Устройство для измерения постоянного тока Советский патент 1987 года по МПК G01R19/20 

Изобретение относится к электроизмерительной технике для измерения постоянных токов с гальванической развязкой электрических цепей.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение быстродействия устройства.

На фиг.1 показана блок-схема устройства, для измерения постоянного тока; на фиг.2 - функциональная схема блока начальной установки; на фиг.З- функциональная схема блока управления; на фиг.4 - функциональная схема блока управления коммутацией; на фиг.З и 6 - временные диаграммы работы блоков управления.

Устройство для измерения постоянного тока содержит магнитомодуляцион- ный преобразователь 1, выполненный на двух магнитопроводах 2 и 3 с обмотками 4 и 5 возбуждения, первой 6 и второй 7 измерительными обмотками , обмоткой 8 обратной связи и индикаторной обмоткой 9, задающий гене- ратор 10, селективный фазочувстви- тешьный усилитель-преобразователь 11 аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12, блок 13 обратной связи, первый 14 и второй 15 переключатели полярности, блок 16 цифровой индикации, цифровой вычислительный блок 17, .источник 18 образцового и источник 19 измеряемого напряжений, коммутатор 20, блок 21 резисторов, блок 22 управления, блок 23 управления коммутацией, блок 24 начальной установки, распределитель 25 импульсов, первый 26 и второй 27 триггеры, элемент ИЛИ 28, цифровой компаратор 29, ге- нератор 30 импульсов, счетчик 31 импульсов и элемент И 32.

Основной выход задающего генератора 10 (с основной частотой) соединен с последовательно включенными обмотками 4 и 5 возбуждения, а дополнительный выход (с удвоенной частотой) - с управляющим входом селективного фазочувСтвительного усилителя- преобразователя 11, соединенным с со- держащимся в нем фазовым детектором. Выход источника 12 образцового напряжения соединен с входными клеммами первого переключателя 14 полярности, одна из выходных клемм которого чере з последовательно соединенные первую 6 измерительную обмотку и комму татор 20 подключена к выходам блока 21 ре- зисторов, содержащего набор резисторов, одни выводы KOTOpbix соединены с выходами этого блока, а другие - с его входом, соединенным с второй выходной клеммой первого переключателя 14 полярности. Выход источника 19 измеряемого напряжения соединен с входными клеммами второго переключателя J5 полярности, выходные клеммы которого соединены с второй 7 измерительной обмоткой. Индикаторная об- ; мотка 9 соединена с входом селективного фазочувствительного усилителя- преобразователя 11, выход которого . через АДП 12 и блок 13 обратной связи соединен с обмоткой 8 обратной связи. Выход аналого-цифрового преобразователя 12 Ьоединен с первыми входами цифрового компаратора 29 и блока 24 начальной установки и с входом цифрового вычислительного блока 17, выход которого соединен с входом блока 16 цифровой индикации. Управление-работой блоков и элементов устройства осуществляется блоком 22 управления, имеющим вход запуска (синхронизации). Выходы блока 22 управления соединены с управляющими входами блоков АЦП 12, цифрового вычислительного блока 17, блока 16 цифровой индикации, блока 23 управления коммутацией и распределителя 25 импульсов. Выходы последнего соединены с первыми входами блока 24 начальной установки и эле- мента И 32 соответственно. Первый выход блока 24 начальной установки соединен с объединенными первыми входами триггеров 26 и 27 и счетчика 31 импульсов, выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора 20. Второй выход блока 24 начальной установки соединен с первым входом элемента ИЛИ 28, второй вход которого и второй вход (С-вход) первого триггера 26 соединены с соответствующими выходами блока 23 управления коммутацией. Выход элемента ИЛИ 28 соединен с вторым (С-входом) второго триггера 27, Первые (инверсные) выходы триггеров 26 и 27 соединены с соответствующими третьими входами (D-входами) упомянутых триггеров. Вторые (прямые) выходы первог 26 и второго 27 триггеров соединены с входами управления соответствующих переключателей 14 и 15 полярности.

Выход цифрового компаратора 29 .и выход генератора 30 импульсов подклю 13 чены к второму и третьему входам элемента И 32, выход которого соединен с вторым входом счетчика 31 импульсов .

