Цифровой универсальный измерительный прибор Советский патент 1988 года по МПК G01R13/02 

9д i{i

Изобретение может быть использовано для измерения электрических величин в цепях синусоидального тока. Прибор содержит шунт 1, блок 5.задания режимов, электронный ключ 7 и аналого-цифровой преобразователь 13. Введение блока 2 умножения, фильтра 3 нижних частот, коммутаторов 4 и 12, формирователя 6 временных интервалов, электронного ключа 8, интеграторов 9 и 10 и блока 11 деления повышает т. помехоустойчивость устройства, Кроме того, прибор осуществляет следующие режимы измерения: измерение напряжения и тока, измерение активной и ре активной составляющих комплексного сопротивления, измерение активной и реактивной мощности и измерение коэффициента мощности. В описании приве ден пример реализации формирователя 6 временных интервалов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. i (Л

фив. /

Изобретение относится к электро- iизмерительной технике и может быть использовано для измерения электрических величин в цепях синусоидаль- ;ного тока.

Цель изобретения - повьшение поме- ;хоустойчивости и расширение функцио- |нальных возможностей прибора. I На фиг. изображена функциональ- |ная схема предлагаемого прибора; |на фиг,2 - функциональная схема формирователя временных интервалов.

Прибор содержит шунт 1, блок 2 умножения, фильтр 3 нижних частот, Первый коммутатор 4, блок 5 задания режимов, формирователь 6 временных интервалов, первый 7 и второй 8 электронные ключи, первый 9 и второй 10 Интеграторы, блок 11 деления, второй коммутатор 12 и аналого-цифровой преобразователь (АЩ1) 13.

Формирователь 6 временных интервалов содержит первый 14, второй 15 я третий 16 усилители-ограничители, первый анализатор 17 максимума, од- яовибратор 18, второй анализатор 19 (максимума,- первый 20 и второй 21 триггеры, элементы И-ИЛИ 22 и 23, пчетчик 24 и элемент 25 задержки.

Вход прибора подключен к первым I ходам блока 2 умножения и коммутато- jia 4, а также к первому входу форми- гювателя 6 временных интервалов и к ходу шунта 1, Выход шунта 1, включен i|oro в токовую цепь, соединен со вторыми входами блока 2 умножения, ком- 1уутатора 4. и формирователя 6 временных интервалов. Выход блока 2 умножения подключен к третьим входам комму- т|атора 4 и формирователя 6 временных и|нтервалов и через фильтр 3 нижних ч|астот - к четвертому входу коммутатора 4. Управляющий вход коммутатора 4 прдключен к первому выходу блока 5 задания режимов измерения, второй выход которого связан с входом управления формирователя 6 временных интервалов . Первьш и второй выходы формирователя 6 временных интервалов сое

дйнены с управляющими входаг-ш соответствующих электронных ключей 7 и 8, информационные входы которых подклнз- к соотв ;тствующим выходам коммутатора 4. К выходам электронных клю- чфй 7 и 8 подключены интеграторы 9 и 0, выходы которых соединены с соответствующими входами коммутатора 12 и блока 11 деления. Выход блока 11

Q

s 0

5 0

5 Q з

0

г

деления подключен к третьему входу коммутатора 12, управляющий вход которого соединен с третьим выходом блока 5 задания режимов измерения, а выход подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя 13, вход запуска которого соединен с третьим выходом формирователя

6временных интервалов. Четвертый выход формирователя 6 временнь1х интервалов .подключен к входам сброса обоих интеграторов 9 и 10,

Формирователь 6 временных интервалов предназначен для формирования импульсов, управляющих работой электронных ключей 7 и 8, сигналов запуска аналого-цифрового преобразователя 13 и сигналов сброса интеграторов 9 и 10. Длительность импульсов, используемых для управления ключами

7и .8, и их временное положение относительно входных сигналов определяются режимом работы прибора, задаваемым блоком 5 задания режимов измере- , ния.

Выходы элементов И-ИЛИ 22 и 23 являются соответственно первым и вторым выходами формирователя 6 временных интервалов. Выход счетчика 24 соединен с третьим выходом формирователя 6 временных интервалов и с входом элемента 25 задержки, выход которого является четвертым выходом формирователя 6 временных интервалов,

Прибор работает в одном из следующих режимов: 1 - измерение напряжения; II - измерение тока; III - измерение активной составляющей комплексного сопротивления Z; IV - измерение реактивной составляющей комплексного сопротивления Z; V - измерение активной мощности; VI - измерение реактивной мощности; VII - измерение коэффициента мощности.

