Цифровой ваттметр

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 G 01 R 21/127

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3757292/24-21 (22) 22.06.84 (46) 15. 01. 86. Бюл. 1Ф 2 (71) Азербайджанский институт нефти и химии им. М.Азизбекова (72) Т.М. Алиев, А.М. Шекиханов и Х.А. Исмайлов (53) 621.317.38(088.8) (56) Мартяшин А.И., Шахов Э.К., Шляидин В.М. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения. M.: Энергия, 1976, с. 195-196.

Авторское свидетельство СССР

В 737854, кл. G 01 R 21/00, 1977. (54)(57) 1; ЦИФРОВОЙ ВАТТМЕТР, содержащий преобразователь напряжения в частоту, выход которого через элемент И соединен со счетным входом счетчика импульсов, первый переключатель, первый неподвижный контакт которого соединен с первой входной шиной и с входом блока управления, первый и второй выходы которого соединены соответственно с другим входом элемента И и входом сброса счетчика импульсов, о .т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок перемножения, второй и третий переключатели, дифференциальный интегратор, ключ и блок выборки и хранения, причем подвижные контакты первого и второго переключателей соеди„„SU„„1205045 A нены с соответствующими входами блока перемножения, выход которого соединен с подвижным контактом третьего переключателя, неподвижные контакты которого соединены с входами дифференциального интегратора, выход которого через ключ и блок выборки и хранения соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, выход которого соединен с вторыми непод вижными контактами первого и второго переключателей, управляющие входы которых соединены с управляющим входом третьего переключателя и первым выходом блока управления, третий выход которого соединен с управляющим входом ключа, а первый неподвижный контакт второго переключателя соединен с второй входной шиной.

2. Ваттметр по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что блок управления содержит формирователь периода, счетный триггер и второй эле мент И, выход которого является вторым выходом блока управления, первый вход соединен с инверсным выходом счетного триггера, прямой и инверсный выходы которого являются соответственно первым и третьим выходами блока управления, а счетный вход соединен с вторым входом второго элемента И и выходом формирователя периода, вход которого является входом блока управления.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для построения цифровых измерителей мощности переменного тока.

Цель изобретения — повышение точ- > ности измерения.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого ваттметра; на фиг. 2 — временные диаграммы работы блока управления; на фиг. 3 — выход- 10 ной сигнал. преобразователя натряжения в частоту.

Цифровой ваттметр содержит первый 1, второй 2 и третий 3 переключатели, блок 4 перемножения, диф- 15 ференциальный интегратор 5, ключ 6, блок 7 выборки и хранения, преобразо. ватель 8 напряжения в частоту (ПНЧ), элемент И 9„ счетчик 10 импульсов и блок 11 управления, состоящий из 20 формирователя 12 периода, счетного триггера 13 и логического элемента .И 14.

Источники входного сигнала x>(t) !

Ю и х,(t) через первые неподвижные кон- 2э такты первого и второго переключателей 1 и 2 соединены с входами блока

4 перемножения, выход которого через третий переключатель 3 соединен с входами дифференциального интегра- gO тора 5. Выход интегратора 5 через ключ 6 и блок 7 выборки и хранения соединен с входом ПНЧ 8, выход которого через элемент И 9 соединен с входом счетчика 10 импульсов. Выход

ПНЧ 8 соединен с вторыми неподвижными контактами первого и второго переключателей 1 и 2. Управляющие входы переключателей 1, 2 и 3 и элемента И 9 соединены с первым выходом блока 11 управления, второй и третий выходы которого соединены с входом установки в нуль счетчика импульсов и с управляющим входом ключа 6 соответственно, а вход блока 11 соединен с первым источником входного сигнала х gr(t) °

Входом блока 11 управления является вход формирователя 12 периода, выход которого соединен со счетным входом триггера 13 и с одним входом элемента И 14, к другому входу которого подключен инверсный выход триггера 13. Прямой и инверсный выходы триггера 13 и выход элемента И 14 являются выходами блока 11 управления.

Цифровой ваттметр работает следую щим образом.

45 2

В исходном состоянии (условно) триггер 13 блока 11 управления сброшен в нуль, переключатели 1, 2 и 3 находятся в положении "а", ключ 6 замкнут, в блоке 7 выборки и хранения записано выходное напряжение дифференциального интегратора 5, логический элемент И9 закрыт, счетчик 10 импульсов с.брошен.

