СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Российский патент 1996 года по МПК G01R11/32 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, в частности к измерению электроэнергии.

Известны индукционные счетчики электроэнергии. Однако они имеют малый динамический диапазон измерения по току (1).

Наиболее близким к заявляемому устройству является электронный счетчик (2).

Счетчик содержит токовый вход, соединенный со входом входного устройства по току, и вход по напряжению, который соединен с входом входного устройства по напряжению и блоком питания, выход широтно-импульсного модулятора (ШИМ) соединен с управляющим входом ключа, выход ключа соединен с входом фильтра низких частот (ФНЧ), выход ФНЧ соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, выход преобразователя напряжения в частоту соединен с входом делителя частоты, выход делителя частоты соединен с входом отсчетного устройства, выход входного устройства по напряжению соединен с входом ключа, выход входного устройства по току соединен с входом ШИМ.

Недостатком прототипа является также малый динамический диапазон измерения по току связанный с наличием напряжений смещений в операционных усилителях, используемых в ФНЧ. При динамическом диапазоне 1000 (от 50 мА до 50 А) лучшие операционные усилители с начальным смещением 75 мВ дают погрешность в нижней точке динамического диапазона равную 15% что не позволяет реализовать счетчик класса точности 2 на микросхемах массового производства а требует использования специальных операционных усилителей, что приводит к значительному усложнению устройства или приходится ограничиваться меньшим динамическим диапазоном.

Техническим результатом, который обеспечивает заявляемое техническое решение, является расширение динамического диапазона измерения.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемое устройство, содержащее токовый вход и вход по напряжению, входное устройство по току и входное устройство по напряжению, ключ, фильтр низких частот (ФНЧ), преобразователь напряжения в частоту (ПНЧ), отсчетное устройство, широтно-импульсный модулятор (ШИМ), блок питания, вход по напряжению соединен с входом входного устройства по напряжению и входом блока питания, выход ШИМ соединен с управляющим входом ключа, выход ключа соединен с входом ФНЧ, выход ФНЧ соединен с входом ПНЧ, дополнительно введены усилитель переменного тока с регулируемым коэффициентом усиления (УПТ), компаратор уровня сигнала (КУС) и делитель частоты с регулируемым коэффициентом деления (ДЧ), токовый вход соединен с входом входного устройства по току, выход входного устройства по току соединен с входами УПТ и КУС, выход УПТ соединен с входом ключа, вход ДЧ соединен с выходом ПНЧ, выход ДЧ соединен с входом отсчетного устройства, выходы КУС соединены с управляющими входами УПТ и ДЧ, выход входного устройства по напряжению соединен с входом ШИМ.

Cопоставительный анализ заявляемого устройства с известными решениями показывает, что заявляемый счетчик электроэнергии отличается тем, что в известное устройство дополнительно введены УПТ, КУС и ДЧ, выход входного устройства по току соединен с входами УПТ и КУС, выход УПТ соединен с входом ключа, вход ДЧ соединен с выходом ПНЧ, выход ДЧ соединен с входом отсчетного устройства, выходы КУС соединены с управляющими входами УПТ и ДЧ, выход входного устройства по напряжению соединен с входом ШИМ.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна". Сравнение заявляемого устройства не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники, позволили выявить в них признаки, отличающие заявленное устройство от известных устройств. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемое решение имеет изобретательский уровень.

Изобретение является промышленно применимым, т.к. оно может быть использовано в электроизмерительной технике и, в частности, в счетчиках электроэнергии.

Изобретение поясняется чертежом,
где изображено:
1 Токовый вход.

2 Вход по напряжению.

3 Входное устройство по току.

4 Входное устройство по напряжению.

5 Блок питания.

6 Усилитель переменного тока с регулируемым коэффициентом усиления (УПТ).

7 Компаратор уровня сигнала (КУС).

8 Ключ.

9 Широтно-импульсный модулятор.

10 Фильтр низких частот (ФНЧ).

11 Преобразователь напряжения в частоту (ПНЧ).

12 Делитель частоты с регулируемым коэффициентом деления (ДЧ).

13 Отсчетное устройство.

14 Делитель частоты.

Вход по току 1 соединен с входом входного устройства по току 3, вход по напряжению 2 соединен с входом входного устройства по напряжению 4 и входом блока питания 5, выход входного устройства по току 3 соединен с входами УПТ 6 и КУС 7, выход УПТ 6 соединен с входом ключа 8, выход входного устройства по напряжению 4 соединен с входом ШИМ 9, выход ШИМ 9 соединен с управляющим входом ключа 8, выход ключа 8 соединен с входом ФНЧ 10, выход ФНЧ 10 соединен с входом ПНЧ 11, выход ПНЧ 11 соединен с входом ДЧ 12, выходы КУС 7 соединены с управляющими входами УПТ 6 и ДЧ 12, выход ДЧ 12 соединен с входом отсчетного устройства 13.

