電量變送器是一種将被測電量（交流電壓、電流、有功功率、無功功率、有功電能、無功電能、頻(pín)率、相位、功率因數、直流電壓、電流等）轉換成按線性比例直流電流或電壓輸出（電能脈沖輸出）的(de)測量儀表。它廣泛應用(yòng)于電力、石油、煤炭、冶金、鐵道、市政等部門的(de)電氣測量、自動控制以及調度系統。

　　一、基本測量電路

　　電量變送器的(de)基本測量電路一般由以下(xià)幾個(gè)部分(fēn)組成：

電量變送器測量電路組成圖

　　1.信号輸入隔離

　　由于我們需要測量的(de)電量一般都爲高(gāo)電壓（57.7-380V）和(hé)大(dà)電流（1A-10A），如果不對(duì)它們進行隔離和(hé)把幅度減小，将對(duì)人(rén)身安全和(hé)設備造成嚴重威脅，信号輸入隔離一般采用(yòng)電壓互感器（PT）和(hé)電流互感器（CT），對(duì)這(zhè)一部分(fēn)的(de)基本要求爲：

　　a. 信号隔離的(de)耐壓絕緣性能要好，耐壓應>2kV.

　　b. 線性要好，由于PT、CT都采用(yòng)鐵磁材料加工而成，它們的(de)線性不好，在以後的(de)電路中是很難補償的(de)，因此，一定要選用(yòng)優質材料和(hé)先進工藝制造的(de)高(gāo)線性度PT、CT,才能保證變送器測量的(de)線性度。

　　c. PT、CT的(de)輸出負載要小，由于變送器使用(yòng)的(de)PT、CT的(de)鐵芯截面受體積限制都比較小，因此随著(zhe)輸出負載的(de)增大(dà)，其非線性将急劇增加，一般PT的(de)輸出電流應<1mA,CT的(de)輸出電流應<10mA（一般爲5mA左右），取樣電阻應<200Ω。

　　2.電量轉換電路

　　這(zhè)部分(fēn)是電量變送器的(de)核心，通(tōng)過它把不同的(de)被測電量轉換成相應的(de)輸出電量，相應于不同的(de)被測電量而采用(yòng)不同的(de)轉換電路。具體電路将在後面再詳細介紹。

　　3.輸出電路

　　這(zhè)部分(fēn)電路的(de)作用(yòng)是輸出變送器需要輸出的(de)電量，它的(de)基本要求是：

　　a.具有一定的(de)帶負載能力；

　　b.恒定輸出。即在一定的(de)負載範圍内，其輸出值不受負載變化(huà)的(de)影(yǐng)響，即在電壓輸出時(shí)，應爲恒壓輸出，電流輸出時(shí)應爲恒流輸出。

　　輸出的(de)一般電路如下(xià)：

電壓輸出圖

電流輸出圖

　　圖中N爲運算(suàn)放大(dà)器，V爲晶體三極管，擴大(dà)運算(suàn)放大(dà)器的(de)輸出電流。

　　有的(de)變送器有可(kě)能該電路和(hé)電量轉換電路合并在一起。

　　二、交流電壓、電流變送器

　　交流電流、電壓變送器除了(le)輸入隔離部分(fēn)有差别外，其他(tā)電路基本一樣，輸入隔離部分(fēn)的(de)電路如下(xià)：

電壓變送器

電流變送器

　　二者之間的(de)差别爲電壓變送器采用(yòng)PT,其二次輸出電壓可(kě)直接輸入下(xià)一級轉換電路，而電流變送器是采用(yòng)CT,其二次輸出電流先經R變換爲電壓後再輸入下(xià)一級轉換電路，其好處爲隻要選擇合适的(de)二次電流值和(hé)R,後面的(de)電路可(kě)和(hé)電壓變送器完全一緻。

　　電壓、電流變送器的(de)測量目前大(dà)都采用(yòng)平均值轉換，其基本電路如下(xià)：

　　這(zhè)實際上是一個(gè)精密全波整流電路，它的(de)特點是線路簡單和(hé)線性度好，但缺點是波形失真度對(duì)它的(de)影(yǐng)響較大(dà)。這(zhè)在某些波形失真較大(dà)的(de)電路中（如負載爲可(kě)控矽等），和(hé)采用(yòng)真有效值變換的(de)測量儀器比對(duì)時(shí)，有可(kě)能産生一定的(de)誤差，這(zhè)在現場(chǎng)在線校驗這(zhè)類變送器時(shí)，如果标準表是真有效值變換的(de)其誤差就有可(kě)能和(hé)實驗室測試的(de)結果不一緻，因此對(duì)該類變送器的(de)校準，應在波形失真度<0.2%的(de)電源上進行。

　　三、有功功率變送器

　　1.單相有功功率變送器

　　這(zhè)類變送器雖然應用(yòng)較少，但是它是三相有功/無功功率變送器的(de)基礎，因此先介紹它的(de)基本原理(lǐ)，它的(de)基本電路如下(xià)：

　　電路中，PT、CT和(hé)電壓電流變送器一樣，作爲輸入隔離，PT的(de)二次電壓和(hé)CT的(de)二次電流經變換成電壓後都輸入至乘法器，使乘法器輸出的(de)直流電壓

