Универсальный цифровой прибор Советский патент 1976 года по МПК G01R13/02 

измерение действующего значения тока - положение I переключателя 30 «Режим работы ;измерение действующего значения напряжения- положение II переключателя 30 «Режим работы ; измерение мощности - положение III переключателя 30 «Режим работы, измерение Cos ф - положение IV переключателя 30 «Режим работы. Блок управления 2 соединен с хронизатором 4 и анализатором фазы 3. В состав анализатора фазы 3 входят нульорганы 31 и 32, формирующие импульсы при переходе тока через нулевые значения соответственно из отрицательной области в положительную и наоборот, схема ИЛИ 33, триггер управления 34 и триггер знака 35, вентили 36, 37, элемент задержки 38 и индикаторные лампочки 39, 40. Анализатор фазы 3 служит для определения и индикации знака фазового сдвига, а также определения диапазона его измерений. Анализатор фазы 3 дает режим работы реверсивных счетчиков 10 и 11, для чего его выход соединен с установочным входом триггера реверса 9 через схему ИЛИ 7 и с установочным входом триггера реверса 8 через схему ИЛИ 6. Хронизатор 4 служит для формирования импульсов при (, ;; г синхронизации 4.iт работы устройства. С этой целью его выход подключен к анализатору фазы 3, импульсному входу (входу запуска) преобразователя 12 напряжения во временной интервал, через переключатель 30 и элемент задержки 5 - к установочному входу триггера реверса 8, к установочному входу триггера пуска 26 и через элемент задержки 21-к установочному входу триггера 23. В качестве хронизатора 4 при работе устройства на фиксированных частотах могут быть использованы электронные элементы задержки, а при работе в широком диапазоне частот, что практически исключается ,-умножители частоты различных типов, например, электромагнитные на высоких частотах или простейщие дискретные в низком и инфранизком диапазонах частот. Преобразователь 12 напряжения во временной интервал подключен к потенциальному входу электронного ключа 15, управляя его работой, а преобразователь 13 напряжения в частоту через схему ИЛИ 14 - к импульсному входу. Выход электронного ключа 15 соединен через переключатель 30 с реверсивными счетчиками 10 и 11, режимы работы которых задаются триггерами реверса 8 и 9 соответственно, и с устройством 16 возведения в квадрат и извлечения квадратного корня. Устройство 16 служит для вычисления полной мощности по формуле + Q. где Р - активная, а Q- реактивная мощность. Генератор 22 образцовой частоты используется при измерении действующих значений напряжений и токов для заполнения временного интервала преобразователя 12 импульсами образцовой частоты и при определении Со5ф. Он подключен к электронному ключу 15 через переключатель 30 и схему ИЛИ 14 и к счетчику 19 Cos ф через вентиль 24 и схему ИЛИ 17. В исходном состоянии схемы, задаваемый кнопкой 28 «Сброс, счетчики 10, 11 и счетчики 18, 19 находятся в нулевом положении, вентили 27, 36, 37, 24 закрыты потенциалами соответствующих триггеров. Триггеры реверса 8, 9 установлены в положениях, соответствующих работе счетчиков 10, И на суммирование. Триггер знака 35 установлен в положение, при котором высокий потенциал поступает на индикаторную лампочку 40, соответствующую отрицательному фазовому сдвигу. Счетчик 19, вентили переноса 20 и счетчик 18 совместно выполняют роль логометра при определении Cosф. Элемент задержки 21 подключен между хронизатором 4 и установочным входом триггера 23, а импульсный вход вентиля 24 через переключатель 29-к генератору 22 образцовой частоты. Выход вентиля 24 соединен через схему ИЛИ 17 со счетчиком 19 и через схему ИЛИ 41 -со счетчиком 11. Триггер 23 служит для управления работой вентиля 24 и через схему ИЛИ 7 соединен с установочным входом триггера реверса 9. Схема И 42 соединена с нулевыми выходами триггеров счетчика 11 и служит для возврата триггер а 23 в исходное состояние при установлении счетчика И в нулевое состояние в режиме определения Cos ф. При изменении действующего значения тока (режим I) переключателем 30 к входам нуль-органа 