Преобразователь величины мощности и действующего значения напряжения в цифровой код Советский патент 1987 года по МПК G01R21/00 

113305722

Изобретение относится к цифровой вал времени, а второй выход соединен электроизмерительной технике и может с первым зажимом источника 7 напряже- найти применение при измерении ин- ния смещения, второй зажим которого тегральных характеристик переменного соединен с вторым сигнальным входом напряжения. преобразователя 8 напряжения в интерЦель изобретения -увеличение точ- вал времени, третий вход которого под- ности при уменьшении динамической по- ключен к выходу генератора 2 и перво- грешно сти.му входу первого элемента И 1 и первоНа фиг. 1 представлена функциональ- д му входу третьего элемента И 16, вто- ная схема преобразователя .величины рой вход которого соединен с третьим мощности и действующего значения на- сигнальным выходом преобразователя . пряжения в цифровой код; на фиг. 2 - 8 напряжения в интервал времени и временные диаграммы работы основных счетным входом второго триггера 15, узлов. единичный выход которого связан с вхоПреобразователь содержит первый дом управления второго переключателя элемент И 1, генератор 2 тактовых; 5, первьй вых.од преобразователя 8 импульсов, первый переключатель 3, напряжения в интервал времени под- фазоинве.ртор 4, второй переключатель ключен к входу установки первого триг-. 5, блок 6 умножения, источник 7 на- jn гера 9 и второму входу первого эле- пряжения смещения, преобразователь 8 мента И 1, тре.тий вход которого сое- напряжения в интервал времени,, первый динен с единичным выходом первого триггер 9, второй элемент И 10,.пер- триггера 9 и выходом второго элемен- вый 11 и второй 12 формирователи, , та И 10, первым входом четвертого I счетчик 13, третий переключатель 14, 25 элемента И 18 и вторым входом перво- второй триггер 15, третий элемент И го элемента ИЛИ 17, первый вход кото- 16, первый элемент ИЛИ 17, четвертый рого связан с выходом третьего эле- элемент И 18, блок 19 перезаписи, мента И 16 и входом счетчика 13, вто- первый вычитающий счетчик 20, третий рой вход первого элемента ИЛИ 17 сое- триггер 21, фазовращатель 22, четвер-до Динен с выходом первого элемента И 1 тый.переключатель 23, отсчетньш блок и вторым входом второго элемента ИЛИ 24, пятый элемент И 25, второй эле- 26, выход первого элемента ИЛИ 17 под- мент ИЛИ 26, блок 27 линеаризации, клюнен к второму входу четвертого состоящий из преобразователя 28 код- элемента И 18, выход которого, соеди- частота, второго вычитающего .счетчика йен со счетным входом первого вычи- 29, блока 30 памяти и счетчика 31 но- тающего счетчика 20 и вторым входом мера участка аппроксимации, причем пятого элемента И 25,- первый вход ко- первым эходом преобразователя являет- торого соединен с единичным выходом ся вход генератора 2 тактовых импуль- третьего триггера 21, нулевой выход сов, который подключен также к первомуд„ которого подключен к четвертому входу блока 6 умножения и первому входу первого элемента И 1, информа- неподвижному контакту первого переклю- ционные выходы счетчика 13 подключены чателя 3, второй вход преобразователя к входам блока 19 перезаписи, инфор- соединен с первым неподвижным контак- мационные выходы которого соединены том третьего переключателя Г4 с вхо- с входами записи числа первого вычи- дом фазовращателя 22, выход которого тающего счетчика 20, выход нуля кото- соединен с вторым входом третьего пе- рого связан с входом установки в еди- реключателя 14, выход которого соедй- ничное состояние третьего триггера нен с вторым неподвижным контактом 21, выход второго элемента ИЛИ 26 сое- первого переключателя 3, выход кото- динен с входом блока 27 линеаризации, рого соединен с первым неподвижным первым входом четвертого переключате- контактом второго переключателя 5 и ля 23, выход второго элемента И 10 входом фазоинвертора 4, выход которо- подключен к входу отйчетного блока го подключен к второму неподвижному 24 и входу первого формирователя 11, контакту второго переключателя 5, вы- выход которого соединен с входом уп- ход которого подключен к второму вхо- равления блока 19 перезаписи и входом ду блока 6 умножения, первьй вьшод .второго формирователя 12, выход кото- блока 6 умножения подключен к входу рого соединен с входами.установки ну- преобразователя 8 напряжения в интер- ля счетчика 13 и третьего триггера

