Счетчик ампер-часов Советский патент 1979 года по МПК G01R11/34 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использо вано для контроля емкости аккумуляторной батареи в системах энергопитания постоянного тока. Известны счетчики ампер-часов для контроля емкости аккумуляторной батареи, содержащие нагрузку, питаемую от батареи, датчик тока саморазряда этой батареи в реверсивный двоичный счетчик . Для упрощения и повышения точности устройство снабжено переключающим дрюсселем, на вход которого включен датчик тока саморазряда, цепь нагрузки и генератор тока треугольной формы. Два выходные обмотки переключающего дросселя соединены последовательно-согласно и подключены к снстаме управления реверсивным двоичным счетчиком .счетный вход которого связан с генератором импульсов. Однако такое устройство имеет ограниченные функциональные возможности и недостаточную точность намерения, обусловленную прогрешностью от нелинейности характеристики управляющего тока. Известны также устройства, содержа- щие переключающий дроссель, измерительная обмотка которого соединена с входом устройства, а выходная обмотка через устройство реверса - с первым входом реверсивного двоичного счетчика, подключенного входом к цифровому индикатору , Второй вход реверсивного двоичного счетчика соединен с первым выходом генератора импульсов, подключенного вторым выходом к реверсивному двоичному счетчику, первый выход которого через преобразователь КОД-/ГОК соединен с управляющей обмоткой дросселя. Обмотка смещения дросселя подключена через регулировочный резистор к источнику опорного напряжения. Недостатком этого устройства является ограниченный диапазон измерения постоянных токе. Наиболее блнзкЕгм к предлагаемому является счетчик ампер- асов, который так- 368 же содержит переключающий дроссель, подключенный измерительной обмоткой к це-( пи ИЕ(меряемого тока, а выходная обмотка через устройство реверса соединена с первым входом реверсивного двоично-десятичного счетчика, выход которого подключен к цифровому индикатору, а второй вход - к первому выходу генератора импульсов, соединенного вторым выходом с реверсивным двоичным счетчиком, первая управляющая обмотка переключающего дросселя, подключена к выходу первого преобразователя , а вторая управляющая обмотка - к выходу второго преобра зователя код-ток, а входал двух преобразователей код-ток соединены с выходами реверсивного двоичного счетчика 3 J. Недостатком такого счетчика амперчасов является ограниченный диапазон измерения тока, изменяющегося в широких пределах в системах энергопитания. Целью изобретения является расширение диапазона измерения. Это достигается тем, что в счетчик ампер-часов, содержащий переключающий дроссель, измерительная обмотка которого соединена с входом устройства, а вы- ходвая обмотка через устройство реверсас первым входом реверсивного двоичнодесятичного счетчика, выход которого под ключен к цифровому индикатору, а второй вход - к первому выходу генератора импульсов, соединенного вторым выходом с реверсивным двоичным счетчиком, два пре образователя код-ток , входаг которых, соединены соответственно с периым и вто рым выходами реверсивного двоичного счетчика, а первые выходы - соответст- венно с началами первой и второй управля ющих обмэток переключающего дросселя, введены два двухпозидионных ключа, триггер, схема управления триггером и масштабный делитель,а обе управляющие обмот ки выполнены двухсекционными, причем начало н конец второй секции первой двух секционной управляющей обмотки соединены соответственно с первым и вторым вы ходами первого двухпозиционного ключа, а начало и конец второй секции второй двухсекционной управляющей обмотки -.