Прибор работает следующим образом.

1, Режим измерения напряжения,

В данном режиме по сигналу блока 5 задания режимов измерения коммутатор 4 подключает вход прибора к информационному входу электронного ключа 7, а коммутатор 12 подключает выход интегратора 9 к входу аналого- цифрового преобразователя 13. Кроме этого, блок 5 задания режимов измерения обеспечивает подачу разрешающего потенциала на первый управляющий вход элеме нта И-ИЛИ 22 формирователя

6 временных интервал ов, в результате чего выход усилителя-ограничителя 14 через элемент И-ШШ 22 подключается к первому выходу формирователя 6 и, следовательно, к управляющему входу электронного ключа.7.

Усилители-ограничители 14-16 формирователя 6 временных интервалов предназначены для формирования из входных переменных сигналов прямоугольных импульсов.

Таким образЬм, на выходах усилителей-ограничителей 14-16 формирователя 6 временных интервалов формируются прямоугольные импульсы, длительность которых равна инте рвапу времени, в течение которого входной сигнал усилителей положителен.

В рассматриваемом режиме работы прибора на выходе усилителя-ограничителя 14 формируются импульсы с длительностью, равной длительности положительного полупериода измеряемого напряжения. Эти импульсы поступают через открытый по первому входу элемент И-Ш1И 22 формирователя 6 на управляющий вход электронного ключа 7, на информационный вход которого через коммутатор 4 поступает входное напряжение.

Выходной сигнал электронного ключа 7 интегрируется интегратором 9, на выходе которого формируется напря- жение, пропорциональное амплитуде измеряемого синусоидального напряжения, которое через коммутатор 12 передается на информационный вход аналого- цифрового преобразователя 13. АЦП 13 по сигналу, формируемому на третьем выходе формирователя 6 временных интервалов , осуществляет его преобра- |зование в цифровой код. Цикл работы прибора заканчивается сбросом инте- грЛторов 9 и 10, крторьй производится по сигналу формирователя 6 временных интервалов, поступающему с его четвертого выхода на входы сброса интеграторов. При этом частота сигна- ла сброса интеграторов и сигнала запуска АЦП 13 задается коэффициентом пересчета счетчика 24, который выбирается, исходя из требуемой точности измерения.

II, Измерение тока.

В этом режиме блок 5 задания режимов измерения формирует управляющие сигналы, по которым выход шунта 1

подключается.коммутатором 4 к инфор- мационному входу электронного ключа 8, а выход интегратора 10 кo Ф yтaтo- ром 12 соединяется с информационным входом аналого-цифрового преобразователя 13. Кроме этого, блок 5 задания режимов измерения обеспечивает выдачу разрешающего потенциала на первый управляющий вход элемента И-ИЛИ.23 формирователя 6 временных интервалов При этом на втором выходе последнего подключенном к управляющему входу электронного ключа 8, аналогично режиму 1, формируются импульсы, определяющие открытое состояние электронного ключа 8. Напряж ение шунта 1, пропорциональное измеряемому току, через коммутатор 4 и электронный ключ 8 поступает на вход интегратора 9, с выхода которого сигнал, пропорциональный амплитуде измеряемого тока, преобразуется АЦП 13 в выходной цифровой код.

III. Измерение активной составляющей комплексного сопротивления Z.

В данном режиме блок 5 задания режимов измерения формирует на своих выходах управляющие сигналы, по которым вход прибора и выход шунта 1 подключаются к информационным входам электронных ключей 7 и 8 соответст- венно, выход блока 11 деления подключается коммутатором 12 к выходу аналого-цифрового преобразователя 13, а на вторые управляющие входы элементов И-ИЛИ 22 и 23 формирователя 6 временных интервалов подаются разрешающие потенциалы.

Формирователь 6 временных интервалов в рассматриваемом режиме работает следующим образом. Прямоугольный импульс с выхода усилителя-ограничителя 15 поступает на вход одновибрато- ра 18, который формирует короткий импульс, совпадающий по времени с передним фронтом входного импульса, а следовательно, с моментом перехода напряжения выхода щунта 1 через нулевое значение из области отрицательных значений в область положительных. Выходной импульс одновибратора 18 поступает на S-вход триггера 20 и устанавливает его в единичное состояние. В момент равенства входного напряжения, поступающего на первый вход формирователя 6 временных интервалов, положительному амплитудному значению на выходе анализатора 17

51

максимумов формируется короткий импульс, по которому триггер 20 устанавливается в нулевое состояние. Таким образом, на единичном выходе триггера 20 формируется последовательность импульсов, длительность кото- рых равна интервалу между моментами времени, соответствующими нулевому значению напряжения с выхода шунта 1 и максимальному положительному значению входного напряжения Эти импульсы, подаваемые через открытый по второму входу элемент И-ИПИ 22 на первый выход формирователя 6 временных интервалов, используются для включения электронного ключа 7,

Управление ра,ботой электронного ключа 8 осуществляется импульсами со второго выхода формирователя 6. Формирование этих импульсов осуществляется аналогично режиму II.

