Счетчик электроэнергии Советский патент 1990 года по МПК G01R11/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения электроэнергии постоянного и переменного тока.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет снижения погрешности от совпадений импульсов обратной связи с моментами коммутации переключателей.

На чертеже представлена структурно-функциональная схема счетчика электроэнергии.

Счетчик электроэнергии содержит первый переключатель 1, перемножитель 2t инвертирующий усилитель 3 постоянного тока, источник 4 опорного тока, первый 5 и второй 6 конденсаторы, резистор 7, второй переключатель 8, генератор 9 импульсов, реверсивный счетчик 10, первый счетчик 11, третий переключатель 12, пороговый элемент 13, первый элемент 2И 14, первый элемент ЗИ 15, второй элемент 2И 16, второй элемент ЗИ 17, второй 18 и третий 19 счетчики, первый 20 и второй 21 триггеры, причем вход счетчика для подключения входного сигнала тока через первый переключатель 1 подключен к первому.входу перемножителя 2, второй вход которого является входом счетчика, на который подается сигнал напряжения, выход перемножи теля 2 подключен к входу инвертирующего усилителя 3 постоянного тока, выходу источника 4 опорного тока, первым обкладкам первого 5 и второго 6 конденсаторов и первому выводу резистора 7, к выходу инвертирующего усилителя 3 постоянного тока подключены входы порогового элемента 13 и второго переключателя 8, выход порогового элемента 13 соединен с первыми входами первого 14 и второго 16 элементов 2И, а выход - к счетному входу реверсивного счетчика 10, выходы первого 14 и второго 16 элементов 2И подключены к входам установки в 1 первого 20 и второго 21 триггеров соответственно, а выходы последних - к пер- вому и второму входам третьего переключателя 1.2, выход которого подключен к второму выводу резистора 7, выход генератора 9 импульсов соединен с входом первого счетчика 11, вторыми входами первого 15 и второго 17 элементов ЗИ, прямой выход первого счетчика 11 подключен к управляющим входам первого 1, второго 8 и третьего 12

5

0

5

0

5

0

5

0

5

переключателей, входу управления реверсом реверсивного счетчика 10, второму входу первого элемента 2И 14 и первому входу первого элемента ЗИ 15, а инверсный - к второму входу второго элемента 2И 16 и первому входу второго элемента ЗИ 17, выходы первого 15 и второго 17 элементов ЗИ соединены с входами установки в О первого 20 и второго 21 триггеров, выходы которых подключены соответственно к третьим входам первого 15 и второго 17 элементов ЗИ, выходы второго переключателя 8 подключены соответственно к вторым обкладкам первого 5 и второго 6 конденсаторов.

Счетчик электроэнергии работает следующим образом.

В исходном состоянии первый 1I, второй 18 и третий 19 счетчики, первый 20 и второй 21 триггеры находятся в нулевом состоянии. Генератор 9 импульсов формирует последовательность импульсов стабильной частоты, которая поступает на вход первого счетчика 11 и вторые входы первого 15 и второго 17 элементов ЗИ, но последние заблокированы нулевыми сигналами на третьих входах. Выходная частота генератора 9 импульсов выбирается из условий точности формирования импульсов обратной связи, а коэффициент пересчета первого счетчика 11 таким, чтобы его выходная частота в два раза превышала максимальную частоту входного сигнала. Коэффициенты пересчета второго 18 и третьего 19 счетчиков выбираются равными и определяют длительность импульсов обратной связи, В первый полупериод колебаний выходного сигнала первого счетчика 11 на его прямом выходе присутствует единичный сигнал, а на инверсном - нулевой. Коэффициент передачи первого переключателя равен 41,к выходу инвертирующего усилителя 3 постоянного тока подключен первый конденсатор 5, выход первого триггера 20 соединен через третий переключатель 12 с резистором 7 а реверсивный счетчик 10 суммирует импульсы, поступающие на счетный вход. На выходе инвертирующего усилителя 3 постоянного тока формируется напряжение, пропорциональное интегралу суммы токов, поступающих от источника 4 тока и перемножителя 2,

На второй полупериод колебаний выходного сигнала первого счетчика 11 на его прямом выходе присутствует нулевой сигнал, а на инверсном - единичный, поэтому коэффициент передачи первого переключателя 1 равен -1 и знак выходного сигнала перемножителя 2 изменяется на противоположный, к выходу инвертирующего усилителя 3 постоянного тока подключен второй конденсатор 6, выход второго триггера 21 соединен через третий переключатель 12 с резистором 7, а реверсивный счетчик 10 вычитает импульсы, поступающие на счетный вход. На выходе инвертирующего усилителя 3 постоянного тока формируется напряжение, пропорциональное интегралу разре 6, снижается на величину,определяемую вольт-секундной площадью импульса обратной связи.

