Устройство для преобразования электрической энергии в число импульсов

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Устройство содержит источники сигналов-сомножителей, ключи, схему вычитания интервалов времени, первый и второй компараторы. Введение в устройство блока коммутации, фильтров низких частот, генератора треугольных и прямоугольных сигналов позволяет повысить точность преобразования за счет устранения абсолютной погрешности, вызванной смещением нулевого уровня второго компаратора. 3 ил.

1 союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕCKVIX

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 11/50

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4854564/21 (22) 26.07.90 (46) 28.02.93. Бюл. N - 8 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) Ю.А.Пасынков, M.È.Ëîìîâöåâ, С.В.Рубан и А.А.Чайка (56) Авторское свидетельство СССР

N1224735,,кл. G 01 R 22/00, 1986.

Авторское свидетельство СССР N

866491. кл. G 01 R 21/00, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ЧИСЛО ИМПУЛЬСОВ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при создании приборов и систем, измеряющих электрическую энергию.

Целью изобретения является повышение точности преобразования за счет устранения абсолютной аддитивной погрешности от дрейфа нулевого уровня (температурного и временного) второго компаратора.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства преобразования электрической энергии в число импульсов; на фиг. 2 — временные диаграммы напряжений, поясняющие его работу; на фиг. 3 — пример реализации схемы вычитания интервалов времени.

Устройство преобразования электрической энергии в число импульсов содержит два источника сигналов-сомножителей 1 и 2, два ключа 4 и 5. управляющие входы которых объединены, схему 7 вычитания интер„., Я2„„1798701 А1 (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике, Устройство содержит источники сигналов-сомножителей, ключи, схему вычитания интервалов времени, первый и второй компараторы, Введение в устройство блока коммутации, фильтров низких частот, генератора треугольных и прямоугольных сигналов позволяет повысить точность преобразования за счет устранения абсолютной погрешности, вызванной смещением нулевого уровня второго компаратора. 3 ил. валов времени, первый компаратор 3, подключенный первым входом к выходу источника 2 второго сигнала-сомножителя, второй компаратор 6, первый вход и выход которого соединены соответственно с выходом первого ключа 4 и первым входом схемы

7 вычитания интервалов вреллени, первый и второй фильтры низких частот 9 и 10, генератор 11 треугольных и прямоугольных сигналов и блок коммутации, вход которого соединен с выходом источника 1 первого сигнала-сомножителя, а первый и второй выходы соединены через первый 9 и второй

10 фильтры низких частот со входами, соответственно, первого 4 и второго 5 ключей, объединенные вторые входы первого 3 и второго 6 компараторов соединены с первым выходом генератора 11 треугольных и прямоугольных, сигналов, второй выход когорого соединен с объединенными управляющими входами ключей 4 и 5 и вторым входом схемы 7 вычитания интервалов вре1798701

Лс

А Овых= Овых2 — Овых1= (7) Подставляем в (7) Ьt из (5) (8) U1 V.

Л Овых

Ам (1) 40

t1 t2

Ам — u AM +Uu г1 AM . Овых1 (9) Т2 AM

Откуда

Т Ам — Овых1

Т1 = —

2 Ам

Uu Ьс

Ам Т (4) (10) 50

Х2 Ам Овых2 мени, выход первого компаратора 3 соединен с управляющим входом блока 8 коммутации, выходы первого 4 и второго 5 ключей объединены.

Схема 7 вычитания интервалов времени содержит генератор 12 импульсов образцовой частоты, выход которого соединен с одним из вхоцов схемы 13 совпадения, другой вход которой является первым входом схемы 7 вычитания интервалов времени, а вы- 10 ход подкл ючен к счетному входу реверсивного счетчика 14, вход управления направления счета которого является вторым входом схемы 7 вычитания интервалов времени, а выход — выходом всей схемы 7 вычитания интервалов времени.

Устройство преобразования электрической энергии в число импульсов работает следующим образом.

Напряжение 0ь пропорциональное то- 20 ку в цепи, подается на вход. блока 8 коммутации, а напряжение Uu, пропорциональное напряжению в цепи, — на вход первого компаратора 3. Треугольное напряжение UT(l) с амплитудой Ам с выхода генератора 11 тре- 25 угольного и прямоугольного напряжения сравнивается с входным напряжением Uu в компараторе 3 (фиг. 2а), срабатывающем при выполнении условия От Uu. На выходе компаратора 3 формируется последова- 30 тельность импульсов Ua(t) с периодом Т, равным периоду треугольного напряжения

От{с) {фиг, 2б). Причем Т=с1+ t2, где с1- интервал времени, в течение которого От Оц, а t2 — интервал времени, в течение которого 35

U1 С Uu. ИЗ ПОдабИя трЕУГОЛЬНИКОВ "аЬС" И

"cde" (фиг. 2а) следует, что г

ОткУда 11(Ам+0)=сг(Ам-Uu). . (2) ИЛИ АМ(С1-t2)=-Uu(t1+t2) (3)

