《一種防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法》是華立儀表集團股份有限公司於2013年12月26日申請的專利，該專利的公布號為CN103698564A，授權公布日為2014年4月2日，發明人是宋錫強、楊草田、范卓霞、余洪純。
《一種防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法》公開了一種防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法，包括下列步驟：提供N塊PCB板；N塊板平行安裝於一個電錶內；在每一塊PCB板上安裝電氣組件，以形成X個閉合迴路；計算出X個閉合迴路的面積Sx；將X個面積Sx進行全部疊加，使得Sn最小。該發明PCB板可抗任意方向工頻磁場0.5mT干擾，生產工藝簡單，易實現批量化生產。
2020年7月14日，《一種防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法
- 申請人：華立儀表集團股份有限公司
- 申請日：2013年12月26日
- 申請號：2013107336288
- 公布號：CN103698564A
- 公布日：2014年4月2日
- 發明人：宋錫強、楊草田、范卓霞、余洪純
- 地址：浙江省杭州市餘杭區五常大道181號華立科技園
- Int. Cl.：G01R11/02(2006.01)I
- 代理機構：杭州華鼎智慧財產權代理事務所
- 代理人：魏亮
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
國網2013年新標準《單相智慧型電能表技術規範》對0.5mT工頻磁場無負載要求：電能表處於工作狀態，電流線路無電流，將其放置在0.5mT工頻磁場干擾中，電能表的測試輸出不應產生多於一個的脈衝。
發明內容
專利目的
《一種防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法》目的是提供一種防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法，該技術使得電錶PCB板電氣組件結構緊湊，生產工藝簡單，可抗任意方向工頻磁場干擾。
技術方案
《一種防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法》實施例提供一種設計電錶PCB板的工藝或方法，能夠有效抑制或減低工頻電磁感應磁場的強度，防止電錶焊盤電氣組件收到干擾。
《一種防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法》採用了以下的技術方案：防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法實施例，用於抑制電錶內部PCB板上焊盤部分的工頻磁場產生部所感生出的磁場，所述的工頻磁場產生部包括多個相互連線且構成閉合迴路的電子元器件，其改進在於包括下列步驟：在所述的電錶中提供N塊PCB板，這N塊PCB板相互平行安裝於此電錶內；在每一塊PCB板上焊接若干個電子元器件，以構成X個閉合迴路；計算出每一個閉合迴路的截面積Sx；將此N塊PCB板上的X個閉合迴路的截面積Sx全部進行相互疊加，使得疊加後的截面積Sn最小。
在一個實施例中，在這X個閉合迴路中，其等所感生出的電磁感應磁場強度B滿足：B＝Bmsinωt，（式1）
其磁通量
滿足關係式：
（式2）
其中N為X個閉合迴路總數，Ｓ為此閉合迴路的截面積，θ為B與截面的法線夾角，其中當工頻磁場以垂直方向穿過多個閉合迴路時，對於每一個單個閉合迴路而言，理想情形下考慮為θ=0時，Sinωt=1，可知磁通量直接取決於截面積SX。
在一個實施例中，所述電子元器件是焊接在PCB板的正面或反面。
在一個實施例中，焊接在所述的PCB板正面與反面上的電子元器件構成不同的閉合迴路，其閉合迴路的電流不同，所感生出的磁場在方向上構成相互疊加或抵消，以此抑制工頻磁場的強度。
在一個實施例中，所述的工頻磁場的強度可以被抑制為零。
在一個實施例中，在所述的電子元器件中包括錳銅引線，其與外接負載構成的閉合迴路截面積為Sy。
在一個實施例中，所述的外接負載為內置繼電器錳銅電阻。
進一步地，所述的繼電器錳銅電阻與錳銅引線以左右或上下對稱的方式加以接線，以使得其上產生的工頻磁場強度為零。
在一個實施例中，為了控制截面積Sy，定製錳銅引線的長度不超過8毫米。
在一個實施例中，根據L＝2πr得知，截面Sy的半徑為r≤2.547毫米。
改善效果
《一種防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法》的有益效果是：該發明氣組件結構緊湊，可抗任意方向工頻磁場（0.5mT）干擾生產工藝簡單，易實現批量化生產。
技術領域
《一種防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法》涉及智慧型電錶技術，尤其涉及一種防止電錶內PCB板上電氣迴路工頻磁場啟動的方法。
權利要求
1.一種防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法，用於抑制電錶內部PCB板的工頻磁場產生部所感生出的磁場，所述的工頻磁場產生部包括多個相互連線且構成閉合迴路的電子元器件，其特徵在於包括下列步驟：在所述的電錶中提供N塊PCB板，這N塊PCB板相互平行安裝於此電錶內；在每一塊PCB板上焊接若干個電子元器件，以構成X個閉合迴路；計算出每一個閉合迴路的截面積Sx；將此N塊PCB板上的X個閉合迴路的截面積Sx全部進行相互疊加，使得疊加後的截面積Sn最小。
2.根據權利要求1所述的防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法，其特徵在於：在這X個閉合迴路中，其等所感生出的電磁感應磁場強度B滿足：B＝Bmsinωt，（式1）；其磁通量滿足關係式：（式2）；其中N為X個閉合迴路總數，Ｓ為此閉合迴路的截面積，θ為B與截面的法線夾角，其中當工頻磁場以垂直方向穿過多個閉合迴路時，對於每一個單個閉合迴路而言，理想情形下考慮為θ=0時，Sinωt=1，可知磁通量直接取決於截面積SX。
