Многофункциональный аналогоцифровой преобразователь Советский патент 1981 года по МПК G01R13/02 

I

Изобретение относится к электроиз мерительной технике.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий анализатор фазы, нуль-орган,преобразователь напряжения в интервал времени (ПНВ), умножитель частоты, устройство управления, два ключа, два переключателя режимов работы, преобразователь напряжение-частота, преобразователь код-частота, двух-.. входовый логический элемент ИЛИ, устройство возведения в квадрат, устройству извлечения квадратного корня, два реверсивных счетчика и генератор опорной частоты to .

Недостатком данного устройства является низкая точность преобразовать.

Цель изобретения - повьшение точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, j что в многофункциональный аналого-цнф ровой преобразователь, содержащий пер- вый переключатель, первый вход которого соединен с первой входной клеммой.

.второй вход - с первым управляющим вы/ходом устройства управления, второй переключатель, первый вход которого соединен с первой входной клеммой, второй вход - со второй входной клеммой и тре. тий вход - со вторым управляющим выходом устройства управления, а выход соединен с первым входом преобразователя напряжения в интервал времени, второй вход которого соединен с первым выходом нуль-органа, а выход - с первым is ходом устройства управления, второй вход которого соединен со вторым выходом нуль-органа, .генератор опорной частоты, выход которого соединен с первыми входами первого и второго ключей, преобразователь код-частота, второй вход которого соединен с выходом второго ключа, вторые входы первого и второго ключей соединены с третьим и четвертым управляющими выходаьи устройства управления, дополнительно введены дифференциатор, третий и четвертый переключатели, третий ключ, блок пере386писи кода, первый и второй счетчики, преобразователь код-напряжение, при этом вход дифференциатора соединен с первой входной клеммой, а выход - с третьим входом первого переключателя, выход которого соединен с первым входом третьего переключателя, второй вход которого соединен с выходом второго переключателя, третий йход - с пятым управляющим выходом устройства управления, а выход - со входом нульоргана, третий вход преобразователя напряжения в интервал времени соединен через преобразователь код-напряже ние с выходом первого счетчика, первый вход которого соединен с шестым управляющим выходом устройства управления, второй вход - с выходом первого ключа, а третий - с выходом блока переписи кода, вход которого соединен с первым выходом второго счетчика, первый вход которого соединен с седьмым управляющим выходом устройства управления, а второй вход - с выходе м третьего ключа, первый вход которого соединен с восьмым управляющим выходом устройства управления, второй вход - с выходом четвертого переключателя, первый вход которого соединен с выходом преобразователя код-частота второй вход - с выходом генератора опорной частоты, а третий вход - с д вятым управляющим выходом устройства управления. На чертеже представлена структурная схема многофункционального аналого-цифрового преобразователя. I Многофункциональный аналого-цифровой преобразователь содержит устройс во управления 1, ключи 2 и 3, генера тор опорной частоты А, преобразователь напряжения в интервал времени (ПНВ) 5, нуль-орган 6, переключатели 7 и 8, преобразователь код-частота 9 (ПКЧ), дифференциатор 10, переключатели 11 и 12, преобразователь код-на пряжение (ПКН) 13, счетчики 14 и 15, ключ 16, блок переписи кода 17, причем входные клеммы устройства соединены с первым и вторым входами перек чат.еля 8, входом дифференциатора 10 и с первым входом переключателя 7, третий вход этого переключателя подключен к выходу дифференциатора 10, выход переключателя 7 связан с первым входом переключателя 11, ко втор му входу которого подключен выход пе реключателя 8 и первый вход преобразователя напряжения в интервал време И 5, выход последнего соединен с перым входом устройства управления 1, а второй вход - с первым выходом нульоргана 6, вход которого подключен к выходу переключателя 11, а второй выход - ко второму входу устройства управления 1, шестой управляющий выход последнего соединен с первым входом счетчика 14, выход которого подключен ко входу преобразователя ПКН 13, выход которого соединен с третьим входом преобразователя напряжения в интервал времени 5, третий вход счетчика 14 соединен с выходом блока переписи кода 17, вход которого подключен к первому выходу счетчика 15, к первому входу последнего подключен седьмой выход устройства управления I, а ко второму входу - выход ключа 16, второй вход последнего соединён с выходом переключателя 12, первый вход которого соединен с выходом преобразователя код-частота 9, первый вход которого подключен к выходу генератора опорной частоты 4, а второй - к выходу .