　　式中：Up --- 乘法器輸出電壓

　　Un --- PT二次電壓

　　Ui --- CT二次電流經R變換後的(de)電壓

　　φ--- Uu和(hé)Ui的(de)夾角

　　就達到了(le)功率變換爲直流電壓的(de)目的(de)，目前，功率變送器中大(dà)都采用(yòng)的(de)是時(shí)分(fēn)割乘法器。這(zhè)類乘法器的(de)特點是：測量頻(pín)率較低（一般<1kHz），但是其線性度相當好，最高(gāo)可(kě)達到0.01%以上，這(zhè)對(duì)于電網電量的(de)測量是相當合适的(de)。實際上，高(gāo)标準的(de)功率、電能标準器也(yě)大(dà)都采用(yòng)了(le)這(zhè)類乘法器，電路中的(de)相位補償電路就是對(duì)變送器功率因數影(yǐng)響的(de)補償，一般都用(yòng)RC元件加在電壓回路中。

　　2.三相有功功率變送器

　　三相有功功率變送器又可(kě)分(fēn)爲三相三線（三相二元件）和(hé)三相四線（三相三元件）二類。其測量原理(lǐ)是相同的(de)，僅是其接線方式不同。

　　三相有功功率變送器實際上是把二個(gè)（二元件）或三個(gè)（三元件）單相功率變送器的(de)輸出電壓相加，從而得(de)到三相功率變送器，其基本電路如下(xià)：

　　四、無功功率變送器

　　無功功率的(de)測量，根據接線方式的(de)不同，一般可(kě)分(fēn)跨相法和(hé)90°移相法兩種。

　　1.跨相90°無功功率測量

　　跨相90°無功功率的(de)測量，其基本原理(lǐ)和(hé)有功功率測量相同，僅是改變了(le)電壓的(de)輸入方式，電路如下(xià)：

　　乘法器的(de)輸出電壓

　　Uout=kUbcIacosφ

　　式中k爲比例系數，可(kě)由電路設定。

　　因Ubc滞後于Ua 90°，因此公式可(kě)變換爲

　　Uout=k√3 UaIacos（90°-φ）= k√3 UaIasinφ

　　即Up正比于A相的(de)無功功率，由于跨相法的(de)輸入線電壓幅值爲相電壓的(de)√3 倍，因此在變送器内部可(kě)調整電路參數，使比例系數k'調整爲有功功率測量系數k值的(de)1/√3,則仍可(kě)保證原有轉換比例系數不變，如果用(yòng)有功功率變送器改變外接線的(de)方法來(lái)測量無功功率，則必須引入相應的(de)接線系數，這(zhè)在相應的(de)檢定規程中已有規定。

　　2.移相90°無功功率測量

　　移相90°無功功率測量又稱正弦法無功功率測量，其基本電路如下(xià)：

　　乘法器輸出電壓

　　Uout=kUaIacos（90°-φ）= kUaIasinφ

　　90°移相電路一般采用(yòng)RC元件，使移相電路的(de)輸出電壓滞後于輸入電壓

　　90°。

　　3.二種功率測量電路的(de)比較

　　跨相90°無功功率測量，由于輸入的(de)電壓、電流不爲同一相，因此，三相電壓的(de)不對(duì)稱的(de)影(yǐng)響量較大(dà)。

　　移相90°無功功率測量的(de)電壓回路由于采用(yòng)了(le)RC元件，因此輸入頻(pín)率的(de)影(yǐng)響量較大(dà)。

　　二種測量電路的(de)特點見下(xià)表

　　目前，國内的(de)無功功率測量仍大(dà)部分(fēn)采用(yòng)跨相90°無功功率變送器。由于無功功率測量的(de)特點，在校準和(hé)檢測時(shí)應注意以下(xià)幾點，以免帶來(lái)較大(dà)的(de)附加誤差：

　　a.被測變送器和(hé)标準表應爲采用(yòng)同一種測量方式。

　　b.如确實保證被測變送器和(hé)标準表測量方式一緻，則應把測試電源的(de)三相對(duì)稱度盡可(kě)能調至接近完全對(duì)稱。

　　五、電路結構

　　電量變送器的(de)電路結構一般可(kě)分(fēn)爲分(fēn)立元件（第一代，如早期的(de)FS系列變送器）、小規模集成電路（第二代，如改進後的(de)FS系列變送器）、ASIC電路（第三代，如FP、GP系列變送器）。其中分(fēn)立元件的(de)變送器由于穩定性、可(kě)靠性差已逐步淘汰，目前大(dà)量使用(yòng)的(de)爲第二代、第三代電路。由于ASIC電路（第三代）具有與前二代電路無可(kě)比拟的(de)優點，得(de)到越來(lái)越廣泛的(de)應用(yòng)，在這(zhè)裏作一簡單介紹。

　　ASIC是"特制集成電路"的(de)英文縮寫，它是八十年代末迅速發展起來(lái)的(de)一項高(gāo)技術産品。從設計思想、研制手段，直到測試方法，使與傳統的(de)通(tōng)用(yòng)集成電路有質的(de)區(qū)别，是将超大(dà)規模集成電路（VLSI）的(de)工藝技術、計算(suàn)機輔助設計（CAD）、自動測試技術（ATE）三者結合的(de)豐碩成果。應用(yòng)在變送器上，即爲變送器專用(yòng)厚膜電路。ASIC電路的(de)變送器把變送器的(de)轉換電路和(hé)輸出電路（即大(dà)部分(fēn)電子電路）全部集成到一塊定制的(de)芯片上，大(dà)大(dà)減少了(le)元器件的(de)數量，整個(gè)變送器僅有CT、PT、電源、大(dà)電容、ASIC芯片等少數幾個(gè)器件，從而可(kě)大(dà)大(dà)提高(gāo)整個(gè)變送器的(de)可(kě)靠性和(hé)長(cháng)期穩定性。