3.根據權利要求1所述的防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法，其特徵在於：所述電子元器件是焊接在PCB板的正面或反面。
4.根據權利要求2或3所述的防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法，其特徵在於：焊接在所述的PCB板正面與反面上的電子元器件構成不同的閉合迴路，其閉合迴路的電流不同，所感生出的磁場在方向上構成相互疊加或抵消，以此抑制工頻磁場的強度。
5.根據權利要求4所述的防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法，其特徵在於：所述的工頻磁場的強度為零。
6.根據權利要求1所述的防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法，其特徵在於：在所述的電子元器件中包括錳銅引線，其與外接負載構成的閉合迴路截面積為Sy。
7.根據權利要求6所述的防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法，其特徵在於：所述的外接負載為繼電器錳銅電阻。
8.根據權利要求1至7中任意一項所述的防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法，其特徵在於：所述的繼電器錳銅電阻與錳銅引線以左右或上下對稱的方式加以接線，以使得其上產生的工頻磁場強度為零。
9.根據權利要求6所述的防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法，其特徵在於：為了控制截面積Sy，定製錳銅引線的長度不超過8毫米。
10.根據權利要求9所述的防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法，其特徵在於：根據L＝2πr得知，截面Sy的半徑為r≤2.547毫米。
實施方式
防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法的實施例中包括下列步驟：提供1塊PCB板，安裝於一個電錶內；在PCB板的焊盤上安裝電氣組件，按照電流I+和I-的流向，形成了例如4個閉合迴路；分別計算出這4個閉合迴路的截面積S5，S6，S7和Sy；根據式（1）的關係，當θ=0時，Sinωt=1，可知磁通量取決於截面積S；將4個面積進行全部疊加，使得截面積S最小。
在一個實施例中，所述電氣組件是焊接在PCB板的正面或反面。由於焊接的方向不同，因此使得焊接後形成的閉合迴路中產生了不同的電流方向。其中一個截面S6的電流方向為逆時針方向，而最大的截面S5的電流方向為順時針方向，同樣地，截面S7的電流方向為逆時針，而Sy的閉環電流方向亦為逆時針。因此，因為磁通量的方向不同，且直接取決於S，則這個PCB板上總的局部磁通量取決於Sx＝S5—S6—S7—Sy，按照比例加以設計出的Sx較佳地為0。
在另一方面，提供一種接線端接出的錳銅引線，其具有正負端L+和L-，其中為了防止Sy過大，定製錳銅線開口長度（即前述截面Sy的周長）不能超過8毫米。而其中根據周長公式L＝2πr得知，截面Sy的等效半徑r≤2.547毫米。
在另一方面，給出了另一個PCB板的實施例，其中將電子元器件設計的較為緊湊，形成一個較小的截面積S3和Sn，而S3和Sn的電流方向均為順時針，因此總的截面積Sx＝S3+Sn。這樣雖然會產生工頻磁場，但是可以將其控制在一個誤差允許的範圍內。
均勻交變磁場為（由通交變電流的閉合迴路產生）：B＝Bmsinωt （式1）
磁場中一探測閉合迴路的磁通量為（式2）
式中：Ｎ為閉合迴路數，Ｓ為該閉合迴路的截面積，θ為B與閉合迴路法線夾角。閉合迴路產生的感應電動勢為：
式中εm＝NSωBmcosθ是閉合迴路法線和磁場成θ角時，感應電動勢的幅值。當θ＝0，εm＝NSωBm，這時的感應電動勢的幅值最大。
有公式可知，N=1匝，S=1平方毫米，B=0.5mT（按照0.55mT設計）得到：εm＝10m×2πf×0.55×10T≈0.173μV（式4）
有錳銅值為250u歐姆得出感應功率：P＝253V×εm/R≈0.175瓦（式5）
由電磁感應磁場原理得知，在磁場強度一定，磁場和閉合迴路角度一定，對表計誤差影響主要是磁場面積，由國家電網公司標準得知要對表計進行多面測試，當磁場和閉合迴路角度為0時影響最大，則正面、側面、底面會產生最大感應電動勢。
根據電流方向箭頭可知，閉合迴路面積為S=S5-S6-S7-Sy。其中Sy和S5為焊線和PCB板形成的開口面積。由式5得到感應功率見下表。為了防止Sy開口過大，定製錳銅焊線開口長度不能超過8毫米。有L＝2πr，得r＝2.547毫米。最小面積為0；
結合焊線時開口情況，一般呈現為倒三角形，S≈11平方毫米；最大面積為圓形面積S5＝πr＝20.3平方毫米；由此可得出表1數據：
表1
國網標準要求啟動功率為4.4瓦，但是設計時為了保證足夠的啟動準確度，廠家一般設計在3.5瓦左右。
《一種防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法》PCB板上繞線的方式，採用面積相減的方法，其中S5、S6、S7面積是固定的，Sn面積是焊接時預留的開口是可變的。設計時可以考慮一定的冗餘，首先設計S5=S6+S7+10，此時即使可變面積在0～20.3平方毫米變化，也能保證S=S5-S6-S7-Sn在-10.3平方毫米到﹢10平方毫米之間變化，即感應功率在-1.8瓦～1.75瓦之間變化，從而很好的保證批量生產，值得推廣。
榮譽表彰
2020年7月14日，《一種防止電錶PCB板工頻磁場啟動的方法》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