Блок 24 начальной установки (фиг.2) содержит генератор 33 тактовых импульсов, блок ЗА памяти, цифровой компаратор 35, счетчик 36 тактовых импульсов, дешифратор 37, формирователь 38 импульсов, элементы.И

39и И-НЕ 40. Выход генератора 33 тактовых импульсов соединен с первым входом элемента И 39, выход которого соединен с первым входом .счетчика

36 тактовых импульсов, выходы которого соединены с входами дешифратора . 37, последний управляет работой блока 34 памяти, цифрового компаратора 35 и элемента И-НЕ 40. Первый выход дешифратора 37 соединен с объединенными первыми входами элемента И-НЕ

40и блока 34 памяти, выход которого соединен с первым входом цифрового компаратора 35. Второй выход дешифратора 37 соединен с вторым входом цифрового компаратора 35, выход которого, в свою очередь, соединен с втрым входом элемента И-НЕ 40. Второй вход счетчика 36 тактовых импульсов соединен с выходом формирователя 38 импульсов, вход последнего и второй вход элемента И 39 объединены и являются первым входом блока 24 начальной установки. Вторым входом этого блока являются объединенные второй вход блока 34 памяти и третий вход цифрового компаратора 35. Выходы формирователя 38 импульсов и элемента И-НЕ 40 являются соответственно первым и вторым выходами блока 24 начальной установки.

Блок 22 управления (фиг.З) содержит генератор 41 импульсов, элемент И 42, элементы ИЛИ 43-47, счетчик 48 импульсов, дешифратор 49 и формирователь 50 импульсов. Генератор 48 импульсов, элемент И 42, счетчик 48 импульсов и дешифратор 49 соединены последовательно. Второй вход элемента И 42 и вход формирователя 50 импульсов объединены и являются входом пуска (синхронизации) блока 22. Выход формирователя 50 импульсов соединен с первым входом пятого элемента ИЛИ 47, второй вход которого соединен с выходом шестого разряда дешифратора 49, а выход - с вторым входом (R-входом) счетчика 48 импульсов.

0

0

383

Первый и второй выходы де1Ш{фратора 49 соединены с входами первого элемента ИЛИ 43, третий и четвертый выходы дешифратора 49 соединены с входами второго элемента ИЛИ 44. Выходы первого 43 и второго 44 элементов ИЛИ соединены с входами третьего элемента ИЛИ 45. Выход второго элемента ИЛИ 44 и выход пятого разряда дешифратора 49 соединены с входами четвертого элемента ИЛИ 46. Выходы первого - четве.ртого элементов ИЛИ 43-46 являются выходами блока 22

g управления, выход генератора 41 импульсов соединен с входом запрета дешифратора 49.

Блок 23 управления коммутацией (фиг.4) содержит последовательно соединенные первый 51 формирователь импульсов, триггер 52 и второй 53 формирователь импульсов. Вход первого 51 формирователя импульсов является входом блока 23. Выходы первого 51

5 и второго 53 формирователей импульсов являются выходами блока 23 управления коммутацией.

Цикл работы устройства (фиг,5) состоит из пяти тактов.

д Первый и второй т$кты подготовительные. Во время первого такта по команде Пуск, поступающей на вход запуска (синхронизации) блока 22 управления (на второй вход первого элемента И 42 и формирователя 50 импульсов с выхода внешнего устройства не показано), в исходное (нулевое)) IСостояние устанавливаются счетчик 48 импульсов и дешифратор 49. При этом разрешается подсчет импульсов, поступающих на первьш (счетный) вход счетчика 48 импульсов с выхода генератора 41 импульсов через открытый элемент И 42. В этом такте работы сигналы с уровнем логической единицы на выходах первого 43 и третьего 45 элементов ИЛИ разрешают работу распределителя 25 импульсов и АЦП 12, но запрещают перезапись информации в блок 16 цифровой индикации. Сигналы с уровнем логического нуля на. выходах второго 44 и четвертого 46 элементов ИЛИ запрещают работу блока 23 управления коммутацией и цифрового вычислительного блока 17. Кроме того, на первом выходе распределителя 25 импульсов появляется сигнал с уровнем логической единицы, поступающий на первый вход блока 24

5

5

5

начальной установки (на второй вход элемента И 39 и вход формирователя 38 импульсов). В результате на первом выходе блока 24 (на выходе формирователя 38 импульсов) появляется импульс с уровнем логической единицы, устанавливающий в исходное нулевое состояние первый 26 и второй 27 триггеры, счетчик 31 импульсов и счетчик 36 тактовых импульсов, а элемент И 39 открьгаается, разрешая про-: хождение импульсов с выхода генератора 33 тактовых импульсов на первый (счетный) вход счетчика 36 тактовых импульсов.

