接受到脉冲信号，则其输出一高电位，所述的电流检测电路的比较器IC1输出一高电位至所述的处理器MCU，在所述的处理器MCU内部预设一时间段，当所述的电流检测电路输入高电位信号进入所述的处理器MCU，在所述的预设时间内如果没有脉冲检测电路的高电位信号输入，则认为本发明模块化电能计量器出现故障。 [0105] 请参阅图10B所示，其为本发明模块化电能计量器具有计数单元检测电路的计数单元的功能结构框图；所述的计数单元检测电路92在所述的数据处理单元71获得所述计量单元3的信号进行用电量累计时，每次都从所述的数据处理单元71获得一脉冲信号，当所述的数据处理单元71已经获得所述计量单元3的信号而所述的计数单元检测电路92没有得到脉冲信号，则所述的计数单元检测电路92向所述的处理器9发出一状态信号，由所述的处理器9向所述的故障执行电路94发出控制信号，从而产生声光报警或/和切断电力线路的动作。
[0106] 请参阅图11、图11A、图11B所示，其为本发明模块化电能计量器防止盒体非正常开启的单元的功能结构框图以及其开启检测电路的两种实施方式；所述的防止盒体非正常开启的单元用以在所述的盒体5发生非正常开启的时，产生报警或切断电力线路的动作，其主要目的是防止不良人员非法窃电，或者避免非专业人员打开盒体造成触电的不良后果，其包括：一开启检测电路41和一执行电路(故障执行电路94)，其中， [0107] 所述的开启检测电路41用以检测盒体是否开启，在开启时发出检测信号给所述的处理器9并生成一控制信号；
[0108] 所述的执行电路(故障执行电路94)接收所述的控制信号，并产生报警或切断所在线路的电力线连接的动作。
[0109] 请参阅图11A所示，所述的开启检测电路包括：一压力传感器412，其中， 所述的压力传感器412与一A/D转换器413相连接，并与所述的处理器9的状态信号端口相连，压力传感器412设置于所述盒体的封装盖52处，由于螺钉411的
挤压产生所述的检测信号，并被传送到所述的状态信号端口，通过与在所述的处理器9中预设的一阈值进行比较，如果小于此阈值则输出控制信号给所述的执行电路，所述的执行电路(故障执行电路94)可以为自检测单元的故障执行电路94，通过声光报警和切断电力线路实现防止盒体非正常开启。
[0110] 请参阅图11B所示，所述的开启检测电路包括：一常开开关414或
常闭开关，这里以常开开关414为例进行说明，所述的常开开关414设置于所述盒体封装盖52的封装处，当封装处没有空隙时，所述的常开开关414无信号输出，反之，当螺钉411被旋起，所述常开开关414由于
弹簧415作用而闭合，从而输出控制信号给所述的执行电路(故障执行电路94)，所述的执行电路(故障执行电路94)可以为自检测单元的故障执行电路94，通过声光报警和切断电力线路实现防止盒体非正常开启。
[0111] 事实本发明具有将针对电力线所发生的异常状况进行记录的功能，其是将相应的历史信息存储在所述计数单元的存储电路13中，所述的存储电路13分别与所述的数据处理电路72以及所述开启检测电路41相相连接，当停电时，将所述的数据处理电路72累积的电能值，存储到所述的存储电路13中；当恢复供电时，由所述的数据处理电路72读取存储到所述的存储电路13中的电能值；并会在盒体5发生非正常开启时记录这一事件信息。 [0112] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明
权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，
修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
