Цифровой измеритель мощности Советский патент 1979 года по МПК G01R21/00 

(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

1

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах для измерения активной и реактивной мощности.

Известен цифровой измеритель мощности, основанный на перемножении мгновенных значений напряжения и тока с последующим измерением выходного напряжения перемножителя методом двухтактного интегрирования.

Недостаток этого измерителя заключается в низкой надежности работы и недостаточной точности измерений 1.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является цифровой измеритель мощности, содержащий резистор, первый и второй ключи, первый интегратор, устройство сравнения, блок управления, селектор, генератор импульсов, счетчик, формирователь опорного напряжения, в котором входы управления первого и второго ключей соединены с соответствующими выходами блока управления, вход формирователя опорного напряжения подключен к другому выходу блока управления, а выход связан с сигнальным входом второго ключа, который по выходу соединен с выходом первого ключа и входом первого интегратора, выход которого через устройство сравнения подключен к первому входу блока управления и входу селектора, второй вход которого связан с соответствующим выходом блока управления, третий вход - с выходом генератора импульсов, а первый выход соединен со входом счетчика 2.

Однако этот измеритель обладает невысокой точностью измерения и сравнительно узкими функциональными возможностями.

Цель изобретения - повышение точности измерения при расщирении функциональных возможностей измерителя мощности.

Для этого предлагаемый цифровой измеритель мощности дополнительно содержит преобразователь тока в напряжение, аналоговый квадратор, третий и четвертый ключи, второй интегратор, группу ключей, накапливающий сумматор, причем информационные выходы счетчика подключены ко входам группы ключей, импульсный вход которых связан со вторым выходом селектора, а выходы соединены с информационными входами накапливающего сумматора, один выход преобразователя тока в напряжение соединен через резистор с общей шиной и со

вторым входом блока уплавления, третий вход которого связан с другим выходом преобразователя тока в напряжение и с сигнальным входом первого ключа, четвертый вход подключен к выходу формирователя опорного напряжения, а сигнальный выход соединен со входом аналогового квадратора, выход которого подключен к пятому входу блока управления и входу третьего ключа, выход которого связан со входом второго интегратора, выход которого подключен к сигнальному входу четвертого ключа, который по выходу связан со входом первого интегратора, причем входы управления третьего ключа, второго интегратора и четвертого ключа соединены с соответствующими выходами блока управления.

На чертеже приведена структурная электрическая схема предлагаемого измерителя мощности.

Цифровой измеритель мощности содержит резистор 1, первый и второй ключи 2,3, первый интегратор 4, устройство сравнения 5, блок управления 6, селектор 7, генератор импульсов 8, счетчик 9, формирователь опорного напряжения 10, входы управления первого и второго ключей 2, 3 соединены с соответствующими выходами блока управления 6, вход формирователя опорного напряжения 10 подключен к другому выходу блока управления 6, а выход связан с сигнальным входом второго ключа 3, который по выходу соединен с выходом первого ключа 2 и входом первого интегратора 4, выход которого через устройство сравнения 5 подключен к первому входу блока управления 6 и входу селектора 7, второй вход которого связан с соответствующим выходом блока управления 6, третий вход - с выходом генератора импульсов 8, а первый выход соединен со входом счетчика 9.

Измеритель дополнительно содержит преобразователь тока в напряжение 11, аналоговый квадратор 12, третий и четвертый ключи 13, 14, второй интегратор 15, группу ключей 16, накапливающий сумматор 17.

Информационные выходы счетчика 9 подключены ко входам группы ключей 16, импульсный вход которых связан со вторым выходом селектора 7, а выходы соединены с информационными входами накапливающего сумматора 17, один выход преобразователя тока в напряжение 11 соединен через резистор 1с общей щиной и со вторым входом блока управления 6, третий вход которого связан с другим выходом преобразователя тока в напряжение 11 и с сигнальным входом первого ключа 2, четвертый вход подключен к выходу формирователя опорного напряжения 10, а сигнальный выход соединен со входом аналогового квадратора 12, выход которого подключен к пятому входу блока управления 6 и входу третьего ключа 13, выход которого связан со

входом второго интегратора 15, выход которого подключен к сигнальному входу четвертого ключа 14, который по выходу связан со входом первого интегратора 4. Входы управления третьего ключа 13, второго интегратора 15 и четвертого ключа 14 соединены с соответствующими выходами блока управления.

Цифровой измеритель мощности работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчик 9,накапливающий сумматор 17 находятся в нулевом состоянии, а ключи 2, 3, 13, 14 закрыты. На вход 18 подается переменное напряжение. В случае измерения активной мощности блок управления 6 открывает ключ 2 на время, равное полупериоду напряжения, снимаемого с резистора 1, который является нагрузкой. В случае синусоидального напряжения на резисторе 1, это напряжение сдвинуто по отнощению напряжения преоб разователя 11. Одновременно с интегрированием напряжения в интеграторе 4 на выходе формирователя опорного напряжения 10 формируется напряжение, пропорциональное длительности первого такта интегриро5 вания.

Во втором такте блок управления 6 открывает ключ 3 и селектор 7. По сигналу с выхода формирователя 10 поступает напряжение, полярность которого противоположна полярности выходного напряжения интегратора 4. Интегрирование напряжения длится до момента равенства нулю выходного напряжения интегратора 4.

В это время с выхода генератора импульсов 8 на вход счетчика 9 поступает некоторое количество импульсов.

