Цифровой ваттметр Советский патент 1981 года по МПК G01R21/06 

(54) ЦИФРОВОЙ ВАТТМЕТР

Изобретение относитйя к цифровой измерительной технике в частности к устройствам для измерения мощности электрического тока. Известен цифровой ваттметр, .содержащий блок управления, преобразователи напряжения во -временной интер вал и токов в частоту импульсов, .под ключенные к ключу, интегрирукмцие сче чики, задатчики функций и множительное устройство tl}. Малое быстродействие этого ваттметра обусловлено наличием счетчика в узл.е перемножения, произво 1Я1цем умножение (.в унитарном коде) последовательным счетом, а также в относительно низкой точности, вызванной дополнительными аналоговыми преобразованиями одного сомножителя в частоту, другого - в длительность временного интервала и неравно мерностью измерения мощности -по всему диапазону, являющейся следствием равношагового измерения частоты. Известен также цифровой ваттметр, содержащий источники напряжения и то ка, RC-цепочку, компаратор, генератор стабильной частоты и счетчик С2 Относительно низкое быстродействи этого устройства вызвано тем, что преобразование тока и напряжения производится в последовательно проходящие интервалы времени, являющимися их логарифмами. Аналогичность этих преобразований снижает точность, а их последовательность и временный характер замедляют процесс измерения. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерений. Достигается -это за счет того, что в цифровой ваттметр, содержс(щий датчики напряжения и тока и блок управления, подключенный nepBbHvi выходом к управлякщаму входу сумматора кодов , введены два ан-гшого-цифровых преобразователя напряжения и тока в их целочисленные, логарифмы, и антилогарифматор, .причем входы аналогоцифровых преобразователей соединены соответственно с датчиками напряжения и тока, а выходы - с входами сумматора кодов, который выходом подключен к входу ан1илога5 ифматора, управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока управления, при этом аналого-цифровые преобразоватепоследовательноли состоят из соединенных декад, каждая из которых содержит n. последовательно соединенных резисторов, причем выводы п-1 первых старших резисторов каждой декады, кроме последней.соединены с ключами, выходы которых подключены к выходу данной декады, а выводы п-2 старших первых резисторов соединены с первыми входами сравнивающих устройств , вторые входы которых подключены к делителю образцового напряжения, при этом выход предшествующей декады через повторитель напряжения соединен с внешним выводом первого старшего резистора очередной декады, а обобщенные входы сравнивающих устройств последней декады соединены с выходом предшествующей декады, путчем антилогарифматор состоит из последовательно соединенных дешифратора и многора зрядного кода в одноразрядный и постоянного запоминающего устройства. . , . На фиг. 1 показана функциональная схема цифрового ваттметра; на фиг. 2 диаграмма напряжений, поясняющая работу аналого-цифровых преобразователей. ... Цифровой ваттметр содержит датчики напряжения 1 и тока 2, соединенные с входами аналого-цифровых преобразователей 3 и 4 соответственно, сумматор кодов 5, соединенный выходами с входами антилогарифматора 6, входами с аналого-цифровыми преобразователями а управляющим входом - с первым выходом блока управления 7, второй выход которого подключен к управляющему входу антилогарифматора, состоящего из последовательно соединенных дешифратора 8 и постоянного запомина ющего устройства 9. Аналого-цифровые преобразователи 3 и 4 аналогичны и состоят з вход ного повторителя напряжени-я 10 с боль шим входным и низким выходным сопротивлением, резисторов 11, 12 и 13, составляющих делитель измеряемого на пряжения uj по геометрической прохрес сии со знаменателем С (С 1), при этом резистор 11 формирует старший (больший) квант, а резистор 13 форми рует младший и все последующие до ну левого значения кванты 14, 15 - сравнивающие устройства следящего действия, первыми входами, связанные с полюсами п-2 первых старших резисторов 11, другие входы их объединены и соединены с источником образцового напряжения UQJ, а их выходы связаны с сумматором кодов 5; бесконтактные ключи 16, 17, 18 одними полюсами связанные с полюсами п-1 старших резисторов 11, 12, а вторыми - с повторителем напряжения 19, имеющим большое входное и малое выходное сопротивления. Вторая цепочка резисторов 20, 21 и 22 составляет делитель, подключенный со стороны резистора 22 к отрицательному полюсу источника об разцового напряжения а внешним полюсом резистора 20 - к выходу повторителя 19, причем данные резисторы составляют по своим сопротивлениям геометрическую прогрессию со знаменателем С . 20-й резистор делителя формирует старший квант, а 22-й - младший со всеми меньшими. Сравнивающие устройства следящего действия 23 и 24 одними полюсами связаны с полюсами п-2 первых старших резисторов, другими с резнеторным делителем 25 и 26 образцового напряжения после первого его резистора 25, а выходами - с сумматором кодов 5. Бесконт тактные ключи 27, 28, 29 одними -полюсами, соединены с полюсами ..п-1 старших, резисторов (20, 21) второго делителя, а другие полюса соединены с овобщенными входами сравнивающих устройств следящего действия 30, 31, вторые входы которых связаны с полюсами п-2 внутренних рёзисторо : 32, 33, 34 цепочки делителя, делящего образцовое напряжение по геометрической прогрессии со знгuv eнaтeлeм С, причем резистор 34 составляет сумму сопротивлений, формирукаций младший квант со всеми предшествующими младшими, а резистор 32 формирует старший квант (заканчивающийся на уровне образцового напряжения UtJj, выделяемого на внешнем полюсе резистора 25) и включает всю остальную часть образцового напряжения. Диаграмма напряжений поясняет работу аналого-цифровых преобразователей 3 и 4. Здесь на оси ординат и.