Устройство для измерения электроэнергии и ресурса аккумуляторов Советский патент 1990 года по МПК G01R11/00 

фуг. f

Изобретение относится к устройствам для измерения электроэнергии и может быть использовано для учета потребления электроэнергии от аккумуляторов и измерения их ресурса.

Цель изобретения - повышение точности и стабильности за счет устранения самохода путем структурного по. давления аддитивной погрешности в канале тока.

На фиг.1 представлена структурно- функциональная схема устройства для измерения электроэнергии и ресурса аккумуляторов; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит шунт 1, ключи 2-6, резистор 7, инвертирующий усилитель 8, конденсаторы 9, 10, преобразователь 11 напряжение - ток, импульсный модулятор 12, элементы 13, 14 сравнения, формирователи 15, 16 импульсов, элемент ИЛИ 17, реверсивный счетчик 18 импульсов, суммирующий счетчик 19 импульсов, причем вход импульсного модулятора 12 подключен параллельно контролируемой цепи, первый вывод шунта 1 подключен к общему проводу схемы, второй вывод - через ключ 2 к первому выводу резистора 7 и через ключ 3 - к общему проводу, второй вывод резистора 7 подключен к входу инвертирующего усилителя 8, к выходу инвертирующего усилителя 8 подключены первые входы элементов 13, 14 сравнения, а к вторым их входам подключены опорные разномерные напряжения, выход элемента 13 сравнения подключен к входу формирователя Т5 импульсов, выход элемента 14 сравнения подключен к входу формирователя 16 импульсов, выходы формирователей 15, 16 подключены к входам элемента ИЛИ 17 и соответственно к прямому и инверсному входам реверсивного счетчика 18 импульсов, прямой вход которого соединен с входом суммирующего счетчика 19. импульсов, выход элемента ИЛИ У подключен к управляющему входу ключа 6, ключ 6 подключен параллельно к конденсатору 9, первая обкладка которого подключена к входу инвертирующего усилителя 8, ключ 4 подключен к второй обкладке конденсатора 9 и к выходу инвертирующего усилителя 8,ключ 5 подключен к второй обкладке конденсатора 10 и к выходу инвертирующего усилителя 8, первая и вторая обкладки кон

5

0

5

0

5

0

5

0

5

денсатора 10 подключены соответственно к выходу и входу преобразорзтеля 11 напряжение - ток, а выход преобразователя 11 подключен к входу инвертирующего усилителя 8, управляющие входы ключей 2, 4 подключены к прямому выходу импульсного модулятора 12, а управляющие входы ключей 3, 5 подключены к его инверсному выходу.

Устройство для измерения электроэнергии и ресурса аккумуляторов рабо тает следующим образом.

Предположим, что при включении схемы (фиг.1) в момент времени (фиг.2) импульсный модулятор 12 открывает ключи 3, 5 и закрывает ключи 2, 4„ При этом если на входе инвертирующего усилителя 8 присутствует напряжение или ток смещения, то этот сигнал начинает интегрироваться во вспомогательном интеграторе,образованном на инвертирующем усилителе 8, конденсаторе 10 и резисторе 7. Предположим, что сигнал смещения имеет отрицательный знак. Тогда на конденсаторе 10 и на входе преобразователя 11 напряжение - ток начинает появляться нарастающее напряжение положительной полярности. Если преобразователь 11 имеет прямую передаточную функцию, то с ростом напряжения на его входе соответственно увеличивается и его выходной ток. Поскольку этот ток поступает на вход инвертирующего усилителя 8 в полярности, обратной сигналу смещения, то в процессе интегрирования происходит постепенное подавление сигнала смещения. При некотором значении напряжения иуст (фиг.2в), сигнал смещения на входе инвертирующего усилителя „ и сигнал на выходе преобразователя 11 напряжение - ток взаимно подавляются как равные по величине и противоположные по знаку. Этот процесс, в зависимости от конкуретной реализации, может осуществляться как за один такт, так и за несколько тактов (фиг.2в) импульсного модулятора. В этом случае напряжение Ubblx (фиг.2в) на выходе инвертирующего усилителя 8 циклически переходит на ранее установившиеся в.интегрирующих конденсаторах 9, 10 уровни напряжения.