Таким образом, в результате включения электронных ключей 7 и.8, напряжения с выходов последних интегрируются интеграторами 9 и 10 и посту- пают на входы блока II деления. Сиг- нал с выхода блока 11 деления, про- порциональный активной составляющей комплексного сопротивления Z, через коммутатор 12 поступает на информа- ционный вход АЦП 13, преобразуемый последним в выходной цифровой код, IV. Режим измерения реактивной

составляющей комплексного сопротивле ния Z.

.В данном режиме состояние коммута торов 4 и 12 сохраняется таким же, как в режиме III.: Блок 5 задания ре- жимов измерения подает разрешающий потенциал на третьи управляющие входы элементов И-ИЛИ 22 и 23 формйро- вателя 6 временных интервалов.

Отличие работы прибора в IV режиме от предыдущего состоит в том, что на первом выходе формирователя 6 вре менных интервалов формируется импульс, длительность которого равна интервалу времени между переходами сигналов с входа прибора и с выхода шунта 1 через положительные максимумы. При этом формирователь 6 временных интервалов работает следующим образом. Максимальное значение входного сигнала определяется анализатором 17 максимумов, а формируемый в STOT момент на его выходе импульс устанавливает триггер 21 в единичное состояние. Аналогично происходит фор-

064916

мирование импульса на выходе анализатора 19 максимумов, на вход которого поступает напряжение с выхода шунта 1. По этому импульсу триггер 21 устанавливается в нулевое состояние. Последовательность импульсов, получае- . мая на выходе триггера 21, через открытый по третьему управляющему вхо10 ДУ элемент И-ИЛИ 22 подается через первый выход формирователя 6 временных интерв.апов на вход управления электронного ключа 7. - . Напряжения с выходов электронных

15 ключей 7 и 8 через интеграторы 9 и 10 поступают на входы блока 11 деления, напряжение с выхода которого, пропорциональное реактивной составляющей комплексного сопротивления,

20 преобразуется АЦП 13 в цифровой код.

V.Измерение активной мощности. В данном режиме блок 5 задания

режимов измерения формирует управляющие сигналы, по которым коммутатор 4

25 подключает выход блока 2 умножения

к информационному входу электронного .ключа 7, коммутатор 12 подключает выход интегратора 9 к информационному входу аналого-цифрового преобразова30 теля 13, а на четвертый управляющий вход элемента И-ИЛИ 22 формирователя 6 временных интервалов подается раз- рещаю1ций потенциал.

На четвертый информационный вход 25 элемента И-ИЛИ 22 форм.ирователя 6

временных интервалов подается сигнал, соответствующий уровню логической единицы, вследствие чего на выходе элемента И-ИЛИ 22 также формируется

40 высокий потенциал и, следовательно, электронньм ключ 7 в течение всего времени измерения будет открыт. Выходной сигнал блока 2 умножения, пропорциональный мгновенной мощности,

45 через включенный электронный ключ 7 и интегратор 9 и компаратор 12 поступает на информационный вход АЦП 13, который преобразует его в цифровой .код.

50

VI.Измерение реактивной мощности.

В этом режиме блок 5 задания режимов измерения формирует на своих выходах управляющие сигналы, по котоgg рым коммутатор 4 подключает выход блока 2 умножения через фильтр 3 нижних частот к информационному входу электронного ключа 7, выход интегратора 9 коммутатором 12 соединяется с

входом аналого-цифрового преобразователя 13, а на пятый управляющий вход элемента И-ИЛИ 22 формирователя 6 временных интервалов подается разре- шакмций потенциал.

В рассматриваемом режиме формирователь 6 временных интервалов формирует на своем первым выходе прямо- угольньй импульс с длительностью, равной интервалу времени, в течение которого сигнал, подаваемый с выхода блока 2 умножения на третий вход фор мирователя 6, положителен. Это осуществляется путем использования усилителя-ограничителя 16, выход которого подключен к пятому информационному входу элемента И-ИЛИ 22.