ключа 3, первый вход последнего соединен со вторым входом переключателя 12, выходом генератора опорной частоты 4 и с первым входом ключа 2, выход которого соединен со вторыми входом счетчика 14. Второй вход переключателя 7 соединен с первым управляющим выходом устройства управления I, второй, третий, четвертый, пятый, восьмой и девятый управляющие выходы которого соединены с третьим входом переключателя 8, вторыми входами ключей 2 и 3, - с третьим входом переключателя 11,- с первым входом ключа 16 и третьим входом переключателя 12 соответственно. В зависимости от вида преобразуемой величины возможны три режима работы: I - режим измерения действующих значений напряжения и тока, II - режим измерения активной, реактивной и полной мощности. III- режим измерения коэффициента мощности. При измерении действующего значения напряжения устройство работает .следующим образом. В первом такте преобразования по команде с устройства управления 1 открывается ключ 2, остальные ключи закрыты, переключатель 7 находится в верхнем положении, положение переключателя 8 безразлично. Длительность первого такта Тц задается равной пойупериоду исследуемого сигнала с помощью нуль-органа 6, равной полупери ду исследуемого сигнала. В течение этого времени осуществляется заполне ние счетчика 14 импульсами выходной частоты генератора 4 fо. В результат по окончании первого такта в счетчике 14 фиксируется число т о нКод- счетчика 14 является управляю щим для ПКН 13, выходное напряжение которого Ufl . (2) где коэффициент преобразования ПКН 13i в дальнейшем используется в качестве опорного в преобразователе напряжения во временной интервал 5. Во втором такте устройство управления 1 устанавливает переключатели 7 и .8 в верхнее положение, кроме того, на время, равное длительности вы ходного информационного интервала ПНВ 5, открывается ключ 3. В результ те на вход ПНВ 5 оказывается подключенным сигнал Uy(t), пропорциональны напряжению нагрузки. Время интегриро вания посредством нуль-органа 6 зада ется равным Ту, синфазно с полупериодом интегрирующего сигнала Uj/(t). Пр зтом длительность выходного интервала времени ПНВ 5 лТ определяется ка Т, ,(3) средневьтрямленное значени сигнала Uy(t); или с учетом (l) и (2) ДТ-, ffl l ntcvt Время й.Т измеряется счетно-импуль ным методом путем подсчета проходящих через открытый ключ 3 импульсов частоты fp управляющим счетчиком ПКЧ 9. В результате по окончании второго такта преобразования в последнем оказывается зафиксированным число 1 Цц и ц - действующее значение сигнала напряжения нагрузки Uy(t); Кф - коэффициент формы. Устройство работает аналогичным об разом, но при измерении действующего значения тока, при первом такте преоб разования длительность такта задается пропорционально току нагрузки. Во втором такте преобразования к 1ШВ 5 через переключатель 8 подключается |данное напряжение, пропорциональное току нагрузки, и в счётчик ПКЧ 9 записывается число N,t -.-%-,(6) ф- пропорциональное действующему значению тока. При измерении активной, реактивной и полной мощности устройство работает следующим образом. Режим измерения реактивной мощности состоит из трех тактов, два первых полностью повторяют режим измерения действующего значения напряжения, в третьем же такте по команде с устройства управления 1 переключатели 7 и 8 . устанавливаются в нижнее положение. На время, равное длительности информативного интервала ПНВ 5, открывается клич 16 и на входе ПНВ 5 появляется сигнал U,(t), пропорциональный току нагрузки. Такт интегрирования преобразователя также задается равным Ту f ,но сдвигается по фазе относительно полупериода и(t) на значение де - угол сдвига фаз между кривыи напряжения и тока исследуемого роцесса, так как на вход нуль-органа в этом случае подается продифференированное напряжение ). В реультате длительность выходного инфор ативного интервала ПНВ 5, работающео в данном случае в режиме фазочувстительного детектора, в третьем такте пределяется как AT Ujbp cos /Рва т &J -jj-Ти, ли с учетом (2) и (7) U S1 п f КпКН В течение этого времени открыт люч 16 и на вход счетчика 15 с выхо а ПКЧ 9 поступают импульсы, частота ледования которых равна де NO - емкость счётейка ПКЧ. По окончании третьего такта в етчике 15 фиксируется число NO, явяющееся кодовым эквивалентом реактивой мощности, NU ATuf пкм и с учетом (5), (8) н (9) UyUjSin - KQ (10) I Процесс иэмерения активной мощности аналогичен процессу измерения реактивной мощности и отличается лищь тем, что переключатель 7 в течение всего ццкла преобразования находится в верхнем положении. Это значит, что такт интегрирования преобразователя сдвигается по фазе относительно полупериода U.j(t) на угол Ч . Такой фазовый сдвиг достигается подачей на нуль орган 6 напряжения Uy(t). При этом код, фиксируемый в счётчике 15 по окончании третьего такта, N -7ЛпЛ Г Р ( является цифровым эквивалентом активной мощности. При измерении полной мощности цикл преобразования состоит также из таких же грех тактов. Отличие его от 1рассмотренных вьше заключается в том НТО в данном случае в течение всех |трех тактов переключатегъ 11 сигналом с устройства управления I удерживает ся, в нижнем положении, что позволяет во втором и третьем тактах преобразо вания задавать время интегрирования ПНБ 5 синхронно с полупериодом интегрируемого сигнала (.