Многофункциональный аналогоцифровой преобразователь

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцналнстнческмх республик (ii) 864137 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 211279 (21) 2855843! 18-21 с присоедннениент заявки № (23) П риоригет (51)M. Кл.

G 01 Я 13/02

Государственный квинтет

СССР ао делам изобретений и отхрытий

Опубликовано 150981 Бюллетень № 34

Дата опубликования описания 180981 (53) УДК б81.325 (088. 8) 1

А.Н. Иошнин, П.П. Перменков, Б.В. Султанов,. Э. К. Шахов и В.M. Шляндин

1 (72) Авторы изобретения

Пензенский политехнический институт — "--. (71) Заявитель (54 ) МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к электроиз мерительной технике.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий анализатор фазы, нуль-орган, преобразователь напряжения

5 в интервал времени (ПНВ), умножитель частоты, устройство управления, два ключа, два переключателя режимов работы, преобразователь напряжение-частота, преобразователь код-частота, двух"

10 входовый логический элемент ИЛИ, уст" ройство возведения в квадрат, устройстw) извлечения квадратного корня, два реверсивных счетчика и генератор опорной частоты Я .

Недостатком данного устройства является низкая точность преобразоватшя.

Цель изобретения — новьнпение точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, о что в многофункциональный аналого-цифровой преобразователь, содержащий пер- . вый переключатель, первый вход которо го соединен с первой входной клеммой, второй вход — с первым управляющим выJ

;.ходом устройства управления, второй переключатель, первый вход которого соединен с первой входной клеммой, второй вход — со второй входной клеммой и тре, тий вход — со вторым. управляющим выходом устройства управления, а выход соединен с первым входом преобразователя напряжения в интервал времени, второй вход которого соединен с первым выходом нуль-органа, а выход — с первым входом устройства управления, второй вход которого соединен со вторым выходом нуль-органа, .генератор опорной частоты, выход которого соединен с первыми входами первого и второго ключей, преобразователь код-частота, второй вход которого соединен с выходом второго ключа, вторые входы первого и второго ключей соединены с третьим и четвертым управляющими выходами устройства управления, дополнительно введены дифференциатор, третий и четвертый

:переключатели, третий ключ, блок переписи кода, первый и второй счетчики, преобразователь код-напряжение, при этом вход дифференциатора соединен с первой входной. клеммой, а выход — с третьим входом первого переключателя, выход которого соединен с первым входом третьего переключателя, второй вход которого соединен с выходом второго переключателя, третий вход — с пятым управляющим выходом устройства управления, а выход — со входом нульоргана, третий вход преобразователя напряжения в интервал времени соединен через преобразователь код-напряжение с выходом первого счетчика, первый вход которого соединен с шестым управляющим выходом устройства управления, второй вход - с выходом первого ключа, а третий — с выходом блока переписи кода, вход которого соеди20 нен с первым выходом второго счетчика, первый вход которого соединен с седьмым управляющим выходом устройства управления, а второй вход — с выходсм третьего ключа, первый вход ко25 торого соединен с восьмым управляющим выходом устройства управления, второй вход — с выходом четвертого переключателя, первый вход которого соединен с выходом преобразователя код-частота, второй вход — с выходом генератора

30 опорной частоты, а третий вход — с девятым управляющим выходом устройства управления.

На чертеже представлена структур35 ная схема многофункционального аналого-циФрового преобразователя.

Многофункциональный аналого-цифровой преобразователь содержит устройство управления 1, ключи 2 и 3, генератор опорной частоты 4, преобразователь напряжения в интервал времени (ПНВ) 5, нуль-орган 6, переключатели