Таким образом, выходное напряжение фильтра 3 нижних частот через электронный ключ 7, управляемый сигналом с первого выхода формирователя 6 временных интервалов, подается на вход интегратора 9, с выхода которого сигнал, пропорциональный реактивной мощности, поступает на информационный вход АЩ1 13, преобразуемый последним в цифровой код.

VII Измерение коэффициента мощности.

В данном режиме блок 5 задания режимов измерения формирует на своих выходах управляющие сигналы, по которым вход напряжения прибора подключается коммутатором 4 к информационным входам электронных ключей 7 и 8, выход блока 11 деления подключается коммутатором 12 к аналого-цифровому преобразователю 13, а на шестой и четвертый управляющие входы элементов И-ИЛИ-22 и 23 формирователя 6 временных интервалов подаются разре- щающие потенциалы. Последний формирует управляющие электронными ключами 7 и 8 импульсы по первому выходу - аналогично режиму III, а по второму - аналогично режиму I. .

В результате деления выходных напряжений интеграторов 9 и 10 на выходе блока 11 деления формируется сигнал, пропорциональньм коэффициенту мощности, поступающий на информационный вход АЦП 13,- который преобразует его в цифровой код.

Формула изобретения

цепи тока, блок задания режим- -п изме- рения, первый электронный ключ, аналого-цифровой преобразователь, отличающийся тем, что, с целью повьшения помехоустойчивости и расширения функциональных возможностей прибора, в него дополнительно введены блок умножения, фильтр

0 нижних частот, два коммутатора, .формирователь временных интервалов, два интегратора, второй электроннь й ключ и блок деления, при этом вход прибора соединен с объединенными

15 первыми входами блока умножения, первого коммутатора, формирователя временных интервалов и первым выводом шунта, второй вывод которого соединен с объединенными вторыми входами пер20 вого коммутатора, формирователя временных интервалов и блока умножения, выход которого подключен к третьим . входам первого коммутатора, формирователя временных интервалов и через

25 фильтр нижних частот - к четвертому

входу первого коммутатора, соедйнен- . ному по управляющему входу с первым выходом блока задания режимов измерения, второй выход которого подключен

30 к входу управления формирователя временных интервалов, первый и второй выходы первого коммутатора соединены соответственно с информационными входами первого и второго электронных

2g ключей, управляющие входы которых . подключены соответственно к первому и второму выходам формирователя временных интервалов, а выходы - к входам одноименных интеграторов, выхо40 ды которых соединены соответственно с первым и вторым входами второго коммутатора и блока деления, выход которого соединен с третьим входом второго коммутатора, управляющий 45 вход которого подключен к третьему выходу блока задания режимов измерения, а выход - к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, вход запуска которого соединен с

50 третьим выходом формирователя временных интервалов, четвертый выход которого подключен к входам сброса обоих интеграторов.

gg щ и и с я тем, что формирователь временных -интервалов содержит три усилителя-ограничителя, два анализатора максимума, одновибратор, два триггера, два элемента И-ИЛИ, счетчик, элемент задержки, при этом первый вход формирователя временных интервалов подключен к входам первого усилителя-ограничителя и первого анализатора максимума, выход последнего из которых соединен с R-входом первого триггера и с S-входом второго триггера а выход первого усилителя-ограничителя - с первым и четвертым информационными входами первого и второго элементов И-ИЛИ соответственно, второй вход формирователя временных интервалов соединен с входами второго усилителя-ограничителя и анализатора максимума, выходы которых, соответственно подключены к входу одновибратора и к R-входу второго триггера, а выход одновибратора соединен с S-входом первого триггера и входом счетчика, кроме этого, выход второго усилителя-ограничителя подключен к первым трем информационным

Фиг. 2

Редактор А.Ревин

Составитель В.Крючков

Техред М.Ходанич Корректор Л.Пилипенко

Заказ 3186/39

Тираж 772

ВИИИПИ Государственного комитета СССР

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

входам второго элемента И-ИЛИ, а единичные вькоды первого и второго триггера соединены соответственно с вторым и третьим информационными входами первого элемента И-ШШ, на четвертый информационный вход которого подан уровень логической единицы, третий вход формирователя временных

интервалов подключен к входу третьего усилителя-ограничителя, соединенного по выходу с пятым информационным входом первого элемента И-ЙЛИ, входы управления первого и второго элементов И-ИЛИ объединены и подключены к входу управления формирователя, а их выходы - соответственно к первому и второму его выходам, выход счетчика соединен с третьим выходом формирователя временных интервалов и с входом элемента задержки, выход которого подключен к четвертому выходу формирователя временных интервалов.

Подписное