燃气计量表的电气原理图，燃气表电表水表等电子仪表内部功能器件的解说

电子仪表一般有如下内部元器件：

传感器

表和水表测量流经管道的流体体积，它们通常采用称为 “旋转活塞式容积计量原理”的机械方法，使用这种方法，流经仪表的气体或水推动圆形活塞 （或称阻流板）围绕计量室旋转 （非精确圆周运动），每旋转一周代表一定的流量。计量室转动带动

转轴旋转，旋转位移可由机械表盘计量，或转换为电子脉冲，由电子控制器计量。

图 3-1 给出了典型水表的机械构造。

热表传感器

热表直接安装在管道系统中，可以直接对热量进行物理测量。通过热介质供返温度差和流速计算消耗的热量，以 BTU 或 kWh 表示。系统需要两种传感器：能指示温度细微差别的一对温度传感器，和能测量管道内水流的流速传感器。由于电阻温度检测器 （RTD）易匹配并且精度高，它们通常用在温度传感器对中，测量精度可达 0.1 度。

电表传感器

大多数电表测量电流 （安培）和电压 （伏特），计算两者的乘积得出功率 （瓦特）。功率对时间求积分就是所使用的电能 （通常用瓦特时或焦耳表示）。通常有两种测量电线中电流的方法。第一种方法使用分流电阻直接测量电流；第二种方法使用隔离变压器间接测量次级绕组的电流。直接连接和变压器

模拟电路前端设计中需要决定是选择直接测量电流或电压，还是通过变压器测量。低成本仪表会使用直接连接进行测量的方法，它以牺牲性能为代价而降低了成本。直接连接式电表与传输线路直接相连，一般是在电流输入通道上安装电流检测分流电阻和 /

或在电压输入通道上安装电阻分压器。

图 3-2 给出了在电流和电压输入通道上直接连接电表的方案。此类电表具有一个热地，所有交流信号都是以热地为基准测量的。MCP3905 器件允许输入低于热地 1V 的负电压信号。

图 3-2：直接连接电表方案

电流检测分流器是一小片带有许多安装孔和接线端的金属，一般由锰和铜制成。它其实是一个简单的电阻，其两端的压降与流过的电流成正比。分流电阻阻值通常为 100µΩ 到 500 mΩ，因受到自身发热的限制，无法用在电流很大 （IMAX > 100A）的电表

设计中。对于功率消耗通常在 2W 左右的单相民用电表来说，如果使用电流检测分流器，则要求电阻系数必须极低，以满足功耗要求。例如，使用最大电流为 80A 的电表， 250 µΩ的电阻消耗的功率为 I2 * R，即 802 * 250e-6 ＝ 1.6W。只剩下 400 mW 供电表的其他耗电部件 （单片机和 LCD 等）使用。同电流互感器 （Current Transformer， CT）相比，分流器用在电表设计中所带来的功率消耗就太大了。虽然低阻值分流器 （< 250 µΩ）功率消耗较低，但由其供给 ADC的 VRMS 信号在使用低分辨率的 ADC 时却很难测量，此外还需特别补偿或校准感抗和阻抗。

设计电表时还可以选择电流互感器 （CT）进行电流检测。电流互感器通过电流转换，将初级线圈与次级线圈隔离。与分流器相比， CT 能承受更大电流，而且其消耗的功率更低。当电流很低且功率因数很高时， CT 的非线性相位响应会引起功率或电能测量误差。

下一篇文章继续讲解其它功能部件。

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