СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОГО ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕННОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1998 года по МПК G01R21/133 G01R13/02 

Изобретение относится к измерению электроэнергии, а именно к электронным измерителям как активной, так и кажущейся реактивной электроэнергии, как в прямом, так и в обратном направлении.

Известно множество способов и устройств для измерения различных форм электроэнергии. Устройства для измерения могут быть электромеханические, электронные и смешанного типа. В устройствах последнего типа электронный регистр, обеспечивающий электронную индикацию измеряемой электроэнергии, соединен (как правило, оптически) с вращающимся диском. Импульсы, создаваемые вращающимся диском, например, за счет зеркального отражения от нанесенного на диск зеркального участка, используют для получения электронного выходного сигнала.

Известно техническое решение (US, патент 4884021, G 01 R 21/06, 1989), характеризующее способ и устройство, применяемые для электронного воспроизведения измеренной электроэнергии. Устройство содержит первый процессор, входы которого соединены с датчиками напряжения и тока измеряемой электроэнергии, а выход соединен с входом второго процессора, формирующего сигналы воспроизведения и подключенного к блоку индикации и оптическому порту. Датчики напряжения и тока измеряют величины напряжения и тока, по измеренным величинам определяют величину количества электроэнергии, формируют энергетический сигнал, характеризующий величину измеренной электроэнергии и частоту определения количеств электроэнергии. Недостатком известного решения следует признать сложность поверки устройства и способа.

Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в разработке способа и устройства воспроизведения измеренных количеств электроэнергии, поверка которых не представит сложности.

Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в повышении точности воспроизведения при упрощении технического обслуживания.

Для получения указанного технического результата предложено следующее техническое решение. Первый процессор принимает сигналы, характеризующие ток и напряжение измеряемой электроэнергии и определяет количество электроэнергии, при этом он формирует энергетический сигнал, характеризующий количество электроэнергии. Второй процессор, вход которого соединен с выходом первого процессора, принимает энергетический сигнал и вырабатывает сигнал индикации, характеризующий информацию об электроэнергии. Для приема сигнала индикации и воспроизведения информации использован блок индикации. В первом варианте реализации изобретения предпочтительно, чтобы первый процессор определял количества электроэнергии по сигналам, характеризующим величины напряжения и тока, а также вырабатывал энергетический сигнал, характеризующий количества электроэнергии и частоту их определения. Второй процессор по величине энергетического сигнала вырабатывает дисковый сигнал, характеризующий частоту вращения диска, эквивалентный сигналу традиционного электромеханического измерителя, и сигналы индикации, характеризующие количества электроэнергии, частоту их определения и частоту эквивалентного вращения диска, а блок индикации содержит отдельные индикаторы для каждого сигнала. Во втором варианте реализации изобретения первый процессор при измерении количеств электроэнергии дополнительно определяет количества активной электроэнергии и количества кажущейся реактивной электроэнергии, а также частоту их определения с выводом полученных значений на блок индикации. В третьем варианте реализации изобретения первый процессор вырабатывает мультиплексный сигнал, характеризующий измеренные величины, который посредством преобразователя переводится в световой. Второй процессор, соединенный с преобразователем, по величине мультиплексированного сигнала вырабатывает выходной сигнал. Предпочтительно использовать блок индикации на жидких кристаллах с множеством визуальных сигнализаторов. Предпочтительно также, чтобы при высвечивании энергетических сигналов второго процессора визуальные сигнализаторы становились видимыми. Это позволяет получить эквивалент вращающегося диска. Особенно желательно, чтобы блок индикации позволял обеспечить индикацию как прямого, так и обратного потока энергии с частотой, превышающей частоту эквивалентного вращения диска. В особенно предпочтительном варианте реализации на блоке индикации расположены три сигнализатора, предпочтительно в линию. Первый и третий визуальные сигнализаторы имеют стреловидную форму и показывают направление тока. Желательно, чтобы энергетический сигнал, подаваемый на второй процессор, характеризовал и частоту задания данных, что следует отразить на втором процессоре. При этом могут быть показаны направления вращения диска и частота подачи сигналов на второй процессор, а также сигнал, иммитирующий частоту вращения диска.