25 и преобразователя 12 подключается напряжение U элемента 1, пропорциональное измеряемому току i(t), а к импульсному входу электронного ключа 15 через схему ИЛИ 14 подключается генератор 22 образцовой частоты, к выходу электронного ключа 15 подключается реверсивный счетчик 10. При нажатии кнопки 29 «Пуск срабатывает триггер 26, открывая вентиль 27. Первый же импульс с выхода нуль-органа 25 поступает на хронизатор 4, который с этого момента начинает формировать временные интервалы, соответствующие (, - w. - . Импульсы с выхода хронизатора 4, соответствующие (, - поступают на запуск преобразователя 12. Время развертки преобразователя 12 будет равно r/ /C/4sin-J /C/4 //„0,707 AT//, где RT-коэффициент преобразования тока. Следовательно, Tf пропорционально действующему значепию тока. Измерение пооизводится в двух точках при (й - и w - с целью повышения помехо44защищенности. На время развертки 7/ открывается электронный ключ 15, и импульсы с генератора 22 проходят на реверсивный счетчик 10. В результате в счетчике 10 будет зафиксировано число импульсов N, 4K,h, откуда --drNf, где d{ -„ - дискретность Режим II - измерение действующего значения напряжения. Отличие от предыдущего оежима состоит в том, что переключателем 30, во-пеовых, на поеобразователь 12 и нуль-опган 25 подается измеряемое напряжение, и во-вторых, выход электпонного ключа 15 подключается к входу оевепсивного счетчика П. В остальном работа схемы аналогична. После окончания измерений в счетчике 11 будет зафиксировано количество импульсов N, 2Kyh,, где Kv - коэффициент преобразования напряжения во временной интервал. Тогда - . 2/(:,,/„ дискретность отсчета напряРежим 111-измерение активной, реактивной полной мощностей. В этом режиме переключателем 30 напряжение и (t} цепи подается на преобразователь 12 и нуль-орган 25; напряжение f/m (О щунта, пропорциональное току f( цепи, подается на преобразователь 13 напряжение - частота; хронизатор 4 подключается к установочному входу триггера 8; генератор 22 отключается от схемы ИЛИ 14, следовательно, и от электронного ключа 15; выход электронного ключа 15 подключается к входам обоих реверсивных счетчиков 10, И и через устройство 16 возведения в квадрат и извлечения квадратного корня - к входу счетчика 18. Работа схемы при 0 и--J 9Х случаях измерения активной и 1реактив«ой мощности заключается в следующем; при отсчета нажатии кнопки 29 «Пуск срабатывает триггер 26, открывая вентили 27 и 37. Первый же импульс с выхода нуль-органа 25, соответствующий 0) О, поступает на запуск хронизатора 4. Выходной импульс хроцизатора 4, соответствующий K) , поступает на запуск преобразователя 12, на элемент задержки 5 и на установочный вход, триггера 33, который, срабатывая, открывает вентиль 36. Преобразователь 12 формирует временной интервал Г,,, пропорциональный напряжению цепи в точке , и открыпастца это вре4мя электронный ключ 15. Чепез электронный ключ 15 за время его ОТКРЫТОГО состояния на входе реверсивных счетчиков 10 и 11 поступает число импульсов на суммирование |, где dp - дискретность отсчета моптности, опрепеляемая как произведение коэбЛиии нтов преобразования напряжения Ki- и тока Ктdp . Через Т7, определяемое элементом зядержки 5. ПОСТУПИТ импульс на л становочный вхол триггера реверса 8, устанаяливая его в состояние, соответствующее работе счетчика 10 на вычитание. ПРИ этом необходимо выполнение условия .ai- (Г,. - лтаксимально возможное время развертки преобразователя 12). С выхода анализатора фазы 3 ИМПУЛЬС не поступает, и счетчик II продолжает работать на суммирование. В момент времени, соответствующий , выходным импульсом хронизатора 4 триггер 26 возвращается в исходное состояние, закрывая вентили 27 и 37. ттА Импульс хронизатора 4 при тг -- повторно запускает преобразователь 12, с выхода электронного ключа 15 на входы реверсивных счетчиков 10 и 11 поступает количество импульсовл/ .- J dp По окончании процесса измерений показания счетчиков 11, 10 соответственно будут в общем случае Я, +Р, Р iPi-Pal 191 dodo откуда p Npdp q NQdp.

