Устройство для дистанционного измерения потребления электроэнергии

 

Использование: в электроизмерительной технике. Сущность: устройство содержит электросчетчик с диском, на светоотражающую поверхность которого нанесены элементы оптической связи, и ключ, элементы оптической связи выполнены в виде двух светопоглощающих, концентрических полос, различной длины, расположенных одна над другой, а ключ управляется схемой, выполненной на интегральной микросхеме с малым энергопотреблением, содержащей четыре двухходовых элемента триггер Шмитта с соединенными с ними радиокомпонентами, обеспечивающей фиксацию начала прохождения элемента оптической связи через определенное время, исключающей возможность формирования ложных сигналов при неподвижном, дребезжащем или медленно перемещающемся диске, что в совокупности обеспечивает высокую точность измерения, а так же простоту, надежность и малое энергопотребление устройства. 1 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах для учета потребления электроэнергии.

Известно устройство для дистанционного измерения потребления электроэнергии (см. авторское свидетельство N1638643 по кл. G 01 R 11/56), содержащее счетчик электроэнергии с диском, ключ и осветитель, вход которого соединен с выходом генератора, а выход связан оптически через поверхность диска с фотодатчиком, элемент совпадения, триггер, ограничитель длительности импульсов и ключ. Это устройство может работать только при очень больших оборотах диска электросчетчика, так как элемент совпадения по поступлению на него сигнала с генератора, выдает сигнал помехи на время переходного процесса в фотодатчике. Этой помехой триггер устанавливается в одно состояние, а по окончании переходного процесса в фотодатчике, если против последнего находится светоотражающая поверхность, сигналом уровня "0" с фотодатчика триггер устанавливается в другое состояние. По поступлению с генератора следующего импульса на элемент совпадения, процесс повторится и так будет происходить пока фотодатчик будет находиться против светоотражающей поверхности. Устройство при этом выдает ложные сигналы. Далее. Диск электросчетчика может не двигаться, дребезжать или двигаться, в том числе очень медленно. В тех случаях, когда против фотодатчика находится постоянно, или дребезжит, или медленно перемещается граница пятна, фотодатчик хаотически выдает неоднозначный сигнал, т. е. в один цикл срабатывания осветителя фотодатчик может выдать "1", а в другой цикл "0", в результате чего устройство будет беспрерывно хаотически выдавать сигнал.

Известно также устройство для дистанционного измерения потребления электроэнергии (см. авторское свидетельство 1596258 по кл. G 10 R 11/56) содержащее генератор, усилители, осветители, фотодатчики, элементы "И", триггер, ключ.

Это устройство имеет низкую точность измерения, так как при срабатывании генератора возможна выдача сигналов помехи с элементов "И", связанных с триггером на время переходных процессов в фотодатчиках, которыми будет переключаться триггер, вызывая появление ложных сигналов с ключа. Кроме того устройство относительно сложно.

В основу изобретения положена задача, за счет нового схемного решения, повысить точность измерения, упростить конструкцию устройства, снизить энергопотребление и повысить надежность.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для дистанционного измерения потребления электроэнергии, содержащем счетчик электроэнергии с диском, снабженным элементами оптической связи и ключ, элементы оптической связи выполнены в виде двух светопоглощающих концентрических полос различной длины, расположенных одна над другой, а ключ управляется схемой, содержащей светодиод, катодом соединенный с шиной нулевого потенциала, а анодом соединенный с коллектором транзистора, базой соединенного с резистором, вторым выводом соединенным с выходом первого двухходового элемента триггер Шмитта и с резистором, вторым выводом соединенным с входами первого двухвходового элемента триггер Шмитта, эмиттером транзистора и конденсатором, вторым выводом соединенным с шиной нулевого потенциала, оптически связанный с двумя фотодиодами, катод одного из них соединен с шиной нулевого потенциала, а анод вместе с резистором, вторым выводом подсоединенным к шине положительного потенциала, образуют общую точку, соединенную с входом второго двухвходового элемента триггер Шмитта, анод другого фотодиода соединен с шиной положительного потенциала, а катод его вместе с резистором, вторым выводом подсоединенным к шине нулевого потенциала, образует общую точку, соединенную с входом третьего двухвходового элемента триггер Шмитта, выходом соединенного с резистором с катодом диода, анодом образующим с вторым выводом резистора и конденсатором, вторым выводом подсоединенным к шине нулевого потенциала, общую точку, соединенную с входом второго двухвходового элемента триггер Шмитта, выходом соединенного с входом третьего двухвходового элемента триггер Шмитта и с конденсатором, вторым образующим с резистором, вторым выводом подсоединенным к шине положительного потенциала, общую точку, соединенную с входами четвертого двухвходового элемента триггер Шмитта, выходом соединенным с ключом.