Изобретение иллюстрировано графическим материалом, где на фиг. 1 приведена блок-схема электронного измерителя; на фиг. 2 - 6 - блок-схема алгоритма главной программы работы микропроцессора; на фиг. 7 - схема жидкокристаллического индикатора; на фиг. 8 - схема визуальных сигнализаторов; на фиг. 9 - принципиальная схема оптического порта; на фиг. 10 - принципиальная схема управляющих кнопок.

Электронное устройство (фиг. 1) в целом обозначена позицией 10. Оно содержит три цепи резистивных делителей напряжения 12А, 12В и 12С, первый процессор - интегральную схему 14 аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и процессор цифрового сигнала (ЦП), второй процессор - микроконтроллер 16, три датчика тока 18A, 18B и 18C, двенадцативольтовый переключаемый источник питания 20, способный принимать входные напряжения от 96 до 528 В, пятивольтовый линейный источник питания 22, энергонезависимый источник питания 24, который дублирует источник 22, эталон 28 прецизионного напряжения 2,5 В, жидкокристаллический блок индикации 30, генератор 32 частотой 32,768 кГц, генератор 34 с частотой 6,2208 МГц, обеспечивающий сигналы хронирования для интегральной схемы 14, причем сигнал генератора 34 делится на 1,5 для получения тактового сигнала 6 МГц для микроконтроллера 16, электрически программируемое ПЗУ 35 на 2 килобайта, линию последовательной связи 38 и порт оптической связи 40, который может быть использован для считывания показаний измерителя.

Электроэнергия может быть охарактеризована как величиной напряжения, так и тока. Сигналы, характеризующие напряжение, поступают на устройство 10 через резистивные делители 12A - 12C, а токовые сигналы наводятся в трансформаторе тока и шунтируются. Для определения количества электроэнергии используют комбинацию выходов 18A - 18C Первый процессор 14 принимает сигналы напряжения и тока с делителей 12A - 12C и датчиков тока 18A - 18C и преобразует их в цифровые сигналы, характеризующие ток и напряжение, а также вырабатывает энергетический сигнал, характеризующий количество электроэнергии. Процессор 14 постоянно генерирует сигналы, характеризующие потребляемую и вырабатываемую энергию, и в зависимости от типа измеряемой энергии - количество реактивных и потребляемых реактивных вольт-ампер-часов или вырабатываемых и потребляемых вольт-ампер-часов. В предпочтительном варианте каждый переход на проводниках 42 - 48 характеризует измерение количества электроэнергии. Второй процессор 16, соединенный с выходом процессора 14, принимает энергетический сигнал и генерирует сигнал индикации.

Устройство 10 может быть использовано и как измеритель потребления и как измеритель времени потребления, которые становятся все более популярны в связи с дифференцированной платой за электроэнергию в дневное и ночное время. В этом случае первый процессор работает в режиме счета электроэнергии, а второй процессор - в режиме учета времени потребления.

Все показатели и проверяемые признаки выводятся либо на блок индикации, либо на оптический порт. В предпочтительном варианте реализации на печатной плате смонтированы источники питания 20, 22, 24 и 28, делители 12A - 12C, часть датчиков 18A - 18C, генератор 34, процессоры 14 и 16, схема сброса (не показана), ЭОППЗУ 35, генератор 32, компоненты оптического порта 40, блок индикации 30 и дополнительная плата интерфейса 38. Если устройство используют для измерения потребления, то информацию хранят в ЭОППЗУ 35, если же для измерения потребления с учетом времени, то дополнительно используют источник 26 и перепрограммируют ЭОППЗУ 35.

В качестве процессора 16 используют 8-битовый микропроцессор с расширенным набором команд для побитовой проверки и управления.

При нормальной работе процессор 16 получает тактовый сигнал с процессора 14. Этот тактовый сигнал задает длительность цикла 1,0368 МГц. При исчезновении этого сигнала процессор переключается на кварцевый генератор 32 с частотой 32,768 кГц. Это позволяет работать в режиме пониженного потребления с длительностью цикла 16,384 кГц. При отсутствии питания процессор 16 продолжает отслеживать время за счет счета секунд и перевода времени вперед. При переводе процессором 16 времени вперед исполняется команда WIT, которая переводит блок в режим, когда работает только генератор 32 и таймеры. В этом режиме таймер установлен на пробуждение процессора 16 через каждые 32,768 циклов, чтобы сосчитать секунду.

