Устройство для измерения коэффициента пульсаций постоянного напряжения Советский патент 1992 года по МПК G01K19/00 

е

Использование: измерение пульсаций в системах оценки показателей качества электрической энергии. Сущность изобретения: устройство содержит: аналого-цифровой преобразователь (1), три буферных регистра 2-4, два ключа 5, 6, две шины нулевого уровня и единичного уровня 7, 8, три компаратора 9-11, два счетчика 12, 13, реверсивный счетчик 14, шину исследуемого сигнала 15, три формирователя 16-18, два логических элемента И 19, 20, два триггера 21,22, делитель импульсов23, шину Сбрс„ 2,4. 1 ил.

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано в системах оценки показателей качества электрической энергии передвижных источников электропитания для измерения коэффициента пульсации постоянного напряжения.

Известны способы определения коэффициента пульсации по электронно-лучевому осциллографу, осциллографу с памятью или электронному вольтметру. При использовании осциллографов возможно появление погрешностей, обусловленных субъективными факторами, кроме того, требуется определенное время для снятия показаний с осциллограмм, которые сами имеют достаточно высокую погрешность. Применение электронных ламповых вольтметров сопряжено с использованием закрытого входа прибора и разделительных конденсаторов, выделяющих переменную составляющую напряжения. Однако из-за

частотной зависимости величины емкостного сопротивления для различных гармонических составляющих импульсирующе о напряжения вносится погрешность з результат измерения.

Известен цифровой вольтметр амплитудного значения с запоминанием, содержащий аналоговое запоминающее устройство, состоящее из двух операционных усилителей, конденсатора и электронного ключа, дифференцирующее устройство, устройство управления, аналого-цифровой преобразователь и индикатор Недостатком данного устройства является относительно невысокая точность при низких частотах пульсации напряжения из-за самозаряда конденсатора запоминающего устройства, а при высоких частотах из-за потери времени на заряд конденсатора.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для автоматического контроля показателей

Х4 Ј N) О

&ь

качества электроэнергии, содержащее логометр и блок индикации, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, первый и второй квадраторы, первый и второй сумматоры, блоки выделения максимального и минимального кодов, задатчик номинальных значений, блокуправления, задатчик, блок извлечения квадратного корня и суммирующий счетчик. Недостатком данного устройства является потеря точности в результате последовательной обработки информации в квадраторах, блоке извлечения квадратного корня, логометре и неодинаковая точность измерения при разной частоте пульсации исследу- емых напряжений.

Цель изобретения - повышение точности,

Цель изобретения достигается тем, что в устройстве для измерения коэффициента пульсаций постоянного напряжения, содержащее аналого-цифровой преобразователь, первый, второй цифровые компараторы, генератор импульсов стабильной частоты, первый счетчик, первый логический элемент И, выход которого соединен через делитель импульсов со счетным входом первого счетчика, выход генератора импульсов стабильной частоты соединен с первым входом первого логического элемента И, вход ана- лого-цифрового преобразователя соединен с шиной исследуемого напряжения, вторые входы первого и второго цифровых компараторов соединены между собой, введены первый, второй, третий буферные регистры, третий цифровой компаратор, второй и третий счетчики, первый, второй, третий формирователи коротких импульсов, второй логический элемент И, первый и второй триггеры, первый и второй электронные ключи, входы первого ключа соединены с шиной нулевого уровня, а выходы соединены с входами второго и третьего буферных регистров, выходами второго ключа, входы которого соединены с шиной единичного уровня, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входами первого буферного регистра, выходы которого соединены с входами третьего буферного регистра и вторыми входами второго цифро- вого компаратора, выход которого через третий формирователь коротких импульсов соединен с входом записи второго буферного регистра, выходы которого соединены с первыми входами второго цифрового ком- паратора и информационными входами реверсивного счетчика, вход сброса которого соединен с шиной сброса, входом записи второго буферного регистра, управляющими входами первого и второго ключей, входом сбрр

са первого триггера, входом записи третьего буферного регистра, выходом первого формирователя коротких импульсов, вход которого соединен с выходом первого цифрового компаратора, первые входы которого соединены с выходом третьего буферного регистра, выход первого триггера соединен с вторым входом первого логического элемента И, выход которого соединен с входом записи первого буферного регистра, вход сброса первого счетчика соединен с входами сброса второго счетчика, второго триггера и шиной сброса, вход установки второго триггера соединен со счетными входами реверсивного счетчика, второго счетчика, установочным входом первого триггера, выход второго логического элемента И соединен со счетным входом второго счетчика, выходы первого счетчика соединены с первыми входами второго логического элемента И, выход генератора импульсов стабильной частоты соединен с вторым входом второго логического элемента И,выход третьего цифрового компаратора соединен с третьим входом второго логического элемента И, выход второго триггера соединен с входом второго формирователя коротких импульсов, выход которого соединен со стробирующим входом реверсивного счетчика, выходы которого соединены с вторыми входами третьего цифрового компаратора, выход первого логического элемента И соединен с входом записи первого буфферного регистра, выходы второго счетчика являются выходом устройства.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, первый 2, второй 3 и третий 4 буфферные регистры, первый 5, второй б электронные ключи, входы которых соответственно соединены шинами нулевого 7 и единичного 8 уровня, первый 9, второй 10 и третий 11 числовые компараторы, первый 12, второй 13 и реверсивный 14 счетчики, шину исследуемого сигнала 15, первый 16, второй 17, третий 18 формирователи коротких импульсов, первый 19 и второй 20 логические элементы И, первый 21 и второй 22 триггеры, делитель 23 импульсов, шину 24 Сброс, генератор 25 стабильных импульсов.