Устройство работает следующим образом.

При подаче тока на вход 1 на выходе устройства по току 3 появляется сигнал, пропорциональный входному току, который через усилитель 6 подается на вход ключа 8. Сигнал напряжения подается на вход по напряжению 2 и через входное устройство по напряжению 4 подается на вход ШИМ 9.

Сигнал тока с выхода входного устройства по току 3 также подается на вход КУС 7. При превышении заданного уровня сигнала, компаратор 7 срабатывает и изменяет коэффициент передачи усилителя 6 и делителя частоты с регулируемым коэффициентом деления 12. С помощью ключа 8 и ШИМ 9 производится перемножение сигналов тока и напряжения. С помощью ФНЧ 10 выделяется постоянная составляющая, пропорциональная мощности. Преобразователь напряжения в частоту ПНЧ 11 преобразует полученное напряжение в частоту следования импульсов. После деления частоты до необходимой величины делителем частоты 12 производится отсчет импульсов с помощью отсчетного устройства 13.

С помощью УПТ 6, КУС 7 и ДЧ12 динамический диапазон измерения по току разбивается на два поддиапазона. Например, диапазон 50 мА-50 А разбивается на 50 мА 1,5 А и 1,5 А 50 А.

При подаче сигнала тока, соответствующего диапазону 1,5-50А, КУС 7 устанавливает коэффициент усиления УПТ 6, обеспечивающий на выходе УПТ 6 номинальный сигнал при токе 50 А, при этом, в ДЧ 12 устанавливается необходимый коэффициент деления частоты. При уменьшении величины сигнала меньше, чем 1,5 А, КУС 7 увеличивает коэффициент усиления УПТ в 32 раза и увеличивается в 32 раза коэффициент деления ДЧ 12.

В этом случае номинальный сигнал УПТ 6 будет соответствовать току (50/32)А. Увеличивая сигнал тока, соответствующий нижней части динамического диапазона в 32 раза, мы, таким образом, в 32 раза снижаем требования к характеристикам операционных усилителей, используемых в ФНЧ 10 и, соответственно, расширяем динамический диапазон измерения по току, ограничением которого в известной схеме являются напряжения смещения операционных усилителей.

Таким образом, введение новых элементов и связей позволяет значительно расширить динамический диапазон измерения счетчика электроэнергии.

Использование: изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности, к измерению электроэнергии. Сущность изобретения: устройство содержит: токовый вход 1, вход по напряжению 2, входное устройство по току 3, входное устройство по напряжению 4, блок 5 питания, ключ 8, широтно-импульсный модулятор 9, фильтр 10 низких частот, преобразователь 11 напряжение-частота, отсчетное устройство 13. Кроме того, содержит: усилитель 6 переменного тока с регулируемым коэффициентом усиления, компаратор 7 уровня сигнала и делитель 12 частоты с регулируемым коэффициентом деления. 1 ил.

Счетчик электроэнергии, содержащий токовый вход и вход по напряжению, входное устройство по току и входное устройство по напряжению, ключ, фильтр низких частот, преобразователь напряжение частота, отсчетное устройство, широтно-импульсный модулятор и блок питания, при этом вход по напряжению счетчика соединен с входом входного устройства по напряжению и входом блока питания, выход широтно-импульсного модулятора соединен с управляющим входом ключа, выход ключа соединен с входом фильтра низких частот, выход которого соединен с входом преобразователя напряжение частота, а токовый вход соединен с входом устройства по току, отличающийся тем, что в него введены усилитель переменного тока с регулируемым коэффициентом усиления, компаратор уровня сигнала и делитель частоты с регулируемым коэффициентом деления, при этом выход входного устройства по току соединен с входами усилителя переменного тока с регулируемым коэффициентом усиления и компаратора уровня сигнала, выход усилителя переменного тока с регулируемым коэффициентом усиления соединен с входом ключа, вход делителя частоты с регулируемым коэффициентом деления соединен с выходом преобразователя напряжение частота, а выход с входом отсчетного устройства, выход компаратора уровня сигнала соединен с управляющими входами усилителя переменного тока с регулируемым коэффициентом усиления и делителя частоты с регулируемым коэффициентом деления, выход входного устройства по напряжению соединен с входом широтно-импульсного модулятора.