Цифровой измеритель комплексных параметров напряжения Советский патент 1980 года по МПК G01R17/06 

(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КОМПЛЕКСНЫХ ПДРДМЕТРОВ

НДПРЯЖЕНИЯ ные .функциональные возможности из-з невозможности измерения tgj исследуемой цепи. Поставленной цели добиваются за счет того, что. в. цифровой измери тель комплексных параметров напряжения, содержащий генератор счетных импульсов, счетчик, селектор, блок управления, генератор переменного тока аналоговый квадратор,два ключа интегратор, сравнивающее устройство, источник опорного напряжения выход генератора переменного тока связан со входом блока управления, входом аналогового квадратора и вхо дом исследуемого объекта, выход которого подключен к сигнальному . входу первого ключа, выходы обоих ключей соединены со входом интегратора, выход которого подключен ко входу источника опорного напряжения и входу устройства сравнения, выход которого соединен со входом блока управления, выход блока управления соединен со входом селектора, выход которого соединен со входом счетчика-, а второй вход селектора соединен с выходом генератора счетных импульсов, выход источника опорного напряжения соед нен со входом второго ключа, приче входы управления ключей соединены с соответствующими выходами блока ..управления, введены два элемента И элемент ИЛИ, реверсивный счетчик, счетчик импульсов, вход которого соединен со вторым выгкодом селекто ра, а информационные выхода счетчи результата подключены к первым входам элемента И, вторые входы которых соединены с информационным выходами счетчика импульсов, а выходы через элемент ИЛИ соединены с; суммирукщим входом реверсивного счетчика, вычитающий вход которого подключен к третьему выходу селектора, а выход связан со входом управления селектора, четвертый вход которого соединен с устройством сравнения. Схема устройства представлена н фиг.1, а временные, диаграммы на фиг.2. Устройство содержит ключ 1, ист ник 2 опорного напряжения, генерат 3 переменного тока, исследуемый объект 4, ключ 5, интегратор 6, устройство 7 рравнения, аналоговый квадратор 8, блок 9 управления, се лектор 10, счетччк 11 импульсов, генератор 12 счетных импульсов, элементы 13 И, элемент 14 ИЛ реверсивный счетчик 15, счетчик результата 16. Выход генератора 3 переменного тока соединен со входом исследуемо объекта 4 и входами блока 9 управ ления и аналогового квадратора 8, ыход которого также соединен со ходом блока 9 управления, один ыход которого соединен со входом правления ключа 5, сигнальный вход оторого соединен с выходом объекта исследования, а выход - со входом нтегратора 6 и выходом ключа 1,, правляющий вход которого соединен выходом блока 9 управления, а сигальный вход - с выходом источника 2 опорного напряжения, вход управения которого связан с выходом нтегратора б и входом устройства 7 сравнения, а выход его соединен со входом блока 9 управления и входом селектора 10, другие входы его соединены с выходом блока 9 управления и выходом генератора 12 счетных импульсов, а выходы связаны со входами счетчиков 11. 16 и реверсивного счетчика 15, выход которого соединен со входом селектора 10. Информационные выходы счетчиков 11, 16 связаны со входами элементов 13 И схем, выходы которых через элемент 14 ИЛИ собирания подключены ко входу реверсивного счетчика 15. В исходном состоянии счетчики 11, 15, 16 находятся в нулевом состоянии, а ключи :1 и 5 закрыты. При измерении синфазной составляющей сигнал UxU) , снимаемый с выхода исследуемого объекта, интегрируется в течение промежутка времени, равного полупериоду Т/2 колебаний выходного- напряжения генератора 3 переменного тока. Для этого в блоке 9 управления формируется сигнал времени i J-to- Т 2 (фиг.2в) на время которого сигналом .с блока 9 открывается ключ 5. К моменту -fco (фиг.2 в,г) напряжение на выходе интегратора 6 определяется следующим выражением; ..«ит. где Т - постоянная времени интегрирования; Т, U|y, - соответственно период и амплитуда колебаний иссле-: дуемого сигнала; Ч - угол сдвига фаз между вектором измеряемого напряжения и осью абсцисс. Полярность опорного напряжения I/O источника 2 выбирается противоположной полярности напряжения (1) в момент, i окончания первого такта интегрирования. Во втором такте интегрирования (ключ 5 закрыт, а ключ 1 открыт) напряжение UQ интегрируется до момента i4 (фиг.2 г), когда cosH-v-r-Jai-o TUrtiCOsM -fT-T VbОтсюда, .где -fz: 05 действующее значение синфазной составляющей исследуемого сигнала. В момент i срабатывает устройство 7, которое закрывает селектор 10 и подает сигнал окончания интегрирования в блок 9, За время длительности Т/2 первого такта интегрирования в счетчике 11 зафиксируется число импульсов (,.Т(2 ,, (3)- а в реверсивном счетчике 15 по вычитаю,щему входу H, пост гпившие с выходов селектора iO, где fp - частота следования импульсов генератора 12. По сигналу с выхода устройства 7 со второго выхода селектора 10 на вход счетчика 3.6 прступают и-лпульсы с частотой следо Бзнйя fj3 ,, Счетчик II, злементы 13 элемент 14 ИЛИ н счетчик 16 образую двоичный умножитель частоты,. Поэтом частота импульсов на выходе схемы 14 определяется выражением; - isJiiгде NQ- инфop aциoннaя емкость счетчиков II и 16. С приходом на су;.