Цифровой частотомер Советский патент 1982 года по МПК G01R23/10 

(54) ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР

Изобретение относится к области из мерительной техники и может быть применено для измерения частоты и сдвига фазы тока промышленной частоты.

Контролирование частоты, а также сдвига фазы тока промышле чной частоты - важная задача энергетики. По частоте можно судить о работе энер,госистемы в целом, а сдвиг фпзы тока прогллшленной частоты даст возможность судить о. соотношении активной и реактивной мощностей.

Требования к приборам, измеряющим частоту и сдвиг фаз тока npoivKouneH ; ной частоты - высокое быстродействие { время измерений не превышает 2-х периодов колебаний сетевой частоты ) погрешность измерений ,1% и диапазон измеряемых частот 50 ± 20 Гц,

Известен частотомер, предназначенный для измерения сетевой частоты и выпускаемый серийно СП.

Недостаток известного устройства - низкая точность измерений при отклонении измеряемой частоты больше чем на 1 Гц, а также невозможность измерения сдвига .фаз тем же устройством.

Наиболее близким к предлагаемому является частотомер, содержащий счетчик периода, блок импульсно-потенциальных элементов, счетчик результата, элементы ИЛИ, управляемый делитель, ключи, делитель, триггеры управления, генератор тактовой частоты, генератор образцовой частоты, схему задержки, двоичный умножи10тель .

Работа устройства основана на способе цифрового измерения инфранизких частот, заключающемся в изме15рении периода входного сигнала с последующем преобразованием количества импульсовJ пропорциональных периоду, в количестве импульсов, пропорционсшьных частоте,и производится

20 в два этапа 2.

Недостатком этого устройства является сложность преобразования и большое- количество оборудования, требуемое для этого. Кроме того, уст25ройство не может измерять сдвиг фазы тока прогллшленной частоты.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства и повышение надежности за счет

30 уменьшения количества оборудования ( под расширением функциональных возможностей подразумевается возможност измерения сдвига фазы тока промышленной частоты.). Поставленная цель достигается тем, что в частотомер, содержащий генератор образцовой частоты, счетчик результата, выход которого соединен с первым входом первого ключа, выход которого подключен к счетному входу счетчика периода, блок импульс но-потенциальных элементов, выходы которого соединены с входами элемента ИЛИ, второй ключ и счетчик результата, введены реверсивный счет чик, блок управления и регистр, причем выход генератора образцовой частоты подключен к первому входу второ го ключа, выход которого соединен со счетным входом счетчика результата, выход элемента ИЛИ соединен -со счетным входом .реверсивного счетчика, выход которого подключен к второму входу второго ключа, выходы счетчика периода через регистр соединены с потенциальны1и1и входами блока импульсно-потенциальных элементов к управляющему входу реверсивного счетчика подключен первый выход бло,ка управления, второй выход которого соединен с управляющим входами ключей и регистра. На чертеже представлена блок-схема цифрового частотомера. Цифровой частотомер содержит счет чик 1 результата, блок 2 импульснопотенциальных элементов, счетчик 3 периода, регистр 4, элемент ИЛИ 5,ключи б и 7, генератор 8 образцовой частоты, реверсивный счетчик 9, блок 10, управления, двоичный умножитель 11. , Выход генератора 8 образцовой час тоты соединен с входами ключей б и 7. Выход ключа 6 соединен со счетным входом счетчика 1 результата, вы ход счетчика соединен с импульсными входами блока 2 импульсно-потенциальных элементов, выход ключа 7 соединен -со счетным входом счетчика 3 периода. Выход счетчика 3 периода соединен с регистром 4, выходы котоpoi o соединены с потенциальными входами блока импульсно-потенциальных элементов 2. Выходы импульсно-потенциальных элементов 2 объединены блоком ИЛИ 5, выход которого соедиЕ ы со счетным входом реверсивного счетчика 9. Выход ревёрсивноз о счетчика 9 соединен с управляющим входом ключа 6. Выход блока 10 управления соединен с управляющим входом реверсивного счетчика 9, а второй выход соединен с управляющими входами ключей б и 7 и регистра 4. На один из входов ключа 7 поступает сигнал TX, пропорциональный периоду измеряемой частоты, а на другой вход ключа 6 поступает сигнал Т , пропорциональный сдвигу фаз тока промышленной частоты. Работа устройства основана на способе цифрового измерения частоты, промышленной сети, заключающемся в измерении периода входного сигнала с последующим преобразованием числа пропорционального периоду входного сигнала, в число, пропорциональное измеряемой частоте, Измерение частоты осуществляют . за два периода. В первом периоде блок 10 управления вырабатывает импульсы на реверсивный счетчик 9, устанавливающий в счетчике коэффициент пропорциональности и устанавливающий счетчик в режим вычитания, а также импульс, открывающий ключ 7 и закрывающий ключ 6. В счетчике 3 периода формируется число, пропорциональное периоду измеряемой частоты. Во втором периоде работы осуществляется преобразование числа, пропорционального периоду измеряемой частоты в число, пропорциональное измеряемой частоте. Преобразование осуществляется методом умножения числа, пропорционального периоду измеряемой частоты, на количество импульсов от кварцевого генератора, за время, в течение которого произведение сравнивается с константой, записанной в реверсивном счетчике 9. Блок 10 управления во втором периоде вырабатывает импульс, обеспечивающий перенос в регистр 4 состояния счетчика 3 периода, а также открывает ключ б. Происходит перемножение количества импульсов, поступающих в счетчик 1 от генератора 8 образцовой частоты с числом, пропорциональным периоду измеряемой частоты,и вычитание перемноженного количества импульсоЬ из реверсивного счетчика 9. Переменожение производится до тех пор, пока состояние реверсивного счетчика 9 не станет равным О. При этом реверсивный счетчик 9 формирует импульс, закрывающий ключ б, а количество импульсов, подсчитанное в счетчике 1 частоты, становится прямо пропорционально измеряемой частоте. В режиме измерения сдвига тока промышленной частоты блок управления 10 вырабатывает сигнал, который устанавливает в регистре 4 коэффициент пропорциональности С, открывается ключ б, ив счетчик результате 1 поступает количество импульсов г fKr 2-h яе t - временной сдвиг фаз, f кг - частота генератора образцовой