входное преобразующее напряжение, вы- даваемое с датчика.напряжения 1 действует лишь, в диапазоне 0-10, иначе - на отрезке о-в; о2. образцовые напряжения; L/QT, - значение напряжения источника образцового напряжения; ог. напряжение на внешнем полюсе резистора 26, минимальное образцовое напряжение (практически его нет - оно внутри резисторов 13, 22, 34) - определяет минимальное измеряемое напряжение: на оси абсцисс ui - измеряемое напряжение, снимаемое с выхода датчика напряжения 1 (см. фиг. l);U3i - эталонные напряжения 1,2,3,.. .19, образующие геометрическую прогрессию со знаменателем С 1, формируемые делителями на резисторах 11, 12, 13, 20, 21, 22, 32, 33, 34; и - результаты измерения (показан только младший U., ) . Они также составляют ту же геометрическую прогрессию. ;При.и,, -1 номера этих результатов являются целочисленными лога;ркфмами; о-в - линия напряжения. Ujf, наб.людаемого на внешнем полюсе резистора (см. фиг. 1); d-e - линия напряжения, наблюдаемого на внешнем полюсе резистора 12; f.... - линия напряжения, наблюдаемого на внешнем полюсе резистора 13; o-g - линия напряжения, наблюдаемо го на внешнем полюсе резистора 11 и на внешнем полюсе резистора 20 при замкнутом ключе 16; h-q - линия на пряжения, наблюдаемого на внешнем (верхнем) полюсе резистора 21 при ; замкнутом ключе 16; m-n -линия напряжения, наблюдаемого на внешнем полюсе резистора22 при замкнутоЪ ключе 16; d-p, ts, t-i - напряжения, наблюдаемые на внешних (верхних) полюрах соответственно резисторов 20, 21, 22 при замкнутом ключе 17f q напряжение в точке связи резисторов 32, 33 (на внешнем полюсе резистора 33); с - напряжение в точке связи резисторов 33, 34; 1 - напряжение, наблюдаемое внутри резистора 32, а f UXMMH напряжение, наблюдаемое внутри резистора 34 . Данный преобразователь построен по троичной системе кодирования и потому при четверичной системе кодирования количество резисторов, сравнивающих устройств и ключей в каждой декаде будет увеличиваться на единицу,при пятиричной - на два и т.д. Количество пик на фиг. 2-будет соответственно по 4, 5 и т.д. Работа цифрового ваттметра протекает следующим образом. При подаче на него Uy и i х и его запуске пробегает волна установлении дискретного равновесия от старшего разряда (элементы 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) к младшему (30, 31, 32, 33, 34); срабатывают все сравнивающие устройства одновременно, но окончательно только 14, 15. От их взаимного состояния замыкается один из ключей 16 17 или 18. Ключ 16 замыкается, если i. Upy когда оба сравнивающие устройства старшего разряда занимают положение меньше. Ключ 17 замыкает ся при изменении положения сравниваю щего устройства 14 на больше и ключ 17 замыкается, если 14 и 15 будут в положении больше. Подаваемая через повторитель 19 часть или BceU на цепочку 20, 21, 22 заставл1яет окончательно сработать сравнивающие устройства 23 и 24, которые аналогич но старшей декаде заставят сработать один из ключей 27, 28 и 29. Это в свою очередь заставит окончательно сработать сравнивающие устройства |Младшей декады. ; Подача от блока управления 7 сиг|нала на сумматор кодов 5 заставляет последний произвести сложение цел численного логарифма U , подаваемого на него сравнивающими устройствами аналого-цифрового преобразователя 3 с целочисленным логарифмом ix, поступающих на сумматор кодов 5 от .сравнивающих устройств аналого-цифjpOBoro преобразователя 4. Дешифра тор 8 производит преобразование многоразрядного кода полученной суммы логарифмов в одноразрядный код, который и возбуждает соответствующий вход постоянного запоминающего устройства 9. При подаче на него сигнала от блока управления 7 им производится потенцирование суммы целочисленных лога.рифмов, в результате чего и выдается искомое значение мощности. Формула изобретения 1.Цифровой ваттметр, содержащий датчики напряжения и- тока и блок управления, подключенный первыг выходом к управляющему входу сумматора кодов. Отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерения, в него введены два аналого-цифровых преобразователя напряжения и тока в их целочисленные логарифмы и антилогарифматор, причем входы аналого-цифровых преобразователей, соединены соответственно с датчиками напряжения и тока, а выходы - с входами сумматора кодов, который выходом, подключен к входу антилогарифматора, управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока управления. 2.Ваттметр поп; 1, отличаю щ и и с я тем, что аналого-цифровые преобразователи состоят из т последовательно соединенных декад, каждая из которых содержит п последовательно соединенных резисторов, причем выводы п-1 первых старших резисторов каждой декады,кроме последней соединены с ключами, выходы которых подключены к выходу данной декады, а выводы п-2 старших первых резисторов соединены с первыми входами сравнивающих устройств, вторые входы которых подключены к делителю образцового напряжения, при этом выход предшествующей декады через повторитель напряжения соединен с внешним выводом первого старшего резистора очередной декады, а обобщенные входы сравнивающих устройств последней декады соединены с выходом предшествующей декады. 3.Цифровой ваттметр по п. 1, отличающийся тем, что антилогарифматор состоит из последовательно соединенных дешифратора многоразрядного кода в одноразрядный и постоянного запоминающего устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 515997, кл. С 01 RК 21/06, опубл. 30.05.76. 2.Сб. Информационно-измерительная техника, ст. Измайлова Т.Ю., Абдулаева М.М. -Л.ЛГУ: 1973 (прототип) .

5

К5

1

04

хН

-еН

(. /

п

п

О:

.