基于温度补偿的电能表全温度范围计量精度优化方法

郭云德 任时朝

安阳市质量技术监督检验测试中心 河南安阳 455000

1 基于温度补偿的电能表计量精度优化流程

首先，相关工作人员利用一系列的技术操作，建立电能表的三维模型，并且虚拟装配电能表的零部件，实现电能表虚拟样机建模，然后进行电、热物理场建模与静态求解，得到电能表关键部件温度分布以及电能表整机温度场分布。然后使用基于Simulink 的计量精度计算模型，对电能表虚拟样本进行构建，根据这次的电能表关键部件温度分布以及电能表整机温度场分布，从而得出温度对电能表计量精度的影响，最后进行电能表全温度范围计量精度分析与评价。相关工作人员根据温度对电能表计量精度的影响，构建电能表采样电阻、计量芯片温度补偿系数，分别进行计量芯片补偿系数构建以及采样电阻补偿系数构建，然后优化基于温度补偿的电能表计量精度，最后实测验证计量精度[1]。

2 电能表温度场仿真分析

在相关工作人员进行热仿真建模工作中，要首先了解智能电能表的基本构造以及原始结构，使用AD 软件建立PCB 以及元器件封装模型，以及基于Solidworks 建立元器件3D 封装模型。相关工作人员基于Ansys 的电能表模型，设置环境参数、发热功率、重力矢量、材料属性等，对智能电能表的3D 热仿真模型进行网格划分，然后求解计算设置，得到电能表关键部件温度分布以及电能表整机温度场分布。进一步确认仿真的真实性，对额定负载（5 A）下环境温度30 ℃、50 ℃、70 ℃ 的稳态温升（电能表连续运行 12 h 以上）进行了实测。实际测试与热仿真对比，如表1。电能表关键部件温度分布是由于不同的电流大小导致的，电能表整机温度场分布是由于不同的环境温度导致的。

x 3 全温度范围下电能表计量精度评价

电能表计量模块的主要组成内容包括计量芯片模块、锰铜分流采样电路以及电阻分压采样电路。计量芯片的功能就是将仪器设备收集到的电压信号进行有效处理，通过相位转换、PGA 放大、模数转换等一系列处理工艺之后，将得到的多个结果进行乘积处理，对得到的乘积再进行相关的计算，得到最后瞬时功率的具体数值[2]。锰铜分流采样电路的主要组成部分包括滤波电路以及锰铜电阻，他的主要作用就是当电网电流经过锰铜电阻的时候会产生对应大小的电压，相关工作人员采样这个时候锰铜电阻两端的电压数值大小，通过电压、电阻与电流之间的关系，最后计算得出流经锰铜电阻的实际电流大小以及电流方向。文章对150kΩ 电阻、680 Ω 电阻以及计量芯片（基准电压）均进行了温度特性测量。以计量芯片基准电压为例，如图1。

图1 计量芯片参考电压下的温度特性曲线

计量其温度特性以及回路元器件自身波动的智能电能表计量精度，相关工作人员首先考虑计量模块元件参数波动，设置实际例子进行测试，例如将150kΩ 电阻、680 Ω 电阻的大小波动范围合理值控制在在1%之内，锰铜电阻的阻值波动范围合理值控制在在6%之内，计量芯片基准电压波动范围合理值控制在在0．13%之内，然后进行元器件参数温度特性测试，在测试过程中，相关工作人员得到生成含温度系数的随机参数值，又根据智能电能表 Simulink 仿真模型的有效建立，对智能电能表仿真结果进行系统统计，结合相关统计学知识进行有效数据分析，最后得到电能表计量精度分析结果报告[3]。

4 结语

文章根据实际情况中反应的智能电能表在全温度范围下计量精度的变化情况，提出了基于温度补偿的电能表全温度范围计量精度优化方法。相关工作人员首先搭建智能电能表热仿真模型，尽可能的实现全温度范围下智能电能表温度场的仿真计算，在不同的实验环境下，可得到不同环境温度、不同负载电流下电能表关键部件温度分布以及电能表整机温度场分布。相关工作人员结合上述实验结果，有效提出了基于温度补偿的智能电能表全温度范围计量精度的评价测定方法，根据智能电能表计量回路关键元器件的不同温度下的特征情况，主要包括分压电阻以及计量芯片，结合计量回路关键元器件的实际波动数据显示的信息，尽可能评价全温度范围电能表计量精度。

表1 实际测试与热仿真对比