частоты,n - разрядность счетчика 1 частоты.

Реверсивный счетчик 9 устанавливается в режим сложения и в него поступает количество импульсов М

г g-fkr

В то же время ключ 7

-jn открыт и счетчик 3 периода подсчи тывает количество импульсов Т где Ту - период тока промышленной частоты. Во втором периоде работы устрой ство 10 управления формирует импул который переносит состояние счетчи ка 3 периода в регистр 4, переводи реверсивный счетчик 9 в режим вычи ния и открывает КЛЕОЧ 6, через кото рый начинают проходить импульсы генератора 8 образцовой частоты. В реверсивный счетчик 9 поступа количество импульсов .,-f --wi л л Кг n где количество импульсов,поступивших в счетчик 1 результата. Когда реверсивный счетчик 9 установится в нулевое состояние, вырабатывается импульс, закрывакнций ключ 6, и поступление импульсов в счетчик 1 результата прекращается. При этом выполняется равенство ,где V - сдвиг фаз тока промышленной частоты, выраженный в градусах. Таким образом, в счетчике 1 час тоты формируется количество импульсов, пропорциональное сдвигу фаз -то ка промшоленной частоты. Цифровой частотомер выгодно отличается от прототипа тем, что по схеме измерения частоты он может измерять сдвиг фаз тока промышленной частоты, т.е. работать как фазометр.- В устройстве упрощен процесс преобразования частоты в код.

за счет чего значительно упрощается схема. Кроме того, не нужны такие сложные узлы как управляемый делитель генератор тактовой частоты, схема задержки и ряд других. Формула изобретения Цифровой частотомер, содержащий генератор образцовой частоты, счетчик результата, выход которого соединен с первым входом первого ключа, выход которого подключен к счетному входу счетчика периода блок импульсно-потенциальных элементов, выходы которого соединены с входами элемента ИЛИ, второй ключ и счетчик результата, отличающийся тем,что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности, в него введены реверсивный счетчик, блок управления и регистр, причем выход генератора образцовой частоты подключен к первому входу второго ключа, выход которого соединен со счетным входом счетчика результата, выход элемента ИЛИ соединен со счетным входом реверсивного счетчика, выход которого подключен к второму входу второго ключа, илходы счетчика периода через регистр соединены с потенциальными входами блока импульсно-потенциальных элементов, к управляющему входу реверсивного счетчика подключен первый выход блока управления, второй выход которого соединен с управляющими входами- ключей и регистра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Техническое описание частотомера Ф 205. 2.Шахов . Метод цифрового измерения инфранизких частот.- Автометрия., 1966, 2, с. 53-60.