Цифровой измеритель мощности

 

ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МСЯДНОСТИ , содержащий источник образцового напряжения, двумя выходами подключенный к первым двум неподвижным контактам первого двухпозиционного переключателя , управляющий вход которого связан с первым выходом блока управления , а также последовательно соединенные интегратор, сравнивающий узел, селектор и вычислительный блок, причем к второму входу селектора подключен выход генератора ЙШхульсов, а управляющие входы селектора и вычислительного блока соединены с четвертым и пятым выходаьи блока управления соответственно, отличающийся тем, что, с целью повьвнения точности измерений и расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены последовательно соединенные нагрузочный и образцовьй резисторы, подключенные к источнику входного напряжения, второй двухпозиционный переключатель, квадратор и переключатель полярности, подвижные контакты которого подключены к входам интегратора, а неподвижные контакты соединены с выходами квадратора , входы которого связаны с подвижными контактами первого двухпозиционного переключателя, вторые два неподвижных контакта которого связаны с соответствующими двумя подвижными контактами второго двухпозиционного переключателя, первый неподвижный СО контакт которого подключен к первому зажиму резистора нагрузки, второй зажим которого и первьй зажим образцового рез1;стора соединены с вторым неподвижным контактом второго двухпозиционного переключателя, третий неподвижньй контакт которого связан ел ел с вторым зажимом образцового резистора , а входы управления второго со ел Двухпозиционного переключателя и переключателя полярности подключены к 4 второму и третьему выходам блока управления соответственно.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (! 1) 4(5() G 01 R 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н автакнОМУ СВИцатВЪСтви

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3673287/24-21 (22) 15. 12.83 (46) l5.05.85. Бка. Р 18 (72) Н.И.Грибок, В.Н.Лаврив и С.А.Савенко (53) 621.317.38(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 508748, кл. G 01 К 21/06, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

У 577466, кл. С 01 К 21/06, 1976 (прототип). (54) (57) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ Щ1ЩНОСТИ, содержащий источник образцового напряжения, двумя выходами подключенный к первым двум неподвижным контактам первого двухпозиционного переключателя, управляющий вход которого связан с первым выходом блока управления, а также последовательно соединенные интегратор, сравнивающий узел, селектор и вычислительный блок, причем к второму входу селектора подключен выход генератора импульсов, а управляющие входы селектора и вычислительного блока соединены с четвертым и пятым выходами блока управления соответственно, о т л и ч а ющ и:й с я тем, что, с целью повыщения точности измерений и расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены последовательно соединенные нагрузочный и образцовый резисторы, подключенные к источнику входного напряжения, второй двухпозиционный переключатель, квадратор и переключатель полярности, подвижные контакты которого подключены к входам интегратора, а неподвижные контакты соединены с выходами квадратора, входы которого связаны с подвижными контактами первого двухпозиционного переключателя, вторые два неподвижных контакта которого связаны с соответствующими двумя подвижны-ми контактами второго двухпоэиционно- З го переключателя, первый неподвижный контакт которого подключен к первому зажиму. резистора нагрузки, второй зажим которого и первый зажим образцового рез стора соединены с вторым неподвижным контактом второго двухпозиционного переключателя, третий неподвижный контакт которого связан с вторым зажимом образцового резистора, а входы управления второго двухпозиционного переключателя и переключателя полярности подключены к второму и третьему выходам блока управления соответственно.

1 11559

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может найти применение при построении измерителей мощности непрерывных и импульсно-модулированных колебаний.

Известны цифровые измерители активной мощности, принцип действия которых основан на перемножении мгновенных значений напряжения и тока с последующим измерением выходного напряжения перемножителя методом двухтактного интегрирования 11.

Недостаток этих измерителей заключается в низкой точности измерений.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является цифровой измеритель мощности, содержащий перемножитель, соединенный входами с токовым входом измерителя мощности через первый преобразователь тока в индукцию и преобразователем напряжения в ток, а выходом — с последовательно включенными первым ключом, интегратором, сравниваннцим устройством, селектором и цифровым дели-25 тельным устройством, источник опорного напряжения,,генератор импульсов, соединенный с селектором, выделитель периодов, выходом соединенный с первым ключом, селектором и цифровым делительным устроиством, источник эталонного напряжения и тока, второй ключ, второй преобразователь тока в индукцию, управляемый переключатель, одним входом соединенный с входом по напряжению цифрового измерителя мощности непосредственно, а другим— через источник эталонного напряжения> выходом — с входом преобразователя напряжения в ток при этом цепь уп9

40 равления управляемого переключателя соединена с выходом выделителя периодов, вход которого соединен с входом по напряжению цифрового измерителя мощности, второй ключ своими

45 входами соединен с выходами выделителя периодов и источника опорного напряжения, а выходом — с входом интегратора, второй преобразователь тока в индукцию входами подключен к вы50 ходам выделителя периодов и источника эталонного тока, а выходом — к перемножителю (2).

