Измеритель активной мощности Советский патент 1981 года по МПК G01R21/08 

54) ИЗМЕРИТЕЛЬ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

I

Изобретение отиосится к электроизмерительной и импульсной технике и может быть использовано для измерения активной мощности в диапазоне звуковых ультразвуковых и радиочастот.

Известен измеритель активной мощности , содержащий входные преобразователи тока и напряжения, измерительный преобразователь с датчикомХолла и электромагнитом, преобразователь измерительного сигнала и стрелочный индикатор flj.

- Частотный диапазон измерителя активной мощности из-за непосредственного включения электромагнита в измерительную цепь ограничен десят-i ками килогерц.

Наиболее близким к данному техническому решению по технической сущности является измеритель активной мощности, содержащий входной преобразователь тока с последовательно включенными шунтом и первым усилителем, входной преобразователь напряжения с последовательно включенными делителем напряжения и вторым усилителем, измерительный преобразователь с датчиком Холла, размещенным в воздушном зазоре электромагнита, подк.пюченного к выходу первого усилителя, преобразователь измерительного сигнала с последовательно включенными фильтром низкой частоты, тре.тьим усилителем и пиковым детектороЦ блок управления с последовательно вк.шоченными генератором импульсов и перек.лючателем, стрелочный индикатор, вход которого соединен с вы10ходом пикового детектора L2.

Недостатком известного .устройства являются большая погрешность и небольшой частотный диапазон измерения Цель изобретения - повышение точ15ности и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель активной мощности, содержащий входные преобразо20ватели тока и напряжения, выходы которых подключены к измерительному преобразовате.гао, выход которого подключен через преобразователь измерительного сигнала к отсчетному устрой25ству, и блок управления, вход которого подключен к выходу входного преобразователя тока или напряжения, введен блок индикации совпадений, вход которого подк.пючен к первому .выходу блока управления и. к первому

30 управлягадему входу преобразователя измерительного сигнала, вход синхронизации блока индикаций совпадений подключен ко второму выходу блока управления, третий, четвертый и пятый выходы которого подключены соответственно к второму, третьему и четвертому управляющим входам преобразователя измерительного сигнала. Преобразователь измерительного сигнала содержит последовательно соединенные усилитель, интегратор, . второй, третий и четвертый вйоды которого подключены к первому, второму и четвертому управляющим входам преобразователя измерительного сигна ла, соответственно, элемент выборкихранения, другой вход которого подключен к третьему управлякицему входу преобразователя, фильтр низкой частоты и сопрягающий преобразователь. Блок управления содержит последо вательно: соединенные детектор нулевого уровня, первый переключатель, к другому входу которого подключен генератор импульсов, формирователь импульсов задержки, триггер, элемент совпадения, к другому входу ко торого подключен второй переключатель , к третьему - выход детектора нулевого уровня, формирователь стро бируквдих импульсов, выход которого подключен к первому выходу блока управления, к другому входу которог подключен регулятор длительности и коэффициента преобразования, второй выход которого подключен к третьему выходу блока управления, формирователь импульсов выборки и формирователь импульса сброса, выход которог подключен к пятому выходу блока управления и ко второму входу тригг ра, а выход детектора нулевого уров ня подключен ко второму выходу блок управления. Блок индикации совпадений содерж последовательно соединенные дифференцирующую цепь, элемент совпадения, другой вход которого подключен к входу синхронизации, триггер и ин дикатор совпадений. Структурная схема измерителя активной мощности приведена на чертеж Устройство содержит входные преобразователь 1 тока и преобразователь 2 напряжения, измерительный преобразователь 3, представляющий собой аналоговый перемножитель, преобразователь 4 измерительного си нала, отсчетное устройство 5 и блок 6 управления, блок 7 индикации совп дений содержит последовательно включенные дифференцирующую цепь 8 элемент .9 совпадений, триггер 10 и индикатор 11 совпадений. Преобразов тель 4 измерительного сигнала соде жит последовательно соединенные .управляемый интегратор 12, элемент 13 выборки - хранения, фильтр 14 н кой частоты и сопрягсцощий преобразователь 15. Блок 6 управления содержит детектор 16 нулевого уровня, первый переключатель 17, регулятор 18 длительности и коэффициента преобразования и последовательно соединенные формирователь 19 импульсов задержки, триггер 20, элемент 21 совпадений, формирователь 22 стробирующих импульсов, формирователь 23 импульсов выборки, фор 1ирователь 24 импульсов сброса, генератора 25 импульсов и второй переключатель 26. Преобразователь 4 содержит также усилитель 27. Устройство работает следующим образом. Преобразователь 1 тока осуществляет линейное преобразование входного тока i в нсшряжение U, поступающее на один из входов измерительного преобразователя 3, обеспечивая необходи№ й коэффициент преобразования k-j- UT/J, соответствующий определенному диапазону изменения тока. Преобразователь 2 напряжения линейно преобразует входное напряжение U в напряжение U, поступающее на второй вход измерительного преобразователя 3, при этом определяя коэффициент преобразования kj, UH/U и.диапазон измерения по напряжению. Измерительный преобразователь 3 перемножает аналоговые напряжения UT и UH, пропорциональные соответственно входным току i и напряжению и . В результате перемножения формируется измерительный сигнал Uj, , среднее значение которого пропорционально измеряемой активной мощности. Коэффициент преобразования kj, « ( UH измерительного преобразователя 3 определяется его конструкцией. Усилитель 27 усиливает измерительный сигнал, который с коэффициентом усиления К поступает на интегратор 12. Интегратор 12 выполняет интегрирование усиленного измерительного сигнала на интервале действия строб-импульсов, поступающих на второй вход управления от регулятора liB длительности и коэффициента преобразования. В конце времени интегрирования, равного длительности строб-импульса, напряжение на вьаходе интегратора равно а ,v., к --i ВЫХ где k - постоянный коэффициент, величина которого определяется параметрами элементов интеграто- ра 12-,