положение переключателя 7 при этом безразлично). В результате выходной код счетчика 15 йо окончании преобразования опред ляется выражением Ng UyUj KS 42) и является кодом полной мощности. В режиме аналого-цифрового преоб. разования коэффициента мощности работа устройства осуществляется в два такта. Перед началом первого такта сигналом с устройства управления в счетчике 14 устанавливается такое число NOI, при котором выходное напряжение ПНК 13 равно номинальному зн чению образцового напряжения ПНВ 5,т о K.NO,. (13) Переключатель 7 в течение обоих тактов преобразования находится в верхнем положении, переключатель 8 - в нижнем и переключатель 12 - в верхнем положении. В первом такте по команде с устройства управления 1 переключатель 1 устанавливается в нижнее положение. При этом такт интегрирования Т ПНВ задается синфазно с полунериодом интегрируемого сигнала U(t). Выходной информативный Интервал времени интерирующего преобразователя определяется в таком случае как At, - At тот интервал времени измеряется счетно-импульсным методом путем заполнения через открытый посредством устройства управления 1 ключ 16 импульсаи частоты fp счетчика 15. В результате по окончании д t в последнем фиксируется число Uncpfo д Перед началом второго такта соответствующими сигналами устройства управления 1 осуществляется сброс счетчика 14, перепись в него посредством схемы переписи кода 17, числа N из счетчика 15 и сброс счетчика 15. При этом опорное напряжение ПНВ 5 устанавливается равным О акн -1 кни втором такте по комавде с устройства управления I переключатель I1 переводится в верхнее положение. В результате длительность такта интегрирования ПНВ 5 задается синфазно с полупериодом сигнала U,j(t), интегрируется же, по-прежнему,напряжение UjCt). При этом выходной информативный интервал времени интегрирующего преобразователя определяется как Ти ,, (h или с учетом (13) и (16) At . cos Ч. 0 Данный интервал также измеряется счетно-импульсным методом путем заполнения импульсами частоты fg через открытый ключ 16 счетчика 15, В результате в последнем накапливается рд tf , являкяцийся цифровым эквивалентом коэффициента мощности. Данное устройство обла;ает высокой точностью, так как в режиме измерения действующего значения погрешность уменьшается за счет того, что исключается влияние неточности задания моментов преобразования мгновенных значений напряжения (тока). Это обстоятельство приводит также к повьшению точности в режимах измере.ния активной, реактивной и полной мощности и коэффициента мощности. Кро ме того, в режимах измерения полной мощности и коэффициента мощности отсутствуют погрешности вычисления, связанные с процессом возведения g квадрат и извлечения квадратного корня, что также приводит к повышению точности преобразования. Формула изобретения Многофункциональный аналого-цифровой преобразователь, содеряса11р1й первый переключатель, первый вход которо го соединен с первой входной клеммой, второй вход - с первым управляющим выходом устройства управления, второй переключатель, первый вход которого соединен с первой входной клеммой, второй вход - со второй входной клеммой и третий вход - со вторым управляющим выходом устройства управления, а выход соединен с первым входом преобразователя напряжения в интервал времени, второй вход которого соединен с первым выходом нуль-органа, а выход - с первым входом устройства уп равления, второй вход которого соединен со вторым выходом нуль-органа, генератор опорной частоты, выход которого соединен с первыми входами пер вого и второго ключей, преобразовател код-частота, второй вход которого соединен с выходом второго ключа, вторые входы первого и второго ключей соеди- нешл с третьим и четвертым управляющими вых одами ус тр ойс тва управления, отлич ающийся тем, что, с целью повьпиення точности преобра- , зовання дополнительно введены диффе ренциатор, третий и четвертый переключатели, третий ключ, блок переписи кода, первый и второй счетчики, преобразователь код-напряжение, при этом вход дифферетщатора соединен с первой входной клеммой, а выход - с третьим входом первого переключателя, выход которого соединен с первым входом третьего переключателя, второй вход которого соединен с выходом второго переключателя, третий вход - с пятым управляющим выходом устройства управления, а выход - со входом нульоргана, третий вход преобразователя напряжения в интервал времени соединен через преобразователь код-напряжение с выходом первого счетчика, первый вход которого соединен с щестым управляющи выходом устройства управления, второй вход - с бьгаодом первого клю-, ча, а ретий - с выходом блока переписи кода, вход которого соединен с первым выходом второго счетчика, первый вход которого соединен с седьмым управляющим входом устройства управле-г ния, а ВТОРОЙ вход - с выходом третьего ключа, первый вход которого соединен с восьмым заправляющим выходом устройства управления, второй вход с выходом четвертого переключателя, первый вход которого соединен с выходом преобразователя код-частота, второй вход - d выходом генератора опорной частоты, а третий вход - с девя-. тым управляющим выходом устройства управления. Источники информации, ринятые во внимание при зкспертиэе 1. Авторское свидетельство СССР 517853, кл. G 01 R 13/02, 1976 (прототип).