7 и 8, преобразователь код-частота 9 (ПКЧ), дифференциатор 10, переключатели 11 и 12, преобразователь код-на45 пряжение (ПКН) 13, счетчики 14 и 15, ключ 16, блок переписи кода 17, причем входные клеммы устройства соединены с первым и вторым входами переключателя 8, входом дифференциатора 10 и с первым входом переключателя 7, третий вход этого переключателя подключен к выходу дифференциатора 10, выход переключателя 7 связан с первым входом переключателя ll, ко второ- 55 му входу которого подключен выход переключателя 8 и первый вход преобразователя напряжения в интервал време864137 4 ни 5, выход последнего соединен с первым входом устройства управления 1, а второй вход — с первым выходом нульоргана 6, вход которого подключен к выходу переключателя 11, а второй выход - ко второму входу устройства управления 1, шестой управляющий выход последнего соединен с первым входом счетчика 14, выход которого подключен ко входу преобразователя ПКН 13, выход которого соединен с третьим входом преобразователя напряжения в интервал времени 5, третий вход счетчика 14 соединен с выходом блока переписи кода 17, вход которого подключен к первому выходу счетчика 15, к первому входу последнего подключен седьмой выход устройства управления 1, а ко второму входу — выход ключа 16, второй вход последнего соединен с выходом переключателя 12, первый вход которого соединен с выходом преобразователя код-частота 9, первый вход которого подключен к выходу генератора опорной частоты 4, а второй — к выходу .клю— ча 3, первый вход последнего соединен со вторым входом переключателя 12, выходом генератора опорной частоты 4 и с первым входом ключа 2, выход которого соединен со вторыми входом счетчика 14. Второй вход переключателя 7 соединен с первым управляющим выходом устройства управления 1, второй, третий, четвертый, пятый, восьмой и девятый управляющие выходы которого соединены с третьим входом переключателя 8, вторыми входами ключей 2 и 3, — с третьим входом переключателя 11, — с первым входом ключа 16 и третьим входом переключателя 12 соответственно.

В зависимости от вида преобразуемой величины возможны три режима работы: I — режим измерения действующих значений напряжения и тока, 11 режим измерения активной, реактивной и полной мощности, 111 — режим измерения коэффициента мощности.

При измерении действующего значения напряжения устройство работает следующим образом.

В первом такте преобразования по команде с устройства управления 1 открывается ключ 2, остальные ключи закрыты, переключатель 7 находится в верхнем положении, положение переключателя 8 безразлично. Длительность первого такта Т задается равной поЧ юупериоду исследуемого сигнала с по8641 мощью нуль-органа 6, равной полупериоду исследуемого сигнала. В течение этого времени осуществляется заполнение счетчика 14 импульсами выходной частоты генератора 4 fp . В резуль1тате по окончании первого такта в счетчике 14 фиксируется число

N fp Т. (1)

Код- счетчика 14 является управляющим для ПКН 13, выходное напряжение ig которого

0о = НтКпк 1 (2) где К, — коэффициент преобразования к.и

HKH 13; в дальнейшем используется в качестве опорного в преобразователе напряжения во временной интервал 5, Во втором такте устройство управления 1 устанавливает переключатели

7 и .8 в верхнее положение, кроме того, на время, равное длительности выходного информационного интервала

ПНВ 5, открывается ключ 3. В результате на вход ПНВ 5 оказывается подклю 4eHHM4 сигнал Up(С), пРопОРциональный 25 напряжению нагрузки. Время интегрирования посредством нуль-органа 6 задается равньпк Т,4 синфазно с полупериодом Интегрирующего сигнала u (t). При этом длительность выходного интервала времени ПНВ 5 аТ„ определяется как

Т„ 4ю Т„ (3) где 0 — средневыпрямленное значение

Ис0 сигнала up(t); или с учетом (1) и (2)

hT1 0 р fo Кпкч

Время аТ„измеряется счетно-импульс-. ным методом путем подсчета проходя40 щих через открытый ключ 3 импульсов частоты Фо управляющим счетчиком

ПКЧ 9. В результате по окончании второго такта преобразования в последнем оказывается зафиксированным число

l Uu

1 1= Т"О= 0о К вЂ” К -К ®

1 О о К „ КФ- К„кн где U — действующее значение сигнала о напряжения нагрузки U„(t);

Кф — коэффициент формы.