В интервале времени tQ - t, (фиг.2в), когда на входе устройства сигнала тока нет, видно, как при

каждом переключении модулятора 12, когда включены ключи 2, 4 и выключены ключи 3, 5, первоначально происходит интегрирование сигнала смещения нуля в рабочем интеграторе,образованном теми же инвертирующим усилителем 8, резистором 7 и интегри Фиг.2в) срабатывает элемент 13 срав нения и включается формирователь 15 импульсов. Коротким выходным импульсом формирователь 15 включает на время импульса через элемент ИЛИ 17 ключ 6, что приводит к разряду конденсатора 9, и включает счетчики 19, 18 импульсов, что увеличивает их порующим конденсатором 9. По мере приближения напряжения на входе преобра- Q казания на единицу. Далее процесс зователя 11 напряжение - ток к вели- интегрирования может циклически пов- чине напряжения UycT этот процесс по- теряться. Отсчетное значение расхо- степенно прекращается. дуемой энергии, таким образом, опреЕсли в момент времени t, на входе

Фиг.2в) срабатывает элемент 13 срав нения и включается формирователь 15 импульсов. Коротким выходным импульсом формирователь 15 включает на время импульса через элемент ИЛИ 17 ключ 6, что приводит к разряду конденсатора 9, и включает счетчики 19, 18 импульсов, что увеличивает их показания на единицу. Далее процесс интегрирования может циклически пов- теряться. Отсчетное значение расхо- дуемой энергии, таким образом, определяется соответствующим выбором ве

Изобретение относится к устройствам для измерения электроэнергии и может быть использовано для учета потребления электроэнергии от аккумуляторов и измерения их ресурса. Цель изобретения - повышение точности и стабильности. Введение ключей 5 и 6, конденсатора 10 и преобразование 11 напряжение - ток позволяет подавить аддитивную погрешность в канале тока, вызванную наличием напряжений и токов смещения на входах блоков устройства. Устройство для измерения электроэнергии и ресурса аккумуляторов содержит также шунт 1, ключи 2 - 4, резистор 7, инвертирующий усилитель 8, конденсатор 9, импульсный модулятор 12, элементы 13 и 14 сравнения, формирователи 15 и 16 импульсов, элемент 17 ИЛИ, реверсивный счетчик 18 импульсов и счетчик 19 импульсов. 2 ил.

устройсЬгва появляется ток 1ВХ (фиг.2a),j5 личины опорного напряжения +U0 разряжающий аккумулятор, которому, предположим, соответствует падение напряжения на шунте 1 отрицательного знака, то при каждом дальнейшем вклю чении ключей 2,4 и выключении клю- 20 чей 3, 5 этот сигнал интегрируется на конденсаторе 9. При каждом включении ключей 3, 5 и выключении ключей 2, 4 происходит описанный выше про, цесс автоподстройки нуля в канале 25 тока, не зависящий от величины и знака сигнала на токовом входе.Дискретность интегрирования может быть увеличена до необходимого значения путем соответствующего повышения рабочей 30 частоты импульсного модулятора. Напряжение на обкладках конденсатора 9 при этом составляет

На фиг.2а, б, в показано, ка меняется процесс интегрирования конденсаторе 9 при снижении вел ны входного тока в момент време tj, при измении направления вхо тока в момент времени t. (режим да аккумулятора) , при повышении ня входного напряжения в момент мени ts.

В момент времени t6 (фиг.2в) пульсное напряжение на выходе и тирующего усилителя 8 сравнивае с опорным напряжением -U0, в ре тате чего срабатывает элемент 1 сравнения, включается формирова 16 импульсов, при помощи элемен ИЛИ 17 срабатывает ключ 6, конд тор 9 разряжается и на инверсны вход счетчика 18 импульсов пост вычитающий импульс.

