Цифровой вольтметр

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Предназначается для непрерывного контроля переменного напряжения промъшшенной частоты. Может быть использовано для фиксации аварийных режимов в энергосистемах. Цель изобретенияувеличение быстродействия устройства дЬ одного периода промышленной частоты. Это дает возможность использовать устройство для фиксации аварийных режимов энергосистем. Устройство содержит входную шину 1, усилитель-формирователь 2, ключи 3, 13 и 15, триггеры Д и 5, генератор 6, счетчики 7 и 10, дешифратор В, регистр 9, логические элементы И-НЕ 11 и ИЛИ 12, источник опорного напряжения 14, интегратор 16, детектор нулевого уровня 17 и формирователь сигнала нулевого уровня 18. Устройство содержит также делитель частоты 19, дешифратор 20 и индикатор 2I. Работа устройства поясняется по временным диаграммам в описании изобретения. 5 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) 4 А (51) 4 G 01 R )9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

i A

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHpblTMA (21) 3773076/24-21 (22) 13.07.84 (46) 15.04.86. Бюл. № 14 (72) Ю.И.Ганкин (53) 62).317.32(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 444991, кл. G 01 R 19/04, 1974.

Авторское свидетельство СССР

N - 9913!7, кл. G 01 R 19/10, 1981. (54) ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике. Предназначается для непрерывного контроля переменного напряжения промышленной частоты. Может быть использовано для фиксации аварийных режимов в энергосистемах. Цель изобретенияувеличение быстродействия устройства до одного периода промышленной частоты. Это дает возможность использовать устройство для фиксации аварийных режимов энергосистем, Устройство содержит входную шину 1, усилитель-формирователь 2, ключи

3, 13 и 15, триггеры 4 и 5, генератор 6, счетчики 7 и 10, дешифратор

8, регистр 9, логические элементы

И-НЕ 11 и ИЛИ 12, источник опорного напряжения 14, интегратор 16, детектор нулевого уровня 17 и формирователь сигнала нулевого уровня 18.

Устройство содержит также делитель частоты )9, дешифратор 20 и индикар тор 21. Работа устройства поясняется по временным диаграммам в описании изобретения. 5 ил.

1224734

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике, предназначается для непрерывного контро-. ля переменного напряжения промышленной частоты и может быть использовано для фиксации аварийных режимов в энергосистемах, Цель изобретения — увеличение быстродействия устройства до одного периода промышленной частоты, что дает возможность использовать его для фиксации аварийных режимов энергосистем.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, на фиг. 2 — временные. диаграммы, поясняющие работу устройства, на фиг. 3 — диаграмма, поясняющая способ компенсации частотной погрешности ; на фиг. 4 — кривая распределения частотной погрешности при оптимальном времени интегрирования, на фиг. 5 — семейство кривых частотной погрешности при различном времени интегрирования.

Устройство содержит входную шину l, усилитель-формирователь 2, первый ключ 3, триггеры 4 и 5, генератор 6, счетчик 7, дешифратор 8, регистр 9, счетчик 10. элемент

И-НЕ ll элемент ИЛИ 12, второй ключ 13, источник 14 опорного напряжения, третий ключ 75, интегратор

16, детектор 17 нулевого уровня и формирователь 18 сигнала нулевого уровня, Входная шина 1 подключена к входу усилителя-формирователя 2 и входу ключа 3. Выход усилителя-формирователя 2 подключен к счетным входам триггера 4 формирователя импульса .длительности прямого интегрирования и триггера 5 формирователя импульса длительности прямого интегрирования и триггера 5 формирователя импульса длительности цикла измерения. Выход генератора 6 соединен с счетным входом счетчика 7, выход которого соединен с входом дешифратора 8, выходы которого соединены соответстьенно с входами установки триггера 4, тактовым входом регистра 9, входом ус-тановки триггера 5. Информационные входы регистра подключены к разряд— ным выходам счетчика 10. Первый вход элемента И-НЕ 11 соединен с выходам триггера 4 и управляющим входом ключа 3, а выход — с первым входом. элемента ИЛИ 12 и управляющим входом ключа 13, вход которого соединен с выходсм источника 14 опорного напряжения. Выход ключа 15,.а также выходы ключей 13 и 3 соединены с входом интегратора 16, выход которого соединен с входом детектора 17 нулевого уровня, выход которого соединен с входом ключа 15 и входом формирователя 18 сигнала нулевого уровня, выход которого соединен с управляющим входом ключа 15 и Вторым входом элемента И†HE 11. Второй вход элемента ИЛИ 12 подключен к выходу генератора 6, а выход — к счетному входу счетчика 10, вход сброса которого соединен с входом сброса снеT чика 7 и выходом триггера 5.