50 (4) По окончании третьего такта в счетчике 15 фиксируется число и, являющееся кодовым эквивалентом реактивной мощности, 11@ деТЙ пк4 нли с учетом (5), (8) и (9)

К® 0 0>sin< KQ (10)

К Кдкв Ng, 1 где к " г ——

Устройство работает аналогичным образом, но при измерении действующего значения тока, при первом такте преобразования длительность такта задается пропорционально току нагрузки. Во втором такте преобразования к ПНВ 5 через переключатель 8 подключается

1данное напряжение, пропорциональное

37 6 току нагрузки, и в счетчик ПКЧ 9 записывается число

01 (6)

К Кйкн пропорциональное действующему значению тока.

При измерении активной, реактивной и полной мощности устройство работает следующим образом.

Режим измерения реактивной мощности состоит из трех тактов, два первых полностью повторяют режим измерения действующего значения напряжения, в третьем же такте по команде с устройства управления 1 переключатели 7 и 8 устанавливаются в нижнее положение.

На время, равное длительности информативного интервала IIHB 5, Открывается ключ 16 и на входе ПНВ 5 появляется сигнал 04 (), пропорциональный току нагрузки. Такт интегрирования преобразователя также задается равным Т„ но сдвигается по фазе относительно полупериода 0.1(й) на значение ре "-Ч+ЗГ/О

РЕЗ где 1 — угол сдвига фаз между кривыми напряжения и тока исследуемого процесса, так как на вход нуль-органа

6 в этом случае подается продифферен1 цированное напряжение U>(t) ° В результате длительность выходного информативного интервала ПНВ 5, работающего в данном случае в режиме фазочувствительного детектора, в третьем такте определяется как

Uacp cps res Т

6Tll — U о

Т„ или с учетом (2) и (7)

U1sin 9 (8)

Qfp Кпкм

В течение этого времени открыт ключ 16 и на вход счетчика 15 с выхо да ПКЧ 9 поступают импульсы, частота следования которых равна (9)

"о о где Мо — емкость счеЖИка ПКЧ.

864137 грирующего преобразователя определяется в таком случае как

Этот интервал времени измеряется счетно-импульсным методом путем заполнения через открытый посредством устройства управления 1 ключ 16 импульсами частоты 1о счетчика 15. В результате по окончании д й„ в последнем фиксируется число

"! o - 0 0л р о

Перед началом второго такта соответствующими сигналами устройства управления 1 осуществляется сброс счетчика 14, перепись в него посредством схемы переписи кода 17, числа N< из счетчика 15 и сброс счетчика 15. При этом опорное напряжение ПНВ 5 устанавливается равным

Ти

"О,! = мккн " ="пкн О 0Лср "О

Во втором такте по команде с устройства управления переключатель ! переводится в верхнее положение. В результате длительность такта интегрирования ПНВ 5 задается синфазно с полупериодом сигнала 0 (), интегрируется же, по-прежнему, напряжение

0„-(1). При этом выходной информативный интервал времени интегрирующего преобразователя определяется как

Tq

gt g Ug ° cos%

01 или с учетом (13) и (16)

М йВ ° ccoos sЧ . (17) и

Данный интервал также измеряется счетно-импульсным методом путем. заполнения импульсами частоты fo через открытый ключ 16 счетчика 15. В результате в последнем накапливается код

35

В режиме аналого-цифрового преобразования коэффициента мощности работа устройства осуществляется в два такта. Перед началом первого такта 4о сигналом с устройства управления l в счетчике 14 устанавливается такое число Noq, при котором выходное напряжение ПНК 13 равно номинальному значению образцового напряжения ПНВ 5,т.е.

"o - Кпкн- "о1 (13)

Переключатель 7 в течение обоих тактов преобразования находится в верхнем положении, переключатель 8— в нижнем и переключатель 12 — в верх50 нем положении. (18) Процесс измерения активной мощности аналогичен процессу измерения реактивной мощности и отличается лишь тем, что переключатель 7 в течение всего цикла преобразования находится в верхнем положении. Это значит, что такт интегрирования преобразователя сдвигается по фазе относительно полупериода 0>(t) на угол Ч . Такой фазовый сдвиг достигается подачей на нуль- 16 орган 6 напряжения uÄ(t). При этом код, фиксируемый в счетчике 15 по окончании третьего такта, М = -- г — 0 U созМ = KP (11)

1 унио 15 является цифровым эквивалентом активной мощности.