с первым и вторым выходами второхх) двух- позиционного ключа, первые входы кото- |рых подключены к вторым выходам соответ ственно первого и второго преобразовате- лей код-ток, единичный выход триггера соединен с вторыгми входами двухпозиционных ключей и с первым входом масштаб ного делителя, а нулевой выход триггера 3 третьими входами двухлозиционных клю ей и с вторым входом масштабного делиеля, третий вход которого подключен к первому выходу генератора импульсов, а ыход - к второму входу реверсивного двоично-десятичного счетчика, вход триггера оединен с выходом схемы управления триггером, два входа которой соединены с третьим выходом реверсивного двоичного счетчика и с выходом устройства реверса. На фиг. 1 представлена блок-схема счетчика ампер-часов; на фиг. 2 временные диаграммы работы счетчика. Счетчик ампер-часов содержит переключающий дроссель 1, имеющий измерительную обмотку 2, две двухсекционные управляющие обмотки 3 и 4, выходную обмотку 5 и два преобразователя 6 и 7, два двухпозиционных ключа 8 н 9, триггер 10, схему 111 управления триггером, реверсивный двоичный счетчик 12, масштабный делитель 13, генератор 14 импульсов и последовательно соединенные устройство 15 реверса, реверсивный двоично-десятичный счетчик 16 и цифровой индикатор 17. Измерительная обмотка 2 соединена с входом устройства. Начало первой, управляющей обмотки 3 соединено с первым выходом первого преобразователя код-пх к 6, а начало второй управляющей обмотки 4 - с перш,1м выходом второго преобразователя код-ч-ок 7. Начало и конец второй секции первой управляющей обмотки 3 подключено к выходам первого двухпозиционного ключа 8, а начало и конец второй секции второй управляющей обмотки 4 - к выходам второго двухпозиционного ключа 9. Первые входы двухпоэвдионных ключей 8 и 9 соединены б вторыми выходами преобразователей код-гок 6 и 7, а вторые входы - с единичным выходом триггера 10 н с первым входом масштабного делителя 13, второй вход которого соединен с третьими входами двух- ПОЗИЦИ01ШЫХ ключей 8, 9 и с нулеш.1М вы- ходом триггера 1О. Выход масштабнох делителя 13 подключен к второму входу реверсивного двоично-десятичного счетчика 16. Съемный вход триггера 10 соединен с выходом схемы 11 управления триг гером, который подключен к выходу устройства 15 реверса. Входы преобразова-i телей код-ггок 6 и 7 соединены каждый со своим выходом реверсивного двоичного счетчика 12, вход которого подключен к первому выходу генератора 14 импульсов. Второй выход гевератора 14 импульсов 56 подключен к третьему входу масштабного делителя 13. В исходном состоянии с нулевого выхо да триггера 10 поступает сигнал на двух позиционные ключи 8, 9 таким образом, что к выходам преобразователей 6, 7 подключаются первые секции обмоток 3 и 4 управления дросселя соответст венно, включенные .встречно, в результате чего в первые секции обмоток 3, 4 пе реключаюшего дросселя 1 поступает соответственно i от соответствуюивдх преобразователей код-ток 6, 7, которые запускаются от реверсивного дво ичного счетчика 12 импульсов. Непрерыв ная работа этого счетчика, на счетный вход которого поступают импульсы от генератора 14 частоты, обеспечивает периодический процесс нарастания и спада токов iy и4у, Кроме того, наличие нулевого выхода триггера 10 разрешает прохож дение импульсов эталонной частоты через масштабный делитель 13 на реверсивный двоично- есятичный счетчик 16. При этомfg ) где i - частота повторения процесса; f, - частота следования импульсов генератора 14; г - количество разрядов двоичного реверсивного счетчика 12 импульсов. Под действием токов i и 1, в сердечнике переключающего дросселя 1 создается магнитное поле с iy, 0) --ivt l Н Q - Н - напряженность магнитного поля, создаваемого в сердечнике под воздействием токов f , OU,u) количество витков в первых секциях управляющих обмоток 3, 4 соответственно;S - длина средней силовой линии сердечника переключающего дросселя. Принимая t получим напряженность магнитного поля в сердечнике Н -g- из Так как преобразователи 6, 7 формируют практически линейно меняющиеся токи iy, и -iyj то магнитное поле в переключающем дросселе 1 будет харак- теризоваться напряженностью также линейно меняющейся, которая к тому же будет знакопеременной. В моменты времени 4 ,-tj ii рактеризующиеся изменением направления 93 магнитного потока в сердечнике дросселя, будет происходить перемагн гчивание сердечника и в выходной обмотке 5 будут появляться импульсы Uj , и. . и и т.д. Перемагн1гчивание сердечника будет происходить через равные промежутки времени , при этом в выходной обмотке 10 будут появлятк;я импульсы U- , и 5 Uj т.д. также через равные интервалы времени (см. фиг, 2а). Импульсы Ui , Uj, Uj и т.