Устройство измерения электрической энергии Советский патент 1980 года по МПК G01R21/00 

(54) УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Изобретение относится, к области электроизмерительной техники, в частности,к области измерения электрической энергии в сетях переменного и, постоянного тока различного назначения. Известны электронные устройства для измерения электрической энергии содержащее интегратор с подключенны ми к его выходу последовательно сое диненными пороговыми элементом, уст ройством сброса и отсчетным устройством. На вход интегратора подается напряжение (ток), пропорциональное мощности в контролируемой, с ти.. Всякий раз, когда под действием этого напряжения (тока) выходное на пряжение интегратора достигает сраб тывания порогового элемента, устройство сброса возвращает интегратор в первоначальное состояние, выдавая одновременно импульс на отсчетное устройство. Данное/устройство имеет невысоку1о точность, что связано с недоучетом энергии во время срроса интегратора (оидаб.ка накопления) , а также с влиянием дрейфа операционного усилителя, входящего в состав интегратора |1. Из известных электронных устройств измерения Электроэнергии наиболее близким по технической сущности является устройство измерения количества поступающей энергии в обоих направлениях ее протекания при помощи электронных счетчиков. Оно состоит из переключателя полярности мощности, выход которого через интегратор присоединен к двум пороговым элементам. Шлходы пороговых элементов подключены к входам триггера. Выходы триггера связаны с последовательно соединенными элементом 2ИЛИ и отсчетным устройством и с управляющим входом переключателя полярности мощности. Два выхода переключателя полярности мощности подключены к первым входам двух элементов ЗИ 2. - В этом устройстве ликвидируется погрешность накопления, т,е. погрешность от дрейфа интегратора при уменьшеник мощности Потребления погрёшнЬ Стй рёгистрсЩйй , энергии данным устройством возрастает по гиперболическому закону.Цель изобрете.ния - повышение точности регистрации электроэнергии путем ликвидации погрешности.

Поставленная цель достигается тем, что устройство измерения электрической энергии, содержащее переключатель полярности мощности, выход Которого через интегратор присоединен к двум пороговым элементам, выходы которых соединены с входами триггера, а выходы триггера связаны с последовательно соединенными элементом ИЛИ и отсчетным устройством и с ftjpraBiiSiomjiM входом пёреклйЧа1Тёля полярности мощности, и два элемента ЗИ снабжено вторым элементом 2ИЛИ,дискриминатором длительности, генератором импульсов, реверсивным счетчиком, индикатором знака и генератором ступенчатого напряжения,, при этом выхбды триггера соединена с первыми входами элементов ЗИ, вторые входы которых связаны с выходом генератора импульсов, а выходи подключены к входам реверсивного с етчика, йаход реверсивного счетчика соединей с входом индикаторы знака, два выхода которого соединены с/входама управляемого генератора ступенчатого; рапряжения, а выход последнего присоединен к входу интегратора, выходы пороговых элементов через второй элемент 2ИЛИ соединены с дискриминатором длительности, йыход которого подключен к третьим входам схем совпадения,

На чертеже изображена функциональная схема устройства.

Устройство содержит переключатель 1 полярности мощности, интегратор 2, пороговые элементы 3 и 4 триггер 5, схемы ИЛИ б и 7, отсчетное устройство 8, дискриминатор длительности 9, схема совпадения 10 и 11, генератор импульсов 12, реверсивный счетчик 13, индикатор знака 14 и управляе1 ый генератор 15 ступенчатого напряжения. / В описании приняли следующие обозначения: U,i - нагфяж йие на выходе генератора; U - напряжение на выходе триггера 0: и U. - импулъсы на выходах индикатора знака V - напряжение на выходе генератора ступенчатого напряжений.

Устройство работает следующим обра39м.

На вход переключателя 1 полярности мощности подается напряжение, пропорилональное мОщнортй контролируемой сети. Допустим, переключатель 1 нахс дился вначале в положении, показанном на чертеже. Напряжение на исходе интегратора 2 линейно изменяется до уровня tU, после чего срабатывает пороговый элемент 3, переводя триггер 5 в противоположное состояние. Переключатель 1 тоже переводится в противоположное состояние, и интегрирование подктрчается в обратную сторону до уровня срабатывания порогового элемента 4. Триггер 5 и переключатель 1 возвращаются в

исходное состояние, и дальше процесс продолжается аналогично. Импульсы от триггера 5 через схему ИЛИ б поступают на отсчетное устройство 7. В результате общее число импульсов, поступивших на отсчетное устройство 7, пропорционально энергии в контролируемой сети.