t и tn - моменты времени, соответствующие переднему и ЗАЦнему фронтам строб-импульса;

fr -tn-t - длительность строб-импульса.

Элемент 13 выборки-хранения счит вает и хранит значение выходного, напряжения интегратора, соответствующее моменту окончания строб-импульс Фильтр 14 нижних частот усредняет выборки выходного напряжения интегр тора 12, при измерении средней мощности непрерывных сигналов с изменя щейся во времени амплитудой (например, модулированный по амплитуде сигнал). Сопрягающий преобразовател 15 образует выходное напряжение элемента 13 во входной сигнал отсчетного устройства 5, предназначенного для отсчета величины измеряемой мощности.

Блок 6 управления формирует импульсы, управляющие работой интегратора 12 и элемента 13. Детектор 16 нулевого уровня вырабатывает короткие импульсы, передние фронты которых совпадают с моментами перехода через нулевой уровень одного из входных напряжений измерительного преобразователя 3, линейно связанного с током или напряжением. Генератор 25 импульсов формирует короткие импульсы синхронизации при измерении мощности непрерывных сигналов (синусоида, меандр и т.д.). Переключатель 26 обеспечивает выбор источника синхронизации импульсов, вырабатываемых блоком 6. При измерении мощности радиоимпульсов синхронизация производится выходными импульсами детектора 16.нулевого уровня или импульсами внешней синхронизации. В случае измерения мощности непрерывных сигна.;ов используется синхронизация импульсами генератора 25. Формирователь 19 импульсов задержки вырабатывает прямоугольные импульсы с регулируемой длительностью, передние фронты которых совпадают с передними фронтами синхронизирующих импульсов, поступающих от переключателя 26. Триггер 20 переключается в состояние с уровнем логической единищл под действием задних фронтов выходных импульсов формирователя 19 и переходит в состояние с уровнем логического нуля после прихода на его вход сброса импульса от формирователя 24. Элемент 21 совпадений фор.мирует импульсы запуска с уро нем логической единицы, соответствующие моментам времени, когда напряжения на двух ее входах имеют уровни логической единицы. Пвре ключатель 17 обеспечивает выбор ре.жима запуска формирователя 22 стробимпульсов. Первый режим характеризуется тем, что элемент 21 совпадений

вырабатывает импульсы запуска в мо мент перехода через нулевой уровень . одного иэ входных напряжений измерительного преоСразователя 3. Это достигается в тех случаях, когда на один из входов элемента 21 совпа- дений поступают выходные импульсы детектора нулевого уровня с уровнем логической единицы, а на другой ее вход - выходное напряжение триггера 20 с таким же уровнем. При «О этом режиме запуска элемент 21 совпадений формирует импульсы зап,ска лишь в моменты переключения триггера 20 в состояние с уровнем логической единицы. Такой режим используется при внешней синхронизации работы блока 6 управления и при измерении мощности сигнала заполнениярадиоимпульсов, длительность которых не менее нескольких сотен периодов 20 сигнала заполнения, а также при

изменении мощности непрерывных сигналов. Первому режиму соответствует уровень логической единицы на выходе переключателя 17, а второму 25 уровень логического нуля. Формирователь 22 строб-импульсов вырабатывает строб-импульсы, управляющие работой интегратора 12. Передний фронт этих импульсов совпадает с передним фронтом запускающих импуль30сов. Регулятор 18 длительности и коэффициента преобразования обеспечивает функционально связанную регулировку длительности строб-импульсов и коэффициента преобразования интегратора 12. Формирователь 23 импульса выборки обеспечивает формирование импульсов, управляющих работой элемента 13 выборки-хранения. Формирователь 24 импульсов сброса вырабатывает короткие импульсы, обеспечивающие сброс интегратора 12 и триггера 20.