Если переключение сигнала на прямом выходе первого счетчика 1I из единичного состояния в нулевое происходит при единичном сигнале на выходе первого триггера 20, что соответствует совпадению момента окончания первого полупериода с действием импульса обратной связи, то нулевой сигнал с прямого выхода первого счетчика 11 блокирует первый элемент ЗИ

5 15, а второй счетчик 18 фиксирует длительность импульса обратной связи дО, совпадающую с первым полупериодом. При этом третий переключатель 12 отключает первый триггер 20 от

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения электроэнергии постоянного и переменного тока. Цель изобретения - повышение точности измерения путем снижения погрешности от совпадений импульсов обратной связи с моментами коммутации переключателей. После перемножения сигналов с датчиков тока и напряжения производится преобразование произведения в частоту следования импульсов и положение числа импульсов. Фиксация длительности импульса обратной связи в моменты переключения переключателей позволяет избежать накопление погрешности от периода к периоду, что соответственно приводит к повышению точности измерения. Указанная операция выполняется за счет введения первого счетчика 11, третьего переключателя 12, порогового элемента 13, первого и второго элементов 2И 14 и 16, первого и второго элементов 3И 15 и 17, второго и третьего счетчиков 18 и 19 и первого и второго триггеров 20 и 21. Кроме того, счетчик электроэнергии содержит первый и второй переключатели 1 и 8, перемножитель 2, инвертирующий усилитель 3 постоянного тока, источник 4 опорного тока, первый и второй конденсаторы 5 и 6, резистор 7, генератор 9 импульсов и реверсивный счетчик 10. 1 ил.

ности токов, поступающих от источника 2Q резистора 7, а на первом конДенсато35

4 тока и перемножителя 2.

При достижении выходным напряжением инвертирующего усилителя 3 постоянного тока уровня переключения порогового элемента 13 на его выходе форми- 25 руется короткий импульс, который поступает на счетный вход реверсивного счетчика 10 и первые входы первого 14 и второго 16 элементов 2И. В первый полупериод на втором входе первого элемента 2И I4 присутствует единичный сигнал, поэтому на его выходе возникает импульс, который устанавливает первый триггер 20 в единичное состояние, при этом второй элемент 2И 16 заблокирован нулевым сигналом на его втором входе, поступающим с инверсного выхода первого счетчика 11. Переключение первого триггера 20 в единичное состояние разрешает прохождение выходной частоты генератора 9 импульсов на вход второго счетчика 18. После переполнения последнего на его выходе генерируется импульс, который возвращает первый триггер 20 в нулевое состояние. Таким образом, на выходе первого триггера 20 формируется импульс обратной связи стабильной длительности и амплитуды.

Во второй полупериод импульс обратной связи формируется аналогично с помощью вторых элементов 2И 16 и ЗИ 17, третьего счетчика 19 и второго триггера 21. За время действия импульса обратной связи выходное напряжение инвертирующего усилителя 3 постоянного тока, формируемое в первый полупе риод на первом конденсаторе 5, а во второй.- на втором конденсаторе 5 запоминается остаточное напряжение

Г/2

U,

С1

р iCtbijdt С о

Uoi. U0(C -JJCJ ) RC RC

- к;

После окончания второго полуперио- Зо Да второй переключатель 8 вновь переключает первый конденсатор 5 к выходу инвертирующего усилителя 3 постоянного тока, третий переключатель 12 - выход первого триггера 20 к резистору 7, а на первый вход первого элемен та ЗИ 15 поступает единичный сигнал с прямого выхода первого счетчика 11. Причем процесс интегрирования про должается с начальными условиями, определяемыми остаточным напряжением