Учитывая; что t1+ t2=T, и обозначив t2 t1= Ь t

Uu=AM 1- . (5)

h,t

Напряжение с выхода первого компаратора 3 подается на управляющий вход блока

8 коммутации (фиг. 1). Выходные напряжеНИЯ Овы» И Овых2 На ВЫХОДаХ фИЛЬтРОВ НИЗких частот 9 и 10, соединенных с выходами блока 8 коммутации (фиr, 2в, 2г) Овых1=. T О1 Овых2= Т Ut (6)

t1 t2

Разность выхоДных напРЯжений Овых1и

Овых2 ПРОПОРЦИОНаЛЬНа ПРОИЗВЕДЕНИЮ входных напряжений Ui u Uu. Действительно, .НапРЯжениЯ Овых1 и Овых2 с выходов фильтров низких частот 9 и 10 поочередно подключаются через противофазные ключи

4 и 5, соответственно, к первому входу второго компаратора 6, на второй вход которого подается то же треугольное напряжение, что и на второй вход первого компаратора 3 (фиг.2 ж). Управление противофазными ключами 4 и 5 осуществляется прямоугольным напряжением (фиг. 2д) со второго входа генератора 11 треугольных и прямоугольных импульсов. Частота управляющего напряжения кратна частоте треугольного напряжения. На фиг. 2 показан случай, когда частота прямоугольного напряжения в два раза меньше частоты треугольного напряжения..

Во время положительного полупериода прямоугольного напряжения компаратор 6 срабатывает при вып олне.нии условия

От Овых1, а В ОтРИЦатЕЛЬНЫй ПОЛУПЕРИОД вЂ” ПРИ УСЛОВИИ От Овых2. ПОКажЕМ, что разность интервалов времени с 1и с 2 (фиг. 2э) пропорциональна энергии в цепи, . Из подобия треугольников "KIM" и "Nlp" (фиг. 2ж) где Т вЂ” период прямоугольного напряжения на выходе генератора 11.

Из подобия треугольников "КТМ " и

I h g t (e p l 1 °

1ЛВ 701

Откуда (15) т A. — 0.«2

Тг = -У А (12) Т т = t1 — тг = (0выхг 0вых1) =

2 Ам

W K1 10

Л в« вЂ” U1 Uu м 2 Ам 2 Aè (13) где W — энергия от сигналов Ui и 0и за интервал времени Т;

К вЂ” коэффициент преобразования

1 энергии в интервал времени;

Число импульсов, появившихся на выходе реверсивного счетчика 14 схемы 7 вы- 20 читания интервалов времени за время Т (16) 25

Так как для выделения интервалов и t г используется один и тот же компаратор, следовательно, 0 м1=0

Формула изобретения

Устройство для преобразования электрической энергии в число импульсов, содержащее два источника сигналов-сомножителей, два ключа, управляющие входы которых объединены, схему вычитания интервалов времени, первый компаратор, подключенный первым входом к выходу источника второго сигнала-сомножителя, второй компаратор. первый вход и выход которого соединены соответственно с выходом первого ключа и первым входом схемы вычитания интервалов времени, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью повышения точности преобразования, в него введены первый и второй фильтры низкихчастот, генератортреугольных и прямоугольных сигналов и блок коммутации, вход которого соединен с выходом источника первого сигнала-сомножителя. а первый и второй выходы соединены через первый и второй фильтры низких частот с входами

55 соответственно первого и второго ключей, объединенные вторые входы первого и второго компараторов соединены с первым выходом генератора треугольных и прямоугольных сигналов, второй выход коTopofo соединен с обьединенными управляРазность интервалов времени

M= t.fo,n W fo, n K W; (14) 2A2 N где N — коэффициент деления реверсивного счетчика 14;

n — число периодов прямоугольного напряжения, в течение которых учитывается энергия;

f0 — частота генератора 12 импульсов образцовой частоты;

К ч — коэффициент преобразования энергии в число импульсов.

Таким образом, число импульсов на выходе схемы 7 вычитания интервалов времени пропорционально учитываемой энергии.

Схема 7 вычитания интервалов времени работает следующим образом (фиг, 3), С выхода генератора 12 образцовых импульсов импульсы поступают через схему 13 совпадения, открываемую на время z 1 и t г, на счетный вход реверсивного счетчика 14, управляемого прямоугольным напряжением с выхода генератора 11 треугольното и прямоугольного напряжения таким образом, что в первый полупериод прямоугольного напряжения реверсианый счетчик 14 работает нэ суммирование, а во второй — нэ вычитание, В результате число импульсов, зафиксированное реверсивным счетчиком

14. пропорционально разности интервалов времени.

Уравнения (10) и (12) с учетом смещения нуля второго компэратора 6

Т Ам — Usbix i + Uc 1

t1p = .

Т A — Uovx2 + UcM2

t2p = —

2 Ач

ГДЕ т1р И t 2p — ИНтЕРВаЛЫ ВРЕМЕНИ, ВЫДЕляемые компаратором 6 за период Т, с учетом 0< компарэтора 6 эа положительный (0cM1) и отрицательный (UGM2) полупериоды прямоугольного напряжения, Реальное разностное время

Т 01 0

"-. тр = Г1р — t2p = —

Абсолютная аддитивная погрешность преобразования Õt = р — 7 = — (0 м1 — 0смг) (17) Т

2 Ам

1798701

Уиг. f ющими входами ключей и вторым входом схемы вычитания интервалов времени; выход первого компаратора соединен с управляющим входом блока коммутации, выходы первого и второго ключей объединены, 1798701

Составитель С.Рубан

Техред М.Моргентал

Корректор СЛисина

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Заказ 769 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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