Алгоритм работы процессора 16 подробно раскрыт на фиг. 2 - 7.

Все данные, необходимые для работы устройства 10, хранятся в ЭОППЗУ 35 емкостью 2 килобайта. К ним относятся данные конфигурации, суммарные киловатт-часы, максимальное и полное потребление, время потребления, число сбросов, количество прекращений подачи электроэнергии и количество изменяющихся данных сеансов связи. Данные о времени потребления для действующего расчетного периода хранятся в ОЗУ процессора 16.

Жидкокристаллический индикатор 30 позволяет визуально следить за составлением счетов за электроэнергию, а также за другими данными, характеризующими электроэнергию. Жидкокристаллический индикатор содержит 96 сегментов. Шесть знаков использованы для индикации данных, три - для числовых идентификаторов. Кроме того, имеются семнадцать буквенных сигнализаторов, используемых для идентификации. К ним относятся: PREV, SEAS, RATE, A, B, C, D, CONT, SUM, RESETS, MAX, TOTAL, KV / , \, R, h. Последние пять можно комбинировать. Еще три знака выглядят как лампочки. Они работают независимо друг от друга и загораются ровным светом, если среднеквадратичный потенциал соответствующей фазы превышает 57,6 В или загораются мигающим светом, если он падает ниже 38,4 В. Сигнализаторы "TEST ", " ALT " и "EOI" предназначены для индикации режима проверки, режима прокрутки или окончания интервала усреднения потребления. Шесть мигающих знаков 200 - 210 предназначены для показания ватт-часов или альтернативной величины (вольт-ампер-часов или реактивных вольт-ампер-часов). Знаки 200 - 210 расположены в два набора по три знака: один набор предназначен для показания ватт, а другой - для показания реактивных вольт-ампер-часов. В каждый набор входит левая стрелка, квадрат и правая стрелка. Во время любой проверки одна из стрелок будет мигать с частотой вращения диска с целью иммитации вращения диска. Левая стрелка 200 мигает, когда энергии принимается от измеряемого объекта, правая 204 мигает, когда энергии передается объекту. Сплошной квадрат 202 мигает с частотой, эквивалентной электромеханическому измерителю с такой же формой, контрольным током и контрольным напряжением. Квадрат 202 мигает независимо от направления тока. Все эти знаки можно обнаружить через крышку устройства с использованием отражателей или известного испытательного оборудования. Второй набор визуальных сигнализаторов предназначен для измерения кажущейся реактивной электроэнергии, концы стрелок 206 и 210 открыты, чтобы их нельзя было спутать со знаками 200 и 204.

Устройство 10 взаимодействует с внешним миром посредством жидкокристаллического индикаторного блока 30, оптического порта 40 или дополнительного соединителя 38. Все выходные сигналы могут быть мультиплексированы через оптический порт 40, что облегчает поверку устройства.

Оптический порт (фиг. 5) совместно со схемой сброса 108 обеспечивают электронный доступ к измеренной информации. Передатчик и приемник (элементы 110 и 112) представляют собой инфракрасные компоненты с длиной волны 850 нм и расположены в узле электроники. Они представляют совместно универсальный передатчик, встроенный в микропроцессор 16, скорость передачи которого определяется временем отклика оптических компонент. Во время режима проверки оптический порт 40 отражает импульсы ватт-часов, полученных микроконтроллером через элемент 112, что обеспечивает обычную проверку без необходимости в дополнительном светодиоде.

Несмотря на то, что изобретение было описано со ссылками на конкретные варианты, указанные варианты не ограничивают возможности реализации изобретения.