Частотно-цифровой ваттметр работает циклически (итерационно), при этом каждый цикл всегца состоит из следующих двух тактов °

В первом такте сигнал управления с выхода формирователя 12 периода (фиг. 2б) устанавливает триггер 13 в состояние "1" (фиг. 2в), благодаря чему переключатели 1, 2, 3 переходят в положение "в", ключ 6 размыкается, логический элемент И9 открывается, разрешая прохождение импульсов ПНЧ

8 на вход счетчика 10 импульсов.

Выходной сигнал ПНЧ 8 поступает на оба входа блока 4 перемножения; производится интегрирование квадрата выходного сигнала ПНЧ 8 в. течение отрезка времени Т, равного периоду входного сигнала х (1) (фиг. 2а). В результате после завершения первого такта выходное напряжение дифференциального интегратора 5 равно где хд — начальное напряжение интегратора 5;

t(x ) — выходной сигнал ПНЧ 8; и  — соответственно общая мультипликативная и общая аддитивная погрешности последовательно включенных блока 4 перемножения и интегратоpG 5а

Одновременно с работой интегратора 5 счетчик 10 импульсов подсчитывает количество импульсов N выходной частоты ПНЧ 8, поступивших в интегра гор 5 в течение первого такта.

Второй такт начинается с приходом второго управляющего импульса с вы" хода формирователя 12 периода, когда триггер 13 устанавливается в состояние "0", переключатели 1, 2, 3 переходят в положение "а", элемент

И9 закрыт (фиг. 2д), ключ 6 замкнут (фиг. 2г).

1205045

Производится интегрирование выходного напряжения х (т.) х,(t) блока 4 перемножения в течение того же отрезка времени ) . В результате после завершения второго такта выходное напряжение дифференциального интегратора 5 равно т

-((х+«) х(x )dt+p ) °

7 с» («,)) » (х) (tldt ) = о T ..

= x,-(х+«) 5g (x.)Д) т о (" "- )5х,(t) " (t)dt о

Поскольку ключ 6 в течение всего такта замкнут, напряжение с выхода интегратора 5 оказывается переписанным в блок 7 выборки и хранения.

Таким образом, в конце второго такта на выходе блока 7 имеем т х,=х,-(«)gf (x,),) + о

T («,)5 xÄ(t) х,(t)dt.

Полученное напряжение х> определяет новое уточненное значение частоты

f(õ„).

Счетчик 10 импульсов в конце второго такта сбрасывается импульсом с выхода элемента И 14 (фиг. 2д).

На. этом цикл работы устройства заканчивается.

Дальнейшая работа устройства происходит аналогично описанному. результате через п циклов работы устройства на выходе блока 7 выборки и хранения получим напряжение т х„= x„,-(<+< )P ()(„,)dt+ о (1+о() Х„СЦ ((1)Л (1)

В установившемся режиме выходное напряжение блока 7 от цикла к циклу не меняется. Это значит, что отрицательные приращения на выходе интегратора 5, получаемые в первом такте т (х ) 5((x„)dt о (х — установившееся значение) в точности равны положительным приращениям т

« ° «,))х,«)x,()dt о полученным во втором такте

Таким образом, т т

:л «,)gx„(t)x,(t)dt t(x «,)5 (х„)dt

Величина интеграла в правой час-. ти (2) есть вольт-секундная пло10 щадь (@Br 3) — („) t;N*. (3)

Как следует из выражений (2) и (3), код М„ т м,= „, „(>х(t)dt иип) î о

20 определяет энергию входного измеряемого сигнала эа период, а выходная частота (f = — ) ПНЧ 8 — мощN

* .T

25 ность

Т е, ", — ) х,(Е)х,(t id((Б) Хх)мп х»

Иэ описания работы устройства, а также из выражений (2), (4) и (5) следует, что аддитивная и мультипликативная погрешности последовательно

З5 включенных блока 4 перемножения, дифференциального интегратора 5, блока 7 выборки и хранения и ПНЧ 8 исключаются из окончательного результата и не оказывает влияния на

40 точность измерения.

В отличие от прототипа, точность измерения которого зависит от по45 грешностей используемых узлов и блоков, в предлагаемом устройстве общая точность значительно выше и огра. ничена практически лишь стабильностью вольт-секундной площади выходного импульса ПНЧ 8.

Если время цикла желательно выбрать равным п-Г, то в блоке 11 управления вместо триггера 13 можно использовать делитель частоты с коэффициентом деления и. Это позволит еще более повысить точность из,мерения .

1205045

Составитель С. Кабиков

Редактор И. Рыбченко Техред. М.Кузьма Корректор Л Пилипенко

Заказ 8522/46 Тираж 747 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, кл. Проектная, 4