Исходному нулев ому состоянию триггеров 26 и 27 соответствуют положения контактов переключателей 14 и 15, изображенные на фиг.1. Исходному нулевому состоянию счетчика 31 импульсов соответствует подключение выхода коммутатора 20 к тому из своих входов, который соединен с резистором из блока 21 резисторов с максимальной, величиной сопротивления.

Ток возбуждения с основного выхода- задающего генератора 10 подают на обмотки 4 и 5 возбуждения магнитно модуляционного преобразователя 1, причем такой величины, чтобы дважды за период насытить его магнитопрово- ды 2 и 3. Постоянное магнитное поле, создаваемое обмотками 6, 7 и 8 преобразуют в ЭДС четных гармоник индикаторной обмотки 9. Посредством селективного фазочувствительного усилителя-преобразователя 11, содержащего селективный усилитель постоянного тока, настроенный на удвоенную частоту рой (счетный) вход счеТчика 31 имзадающего генератора 10, фазовый детектор, управляемый сигналом с дополнительного выхода задающего генератора 10, а также усилитель постоянного тока, указанную ЭДС преобразуют в постоянное напряжения. Напряжение с -его выхода поступает на вход АЦП 12, на выходе которого получают цифровой код, пропорциональный сумме магнитодвижущих сил (НДС) обмоток 6 и 7. Этот код поступает на вход блока 13 обратной связи, который преобразует его в пропорциональный ток в обмотке 8 обратной связи.

Таким образом, в первом подготовительном такте работы устройства осуществляется установка контактов второго переключателя 15 полярности в положение, которому соответствует

пульсов поступает еще один импульс с выхода генератора 30 импульсов, из

; меняющий на единицу состояние этого счетчика и вызывающий подключение

g коммутатором 20 третьего резистора из блока 21 резисторов, величина сопротивления которого меньше величины второго резистора.

В соответствии с этим возрастает

ВО

55

значение кода N. Если же новое значение кода превьппает уставку порога срабатывания цифрового компаратора 29,- то на его выходе устанавливается уровень логического нуля, который запрещает прохождение импульса на второй вход счетчика 31 импульсов. Таким образом, в конце второго такта работы чувствительность устрой ства равна заданной.

МДС, создаваемых

5

0

совпадение знаков обмотками 6 и 7.

В конце первого такта работьт сиг- нал на первом выходе распределителя 25 импульсов приобретает значение уровня логического нуля.

Во время второго такта работы устройства состояние выходов блока 22 управления не изменяется.

В начале второго подготовительного такта работы на втором выходе распределителя 25 импульсов появляется уровень логической единицы, который поступает на первый вход элемента И 32 и подготавливает его к работе. Так как во время второго такта на вход цифрового компаратора 29 с выхода АЦП 12 поступает код N., а значение тока IP выбрано минимальным, то и значение кода N меньше уставки срабатывания 11;ифрового компаратора 29. Поэтому уровень логической единицы на выходе компаратора сохраняет- 5 ся, а на второй (счетный) вход счетчика 31 импульсов проходит один импульс с выхода генератора 30 импульсов. Этот импульс изменяет состояние счетчика 31 импульсов на единицу, что вызывает подключение коммутатором 20 своего выхода к второму выходу блока 21 резисторов, которому соответствует второе (меньшее) значение сопротивления R2i. Значение тока 1 возрастает. Увеличивается, следовательно, и значение кода N,,.

Если новое значение кода N по- прежнему меньше уставки срабатывания цифрового компаратора- 29, то на вто0

5

пульсов поступает еще один импульс с выхода генератора 30 импульсов, из; меняющий на единицу состояние этого счетчика и вызывающий подключение

g коммутатором 20 третьего резистора из блока 21 резисторов, величина сопротивления которого меньше величины второго резистора.