Устройство содержит также делитель 19 частоты, дешифратор 20 и индикатор 21, пхоц которого подключен к выходу регистра 9 через дешифратор 20. Выход генератора 6 соединен со счетным входом счетчика 7 через делитель частоты 19, вход сброса которого подключен к выходу триггера 5.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемое напряжение подается ня усилитель-формирователь 2 и ключ

3 (фи: 2, 22). Из полупериодов положительной полярности формируется на выходе усилителя -формирователя 2 сигналы 1"., из отрицательных сиг— нал "0, по длительности равные полупериодам измеряемого напряжения (фиг. 2, 23,, которые поступают на счетные входы триггеров 4 и 5. В некоторый момент после включения .стройства íа выходе триггера 5 возникает сигнал "1" (фиг. 2, 24) который подается на входы сброса делителя 19 частоты, счетчиков 7 и

10. На выходе этих органов устанавливается =èãíàë "0", и на всех выl ходах дешифратора 8 — сигналы " 1 ", которые не воздействуют на подклюенньк к ним органы. Очередной импульс с выхода усилителя-формировагеля 2 опрокидывает триггер 5 и на его вьгсоде появляется сигнал "0" (фиг. 2, 24), который является разрешающим для работы делителя 19 частоты счетчиков 7 и l0 Импульсы с генератора 6 поступают на вход делителя 19 частоты, с выхода которого импульсы поступают на счетный вход счетчика 7, и с выхода его на шестнадцативыходной дешифратор 8.

1224734

Пятнадцатый выход дешифратора 8 вьдает сигнал "0" на вход установ ки триггера 5 (фиг. 2, 25), данный сигнал опрокидывает его и íà его выходе появляется сигнал. "1".

Очередной импульс, поступая с усилителя-формирователя 2 на счетный вход этого триггера, опрокидывает его. Процесс повторяется периодически, длительность цикла равна длительности периода контролируемого напряжения. Шестой выход дешифратора 8 выдает сигнал "0" на вход установки триггера 4 (фнг. 2, 26). В некоторый, момент времени, после включения устройства, триггер оказывается в состоянии "0" и сигнал с дешифратора 8 опрокидывает его, Очередной импульс с усилителяформирователя 2 вновь опрокидывает триггер 4. Процесс происходит периодически (фиг. 2, 27.)..

Сигнал "0" с триггера 4 поступает на управляющий вход ключа 3 и открывает его на время 7, 47 мил,с. для исследуемой сети с частотой

50 Гц, и через открытый ключ 3 сигнал полупериода отрицательной полярности подается на вход интегратора !

6 (фиг. 2, 28). За это время происходит процесс прямого интегрирования (фиг. 2, 29). B это время ключ 15 закрыт,, так как по выходе интегратора 16 присутствует сигнал положительной полярности, который поступает на вход детектора нулевого уровня 17, а с выхода его — на вход формирователя 18 сигнала нулевого уровня, на выходе которого в это время возникает сигнал "!", ксторый подается на управляющий вход ключа

15 и закрывает его. Этот же сигнал

"1" подается на один из входов элемента И-НЕ 11, на второй вход которого подается сигнал "0" с выхода триггера 4. На выходе элемента ИНЕ I! возникает сигнал "1", который поступает на управляющий вход xznoча 13 и закрывает его.После опрокицывания триггера 4 очередным сигналом с усилителя-формирователя 2, на выходе его возникает сигнал "1". Этот .сигнал, поступая на управляющий вход ключа 3, закрывает его. Этот же сигнал поступает на один из входов элемента И-НЕ 11, на другой вход которого поступает сигнал "1" с формирователя 18 сигнала нулевого уровня, 5 !