Устройство работает следующим «образом.

На вход АЦП 1 с шины 15 поступает исследуемый сигнал. На его выходе формируется код мгновенного значения напряжения. Подачей сигнала на шину 2 Сброс устройство переводится в исходное состояние. При этом обнуляются счетчики 12-14,

триггер 22 переходит в нулевое состояние, а сигнал на его выходе исчезает. Кратковременно открываются ключи 5, 6. В разряды регистра 3 разносятся 1, а в разряды регистра 4 - О. Одновременно переходит в нулевое состояние триггер 21 и появляется сигнал на его инверсном выходе, которым подготавливается логический элемент И 19 по второму входу. С выхода генератора импульсов 25 через элемент И 19 поступает импульс на вход записи регистра, в который заносится код мгновенного значения напряжения с выхода АЦП 1. Этот код поступает на вторые входы компараторов 9 и 10. На компараторе 9 происходит сравнение нулевого кода с выхода регистра 4 с кодом мгног венного значения напряжения и появляется сигнал на его первом выходе, который поступает на вход формирователя 16. Импульсом с выхода формирователя 16 в регистр 4 заносится код мгновенного значения напряжения. В то же время на компараторе 10 происходит сравнение кода мгновенного напряжения с максимально возможным кодом. На его выходе появляется сигнал, поступающий на вход формирователя 18. При этом импульсом с выхода формирователя 18 в регистр 3 заносится код мгновенного напряжения. Пусть напряжение входного сигнала возрастает (интервалом времени ti-ta), тогда при следующем импульсе с выхода генератора 25 в регистр 2 заносится код, по величине больший предыдущего, Поэтому появляется сигнал на выходе компаратора 9, а в регистр 4 заносится новый код мгновенного значения напряжения. В регистре 3 сохраняется предыдущий код напряжения, поскольку код на первом входе меньше кода на втором входе компаратора 10. До момента времени t2 с каждым очередным импульсом с выхода генератора25, поступающим через элемент И 19, на вход записи регистра 2, в регистре 4 происходит перезапись кода напряжения, соответствующего наибольшему значению напряжения за время изменения ti-t2. В регистре 3 сохраняется код, соответствующий наименьшему значению мгновенного значения за тот же период времени. Пусть напряжение входного сигнала уменьшается (интервал времени n-ta). С момента времени t2 код на первом входе компаратора 9 больше кода на его втором входе. Сигнал на выходе отсутствует, а перезапись в регистре 4 не производится. Когда код напряжения на втором входе компаратора 10 станет меньше кода напряжения на первом входе, поступающего с выхода регистра 3, появляется сигнал на выходе компаратора 10. В регистре 3 заносится код наименьшего напряжения В дальнейшем в регистре 3 аналогично происходит перезапись кодов мгновенных значений напряжения, если каждый из них меньше предыдущего. В момент времени тз коды на

выходах компаратора 10 выравниваются, а перезапись в регистр 3 прекращается. При очередных всплесках и провалах мгновенного напряжения происходит корректировка кода наибольшего значения напряжения

0 и корректировка кода наименьшего напряжения в регистре 3, если появится мгновенное значение напряжения, меньшее зарегистрированного ранее. С начала измерения импульсы входа генератора 25 через

5 элемент И 19 и делитель 23 поступают на счетный вход.счетчика 12, отсчитывающего время измерения. По окончании времени измерения на всех разрядах выхода счетчика 12 наблюдается 1. По первому входу

0 элемент И 20 подготовлен высоким уровнем с выхода компаратора 11, имеющего на первом входе код, больший. Элемент И 20 открывается и пропускает импульсы с выхода генератора 25, поступающие на второй вход

5 элемента И 20. При этом поступает сигнал на единичный вход триггера 21, а сигнал на его инверсном выходе исчезает. Элемент И 19 закрывается, блокируя поступление сигналов для записи кодов мгновенных

0 значений напряжения в регистр 2 и предотвращая дальнейшее поступление импульсов на вход счетчика 12. Вместе с появлением первого импульса на выходе элемента И 20, который поступает на еди5 ничный вход триггера 22, появляется сигнал на выходе триггера 22. Формирователь 17 выдает короткий импульс на вход записи исходного числа счетчика 14, куда заносится код наименьшего мгновенного значения

0 напряжения с выхода регистра 3. Одновременно с выхода генератора 25 через элемент И 20 импульсы поступают на счетный вход счетчика 13 и суммирующий вход реверсивного счетчика 14. Импульсы по5 ступают до тех пор, пока код на выходе реверсивного счетчика 14, поступающий на второй вход компаратора 11, не совпадет с кодом наибольшего мгновенного значения, поступающего с выхода регистра 4 на пер0 вый вход компаратора 11. При этом сигнал на выходе компаратора 11 исчезает. Элемент И 20 закрывается по второму входу, а прохождение импульсов с выхода генератора 25 прекращается.