21, второй вход четвертого,переключателя 23 соединен с выходом блока 27 линеаризации, выход переключателя 23 подключён к второму сигнальному входу отсчетного блока 24, первый вход второго элемента ИЛИ 26 соединен с выходом пятого элемента И 25 в блоке 27 линеаризации выход второго вычитающего счетчика 29 подключен К счетному входу счетчика 31 номера участка . аппроксимации, информационные выходы которого соединены с входами управления блока 30 памяти, информационные

выходы которого соединены с входами преобразователя 28 код - частота и входами записи числа второго вычитающего счетчика 29.

В исходном состоянии при измерении действующего значения напряжения

.{И

Шtdt первый переключатель

3 находится в правом положении, а второй переключатель 5 - в верхнем. При этом на оба входа блока 6 умножения поступает напряжение U(t)U(t).Триггеры 9, 15 и 21 находятся в нулевом состоянии. Счетчики 13, 20, 29 и 31, блок 24 сброшены в состояние нуля.Напряжение на выходе блока 6 умножения (фиг.2,и)

U(t) -а,+ а. U4t) (1)

и содержит постоянную составляющую напряжения и колебания двойной частоты. При синусоидальном U(t) (wt+7) -

Un(t)ao+a,

U2,

cos4i-cos(2iot+(/). (2)

Ha вход преобразователя 8 напряжения в интервал времени поступает напряжение

U,,(t)U,-ba,+a.U4t), (3)

где и... - напряжение смещения источ- им.

ника;

а ц, - дрейф нуля на выходе блока

6 умножения; а - коэффициент передачи блока 6

умножения.

50

-иГ-

(7)

поступают на вход счетчика -13 и фиксируются в нём (К - коэффициент передачи тактовых импульсов с фазовой ФУНКЦИЯ преобразования преобразова- д автонастройкой частоты). Импульсы

теля 8 напряжения в интервал времени описьгеается выражением t ад+ а, -U где ар. - аддитивная составляюг ая; а мультипликативная составляющая.

числа N не проходят на вход первого вычитающего счетчика 20, так как эле- мент И 18 закрыт нулевым сигналом с единичного выхода первого триггера 9,

- При использовании двухтактного ин-- тегрирования усиленное напряжение U -:

преобразуется в интервал времени 1 т,

t-T -lu.

при

и

Uct - , К U .Т,

Uo

, . К .Т,

и.

t ас + а,и

и,

а, имеем (5)

(4)

и,к

в случае Т const, где Uj. - порог срабатывания сравнивающего устройства; дрейф нуля и коэффициент усиления входного усилителя;

значение образцового разрядного напряжения. Значение UCM выбирается таким; Uc« а,, + ), чтобы U, (t) 7 О при любых значениях а , а,.

Преобразователь 8 напряжения в интервал времени формирует временной

и. интервал Т

ч и-т, где Т 5о

5

0

период следования колебаний.

Напряжение U (t) (3) интегрируется до момента времени tj, а дальше до нулевого уровня и,. :

Ч .

+ао, +apU 2 (t) K+Ugp dt+

+1 i U(,dt u

2 Отсюда

. Uc -CUcM+aoO-K-T,+U9pT,

l-o -..,TT

Т«ап К

Uo апК.Т,

и.

rV f

i, U,(t)( jUo

+ao, -U,p)-T,

I

(6)

Ha время t - T открывается элемент И 16, и импульсы с частотой

К,. 11 следования - г

W -f Cf- -ЕЫ- (fcM-«-ao,) „ и,-rv,tj Сд; т п и г

10о

Кг-К .