Однако известный измеритель обладает невысокой точностью измерения, так как наличие в цепи тока преобразователя тока в индукцию магнитного поля с индуктивным сопротивлением

54 2 (катушка с магнитным сердечником) искажает реальные энергетические процессы в нагрузке вследствие того, -что при искаженной форме колебаний напряжения и тока каждая из гармонических составлякнцих тока на частоте

<„) будет вызывать разные падения наL пряжения на преобразователе тока в индукцию. Поэтому мощность, измеренная ваттметром и выделяемая в нагрузке при его отключении, будет принимать разные значения. Разными значениями будут также формы колебаний напряжения и тока. Поэтому рекомендации по оценке свойств исследуемых объектов (гидроакустические преобразователи и т.д.) будут значительно отличаться от оптимальных в случае применения объектов без включенных ваттметров в цепь нагрузки.

Цель изобретения — повьппение точности измерения и расширение функциональных возможностей.!

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель мощности, содержащий источник образцового напряжения, двумя выходами подключенный к первым двум неподвижным контактам первого двухпозиционного переключателя, управляющий вход которого связан с первым выходом блока управления, а также последовательно соединенные интегратор, сравнивающий узел, селектор и вычислительный блок, причем к второму входу селектора подключен выход генератора импульсов, а управляющие входы селектора и вычислительного блока соединены с четвертым и пятым выходами блока управления соответственно, дополнитель-. но введены последовательно соединенные нагрузочный и образцовый резисторы, подключенные к источнику входного напряжения, второй двухпозиционный переключатель, квадратор и переключатель полярности, подвижные контакты которого подключены к входам интегратора, а неподвижные контакты соединены с выходами квадратора, входы которого связаны с подвижными контактами первого двухпозиционного переключателя, вторые два неподвижных контакта ксторого связаны с соответствующими двумя подвижными контактами второго двухпозиционного переключателя, первый неподвижный контакт которого подключен к первому зажиму резистора нагрузки„ второй ъ р 5 г

8 и Ро получим вы(7) (8) з !155 зажим которого и первьй зажим образ- цового резистора соединены с вторым неподвижным контактом второго двухпозиционного переключателя, третий неподвижный контакт которого связан с вторым зажимом образцового резистора, а входы управления второго двухпозиционного переключателя и переключателя полярности подключены к второму и третьему выходам блока уп- 1О равления соответственно.

На чертеже представлена функциональная схема цифрового измерителя мощности.

Устройство содержит резистор 1 нагрузки, образцовый резистор (шунт)

2, двухпозиционный переключатель 3 с подвижньичи контактами 4 и 5 и неподвижными контактами 6-9, второй двухпозиционныи переключатель 10 с под20 вижными контактами 11 и 12 и неподвижными контактами 13-15, квадратор

16, источник 17 образцового напряжения, переключатель 18 полярности

25 интегратор 19, сравнивающий узел 20, генератор 21 образцовой частоты, селектор 22, блок 23 управления и вычислительный блок 24 с индикацией.

Зажим источника входного напряжения подключен к неподвижному контакту 15 переключателя 1О и зажиму образцового резистора 2, другой зажим которого соединен с неподвижным контактом 14 переключателя 10 и зажимом резистора

1 нагрузки, первый зажим которого связан с другим зажимом источника входного напряжения и неподвижным контактом 13 переключателя 10, подвижньй контакт 11 которого подключен к неподвижному контакту 6 переключателя 3, а контакт !2 пер улючателя

10 — к неподвижному контакту 8 переключателя 3,к неподвижным контактам 7 и 9 которого подключены зажимы источника 17 образцового напряжения. Два подвижных контакта 4 и 5 переключателя 3 соединены с входами квадратора

16, выходы которого связаны с двумя неподвижными контактами переключателя 18 полярности, подвижные контакты которого подключены к входам интегратора 19, включенного последовательно с сравннванхцим узлом 20, селектором

22 и вычислительным блоком 24 с индикацией. Второй вход селектора 22 соединен с выходом генератора 21, а входы управления переключателей 3, 10, 18, селектора 22 и вычислитель954 4 ного блока 24 соединены с выходами блока 2 3 упра вле ния .

Устройство работает следующим обр.азам.

В основу принципа работы положены следующие соотношения.

Полная мощность на сопротивлении

12Ä равна произведению действующего значения О.ь,„напряжения Uq (!1 íà Zx на действующие значение 3*< тока

I (4) на 2 „, т. е. (1)

Падение напряжения на активном сопротивлении R< шунта 2 равно

0 (Ч = i(tjRo (2)

Учитывая (2), выражение (1) примет вид где ц — действующее значение напряжения на сопротивлении шунта 2 (A,); значение активной мощности в нагруэочном сопротивлении 1;

Й - значение реактивной мощности в нагрузочном сопротивлении 1 при равном спектральном составе u (t) и i (t).

В суммарном сопротивлении Zq+P полная мощность равна г где Р, - мощность, потребляемая образцовым сопротивлением 2 г (сопротивлением Р ).