В соответствии с этим возрастает

ВО

55

значение кода N. Если же новое значение кода превьппает уставку порога срабатывания цифрового компаратора 29,- то на его выходе устанавливается уровень логического нуля, который запрещает прохождение импульса на второй вход счетчика 31 импульсов. Таким образом, в конце второго такта работы чувствительность устрой ства равна заданной.

в конце второго такта на втором выходе распределителя 25 импульсов устанавливается уровень логического нуля, запрещающий работу элемента И 32, и, следовательно, задание нового значения тока Ig.

Во время третьего такта работы на выходе третьего разряда дешифратора 49 блока 22 управления появляе ся уровень логической единицы. В результате на выходах второго - четвертого 44-46 элементов ИЛИ появляются сигналы с уровнем логической единицы. Появление этих сигналов приводит к тому, что сигнал с уровнем логической единицы на выходе четвертого элемента РИМ 46 разрешае запись кода N в цифровой вычислитеный блок 17, сигналы с аналогичными уровнями разрешают работу блока 23 управления коммутацией и АЦП 12.

На этом третий такт работы заканчивается.

В четвертом такте работы выходные сигналы блока 22 управления устнавливаются в состояние, которое соответствует третьему такту. Появление сигнала логической единицы на выходе четвертого элемента ИЛИ 46 разрешает запись кода, полученного в третьем такте, в память цифровог вычислительного блока 17. Кроме того, на выходах блока 23 управления коммутацией (фиг.6) появляются импульсы с уровнем логической единицы которые изменяют состояния триггеров 26 и 27 на противоположные.

В соответствии с этим на выходе АЦП 12 появляется код N..

В пятом такте (см. фиг.5) производят только обработку результатов предьщущих тактов по формуле (счетчик 48 импульсов установлен в нулевое состояние импульсом с выхода пятого элемента ИЛИ 47)

NX

N.

N,

.Ил-Z. NT - 3 где N3 - код на выходе АЦП 12.

На этом измерение заканчивается, и может начаться новый цикл измерений .

Формула изобретения

1.Устройство для измерения постоянного тока, содержащее магнитомоду- ляционный преобразователь, выполненный на двух магнитопроводах с обмот10

15

20

25

523838

ками возбуждения, первой измерительной, индикаторнорЧ и обратной связи, причем индикаторная обмотка своими выводами соединена с двумя входами селективного фазочувствительного усилителя-преобразователя, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, первый выход которого соединен с входом блока обратной связи, выходы которого соединены с входами обмотки обратной связи, задающий генератор двумя выходами соединен с обмотками возбуждения, .включенными последовательно, дополнительный выход задающего генератора соединен с управляющим входом селективного фазочувствительного усилителя-преобразователя,с вторым выходом аналого-цифрового преобразователя последовательно соединены цифровой вычислительный блок и блок цифровой индикации, выходы источников образцового и измеряемого напряжений соединены с входными клеммами соответственно первого и второго переключателей полярности, первый выход первого переключателя полярности через последовательно соединенные первую измерительную обмотку и коммутатор соединен с входами блока резисторов, выходы блока управления соединены с управляющими входами аналого- цифрового преобразователя, цифрового 25 вычислительного блока, блока цифровой индикации и блока управления коммутацией, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения быстродействия устройства, в него дополнительно введены вторая измерительная обмотка, подключенная к выходным клеммам второго переключателя полярности, блок начальной установки, распределитель импульсов, два триггера, элемент ИЛИ, цифровой компаратор, генератор импульсов, счетчик импульсов и элемент И, причем выход блока резисторов соединен с вторым выходом первого переключателя полярноеФи, четвертый выход блока управления соединен с входом распределителя импульсов, выходы которого соединены с соответствующими первыми входами блока начальной установки и элемента И, первый выход блока начальной установки соединен, с объединенными первыми входами двух триггеров и счетчика импульсов, выходы которого соединены с

30

40

45

50

55

управляющими входами коммутатора, второй выход блока начальной установки соединен с первым входом элемента ИЛИ, выходы блока управления коммута- циейо соединены с вторыми входами элемента И и первого триггера, выход элемента ИЛИ соединен с вторым входом второго триггера, третьи входы каждого триггера соединены соответственно с первыми выходами этих же триггеров, вторые выходы первого и второго триггеров соединены с входами управления первого и второго переключателей полярности соответственно, второй вход блока чальной установки соединен с входом цифрового компаратора и с вторым выходом аналого-цифрового преобразователя, выходы цифрового компаратора и генератора импульсов соединены с вторым и третьим входами элемента И соответственно, выход его соединен с вторым входом счетчика импульсов.