О

В результате на выходе элемента ИНЕ 11 появляется сигнал "0", который подается на управляющий вход ключа

13 и открывает его. Через открытый ключ 13 с источника !4 опорного напряжения на вход интегратора 16 поступает напряжение положительной полярности.Начинается процессобратного интегрирования. С выхода элемента

И-HE ll сигнал "0" поступает на вход элемента ИЛИ 12, на другой вход которого подаются счетные импульсы с генератора 6. С выхода элемента

ИЛИ 12 импульсы поступают на счетный вход счетчика 10, на вход сброса которого с выхода триггера 5 поступает "0", разрешающий прием информации.

Длительность процесса обратного интегрирования линейно зависит от величины измеряемого напряжения, следовательно, количества счетных импульсов пропорционально измеряемой величине (фиг. 2, 30).По достижении нулевого уровня на выходе интегратора 16 сигнал с выхода детектора !7 нулевого уровня, воздействуя на формирователь 18 сигнала нулевого уровня, вызывает на его выходе появление сигнала "0", который поступает на один из входов элемента И-НЕ Il.

На другой вход которого подается сигнал "1" с выхода триггера 4. В ре-, зультате на выходе элемента И-НЕ 11 появляется сигнал "1", который, поступая на управляющий вход ключа 13, закрывает его, прекращай тем самым подачу опорного напряжения на вход интегратора 16. Данный сигнал "1" поступает на вход элемента ИЛИ 12 и

40 поступление счетных импульсов на счетчик 10 прекращается (фиг. 2, 30).

Сигнал "0" с выхода формирователя

18 сигнала нулевого уровня поступает на управляющий вход ключа 15 ко45 торый откРывается, подсоединяя вход интегратора 16 к выходу детектора

17 нулевого уровня. Процесс обратного интегрирования прекращается, начинается новый процесс — коррекция нулевого уровня. За время этого процесса происходит операция перенесения результата счета и сброс

Результата счета на счетчике 10, осуществляемый следующим образом. С четырнадцатого выхода дешифратора 8 сигнал "0" поступает на тактовый вход регистра 9 (фиг, 2, 29) и разрешает занесение результата счета в!

224734

1 (L

1! — а =- — (т

П„, .;in(4-ac. )tdt.

U„ sinutd (1) ! — — — совЮ

Т 7 — u3—

2 о

Т где—

2 — время полупериода; (3) регистр 9 и поступление его через дешифратор 20 на цифровой индикатор 21, Затем сигнал "О", с пятнадцатого выхода дешифратора 8 (фиг.2, 25) опрокидывает триггер 5, с его выхода сигнал "1" сбрасывает делитель 19 частоты, счетчики 7 и 10.

Результат счета остается на индикаторе 21 до следующего сброса. Таким образом, весь цикл измерения равен длительности периода исследуемого напряжения. Практически частота промышленной сети колеблется в пределах 49,2-50,1 Гц, в связи с чем и применен способ компенсации частотной погрешности.

Значение средней величины напряжения эа полупериод пг

Т вЂ” амплитудное значение наМа» пряжения;

Я=2 3à — круговая частота.

Если принять длительность процесса прямого интегрирования равТ ным — что для частоты 50 Гц сос2 тавляет 0,01 с, то при понижении частоты измеряемого напряжения на а f выражение (1) принимает вид т 2 — — U sin(u — ао) tdt (2)

Т . с ах

Ъ

2 0 где U,, U

Следовательно, возникает частотная погрешность, достигающая ве-личины 1,5%. Это видно иэ фиг. 3, где изображены полупериоды напряжения для f=50 Гц (кривая 32) и для

f-5f (кривая 33). Площадь, ограниченная кривой 32, и площадь., ограниченная кривой 33 и прямой 34, не равны между собой.

Площадь, ограниченная кривой 32 и прямой 35, и площадь ограниченная кривой 33 и прямой 35, между собой равны.

Можно записать как

11г — -Ц а1 или Бг -!1 -аГ=О, l где U = — U sinu t dt

ВаХ 9

2 о

Иэ графического построения (фиг.3) видно, что равенство площадей, ограниченных синусоидами 32 и 33 и прямой 35, наступает при значениях с, !