К началу третьего такта преобразования формирователь опорного напряжения 10 и интегратор 4 приводятся в исходное состояние блоком управления 6. Напряжение, снимаемое с резистора 1, подается через блок

управления 6 на вход аналогового квадратора 12.

Ключ 13 сигналом с выхода блока управления открывается на время, кратное периоду колебаний напряжения преобразователя

5 тока в напряжение 11.

В четвертом такте напряжение через открытый ключ 14 подается на вход интегратора 4. Сигналом с выхода блока управления 6 интегратор 15 приводится в исходное состояние и переводится в режим инверсного интегрирования, а напряжение с выхода формирователя 10 через блок управления 6 подается на вход аналогового квадратора 12.

В пятом такте преобразования ключи 13,

i 14 открываются, и начинается интегрирование напряжения аналогового квадратора 12 до момента равенства нулю напряжения интегратора 4. На. ВХОД группы ключей 16 с выхода селектора 7 поступает число импульсов, пропорциональное действующему значению напряжения на резисторе 1. Каждый импульс этого числа записывает в накапливающий сумматор 17 из счетчика 9 необходимое число импульсов. К концу преобразования в счетчике 9 зафиксируется код числа, пропорциональный значению синфазной составляющей тока исследуемой нагрузки (резистора 1), а в накапливающем сумматоре 17 - код числа, пропорциональный значению активной мощности исследуемой цепи. При этом на вход группы ключей 16 поступает число импульсов, пропорциональное действующему значению напряжения на исследуемой нагрузке. На результат измерения не влияют постоянные времени интеграторов 4 и 15, а также коэффициент передачи аналогового квадратора 12. При измерении реактивной мощности в исходном состоянии блок управления 6 переводит в нулевое состояние счетчик 9 и накапливающий сумматор 17, а также закрывает ключи 2, 3, 13, 14. Напряжение к исследуемой нагрузке (резистору 1) подается через блок управления 6 на вход аналогового квадратора 12, вследствие чего на его выходе появляется напряжение, которое интегрируется интегратором 15, после чего на его выходе будет соответствующее напряжение. После двухтактного преобразования этого напряжения во временной интервал в счетчике 9 будет код числа импульсов. В третьем такте напряжение резистора 1 через блок управления поступает на вход аналогового квадратора 12. Сигнал с его выхода подается на вход блока управления 6, в котором выделяется переменная составляющая напряжения. Частота колебаний этого напряжения вдвое выще частоты исследуемых колебаний. Блок управления 6 по переходу напряжения через нуль формирует передний фронт импульса, который открывает ключ 2. Выходное напряжение преобразователя тока в напряжение 11 интегрируется в интеграторе 4 до момента, когда сформируется задний фронт импульса управления и закрывается ключ 2. К этому моменту на выходе формирователя опорного напряжения 10 сформируется напряжение, которое при открытии ключа 3 интегрируется в интеграторе 4 до момента равенства нулю напряжения, который фиксируется срабатыванием устройства сравнения 5. С выхода селектора 7 на вход группы ключей 16 поступает число импульсов, пропорциональное значению реактивной мощности. Таким образом, при измерении реактивной мощности в счетчике 9 зафиксируется код числа, пропорционального значению действующего значения напряжения резистора 1, на вход группы ключей 16 поступает число импульсов, пропорциональное значению квадратурной составляющей выходного напряжения преобразователя тока в напряжение 11, а в накапливающем сумматоре 17 зафиксируется код числа, пропорционального значению реактивной мощности. Формула изобретения Цифровой измеритель мощности, содержащий резистор, первый и второй ключи, первый интегратор, устройство сравнения, блок управления, селектор, генератор импульсов, счетчик, формирователь опорного напряжения, в котором входы управления первого и второго ключей соединены с соответствующими выходами блока управления, вход формирователя опорного напряжения подключен к другому выходу блока управления, а выход связан с сигнальным входом второго ключа, который по выходу соединен с выходом первого ключа и входом первого интегратора, выход которого через устройство сравнения подключен к первому входу блока управления и входу селектора, второй вход которого связан с соответствующим выходом блока управления, третий вход - с выходом генератора импульсов, а первый выход соединен со входом счетчика, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерения мощности при расширении функциональных возможностей, он дополнительно содержит преобразователь тока в напряжение, аналоговый квадратор, третий и четвертый ключи, второй интегратор, группу ключей, накапливающий сумматор, причем информационные выходы счетчика подключены ко входам группы ключей, импульсный вход которых связан со вторым выходом селектора, а выходы соединены с информационными входами накапливающего сумматора, один выход преобразователя тока в напряжение соединен через резистор с общей щиной и со вторым входом блока управления, третий вход которого связан с другим выходом преобразователя тока в напряжение и с сигнальным входом первого ключа, четвертый вход подключен к выходу формирователя опорного напряжения, а сигнальный выход соединен со входом аналогового квадратора, выход которого подключен к пятому входу блока управления и входу третьего ключа, выход которого связан со входом второго интегратора, выход которого подключен к сигнальному входу четвертого ключа, который по выходу связан со входом первого интегратора, причем входы управления третьего ключа, второго интеграто -... .v;v ii.- .js.ft-T- J

. vP6biMru 7Л...}, .)8

; j , . ;aitig V 1

pa и четвертого ключа соед.и ены- Ш 9 С -i - -- f pcKoe свидетельство СССР ветствующими выходами блока упраЙ ния.№ 228332, кл. G 01 R 21/00, 1967.

Источники информации, принятые во вни-2. «Механизация и автоматизация управмание при экспертизеления, Киев, 1973, № 3, с. §2.