№1нр-ч,аощий вкод реверсивного счетчкка 15 с выхода схемы i4i: (-t|j -tj} йчпульсов с част той следования , ок переполняе и сигналом переполнения закрывает селектор 10. На вход счетчика кмпу сы с частотой следования fo пост пают в течение времени 4- o 4liil-i 4I H «Ч ° Код числа;, зафиксированный в счетч 16, определяется выражением: -.-Ш о(ъ М - 1- ч о (2) и Г/) Ui,Tn XTs ;у : .5.W1--1 сь яфазной составляющей определится выражением: Up П -.Г8 Н i Нзыене):;ке квадратурной составля щей Uvj основано на интегрировании напряженияU SIM (t«;t+Ч) в течение временИ) равного 31/4, начало кото гЪ определяется моментом кон 7Т/8 сигнала UCt) генератора 1. Пр этом напряжение на выходе интегратора определяется выражением Для выделения моментов начала и койца интегрирования напряжение U(i - U)-s-; ЗГг1 ш поступает на вход аналогового квадратора 8, выходное напряжение которого о , )--unu -22- шг Из.ригнала-- сое, )1 блок 9 формирует импульс, начало которого (момент b-i на фиг. 2 б) соответствует моменту Т/8 колебаний U (t) , а конец (момент ts на фиг-2 б) - 7Т/8 колебаний иCt) . Длительность импульса ЗТ/4 оР5ределяет время открытого состояния ключа 5 Дальше работа схемы аналогична ее работе при измерении синфазной составляющей. Момент окончания второго такта интегрирования (момент фиг.2 е) определяется следующим образом: -SiH4- -4 IUcdi O . .- отсюда длительность второго такта и„П где действующее значение квадратурной составляющей. На время длительности первого такта интегрирования на вход счетчкка 11 поступит число иьтульсов при окончании второго такта интегриования в реверсивном счетчике 15 заиксируется дополнительный кол числа Дальше г как и при измерении синфазной составляющей напряжения, со второго выхода селектора 10 на вход счетчика 3,6 поступают импульсы до момента равенства нулю кода в счетчике 15. При зтом в счетчике 16 зафиксируется код числа Н - 7. - 5 л ijj пропорционального значению квадратурной составляющей которое определяется выражением: - в Uo П -М.,) 4К„ В случае измерения значения -Ьд Ч исследуемого объекта осуществляется квантование лишь длительности второго такта интегрирования. При преобразовании синфазной составляющей Uх% в счетчике 11 зафиксируется код числа ki - г f J. -I. о 5;5o Vtb --Tvr а при преобразовании квадратурной составляю11,ей U ,, в реверсивном сче чике 15 - дополнительный код числа 10. До момента обнуления реверсивного счетчика 15 в счетчике 16 зафи сируется код числа М К1 Таким образом, измерение синфазной и квадрату рной составляющих напряжения обеспечено без применения фазосдвигающих цепей, что позволило значительно повысить точност измерения в широком частотном диапазоне. На результат преобразования не влияет частота исследуемых колебаний, а также нестабильность частоты генератора -счетных .импульсов и постоянной времени интегрирования. Их стабильность требуется обеспечить лишь на время аналогоцифрового преобразования. Одновременно расширены функциональные возможности устройства за счет измерен ig-Ч исследуемой цепи. Формула изобретения Цифровой.измеритель комплексных параметров напряжения, содержащий генератор счетных импульсов, счетчи .селектор, блок управления, генерато переменного тока, аналоговый квадра тор, два ключа, интегратор, устрой во сравне ния, источник опорного на ,пряжения, выход генератора перемен ного тока связан со входом блока управления, входом аналогового ква ратора и входом исследуемого объекта, выход которого подключен к сигнальному входу первого ключа, выходы обоих ключей соединены со входом интегратора, выход которого подключен ко входу источника опорного напряжения и входу устройства сравнения, выход которого соединен со входом блока управления, выход блока управления соединен со входом селектора, выход которого соединен со входом счетчика, а второй вход селектора соединен с выходом генератора счетных импульсов, выход источника опорного напряжения соединен со входом второго ключа, причем входы управления ключей соединены с соответствующими выходами блока управления, один из входов которого подключен к выходу аналогового квадратора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при расширении функциональных возможностей, в него введены элементы И, элемент ИЛИ ре версивный счетчик , счетчик импульсов, вход которого соединен со вторым выходом селектора, а Информационные выходы счетчика результата подключены к первым входам элементов И, вторые входы которых соединены с инфор:мационными выходами счетчика импульсов, а выходы через элемент ИЛИ соединены с суммирующим входом реверсивного счетчика, вычитающий вход кото рого подключен к третьему выходу селектора, а выход связан со входом управления селектора,четвертый вход , которого соединен с устройством сравнения непосредственно. Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР №457037, кл.ОО R 17/06, 1972. 2..Авторское свидетельство СССР по заявке №2452537/2.1, кл.С 01 R 17/06, 14.02.77.

:/2.f

г.г