5 Число импульсов, поступивших на суммирующий вход реверсивного счетчика 14 и счетчика 13, определяют по выражению N Мнаиб. - Мнаим.(1)

где Мнаиб. - число соответствующее коду наибольшего мгновенного напряжения сформированному в конце измерения на выходе регистра 4;

Мнаим. - число соответствующее коду наименьшего мгновенного напряжения сформированному в конце измерения на выходе регистра 3.

Учитывая выражение для определения коэффициента пульсации постоянного напряжения в процентах

,, Рнаиб. Рнаим. . 1ПП 0/ Кпульс. 1°

где Унаиб. - наибольшее мгновенное значение пульсирующего напряжения;

11наиб. Мнаиб. AU,

где Л U - шаг квантования АЦП 1 по напряжению;

инаим. - наименьшее мгновенное значение пульсирующего напряжения;

Унаим Мнаим. A U,

где UH - номинальное значение пульсирующего напряжения,

Код на выходе устройства пропорционален коэффициенту пульсации исследуемого напряжения

Кпул.-Ki -N, %,

где Ki - коэффициент пропорциональности; AU

Ki

UH

Таким образом предлагаемое устройство позволяет производить оценку коэффициента пульсации постоянного напряжения. Точность измерения зависит от числа разрядов АЦП и частоты генератора.

Так, например, при частоте импульсов генератора 200 кГц и восьмизарядном АЦП погрешность измерений коэффициента пульсации для большинства выпускаемых генераторов постоянного тока не превышает 0,004.

Формула изобретения

Устройство для измерения коэффициента пульсаций постоянного напряжения, содержащее аналого-цифровой преобразователь, первый, второй цифровые компара торы, генератор импульсов стабильной частоты, первый счетчик, первый логический элемент И, выход которого соединен через делитель импульсов, со счетным входом первого счетчика, выход генератора им- пульсоа стабильной частоты соединен с первым входом первого логического элемента И, вход аналого-цифрового преобразователя соединен с шиной исследуемого напряжения, вторые входы первого и второго цифровых компараторов соединены между собой, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены первый, второй третий буферные регистры, третий цифровой компаратор, второй и третий счетчики, первый, второй, третий, формирователи коротких импульсов, второй логический элемент И, первый и второй триггеры, первый и второй электронные ключи, входы первого ключа соединены с

0 шиной нулевого уровня, а выходы соединены с входами второго и третьего буферных регистров, выходами второго ключа, входы которого соединены с шиной единичного уровня, выход аналого-цифрового преобра5 зователя соединен с входами первого буферного регистра, выходы которого соединены с входами третьего буферного регистра и вторыми входами второго цифрового компаратора, выход которого через

0 третий формирователь коротких импульсов соединен с входом записи второго буферного регистра, выходы которого соединены с первыми входами второго цифрового компаратора и информационными входами ре5 версивного счетчика, вход сброса которого соединен с шиной сброса, входом записи второго буферного регистра, управляющими входами первого и второго ключей, входом сброса первого триггера, входом

0 записи третьего буферного регистра, выходом первого формирователя коротких импульсов, вход которого соединен с выходом первого цифрового компаратора, первые входы которого соединены с выходом треть5 его буферного регистра, выход первого триггера соединен с вторым входом первого логического элемента И, выход которого соединен с входом записи первого буферного регистра, вход сброса первого счетчика со0 единен с входами сброса второго счетчика, второго триггера и шиной сброса, вход установки второго триггера соединен со счетными входами реверсивного счетчика, второго счетчика, установочным входом первого

5 триггера, выход второго логического элемента И соединен со счетным входом второ- to счетчика, выходы первого счетчика соединены с первыми входами второго логического элемента И, выход генератора им0 пульсов стабильной частоты соединен с вторым входом второго логического элемента И, выход третьего цифрового компаратора соединен с третьим входом второго логического алемента И, выход второго

5 триггера соединен с входом второго фор- мирг.вателя коротких импульсов, зыход ко- soporo соединен с стробирующим входом реверсивного счетчика, ви оды которого со- лдннены с вторыми входами третьего циф- г -ого кгы-паратпрз, еыход первого

логического элемента И соединен с входом записи первого буферного регистра, выходы второго счетчика являются выходом устройства