2.Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок начальной установки содержит генератор тактовых импульсов, блок памяти, цифровой компаратор, счетчик тактовых импульсов, дешифратор, формирователь импульсов, элементы И и И-НЕ, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом счетчика тактовых импульсов, выходы которого соединены с входами дешифратора, первый выход дешифратора соединен с первыми входами элемента И-НЕ и блока памяти, выход последнего соединен с первым входом цифрово- го компаратора, второй выЗсод дешифратора соединен с вторым входом цифрового компаратора, выход которого соединен с вторым входом элемента И-НЕ, выход формирователя импульсов соединен с вторым входом счетчика тактовых импульсов, объединенные второй вход элемента И и вход формирователя импульсов и объединенные второй вход

10

5238310

блока памяти и третий вход цифрового компаратора являются соответственно первьм и вторым входами блока начальной установки, а выходы формирователя импульсов и элемент И-НЕ - соответственно первым и вторым выходами этого блока.

3.Устройство по п., о т л и - чающееся тем, что блок управления содержит последовательно соединенные генератор импульсов, элемент И, счетчик импульсов и дешифратор, пять элементов ИЛИ и формирователь

15 импульсов, причем второй вход элемента И и вход формирователя импульсов объединены и являются входами пуска (синхронизации) блока управления, .выход формирователя импульсов соеди20 нен с первым входом пятого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом шестого разряда дешифратора, а выход - с вторым входом счетчика импульсов, первый и второй

25 выходы дешифратора соединены с входами первого элемента Ш1И, третий и четвертый выходы дешифратора соединены с входами второго элемента ИЛИ, выходы первого и второго элементов

30 ИЛИ соединены с входами третьего

элемента ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ и пятый выход дешифратора соединены с .входами четвертого элемента ИЛИ, выходы первого, второго, третьего и четвертого элементов ИЛИ являются выходами блока управлеьшя, выход генератора импульсов соединен с входом запрета дешифратора.

35

I

4Q 4.Устройство по п.1, о т л и - чающееся тем, что блок управления коммутацией содержит последовательно соединенные первый формирователь импульсов, триггер и второй

45 формирователь импульсов, вход первого формирователя импульсов является входом блока управления коммутацией, а выходы формирователей импульсов являются выходами указанного блока. Г

L.

Г

2

фиг.З

23

фи-г-.

Тамты aSorrrb/ yc/77pou :mSa / / - (инл

фиг. 6

Редактор Л.Веселовская

Составитель В.Смирнов

Техред А.Кравчук Корректор И.Муска

Заказ 5561/43Тираж 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

Фие.б

Изобретение относится к электро-- измерительной технике и может быть использовано для измерения постоянных токов с гальванической развязкой электрических цепей. Устройство для измерения постоянного тока содержит магнитомодуляционный преобразователь 1, вьтолненный на двух маг- нитопроводах 2, 3с обмотками 4, 5 возбуждения,- обмоткой 8 обратной связи, измерительными обмотками 6 и 7 и индикаторной обмоткой 9, задающий генератор 10, селективный фазочувст- вительный усилитель-преобразователь 11,аналого-цифровой преобразователь 12,блок (Б) 13 обратной связи, переключатели 14, 15 полярности, Б 16 цифровой индикации, цифровой вычислительный Б 17, источники 18 и 19 образцового и измеряемого напряжений соответственно, коммутатор 20, Б 21 резисторов, Б 22 управления, Б 23 управления коммутацией, Б 24 начальной установки, распределитель 25 импульсов, триггеры 26, 27, элемент ИЛИ 28, цифровой компаратор 29, генератор 30 импульсов, счетчик 31 импульсов и элемент И 32. Изобретение расширяет функциональные возмож-- ности и повьшает быстродействие устройства. 3 з.п. ф-лы, 6 ил. с СО сл 1чЭ со 00 со