Блок 7 индикации совпадений служит для оптической индикации совпадения задних фронтов строб-импульсов; и моментов перехода через нуль одного из входных напряжений измерительного преобразователя 3. Дифференцирующая цепь 8 формирует короткие

0 импульсы, передние фронты которых совпадают с задними фронтами стробимпульсов . Элемент 9 совпадений вырабатывает импульсы с уровнем логической единицы в моменты времени,

когда совпсшают импульсы, поступающие на его входы от детектора 16 нулевого уровня и дифференцирующей цепи 8. Триггер 10 переключается импульсами элемента 9 совпадений и на его выходе поочередно появляются

уровень логического нуля и уровень логической единицы. Периодическая смена этих уровней означает, что длительность строб-импульсов равна целому числу периодов сигнала заполнения. Индикатор 11 совпадений. подключенный к выходу триггера 10, обеспечивает оптическую индикацию переключения триггера, необходимую для установки длительности стробимпульсов. При измерении мощности синусоидальных сигналов и радиоимпульсов с синусоидальным сигналом заполнения мгновенные значения напряжения И тока на входах измерите ля мощности могут быть описаны известными соотношениями ({tit + + If ) , l (u ) Разность. фаз тока и напряжения - arctgопределяется отношением реактивной Хц и активной RH составляющих комплексного сопротивления нагрузки. Произведение мгновенных значений тока и напряжения равно УЬ (2 ), а его среднее значение и I эа период сигнала Т определяет активную мощное гь Р, поступающую в нагрузку - IT Ui JUidH:ilu :j cosf О в рассматриваемом измерителе. Согласно принятым вьаае обозначениям, выходное напряжение интегратора 12 равно и к k к . lbiXJ4- и 1и„з («(аа; + 1/.,+1|,)сН К КнКи„К,Ц Если длительность строб-импул са tc выбрать произвольной, 1)(|у ц буде пропорционально среднему на интерва интегрирования значению активной мощности, которое равно активной мо ности Р только при длительности радиоимпульсов , точно равной целому числу полупериодов сигнала. В случа когда величины и(, и I ц на интервале времени измерения не остаются посто янными, может быть определено тольк значение средней мощности Р. Коэффициент преобразования иэмеk т k U . рителя мощности ;ля мищни -ги к kuc- коэффициент йреобразования где преобразователя измерительного сигн ла; k(jv - коэффициент преобразовани отсчетного устройства; oL - его пока зание. При условии постоянства коэффициентов во всем диапазоне измеряем мощности и соответствукадих ей диап зонах токов и напряжений, рассматр ваемый измеритель мощности обладае линейной зависимостью показаний от величины измеряемой J.oщнocти. При измерении активной мощности сигнала заполнения радиоимпульсов .погрешность измерения зависит от по1решности, с которой выполняется равенство длительности строб-импульсов целому числу полупериодов сигнала, заполнения, от начала интервала интегрирования и от длительности строб-импульсов. Введение блока 7 индикации совпадений и новых узлов в блок 6 управления и в преобразователь 4 измерительного сигнала позволяет повысить точность измерителя и расширить функциональные возможности устройства. Формула изобретения 1.Измеритель активной мощности, содержащий входные преобразователи тока и напряжения, выходы которых подключены к измерительному преобразователю, выход которого подключен через преобразователь измерительного сигнала к отсчетному устройству, и блок управления, вход которого подключен к выходу входного преобразователя тока или напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, в него введен блок индикации совпадений, вход которого подключен к первому выходу блока управления и к первому управляющему входу преобразователя измерительного, сигнала, вход синхронизации блока индикации совпадений подключен ко второму выходу блока управления, третий, четвертый и пятый выходы которого пoдк вoчены соответственно ко второму, третьему и четвертому управляющим входам преобразователя измерительного сигнала. 2.Измеритель по п.1, о т л и чающийся тем, что преобразователь измерительного сигнала содержит последовательно соединенные усилитель, интегратор, второй, третий и четвертый входы которого подключены к первому, второму и четвертому управляющим входам преобразователя измерительного сигнала соответственно, элемент выборки-хранения, другой вход которого подключен к третьему управляющему входу преобразователя| фильтр низкой частоты и сопрягающий преобразователь. 3.Измеритель по п.1, отличающийся тем, что блок управления содержит последовательно соединенные детектор нулевого уровня, первый переключатель, к другому вхо- ду которого подключен генератор импульсов, формирователь импульсов задержки, триггер, элемент совпадения, к другрму входу которого подключен второй переключатель, к третьему выход детектора нулевого уровня, формирюватель стробирующих импульсов, выход которого подключен к первому выходу блока управления, к другому входу которого подключен, регулятор длительности и коэффициента преобразования, второй выход которого подключен к третьему выходу блока управления, формирователь импульса выборки и формирователь импульса сброса, выход которого подключен к пятому выходу блока управления и ко второму входу триггера, а выход детектора нулевого уровня, подключен ко второму выходу блока управления.

4{:ьо

-jCbDj

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 385229, кл. G 01 R 21/08, 02.03.71.