д. поступают на устройство 15 реверса, управляющее двоично-десятичным реверсивным счетчиком 16 импульсов. С приходом импульса Ui устройство 15 реверса включит реверсивный двоичнодесятичный счетчик 16 импульсов на суммирование и в течение интервала времени T-i в счетчик 16 импульсов будут поступять импульсы от генератора 14 импульсов через масштабный делитель 13. За интервал времени Т- в реверсивный двоично-десятичный счетчик 16 поступит число импульсов -icfT : где Tj - период следования импульсов генератора 14 импульсов; К - коэффициент масштабного делителя 13. С приходом импульса (Jj устройство 15 реверса переключает счетчик 16 импулъюов на вычитание. За интервал временв Т. в счетчик 16 импульсов поступит на вычитание число импульсов от генератора 14 импульсов. Импульс Uj снимает со счетчика 16 команду на вычитание и снова переключает его на суммирование и т.д. В течение равных интервалов времени Т, Tj число импульсов, поступивших в счетчик 16 на суммирование и вь11читание. будет одинаковым и в счетчике не зафикируется остаток д Ы , так как iN Ni-N7.0. При наличии в измерительной обмотке змеряемого гока-iuj, создающего постонное подмагничнвание сердечника, переагничивание сердечника дросселя 1 бует происходить в моменты времени , и в выходной обмотке ij будут повляться импульсы UH , i-г , Uj чгрез еравные промежутки времени , Т см. фиг. 26). Причем изменение интервалов времени удет пропорционально изменению ампер- витков в иамернтолыюй обмотке 2, а, еле овательно, изменению измеряемого тока. За интервалы времени , Т в счетчик 16 поступит различное число импульсов на сложение и вычитание. Лая случая, представленного на фиг. 26 - NO , Тг , N; MiПри изменении направления измеряемого тока ujM. процесс аналогичен. Для случая, представленного на фиг. 2в, N NH - , Tt Тг , , Таким образом, количество импульсов, зафиксированное в счетчике 16 импульсов за одвн период изменения управляющего тока, пропорционально измеряемому току, а за любой интервал времени -t при изменении измеряемого тока во времени - интегралу 4N -l-fcl .-d-fc Выход счетчика 16 импульсов связан с с цифровым индикатором 17, который вы- дает информацию в ампер-часах. Для данногчэ поддиапазона измерений, учитывая, что в управляющих обмотках 3, 4 амплитуды токов-iv ivi- v равны, можно записать , макс - g гдеНмаис - максимальное значение напряженности магнитного поля, создаваемого в сердечнике переключающего дросселя 1 для первого поддиапазона измерения. От- сюда, максш альное значение измеряемого тока для данного поддиапазона .- .e t-iv, ... где Ши4м. - число витков в измерительной обмотке. При возрастании измеряемого тока до величины, большей . сердечник дроссе ля 1 намагничивается до насыщения (в одном из направлений), при этом его цик лическое перемагничивание прекратится и в выходной обмотке исчезнут импульсы и , Ua Ui f отсутствие их на схеме 11 управления триггером в течение времени fik-t L (см. фиг. 2г), сформированного в двоичном реверсивном счетчике 12 им- пульсов, переведет триггер 1О в единичное состояние (Д4 -время нарастания уп равляюшего тока v , определ5пощее м6- MeiiT перехода устройства с первого на второй Диапазон измерения, для фиг. 2гAi i равно полупериоду нарастания уирав ляюшего ). С единичного выхода триггера 10 сигнал поступает на двухло- аиционныа ключи 8, 9 так, что к выходам преобразователей код-тхэк 6 и 7 подключаются дополнительно вторые секции обмоток 3 и,4 управления дросселя 1 соответственно (т.е. второй поддиапазон измерения), при этом наличие единичного выхода триггера 10 разрешает прохожде импульсов генератора 14 на вход реверсивного двоично-десятичного счетчика 16, минуя масштабный делитель 13. Для этого поддиапазона измерений под действием токов ну и -iyj в сердечнике дросселя 1 создается магнитный поток с напряженностью ,;.. ГдеШ- , (jUj - количество витков в двух секциях каждой управляющей обмотки 3 и 4. Учитывая, ЧУ , и принимая co eujjj «ш 2.0U , можно записать где Н макс - максимальное значение нап{эя. женности магнитного поля, создаваемого в сердечнике переключающего дросселя для второго поддиапазона йзмёрения. Отсюда, максимальное значение измеряемого тока для .