При измерении полной мощности цикл преобразования состоит также из таких же грех тактов, Отличие его от ассмотренных выше заключается в том, то в данном случае в течение всех ррех тактов переключатель 11 сигналом с устройства управления 1 удерживается. в нижнем наложении, что позволяет во втором и третьем тактах преобразования задавать время интегрирования

ПНВ 5 синхронно с полупериодом интегрируемого сигнала (положение пере" ключателя 7 при этом безразлично).

В результате выходной код счетчика

15 по окончании преобразования опреде" ляется выражением

"ь Uo "р = KS 12) и является кодом полной мощности.

В первом такте по команде с устройства управления l переключатель 1) устанавливается в нижнее положение.

При этом такт интегрирования Т„ ПНВ 6 задается синфаэно с полупериодом интегрируемого сигнала 0.1(t). Выходной информативный интервал времени интеявляющийся цифровым эквивалентом коэффициента мощности.

Данное устройство облагает высокой точностью, так как в режиме измерения действующего значения погрешность уменьшается за счет того, что исключается влияние неточности задания моментов преобразования мгновенных значений напряжения (тока).

Это обстоятельство приводит также к повышению точности в режимах измере,ния активной, реактивной и полной

9 8б413 мощности и коэффициента мощности, Кроме того, в режимах измерения полной мощности и коэффициента мощности отсутствуют погрешности вычисления, связанные с процессом возведения s квадрат и извлечения квадратного корня, что также приводит к повышению точности преобразования.

Формула изобретения

Многофункциональный аналого-цифровой преобразователь, содержащий первый переключатель, первый вход которого соединен с первой входной клеммой, второй вход — с первым управляющим выходом устройства управления, второй переключатель, первый вход которого соединен с первой входной клеммой, второй вход — со второй входной клеммой н третий вход — со вторым управляющим выходом устройства управления, а выход соединен с первым входом преобразователя напряжения в интервал времени, второй вход которого соединен с первым выходом нуль-органа, а выход — с первым входом устройства управления, второй вход которого соединен со вторым выходом нуль-органа, генератор опорной частоты, выход которого соединен с первыми входами первого и второго ключей, преобразователь код-частота, второй вход которого соединен с выходом второго ключа, вторые входы первого и второго ключей соеди3S невы с третьим и четвертым управляющими выходами устройства управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования дополнительно введены диффе40

7 10 ренциатор, третий и четвертый переключатели, третий ключ, блок переписи кода, первый и второй счетчики, преобразователь код-напряжение, при этом вход дифференциатора соединен с первой входной клеммой, а выход — с третьим входом первого переключателя, выход которого соединен с первым входом третьего переключателя, второй вход которого соединен с выходом второго переключателя, третий вход — с пятым управляющим выходом устройства управления, а выход — со входом нульI органа, третий вход преобразователя . напряжения в интервал времени соединен через преобразователь код-напряжение с выходом первого счетчика, первый вход которого соединен с шестым управляющим выходом устройства управления, второй вход — с выходом первого клю-, ча, а .1 ретий — с выходом блока переписи кода, вход которого соединен с первым выходом второго счетчика, первый вход которого соединен с седьмым управляющим входом устройства управле-. ния, а втор ой вход — с выходом третьего ключа, первый вход которого соединен с восьмым управляющим выходом устройства управления, второй вход— с выходам четвертого переключателя, первый вход которого соединен с выходом преобразователя код-частота, второй вход — с выходом генератора опорной частоты, а третий вход - с девя-. тым управляющим выходом устройства управления.

Источники информации, принятые зо внимание прн экспертизе

). Авторское свидетельство СССР

Ф 517853, кл. G 01 и 13/02, 1926 (прототип).

864137

"ий

Тирах 73$ Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

l13035s Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Заказ 7773/64

Филиал IIII "Патент", г. Укгород, ул. Проектная, 4

Составитель А. Кузнецов

Редактор Т. Парфенова Техред М.Табакович Корректор С. Шекмар