Такое схемное решение обеспечивает фиксацию начал прохождения элемента оптической связи через определенное время, исключает возможность формирования ложных сигналов при неподвижном, дребезжащем или медленно перемещающемся диске, что в совокупности обеспечивает высокую точность измерения. Применение интегральной микросхемы6 содержащей четыре двухвходовых элемента триггер Шмитта с малым энергопотреблением, обеспечивает простоту, надежность и малое электропотребление устройства.

Схематическое изображение устройства приведено на рисунке.

Устройство содержит счетчик электроэнергии с диском 1, на светоотражающую поверхность которого нанесены светопоглощающие элементы оптической связи 2 и 3, выполненные в виде двух концентрических полос различной длины, расположенных одна над другой, светодиод 4, транзистор 5, резистор 6, первый триггер Шмитта с логическим элементом на входе 2И-НЕ 7, резистор 8, конденсатор 9, фотодиод 10, резистор 11, второй триггер Шмитта с логическим элементом на входе 2И-НЕ 12, фотодиод 13, резистор 14, третий триггер Шмитта с логическим элементом на входе 2И-НЕ 15, резистор 16, диод 17, конденсатор 18, конденсатор 19, резистор 20, четвертый триггер Шмитта с логическим элементом на входе 2И-НЕ 21, ключ 22.

Устройство работает следующим образом.

Элементы 4, 5, 6, 7, 8, 9 образуют источник световых сигналов, длительность которых намного меньше паузы между ними. Период следования световых сигналов определяется номиналами резистора 8 и конденсатора 9.

Световые сигналы, отражаясь от светоотражающей поверхности диска, попадают на фотодиоды 10 и 13. При этом на время действия светового сигнала на вход элемента 12 будет поступать с фотодиода 10 низкий уровень соответствующей "0", а на вход элемента 15 с фотодиода 13 высокий уровень соответствующий "1". Если под фотодиодами находятся светопоглощающие полосы, что независимо от световых сигналов на вход элемента 12 с фотодиода 10 будет постоянно поступать уровень "1", а на вход элемента 15 с фотодиода 13 постоянно уровень "0".

Предположим, что под фотодиодами находится светоотражающая поверхность диска, а уровень напряжения на конденсаторе 18 соответствует "0". Тогда на выходе элемента 12 будет уровень "1".

При появлении светового сигнала на вход элемента 12 поступит сигнал уровня "0", с фотодиода 10, что не изменит уровня "1" на выходе элемента 12, а на вход элемента 15 с фотодиода 13 поступит сигнал уровня "1", что с учетом того, что на другой вход его подан сигнал уровня "1" с выхода элемента 12, вызовет появление на выходе элемента 15 уровня "0", вследствие чего конденсатор 18 через диод 17 разрядится. По окончании светового сигнала конденсатор 18 через резистор 16 начинает заряжаться сигналом уровня "1" с выхода элемента 15. Номиналы резистора 16 и конденсатора 18 обеспечивают время заряда конденсатора 18 до уровня соответствующему "1" за время большее чем период следования световых сигналов, вследствие чего конденсатор 18 в промежутках между световыми сигналами не успевает зарядиться до уровня "1" и на выходе элемента 12 постоянно поддерживаться уровень "1".

При вращении диска первой под фотодиодом 10 появляется светопоглощающая полоса 2, что прекращает подачу уровня "0" на вход элемента 12 с фотодиода 10.

С появлением под фотодиодом 13 светопоглощающей полосы 3, по очередному световому сигналу на вход элемента 15 не поступит уровень "1" с фотодиода 13, а, следовательно, на выходе элемента 15 не появится уровень "0" и конденсатор 18 не разрядиться, а будет продолжать заряжаться. Длительностью заряда конденсатора 18 селектируется по времени фиксация начала прохождения светопоглащающей полосы 3. В зависимости от номиналов конденсатора 18 и резистора 16, конденсатор 18 может зарядиться до уровня "1" за время 2, 3 и т. д. периодов светового сигнала, чем обеспечивается требуемая достоверность фиксации начала прохождения светопоглащающей полосы 3 под светодиодом 13. После заряда конденсатора 18 до уровня соответствующего "1" на выходе элемента 12 появится уровень "0". Этим уровнем блокируется срабатывание элемента 15 и обеспечивается заряд конденсатора 19, в результате чего6 на выходе элемента 21 появляется импульс уровня "1" с длительностью, определяемой номиналами конденсатора 19 и резистора 20. Импульс с выхода элемента 21 поступает на ключ 22.