-иГ-

(7)

числа N не проходят на вход первого вычитающего счетчика 20, так как эле- мент И 18 закрыт нулевым сигналом с единичного выхода первого триггера 9,

который к -моменту tj находится в нулевом состоянии (фиг.2,з). В момент , tj положительным фронтом импульса (фиг.2,е) первый триггер 9 опрокидывается в единичное состояние (фиг.2) и находится в нем в последующих циклах измерения. В момент tj (фиг.) окончания первого такта передним фронтом импульса длительности t - Т второй триггер 15 переходит в единич- ное состояние. Второй переключатель 5 переходит в нижнее состояние. При этом на второй вход блока 6 умножения подается сигнал с выхода фазоин- вертора 4, в котором сдвиг фазы tf осуществляется на 180°. Для синусоидальных напряжений выражение (2) имеет следукщий вид:

cos(2wt + 180) . 20

}

15

На вход преобразователя 8 напряжения в интервал времени поступит напряжение

u,,(t)

,-an U(t),

(8)

которое в процессе двухтактного интегрирования за время t - t Т, преобразуется в число импульсов

f(t,o-t,)

lIcC: - Т, -и. ( о, )Ку t

и.

и„

п

(9)

При этом за время t...t, первого такта интегрирования (фиг. 2,5) в момент

По сигналу оператора переключатели 25 3 и 14 переводятся в левое положение. Первый сомножитель U(t) Kj-i(t), пропорциональный значению тока i(t) .в нагрузке, поступает- на первый вход блока 6 умножения, а второй сомножи- 30 тель Uj (t) (t), пропорциональный значению напряжения U(t) на нагрузке, поступает в первом цикле непосредственно на второй вход блока 6 умножения, а во втором цикле - через 35 фазоинвертор 4. На выходе получается .напряжение в первом цикле (интервал 0.. .tj, фиг.2,я)

tj на вБкоде элемента И 10 ,,40

и,, (t)a«,+а . K,.K,.-U(t) - i(t).

явится импульс длительностью tg- равной длительности Т первого такта интегрирования.. В момент t запускается первый формирователь 11, который вьщает импульс длительностью

а во втором цикле

u,,(t)

а., -а,

.-U(t) . i(t)

t, который запускает второй Знак - появился за счет включе t s - , .

формирователь 12 и переписывает код

числа N: в первый вычитающий счетчик 20 путем подачи сигнала на вход управления блока 19 перезаписи. В момент t, появляется импульс на выходе второго формирователя 12 длительно50

ния фазоинвертора 4, коэффициент передачи которого равен единице. В прО цессе двухтактного преобразования напряжений U, (t), U,j (t) вместе с напряжением U. получим число импульсов

N.

« .-ча с- K(U(,M+a,, ),

и

К- Кр Т. Л ),U(t).x(t)dt - t tUtLK(UcM+ao, ), 1

. I -„ jj f b--- jK К Kp Kr p jT- P.

(11)

стью t„ - t fr , который перевод

в нулевое состояние счетчик 13 и подтверждает нулевое состояние третьего триггера 21. С момента t число импульсов Nj |(фиг.2,) поступает на вход счетчика 13 и на вычитающий вход второго вычитающего счетчика 20, Поскольку NJ N, , то к момен ту t во втором вычитанхцем счетчике 20 зафиксируется код числа

-,

N,

2К Кг- ап

Uo

I

(10)

пропорциональный квадрату действую- щего значения напряжения и (t) . Если , необходимо получить действующее значение напряжения, то переключатель 23 по сигналу оператора переводится в нижнее положение, и начинает рабо тать блок 27 линеаризации.

При измерении активной мощности предлагаемое. устройство работает еле- следующим образом.