Изобретение относится к измерительной технике. Технический результат заключается в повышении точности воспроизведения измеренной электроэнергии. Раскрыты варианты способа и устройства для электронного воспроизведения измеренной электроэнергии. Первый процессор принимает сигналы напряжения и тока и определяет электроэнергию. Первый процессор вырабатывает энергетический сигнал, представляющий собой определение электроэнергии. Второй процессор, соединенный с первым процессором, принимает энергетический сигнал и вырабатывает сигналы воспроизведения, представляющие собой информацию о параметрах электроэнергии. Индикатор соединен с вторым процессором для приема сигнала воспроизведения и воспроизводит информацию об электроэнергии. В первом варианте осуществления предпочтительно, чтобы первый процессор определял единицы электроэнергии по сигналам напряжения тока и вырабатывал энергетический сигнал, представляющий собой определение таких единиц и частоты, с которой они определяются. В другом варианте осуществления первый процессор определяет и воспроизводит единицы активной энергии, единицы кажущейся реактивной энергии и частоту, с которой определяются эти единицы. Индикатор может представлять информацию о направлении перетока энергии. 6 с. и 28 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ электронного воспроизведения измеренной электроэнергии, включающий измерение характеристик напряжения и тока с определением по измеренным величинам количества электроэнергии и выработкой энергетических сигналов, характеризующих количество электроэнергии и частоту определения количества электроэнергии, отличающийся тем, что на основании энергетических сигналов вырабатывают последовательно дисковый сигнал в виде частоты эквивалентного вращения диска относительно частоты определения, сигнал воспроизведения, характеризующий количество электроэнергии, частоту определения и частоту вращения диска и одновременно воспроизводят количество электроэнергии, частоту определения и частоту вращения диска. 2. Устройство для электронного воспроизведения измеряемой электроэнергии, содержащее первый процессор, входы которого соединены с источниками характеристик напряжения и тока измеряемой электроэнергии, а выход по энергетическому сигналу, характеризующему количеству электроэнергии и частоту ее определения, соединен с входом второго процессора, отличающееся тем, что выход второго процессора соединен с входом блока индикации, предназначенного для воспроизведения количества электричества, частоты ее определения и частоты вращения диска. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что первый процессор выполнен с возможностью определения направления тока и выработки энергетического сигнала, характеризующего направление тока, а блок индикации дополнительно содержит узел индикации направления тока. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что дополнительный узел индикации выполнен и размещен таким образом, что он способен кроме направления тока дополнительно определять количество электроэнергии и частоту вращения диска. 5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок индикации содержит жидкокристаллический индикатор и визуальные сигнализаторы. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что часть визуальных сигнализаторов предназначена для считывания сигналов второго процессора. 7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что визуальные сигнализаторы выполнены стрелочными. 8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что визуальные сигнализаторы выполнены с возможностью визуального контроля вращения диска. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что один визуальный сигнализатор выполнен с возможностью визуального контроля частоты определения количества электроэнергии. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что второй процессор выполнен с возможностью выработки дополнительного сигнала, характеризующего частоту вращения диска относительно частоты определения количества электроэнергии. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что второй процессор выполнен с возможностью при выработке дополнительного сигнала делить частоту определения количества электричества. 12. Устройство по п.5, отличающееся тем, что блок индикации содержит расположенные последовательно в линию первый, второй и третий визуальные сигнализаторы. 13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что первый и третий визуальные сигнализаторы выполнены стрелочными и предназначены характеризовать количество электроэнергии и частоту вращения диска, а второй визуальный сигнализатор предназначен для характеристики частоты вращения диска. 14. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит преобразователь светового сигнала в электрический, причем преобразователь соединен с вторым процессором. 15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что второй процессор выполнен с возможностью выработки и приема сигналов связи через преобразователь. 