40

45

50

55

на первом конденсаторе 5 UC1 и остаточной -длительностью импульса обратг- ной связи €-д. Переполнение второго счетчика 18 произойдет через интервал времени Ј- д-с после окончания второго полупериода и первый - триггер 20 переключится в нулевое состояние, что соответствует окончанию действия импульса обратной связи. Таким образом, несмотря на то, что импульс обратной связи разрывается в момент коммутации переключателей на две части f-atf, суммарная длительность сохраняется постоянной и с точностью до периода выходной частоты генератора 9 импульсов, которая может быть выбрана достаточно высокойо Во второй полупериод устройство работает аналогично и

резистора 7, а на первом конДенсаторе 5 запоминается остаточное напряжение

Г/2

р iCtbijdt С о

Uoi. U0(C -JJCJ ) RC RC

35

25

После окончания второго полуперио- Зо Да второй переключатель 8 вновь переключает первый конденсатор 5 к выходу инвертирующего усилителя 3 постоянного тока, третий переключатель 12 - выход первого триггера 20 к резистору 7, а на первый вход первого элемента ЗИ 15 поступает единичный сигнал с прямого выхода первого счетчика 11. Причем процесс интегрирования продолжается с начальными условиями, определяемыми остаточным напряжением

40

45

0

55

на первом конденсаторе 5 UC1 и остаточной -длительностью импульса обратг- ной связи €-д. Переполнение второго счетчика 18 произойдет через интервал времени Ј- д-с после окончания второго полупериода и первый - триггер 20 переключится в нулевое состояние, что соответствует окончанию действия импульса обратной связи. Таким образом, несмотря на то, что импульс обратной связи разрывается в момент коммутации переключателей на две части f-atf, суммарная длительность сохраняется постоянной и с точностью до периода выходной частоты генератора 9 импульсов, которая может быть выбрана достаточно высокойо Во второй полупериод устройство работает аналогично и

втором конденсаторе 6 запоминаетнапряжением

г

исг Ј J C-Kt) + i0 dt т

- к

uoci RC

Uec( )

RC

В предлагаемом устройстве за полный период работы результат измере- .„ ния, содержащийся в реверсивном счетчике 10, определяется выражением

ят

(к; -K:)mKt)at с

п +тт + L j;n

UpfH U (Ч Л М I П а™ -ем. ее («« ив м

Jct п

сгл

Гц

-at

- л-Р

Д t п

ее1

Так как погрешность измерения не накапливается,а определяется только остаточными напряжениями на первом 5 и втором 6 конденсаторах и остаточной длительностью импульсов обратной связи, сформированными в течение последнего периода, то за несколько пери одов работы происходит увеличение точности измерения. Формула изобретения

Счетчик электроэнергии, содержащий перемножитель, первый вход которого подключен через первый переключатель к первой входной тине, а второй вход - непосредственно к второй входной шине, управляющий вход первого переключателя объединен с входом управления реверсом реверсивного счетчика и управляющим входом второго переключателя, вход которого .подключен к выходу инвертирующего усилителя постоянного тока, вход которо- го соединен с первым выводом резистора, выходом перемножителя, выходом источника опорного тока и первыми обкладками первого и второго конден

„

5

0

30

лп

35

саторов, вторые обкладки которых подключены к первому и второму выходам второго переключателя соответственно, генератор импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет снижения погрешности от совпадений импульсов обратной связи с моментами коммутации переключателей, в него дополнительно введены третий переключатель, пороговый элемент, первый, второй и третий счетчики, первый и второй триггеры, первый и второй элементы 2И и первый и второй элементы ЗИ, причем вход порогового элемента подключен к выходу инвертирующего усилителя постоянного тока, а выход - к счетному входу реверсивного счетчика и первым входам первого и второго элементов 2И, выходы которых соединены с входами установки в 1 первого и второго триггеров соответственно, выходы последних - с первым и вторым входами третьего переключателя соответственно, выход которого соединен с вторым выводом резистора, а управляющий вход объединен с управляющим входом первого пе-1 реключателя, вторым и первым входами первых элементов 2И и ЗИ соответственно и прямым выходом первого счетчика, инверсный выход которого подключен к второму и первому входам вторых элементов 2И и ЗИ соответственно, а вход - к выходу генератора импульсов и вторым входам первого и второго элементов ЗИ, выходы которых через второй и третий счетчики соответственно подключены к входам установки в О первого и второго триггеров , выходы которых соединены с третьими входами первого и второго элементов ЗИ.