данного поддиапазона Нцако;, д. Z-Jy-uJ .. в результате подключения вторых сек ций обмоток 3 и 4 управления дросселя 1 к двухпозиционным ключам 8, 9 в управляющих обмотках дросселя 1 протекает переменный ток треугольной формы, производящий циклическое перемагничива- ние сердечника дросселя, формируя в моменты переключения в выходной обмотке 5 дросселя импульсы U-t , U , Uj через неравные промежутки времени Tj , 14 (см. фиг. 2г). В дальнейшем процесс аналогичен описанному для первого поддиапазона измерений. Для случая, представленного на ф1гг. 2г, N;-, -, Nj -, N; При изменении направления измеряемого , для случая, представленного на фиг. 2д,., , ДМ , V T4 N3 N4 ;N3 - f7N/ 4 При этом наличие выходных импульсов .Ml. - выходной обмотке 5 дроссе-, П68 ля не приведет к отключению BTOpbtx до- полннтельяых секций обмоток 3 и 4 управ ления дросселя 1, так как в схеме 11 уп равления триггером имеется блокировка, запрещающая отключение этих секций обмоток управления. Если-импульсы UljUj. Ujв выходной обмотке 5 дросселя 1 не попадают по времени в интервал времени Д-t (см. фиг, 2е), сформированный в двоично-реверсивном счетчике 12 импульсов-, ( - время нарастания управляющего тока Iv ) определяющее момент перехода устройства со второго на первый поддиапазон измерения, для фиг. 2е- Ai. равно одной восьмой части периода нарастания управляющего тока- ). Очевидно, что при уменьшении измеряемого тока до границ измерения первого диапазона имеет смысл произвести переключение на данный поддиапазон. Если в интервал времени At. сформированный Б двоично-реверсивном счетчике 12 импульсов, попадают импульсы Ui . U 2, Uj выходной обмотки 5 - схема 11 управления триггером переведет триггер 10 в нулевое состояние, в результате чего к выходам преобразователей код-оюк 6 в 7 снова подключаются первые секции обмоток управления 3, 4 дросселя 1 соответственно, процесс измерения будет происходить, как показано на фиг. 2а - 2в. Предлагаемый счетчик ампер-JiacoB измеряет постоянные и изменяющиеся во вре мени токи с высокой точностью и в более щироком динамическом диапазоне, чам в известном устройстве, за счет автоматического переключения поддиапазонов измерения. Формула изобретения Счетчик ампер-часов, содержащий пв- реключающий дроссель, измерительная обмотка которого соединена с входом устройства, а выходная обмотка через устройство реверса - с первым входом реверсивного двоично-десятичного счетчика, выход которого подключен к цифровому индикато3ру, а второй вход - к первому выходу генератора импульсов, соединенного вторым выходом с реверсивным двоичным счетчиком, два преобразователя код-ток, входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами реверсивного двоичного счетчика, а первые выходы соответственно с началами первой и второй управляющих обь«зток переключающего дросселя, отличающийся тем, что, с целью расщирения диапазона измерения, в него введены даа двухпозидион- ных ключа, триггер, схема управления триггером и масштабный делитель, а обе управляющие обмотки выполнены двухсекционными, причем начало и конец второй секции первой двухсекционной управляющей обмотки соединены соответственно с первым и вторым выходами первого двухпозиционного ключа, а начало и конец бторой секции второй двухсекционной управляющей обмотки - с первым и вторым выходами второго двухпозиционного ключа, первые входы которых подключены к вторым выходам соответственно первого и второго преобразователей код-ток, .единичный выход триггера соединен с вторыми входами двухпоз ид ионных ключей и с первым входом масштабного делителя, а нулевой выход триггера - с третьими входами двухпозвдионных ключей и с вторым входом масштабного делителя, третий вход которого подключен к первому выходу генератора импул1 сов, а выход - к второму входу реверсивного двоично-десятичного счетчика, вход триггера соединен с выходом схемы управления триггером, два входа которой соединены с третьим выходом реверсивного двоичного счетчика и с выходным устройством реверюа. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 385363, кл. Н 01 М 1О/48, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР N9 439757, кл. Q OlT 11/32, 1972. 3.Авторское свидетельство СССР № 524131. кл. Q 01 Р 11/34, 1975 (прототип).

(i9,-iy,)

(l( 4

ietfu. «bW

Я