16. Способ электронного воспроизведения измеренной электроэнергии, включающий измерение характеристик напряжения и тока с определением по измеренным величинам количества электроэнергии и выработкой энергетических сигналов, характеризующих количество электроэнергии и частоту определения количества электроэнергии, отличающийся тем, что одновременно определяют количество активной электроэнергии и количество кажущейся реактивной электроэнергии, вырабатывают энергетические сигналы, характеризующие количество активной электроэнергии и количество кажущейся реактивной электроэнергии, одновременно с энергетическим сигналом, характеризующим частоту определения, с последующей выработкой сигнала воспроизведения энергетических сигналов, характеризующих количество активной электроэнергии, кажущейся реактивной электроэнергии и частоты определения и воспроизведения количеств активной электроэнергии, кажущейся реактивной электроэнергии и частоты определения с получением общей характеристики электроэнергии. 17. Устройство для электронного воспроизведения определяемой электроэнергии, содержащее первый процессор, входы которого соединены с источником характеристик напряжения и тока измеряемой электроэнергии, а выход по энергетическому сигналу, характеризующему количество электроэнергии и частоту ее определения, соединен с входом второго процессора, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок индикации, предназначенный для воспроизведения количества активной электроэнергии и количества кажущейся реактивной электроэнергии, а второй процессор выполнен с возможностью выработки сигналов воспроизведения количеств активной электроэнергии и количеств кажущейся реактивной электроэнергии. 18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что блок индикации содержит жидкокристаллический индикатор и визуальные сигнализаторы, некоторые из которых выполнены стрелочными. 19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что визуальные сигнализаторы выполнены с возможностью цветовой индикации сигнала воспроизведения второго процессора. 20. Устройство по п.17, отличающееся тем, что второй процессор выполнен с возможностью по величине энергетического сигнала вырабатывать дисковый сигнал, соответствующий соотношению частоты вращения диска к частоте определения количеств электроэнергии. 21. Устройство по п.20, отличающееся тем, что второй процессор выполнен с возможностью выработки дискового сигнала посредством деления частоты определения количества электричества. 22. Устройство по п.17, отличающееся тем, что блок индикации содержит первый и второй наборы из первого, второго и третьего сигнализаторов, причем набор выполнен из последовательно расположенных в линию первого, второго и третьего сигнализаторов. 23. Устройство по п.22, отличающееся тем, что первый и третий сигнализаторы в первом и втором наборах выполнены стрелочными и с возможностью иллюстрировать частоту измерения количеств электроэнергии и частоту вращения диска, в вторые сигнализаторы в первом и втором наборах выполнены с возможностью иллюстрировать частоту вращения диска. 24. Устройство по п.23, отличающееся тем, что первый и третий сигнализаторы в первом наборе имеют форму сплошной стрелки, а первый и третий сигнализаторы во втором наборе выполнены в форме открытой стрелки. 25. Способ электронного воспроизведения измеряемой электроэнергии, включающий измерение характеристик напряжения и тока с определением по полученным значениям множества количеств электроэнергии с выработкой энергетических сигналов, характеризующих множества количеств электроэнергии, отличающийся тем, что энергетические сигналы мультиплексируют в электрический выходной сигнал с последующим преобразованием его в световой. 26. Устройство для электронного воспроизведения измеряемой электроэнергии, содержащее первый процессор, входы которого соединены с источниками характеристик напряжения и тока измеряемой электроэнергии, а выход по энергетическому сигналу, характеризующему измеряемые множества количеств электроэнергии - с входом второго процессора, отличающееся тем, что выход второго процессора соединен с преобразователем, причем второй процессор выполнен с возможностью выработки по энергетическим сигналам посредством мультиплексирования электрического выходного сигнала, а преобразователь предназначен для преобразования выходного электрического сигнала в световой. 27. Устройство по п.26, отличающееся тем, что преобразователь выполнен в виде световода. 28. Устройство по п.26, отличающееся тем, что второй процессор выполнен с возможностью вырабатывания выходного электрического сигнала посредством временного мультиплексирования энергетических сигналов с последующей передачей выходного сигнала на преобразователь. 29. Устройство по п.26, отличающееся тем, что второй процессор выполнен с возможностью мультиплексирования части энергетических сигналов. 30. Устройство по п.26, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второй преобразователь для преобразования светового сигнала в электрический. 31. Устройство по п.30, отличающееся тем, что второй преобразователь выполнен с возможностью передачи управляющего сигнала на второй процессор. 32. Устройство по п.26, отличающееся тем, первый процессор выполнен с возможностью регистрации частоты определения множества количеств электроэнергии. 33. Устройство по п.32, отличающееся тем, что второй процессор выполнен с возможностью временного мультиплексирования энергетических сигналов, характеризующих напряжение и ток измеряемой электроэнергии, а также частоту определения множества количеств электроэнергии с последующей передачей выходного сигнала на первый преобразователь. 34. Устройство по п.33, отличающееся тем, что второй процессор выполнен с возможностью вырабоки по энергетическим сигналам сигнала, характеризующего частоту вращения диска относительно частоты измерения множества количеств электроэнергии.