О Т близких к величине О 75 — . Задачей

2 является определение оптимальной величины времени прямого интегрирования с, при которой значение ча !S статной погрешности Р минимально в достаточно, широком диапазоне изменения частоты аю .

Иэ этого следует, что не зависимо при каком значении частоты сд ре20 шается уравнение

2ч так как результаты аналогичны для любой частоты, но достаточно просто оно решается в цифровых значениях, для чего и задаемся конкретной величиной, например Г=50 Гц,(й =2 50. уравнение имеет множество решений для различных значений времени и отклонений частоты Ьы.

Зададимся одним из значении с, достаточно близким к величине

Т

0,75 —, и последовательно подставляем в уравнение ряд значений дскб.

При одном из значений аа 0 левая часть уравнения равна О,. следовательно и частотная погрешность P=O. При других значениях левая часть уравнения не равна О. Эти величины харак— теризуют частотную погрешность в

45 различных точках частотного диапазона и можно получить функцию Р=

=Р(асг) Задацимся другим значением с, и, подставляя в уравнение тот же

SO ряд значений аы, получаем еще одну функцию P,,=F(nQ) т.д. и семейство характеристик Р=Р(аи), Кривая 36 получена при значении л Т с =-0,75 —, значение P в точке экстремума =О,О!3%.Р=Ов точкеаи=-0,0! 95а.

Кривая 37 получена при i =0,748—

1224734

P=0,00657. в точке экстремума, Р=О, в точке4Я =-0,0166 (й..

Кривая 38 получена при r =0,747 —, Т

Р=0,00497 в точке экстремума, Р=О в точке ды =-0,0134ю .

Кривая 39 получена при =О 746—

Р=0,002757 в точке экстремума, P=0 в точке ьо=-0,011о .

Кривая 40 получена при =О 745—

Р=0,001757, в точке. экстремума, Р=О в точке а =-0,008 (a .

Кривая 41 получена при -0 743— э 2э

P=0Ä00037. в точке экстремума Р=О в

1 точке аи=-0,003ю .

Из полученного семейства характеристик Р=Г(ду) выбираем требуемую, руководствуясь минимальным значением частотной погрешности в заданном частотном диапазоне, и задаем значе-, ние времени прямого интегрирования устройства.

Устройство обладает быстродействием, равным периоду исследуемого напряжения, что делает его пригодным для фиксации аварийных режимов энергосистем;формула изобретения

Цифровой вольтметр, содержащий три ключа, источник опорного напряжения, генератор, два счетчика, регистр и элемент ИЛИ, причем выход генератора соединен с счетным входом первого счетчика и через элемент

ИЛИ с счетным входом второго счетчика, разрядные выходы которого подключены к информационньм входам"регистра, выход которого является выходом устройства, входная шина которого соединена с входом первого ключа, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены интегратор, 1о детектор нулевого уровня, формирователь сигнала нулевого уровня, усилитель-.формирователь, дешифратор, два триггера и элемент И-НЕ, первый вход которого подключен к управляю15 щему входу первого ключа и выходу первого триггера, выход — к управляющему входу второго ключа и другому входу элемента ИЛИ, а второй вход — к управляющему входу третье20 ro ключа и выходу формирователя сигнала нулевого уровня, вход которого соединен с входом третьего ключа и через детектор нулевого уровня с выходом интегратора, вход которого

25 подключен к выходам первого, второго и третьего ключей, вход второго ключа подключен к выходу источника опорного напряжения, тактовый вход второго триггера соединен с такgp товым входом первого триггера и через усилитель-формирователь, с входной шиной, вход дешифратора подключен к выходу первого счетчика, а выходы — к установочному входу первого триггера, тактовому входу регистра и установочному входу второго триггера, выход которого соединен с входами сброса обоих счетчиков.

1224734

Составитель С.Кабиков

Редактор Н.Воловик Техред Н.Бонкало

Корректор М.Пожо

Заказ 1947/45

Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113О35, 1фосква, Ж-35, Раушская наб.„ д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4