По сигналу оператора переключатели 3 и 14 переводятся в левое положение. Первый сомножитель U(t) Kj-i(t), пропорциональный значению тока i(t) .в нагрузке, поступает- на первый вход блока 6 умножения, а второй сомножи- тель Uj (t) (t), пропорциональный значению напряжения U(t) на нагрузке, поступает в первом цикле непосредственно на второй вход блока 6 умножения, а во втором цикле - через фазоинвертор 4. На выходе получается .напряжение в первом цикле (интервал 0.. .tj, фиг.2,я)

и,, (t)a«,+а . K,.K,.-U(t) - i(t).

а во втором цикле

u,,(t)

а., -а,

.-U(t) . i(t)

Знак - появился за счет включе

ния фазоинвертора 4, коэффициент передачи которого равен единице. В прО цессе двухтактного преобразования напряжений U, (t), U,j (t) вместе с напряжением U. получим число импульсов

(11)

где

V

Р - i.U(t)-i(t)dt . t , т . , Cj c,.- 1, ,

Kp a,.K,.K.

Аналогично

:-rK(UtM+aoO- -U4pl-T,

. TvUoк к Р к г р

и„

Yr

(12)

В вычитающем счетчике 20 зафиксируется код числа

N. - N, - ± -;Д±1 р, (13)

I

и.

пропорциональный значению активной мощности Р,

При измерении реактивной мощности посредством оператора переключатель 14 переводится в правое положение, переключатель 3 - в левое положение, а переключатель 23 - в верхнее. Фаза напряжения Uj(t) сдвинута по отноше- нию к колебаниям U(t) на угол с .При введении фазовращателя i22 с углом сдвига 90° колебания на выходе фазовращателя 22 с коэффициентом передачи амплитудного значения равным еди- нице будут сдвинуты по отношению к колебаниям Uj (t) на угол 90° +gi. Поскольку при синусоидальных Ц (t), Uj(t); cos(90° +v) sin if,то, исполь

зуя это положение, в первом цикле при измерении реактивной мощности переключатель 5 по сигналу с выхода триггера 15 находится в верхнем понем положении. При этом напряжения на 40 выходе блока 6 умножения соответственно равны:

. U,(t) a,+a,.U.,(t)-Uj,(t); Un(t) a,ran-K, K..U,(t) U(t) ,

где U,|(t) - напряжение на выходе фазовращателя 22, сдвинутое ,по отношению к Uj (t) на угол L/i

Поэтому

Ui(t)Ui. (t)dt

Q - реактивная мощность, в процессе двухтактного преобразования напряжений ) + , Un(t + и имеем соот ветственно числа импульсов:

N -ffr , ч- Г U c-CK(.;),1 N, rf(t3-t2)- T -UOJ

1330572

K. K. p Kf

D;

Q;

(14)

10

15

20 25 о

5

0

5

0

:

N,(t,.-t,) ..

i;L . i , Uo

(15)

LiKiJK. Q

u

В вычитающем счетчике 20 зафиксируется код числа

N, - N, - -Q. (16)

пропорциональный значению реактивной мощности Q.

Формула изобретения

Преобразователь величины мощности- и действующего значения напряжения в цифровой код, содержащий генератор тактовых импульсов, фазовраЕ;атель, блок умножения, источник напряжения смещения, преобразователь напряжения в интервал времени и три переключателя, в которых первый вход подключен к входу генератора тактовых импульсов, первому неподвижному контакту первого переключателя и первому входу блока умножения, первый выход которого непосредственно, а второй через источник напряжения смещения соединены с сигнальными входами преобразователя напряжения в интервал врег мени, второй вход преобразователя подключен к первому неподвижному контакту второго переключателя и входу фазовращателя, выход которого соединен с вторым неподвижным контактом второго переключателя, выход которого соединен с вторым неподвижным контактом первого переключателя,выход третьего переключателя подключен к входу отсчетного блока, выход генератора тактовых импульсов подключен к. третьему входу преобразователя напряжения в. интервал времени, отличающийся тем, что, с целью повьшзения точности за счет уменьшения динамической погрешности измере- .ний, в него дополнительно введены фазоинвертор и четвертый переключатель, первый неподвижный контакт которого соединен с входом фазоинвер- тора, выход которого соединен с вторым неподвижным контактом четвертого переключателя, выход которого соединен с вторым входом блока умножения, а также пять элементов И, два элемента ИЖ, три триггера, два формиро9