U

|тр- I 4,(t)-U6x(.t) dt -f U0,

R-C9

где U6y

и i

6

К 40

- соответственно напряжение и ток на входе устройства; коэффициент передачи импульсного модулятора 12;

сопротивление шунта 1;

емкость конденсатора 9;

сопротивление резистора 7;

напряжение, возникающее при включении схемы устройства. Нарастание напряжения на конденсаторе 9 и соответствующее ему увеичение импульсного напряжения на ,-г выходе инвертирующего усилителя 8.моет продолжаться до тех пор, пока амплитуда импульса не достигнет опорного уровня +U0. в момент времени tft

ш Сд

R

Ue

д,

35

50

j5 личины опорного напряжения +U0

20

5 0

0

г

На фиг.2а, б, в показано, как изменяется процесс интегрирования в конденсаторе 9 при снижении величины входного тока в момент времени tj, при измении направления входного тока в момент времени t. (режим заряда аккумулятора) , при повышении уровня входного напряжения в момент вре- мени ts.

В момент времени t6 (фиг.2в) импульсное напряжение на выходе инвертирующего усилителя 8 сравнивается с опорным напряжением -U0, в результате чего срабатывает элемент 14 сравнения, включается формирователь 16 импульсов, при помощи элемента ИЛИ 17 срабатывает ключ 6, конденсатор 9 разряжается и на инверсный вход счетчика 18 импульсов поступает вычитающий импульс.

На фиг.2 в, г, д показано распределение импульсов на входах реверсивного счетчика 18 импульсов.

Как видно из диаграмм, калибровать устройство можно изменением коэффициента передачи импульсного модулятора 12, изменением величины резистора 7 и изменением величин опорных напряжений +U0 и -U0. Послед- , ним способом можно откалибровать устройство так, чтобы отсчетный период при номинальной нагрузке в обратном направлении тока на входе устройства (режим заряда аккумулятора) был замедленным и определялся как

5

0

Ј Т

Р

-КПД заряда аккумулятора;

-период срабатывания счетчиков 18, 19 импульсов в режиме измерения расхода электроэнергии аккумулятора.

Учет КПД зарядки аккумулятора позволяет более точно определять степень его заряженности, а наличие суммирующего счетчика 19 импуль- сов дает возможность, оценивая его суммарную наработку, определять ресурс.

Формула из обретени

Устройство для измерения электроэнергии и ресурса аккумуляторов, содержащее шунт, первый, второй и третий ключи, резистор, инвертиру- ющий усилитель, импульсный модулятор, первый конденсатор, первый и второй элементы сравнения, первый и второй формирователи .импульсов, элемент ИЛИ, реверсивный счетчик импульсов и суммирующий счетчик импульсов, причем вход импульсного модулятора подключен параллельно контролируемой цепи, первый вывод шунта подключен к общему проводу схемы второй вывод - через первый ключ к первому выводу резистора,который через второй ключ подключен к общему проводу, второй вывод резистора подключен к входу инвертирующего усилителя, к выходу инвертирующего усилителя подключены первые входы элементов сравнения, к вторым входам элементов сравнения подключены разнополярные опорные напряжения, выходы первого и второго элементов сравнения подключены соответственно к входам первого и второго формирователей импульсов, выходы формирователей импульсов подключены к входам элемента ИЛИ и к входам реверсивного счетчика импульсов, прямой вход которого соединен с входом суммирующего счетчика импульсов, выход элемента ИЛИ подключен к управляющему входу третьего ключа, который подключен параллельно первому конденсатору, первая обкладка которого подключена к входу инвертирующего усилителя, прямой выход импульсного модулятора подключен куп- равляющему входу первого ключа, а инверсный выход - к управляющему входу второго ключа, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и стабильности, в устройство введены четвертый и пятый ключи, второй конденсатор и преобразователь напряжение - ток, при этом четвертый ключ подключен к второй обкладке первого конденсатора и выходу инвертирующего усилителя, пятый ключ подключен к второй обкладке второго конденсатора и выходу инвертирующего усилителя, первая и вторая обкладки второго конденсатора подключены соответственно к выходу и входу преобразователя напряжение - ток, а выход преобразователя напряжение - ток подключен к входу инвертирующего усилителя, причем управляющие входы четвертого н пятого ключей подключены соответственно к прямому и инверсному выходам импульсного модулятора.

Фиг. 2