Если смещение нуля интегратора отсутствует, скорость изменения его выходного напряжения одинакова при интегрировании в положительном и

отрицательном направленийх. При наличии смещения и U наклон лийий, соответствующих положительному и отрицательному направлениям изменения

Ui4jразличен. На выходе триггера при этом наблюдается последовательность импульсов со скважностью,отличной от двух. Это может служить признаAU,,

ком наличия смещения

Наделение признака происходит на схемах совпадения 10 и 11, реверсивном счетчике 13 и индикаторе знака 14. Это происходит следующим образом

На вторые входы схем совпадения ,10 и 11 постоянно поступают счетные импульсы от генератора импульсов 12. Бели есть разрешение от дискриминатора длительности 9, то при положительном направлении интегрирования, когда триггер 5 находится

в состоянии

счетные импульсы

через схему совпадения 10 пропускаются на вход прянюго счета реверсивного, счетчика 13, а при отрицательном - через схему совпадения 11 на вход обратного счета, (триггер 5 в О). В |результате при несимметричности кривой интегрирования после каждогчэ периода интегрирования t на реверсивном счетчике 13 остается положительное или отрицательное число в зависимости от полярности напряжения смещения flUy ,

Если на счетчике 13 есть ненулевой остаток, в конце каждого периода t индикатор знака 14 проводит анализ знака остатка на нем и в зависимости от этого подает управляющий импульс на положительный или отрицательный вход управляемого генератора 15 ступенчатого напряжения. Генератор 15 состоит из двух одинаковых частей на положительную и отрицательную полярность напряжения. При поступлении импульса на один из входов, допустим, на вход

напряжение на

его выходе возрастает на одну ступень лЕ. Это напряжение подается на вход интегратора, компенсируя его смещение дОу

Когда этого напряжения недостаточно для компенсации, кривая интегрирования останется несимметричной, что приведет к ненулевому остатку на реверсивном счетчике 13 и срабатыванию индикатора знака 14. Напряжение , возрастает еще на дЕ и т.д до полной компенсации диу.Пои изяемении величинылОу устройство как бы отслеживает это изменение, постоянно подстраивая генератор 15.

В описанном устройстве возможен самоход, заключающийся в том, что генератор 15 при отсутствии входного сигнала может подавать напряжение которое будет интегрироваться и в том и в другом направлениях CB последнем случае напряжение на выходе генератора 15 будет другой полярности). Для ликвидации этого нежелательного явления в устройство дополнительно введены схема ИЛИ 8, присоединенная входами к выходам пороговых элекюнтов 3 и 4, и дискриминатор длительности 9, вход которого подключен к выходу схемы ИЛИ 8, а выход связан с третьими входами схем совпадения 10 и 11. Если на входе интегратора 2 исчезает напряжение Up, пропорциональное мощности, он за счет не ликвидированной в данный момент части смещения может уйти в насыщение. При этом на выходе одного из пороговых элементов 3 или 4 появляется длительЭтот потенциал

ный потенциал

является признаком, по которому срабатывает дискриминатор длительности 9, запрещая прохождение счетных импульсов, схемы совпадения 10 и 11,реверсивный счетчик 13,

Данное устройство позволяет снизить погрешность от смещения нуля flU, интегратора. Предел ликвидации погрешности от смещения определяется только объемом реверсивного счётчика 13 и величиной одной ступени генератора 15, которые можно сделать любыми необходимыми. Динамическая погрешность, связанная с изменением дрейфа во времени, практически отсут- ствует поскольку быстродействие устройства на много больше максимально возможной скорости изменения грейфа (к тому же это устройство - следящего уравновешивания), Ликвидадия погрешностей от дрейфа позволяет на много увеличивать динамический диапазон счетчика с сохранением высокого класса точности, так каксмещение нуля интегратора особенно сказывается в области малых сигналов.

Формула изобретения

Устройство измерения, электричес- « кой энергии, содержащее переключатель полярности мощности, выход кото0рого через интегратор присоединен к двум пороговым элементам, выходы которых соединены с входами триггера, а выходы триггера связаны с последовательно соединенными элемен Ъм 2ИЛИ

5 и отсчетным устройством и с управляющим входом переключателя полярности мощности, и два-элемента ЗИ, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, устройство снабжено вторым элементом 2ИЛИ

0 дискриминатором длительности, генера-тором импульсов, реверсивным счетчиком, индикатором знака и генератором ступенчатого напряжения, при этом выходы триггера соединены с

5 первыми входами элементов ЗИ,вторые входы которыхсвязаны с выходом генератора импульсов, а выходы подключены к входам реверсивного счетчика, . выход реверсивного.счетчика соединен0с входом индикйторй знака, два выхода которого соединены с входами управляемого генератора;ступенчатого напряжения, а выход последнего . щ)исоединен к входу интегратора,

5 выходы пороговых элементов через второй элемент 2ИЛИ соединены с дискрийин тором длительности, выход которого подключен к третьим входам схем совпадения.

а

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Патент ФРГ № 1807581,

5 кл. 21 в 11/00, опублик. 1970, - 2, Патент Швейцарии 535435, кл,С 01 R 21/06, 1971, Vpr--