71

-Y

случаях измерения активной и реактивной

л

-J

мощности работа схемы до момента й) -

аналогична вышеописанной. Отличие состоит в том, что с анализатора фазы 3 в этих случаях поступает импульс на установочные входы триггера 9 через схему ИЛИ 7 и на входы триггера 8 через схему ИЛИ 6. Причем этот ИМПУЛЬС приходит во времени с некоторым запаздыванием по отношению к выходному импульсу элемента задержки 5. Этим импульсом анализатора фазы 3, соответствугошим

- I ср I -, триггеры 9 и 8 опрокидываются,

устанавливая счетчик 11 в режим вычитания. а счетчик 10--в режим суммирования. В дальнейшем работа схемы аналогична вышеописанной случая j. Но

этом случае показания счетчиков П. 10 по окончании процесса измерения соответственно будут

- IIPil-Pjr

Р dp

откуда

Л7 - Л Ч-Л IV I

IPJ 3 - - dr. P ,. Следует заметить, что в первом и во втором случаях, когда . необходимо переключение счетчиков 10 и II из режима вычитания на режим суммирования, иначе значения реактивной мощности в первом случае и активной мощности во втором случае будут зафиксированы в счетчиках 10 и 11 в дополнительном коде. Переключение счетчиков 11. 10 осуществляется триггерами реверса 9, 8 при поступлении на их установочные входы ИМПУЛЬСОВ переполнения счетчиков. В результате в счетчиках 11, 10 будут зафиксированы абсолютные значения активной и реактивной мощности. Режим IV - измерение Cosrp. В этом режиме переключателем 30, кроме подключенных цепей в режиме ПТ, генератор 22 образцовой частоты подключается к импульсному входу вентиля 24. Работа схемы до момента аналогична выщеописанной в режиме ТИ. В момент , Зя. (йг -импульс хронизатора 4 через элемент 4 задержки 21 поступает на установочный вход

триггера 23, КОТОРЫЙ открывает вентиль 24 и через схему ИЛИ 7 опрокидывает триггер 9 так, что он устанавливает счетчик 11 на вычитание. Время задержки элемента 21 выбирается из условия тор Гг таЛо- От генератора 22 образцовой частоты импульсы чепез п пеключатель 30, вентиль 24, схему ИЛИ 17 поступают на счетчик 19 на суммиоование и через схему ИЛИ 41-на счетчик И, где записано количество импульсов Л/р. на вычитание. При описании всех импульсов из счетчика 11 па выходе схемы И 42 формируется сигнал, возвращаюпшй триггер 23 w исходное положение, при котором вентиль 24 зякпоется. В результате на вход счетчика 19 с выхода вентиля 24 поступит количество импу.гтьсов Np. Выше ука ьтвалось, что гчетчик 19, вентили переноса 20 и счетчик 18 совместно „ выполняют роль логометра при опреяе.пении Cos го и работают следующим образом. Вентили переноса 20 управляются единичными выходами ячеек счетчика 18. Вентиль находится в закрытом состоянии, если управляюg шая им триггерная ячейка находится в положении «О, и в открытом, если упрявляющая ячейка находится в положении «1. Тяким образом, что если на вход счетчика 18 подать число импульсов , поопорциональное полной мощности S, и после этого на вход схемы ИЛИ 17 подать число импульсов /Vp, пропорциональное активной мощности Р, то в счетчике 19 запишется R двоичном коде число Лф, пропорциональное Созф, Л. 2 - -2 cos9, где К - количество триггерных ячеек. Формула изобретения Универсальный цифровой прибор, содержащий щунт в цепи тока, преобразователь напряжения во временной интервал, подключенный к хронизатору и управляющий электронным ключом, включенным между преобразователем напряжения в частоту и реверсивным счетчиком активной мощности с триггером реверса, отличающийся тем, что. с целью расширения функциональных возмол ностей за счет измерения реактивной мощности, он снабжен реверсивным счетчиком реактивной мощности с триггером знака и схемой ИЛИ и анализатором фазы, подключенным по входам к щунту и выходу хронизатора, а по выходу - через схемы ИЛИ к входам триггеров реверса счетчиков активной и реактивной мощности, при этом другие входы триггеров реверса подключены к выходам соответствующих счетчиков, а вход триггера реверса счетчика реактивной мощности соединен, кроме того, через элемент задержки с 15ыходом хронизатора.