нателя, счетчик, блок перезаписи, первый вычитающий счетчик, преобразователь код - частота, второй вычи- тййщий.счетчик, счетчик номера участка аппроксимации, блок памяти,причем первый выход преобразователя напряжения. в..интервал времени соединен с входом установки в единичное состояние первого триггера и первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов и первому входу второго элемента И, второй вход кото133

рого соединен с вторым выходом преоб- д дом пятого элементами, а нулевой выраэователя напряжения в интервал времени и счетным входом второго триггера, единичный выход которого соединен с входом управления четвертого переключателя, а третий выход преобразователя напряжения в интервал времени подключен к первому входу третьего элеме нта И, второй вход ко- торого соединен с первым входом четвертого элемента И, единичным выходом 25 тоту, выход которого соединен с первого триггера и третьим входом рым первого элемента И, а выход третьего ля и элемента И подключен к входу отсчет- щего ного блока и входу первого формирователя, выход которого соединен с входом управления блока перезаписи и входом второго формирователя,ВЫХ.ОД которого подсоединен к входу установки в нулевое состояние третьего триггера и счетчика, счетный вход котоконтактом третьего переключ счетным входом второго вычи счетчика, выход которого со нен с входом счетчика номера уча 30 ка аппроксимации, информационные ходы которого подключены к входа управления блока памяти, информа он ные выходы которого .подключены входам преобразователя кода в ча ту и второго вычитающего счетчик

1330572

10

рого соединен с выходом второго элемента И и первым входом первого элемента HJIHj выход которого соединен с вторым .входом четвертого элемента И, выход которого подключен к первому входу пятого элемента И и счетному входу первого вычитающего счетчика, входы записи числа которого связаны с информационными выходами блока ле- резаписи, а его выход подключен к входу установки в единичное состояние третьего триггера, единичный выход которого соединен с вторым вхоход связан с четвертым входом первого элемента И, выход которого подключен к второму входу первого элемента ИЛИ,и первому входу второго Q элемента .ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом пятого элемента И, а выход соединен с неподвижным контактом третьего переключателя и входом преобразователя кода в час5 тоту, выход которого соединен с рым ля и щего

в

ВТО- контактом третьего переключате- счетным входом второго вычитаю-, счетчика, выход которого соединен с входом счетчика номера участ-. 0 ка аппроксимации, информационные выходы которого подключены к входам управления блока памяти, информаци- , он ные выходы которого .подключены к входам преобразователя кода в частоту и второго вычитающего счетчика.

I

w

3

Л 6

h

С

a

-V,

-i

Изобретение относится к области цифровой электроизмерительной техники. Цель изобретения - увеличение точности при уменьшении динамической погрешности измерения. Преобразователь содержит элементы И1, 10, 16, 18и 25,генератор 2 тактовых импульсов, переключатели 3, 5 и 14, блок 6 умножения, источник 7 напряжения смещения, преобразователь 8 напряжения в интервал времени, триггеры 9, 15, 21, формирователи 11 и 12, элементы ИЛИ 17, 26,блок 19 перезаписи, вычитающие счетчики 20 и 29, фазовращатель 22 и блок 27 линеаризации. Для достижения цели в преобразователь введены переключатель 23, фазоинвертор 4 и образованы новые функциональные связи. 2 ил. (Л

-Ц.

-Д

:

Редактор A. Лежнина

Составитель С. Сафохин

Техред М.Ходанич Корректор В. Бутяга

Заказ 3578/47Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР .

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

-K«

«v tb Щ Ц «r