При дальнейшем вращении диска первой из-под фотодиода 13 выходит светопоглощающая полоса 3 и на вход элемента 15 с фотодиода 13 начинает на время действия светового сигнала поступать уровень "1", однако срабатывание элемента 15 не происходит, так как срабатывание заблокировано сигналом уровня "0" с выхода элемента 12.

Когда из-под фотодиода 10 выйдет светопоглощающая полоса 2, то по очередному световому сигналу на вход элемента 12 поступит с фотодиода 10 сигнал уровня "0", что вызовет появление уровня "1" на выходе элемента 12, а, следовательно, снятие блокировки на срабатывание элемента 15, на вход которого поступит сигнал уровня "1", с фотодиода 13, в результате чего на выходе элемента 15 появляется сигнал уровня "0", которым разряжается конденсатор 18, обеспечивая поддержание уровня "1" на выходе элемента 12 до поступления очередного светового сигнала.

Ключ 22 в простом случае может быть выполнен на двух резисторах и одном транзисторе.

Период следования световых сигналов и длины светопоглощающих полос выбираются из условия обеспечения принятого времени селекции фиксации начала прохождения элемента оптической связи и длительности выходного импульса при максимальной скорости вращения диска.

Вместо фотодиодов в устройстве можно использовать фототранзисторы.

Микросхема, содержащая четыре двухвходовых триггера Шмитта, может быть, например, из серии 561.

Резистор 16 из устройства может быть исключен, если используется диод 17 с подходящим обратным током.

Устройство может быть использовано также и для дистанционного учета потребления не только электрической энергии, но и, например, расхода таких веществ как вода, пар и др. В этом случае счетчик расхода должен содержать вращающий механизм с светоотражающим диском, на который нанесены элементы оптической связи. Возможно применение и в других случаях, если обеспечивается логика работы устройства.

Устройство может быть также использовано с светопоглощающим диском, который снабжается светоотражающими полосами. При этом светоотражающие полосы должны быть разнесены друг от друга по своим окружностям, например, на противоположные стороны диска, а соединение фотодиода 13 и резистора 14 должно быть направлено как соединение резистора 11 и фотодиода 10. Резистор 16, диод 17 и конденсатор 18 могут быть исключены, а выход элемента 15 прямо соединен с входом элемента 12.

Формула изобретения

Устройство для дистанционного измерения потребления энергии, содержащее счетчик электроэнергии с диском, снабженный элементами оптической связи, и ключ, отличающееся тем, что элементы оптической связи выполнены в виде двух светопоглощающих концентрических полос различной длины, расположенных одна над другой, а ключ управляется схемой, содержащей светодиод, катодом соединенный с шиной нулевого потенциала, а анодом с коллектором транзистора, базой соединенного с резистором, вторым выводом соединенным с выходом первого двухвходового элемента ТРИГГЕР ШМИТТА и с резистором, вторым выводом соединенным с входами первого двухвходового элемента ТРИГГЕР ШМИТТА, эмиттером транзистора и конденсатором, вторым выводом соединенным с шиной нулевого потенциала, оптически связанный с двумя фотодиодами, катод одного из них соединен с шиной нулевого потенциала, а анод вместе с резистором, вторым выводом подсоединенным к шине положительного потенциала, образуют общую точку, соединенную с первым входом второго двухвходового элемента ТРИГГЕР ШМИТТА, анод другого фотодиода соединен с шиной положительного потенциала, а катод его вместе с резистором, вторым выводом подсоединенным к шине нулевого потенциала, образуют общую точку, соединенную с входом третьего двухвходового элемента ТРИГГЕР ШМИТТА, выходом соединенного с резистором и катодом диода, анодом образующим с вторым выводом резистора и конденсатором, вторым выводом подсоединенным к шине нулевого потенциала, общую точку, соединенную с вторым входом второго двухвходового элемента ТРИГГЕР ШМИТТА, выходом соединенного с вторым входом третьего двухвходового элемента ТРИГГЕР ШМИТТА и с конденсатором, вторым выводом образующим с резистором, вторым выводом подсоединенным к шине положительного потенциала, общую точку, соединенную с входами четвертого двухвходового элемента ТРИГГЕР ШМИТТА, выходом соединенного с ключом.

РИСУНКИ

Рисунок 1