Поэтому, учитывая (2), имеем а

UA, (5) о р, Вычитая (3) из (4) 5,-5,. = 2РР,+P получим — 5, -Р— Si Ьд о

ZPo

Подставляя значения 5, иэ (3), (4) и (5) в (6), ражение котоРое при у - кратном 0 пропор1 к о цио наль но з наче нию и э ме ря е мо A мощ ности. Прн известном значении S, (1)

2 реактивная мощность Q определяется из выражения

1155954

Т1

t, 0,з-- -0. —"

T„- о „

За время t с выхода генератора

21 через селектор 22 на вход вычислительного блока 24 поступает число импульсов (10) - T uAÿþ, 0 Ц. где, — частота следования импульсов генератора 21; л — постоянная времени инте гра- © тора 19;

U< — напряжение источника 17;

Во втором цикле измерения по сигналу из блока 23 управления переключатели 3 и 18 возвращаются в исходное состояние, а переключатель 10 в поч ложение, при котором контакт 11 связан с контактом 13, а контакт 12 — с

Выражения (7) и (8) положены в основу работы цифрового измерителя мощности.

В первом цикле измерения двухпозиционный переключатель 10 находит- 5 ся в. положении, при котором подвижные контакты 11 и 12 связаны соответственно с неподвижными контактами

13 и 15. Напряжение U (t) через двухпозиционный переключатель 3, ко- 10 торый находится в верхнем положении, подается на вход квадратора 16.

Его выходное напряжение U« = U (1-) на время Т„ = ЬТ, кратное периоду

5 напряжения U(t}, посредством пе- О реключателя 18 полярности подается на вход интегратора 19, на выходе которого получим напряжение т„

u.-, =+5,0 иИ. " в о

Во втором такте переключатель 3 переводится в нижнее положение, а переключатель 18 полярности — в противоположное состояние, при котором вследствие подачи на вход квадратора 16 напряжения Vo на его выходе получим напряжение 0„ =Щ, которое с противоположным знаком по сравнению с U,„ ïðèêëàäûâàåòñÿ к входу

30 интегратора 19, вследствие чего в течение времени 1„ напряжение Мин,„ разряжается до нулевого уровня, который Фиксируется сравнивающим узлом

20 т„

=jKU (t}dt- (KU <И =O. о

Отсюда

ТдОдя f (12)

З 0 З 0, Кроме того, за время Т„= 11 (длительность первого такта интегрирования) в вычислительный блок 24 поступит код Числа (13) 1 =4 "

Подставляя значения 0А, 0д и

ОА1 из (10) (11) и (12), а Т„иэ (13) в выражение (7), имеет соотношение

- *() (2йо 4 пропорциональное значению активной мощности в измеряемой нагрузке при

0 . кратном 10 . Операция 51 1 - з

2 о 1 4 определяется в вычислительном блоке

24. Перемножая выражения (11) и

1ч (12), получаем значение квадрата полнои мОщнОсти

Р р (15) о 4 а подставив значения (15) и (14) в выражение (8), определяем реактивную контактом 14. На выходе квадратора

16 получаем напряжение U „= Щ,(Ц которое посредством переключателя 18 на время T прикладывается к входу интегратора 19. Во втором такте интегрирования переключатель 3 переводится в нижнее положение и путем подачи U, на вход квадратора 16 его

L выходное напряжение V = K Uo, инвертированное переключателем 18 полярности, прикладывается к входу интегратора 19, разряжая его за время до нулевого уровня. В процессе двухтактного интегрирования т, t

=" 5ки, (1)д1- -, 5 ко. сй=о; (>1)

L о о

Т Од f

2 о а Uo

В третьем цикле переключатели 3 и

18 переводятся в исходное состояние, а переключатель 10 так, что контакт

11 связан с контактом 14, а контакт

12 — с контактом 15. В процессе двухтактного интегрирования аналогично указанному выше

Т1 tg

5KU.ÞÀ- 5yu, dt-а, о о за время t3 на вход вычислительного блока поступит код числа

1155954

Составитель А. Заборня

Редактор Ю.Ковач Техред.Т.Дубинчак Корректор И.Эрдейи

Заказ 3134/40 Тираж 748 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ПЛП "Патент", r.Ужгород, ул.Проектная, 4 я N мощность. Операция выполняМ ется в вычислительном блоке 24. Результаты измерения активной, реактивной и полной мощностей не зависят от значения коэффициента передачи квадратора 16, постоянной времени . интегратора и частоты 1 генератора

2 1 импульсов. В связи с широкими вычислительными возможностями микропроцессоров операции согласно математическим выражениям (14), (15) и (8) определяются сравнительно просто. Вследствие применения активного сопротивления в цепи нагрузки каждак из гармонических составляющих тока одинаково передается в нагрузку.

Поэтому форма колебаний напряжения

U(t1 и тока. <.(1) с подключенным ваттметром и без него одинакова.

В предлагаемом устройстве отсутствует методическая погрешность, вызванная включением в цепь нагрузки, что повышает точность измерениИ. Функциональные возможности прибора расширены за счет обеспечения измерения реактивной и полной мощностей.