PL69556B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano: 20.XII.1973 69556 KI. 42mS7/12 MKP G06g 7/12 Twórca wynalazku: Anatoly Ivanovich Zabarny Wlasciciel patentu: Nauchno issledovatelsky i konstruktorsko-technologi- chesky institut gorodskogo khozyaistva, Kijów (Zwia¬ zek Socjalistycznych Republik Radzieckich) Urzadzenie mnozaco-calkujace Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie mnoza¬ co-calkujace stosowane w maszynach analogowych, zwlaszcza w ukladach mnozaco-calkujacych, w po¬ miarowych przyrzadach liczacych, szczególnie w postaci liczników energii elektrycznej, ciepla lub pracy i innych mierników zaleznie od rodzaju za¬ stosowanego czujnika.Znane liczniki energii elektrycznej stosowane w warunkach stacjonarnych nie nadaja sie do sto¬ sowania w srodkach transportu takich jak elek¬ trowozy, tramwaje, trolejbusy czy samochody elek¬ tryczne, poniewaz wstrzasy i drgania powoduja niszczenie lozysk ruchomych elementów i w kon¬ sekwencji szybkie obnizanie dokladnosci liczników.Liczniki ciepla z napedem od wodomierza, na przyklad, liczniki z mechanizmem sprzezenia skos¬ nych kól zebatych, sterowanych róznica tempera¬ tur miedzy doplywajacym i odplywajacym stru¬ mieniem nosnika ciepla maja z reguly duzy zakres nieczulosci przy malej predkosci nosnika ciepla, krótka zywotnosc i mala dokladnosc.Inne znane typy liczników ciepla zawieraja ru¬ chome elementy, styki, potencjometry z ruchomym slizgaczem itp. Wymienione elementy w warun¬ kach podwyzszonej wilgotnosci i temperatury nie zapewniaja niezbednej niezawodnosci pracy.Statyczne urzadzenia mnozaco-calkujace, wyko¬ nane na bazie wspólczesnych elementów pólprze¬ wodnikowych i magnetycznych sa najbardziej od¬ powiednie w bardzo trudnych warunkach eksploa- 10 15 20 25 % tacji, a szczególnie do zastosowania na srodkach transportowych.Znane sa urzadzenia mnozace o duzej niezawod¬ nosci dzialania wykorzystujace efekt Halla, badz tez wykorzystujace uklady podnoszace funkcje do kwadratu, jednak wykonanie wymienionych urza¬ dzen mnozaco-calkujacycfi poprzez laczenia zna¬ nych ukladów mnozacych z calkujacymi daje w wyniku urzadzenia stosunkowo prymitywne, o duzych wymiarach i nie spelniajace wymagan stawianych w praktyce.Znane sa równiez urzadzenia mnozaco-calkujace wykonane na przyklad jako jednofazowe liczniki energii pradu zmiennego, w których sygnal jedne¬ go z czynników podawany jest na wejscie ukladu calkujacego wykonane na tranzystorze pracujacym w ukladzie generatora pradu, a napiecie na kon¬ densatorze porównywane jest ze spadkiem napie¬ cia na opornosci. W momencie gdy obie te wiel¬ kosci sa równe, urzadzenie porównujace wysyla impuls rozladowujacy pojemnosc calkujaca, który jest jednoczesnie rejestrowany przez sumujacy licznik impulsów.Wada takiego ukladu mnozaco-calkujacego jest ograniczenie liczby czynników funkcji podcalkowej do dwóch, przy czym jedna z wielkosci ukladu mnozaco-calkujacego mutei byc napieciem odwrot¬ nie proporcjonalnym do któregos z czynników funkcji podcalkowej. 69 55669 3 Uzyskanie takiej wartosci napiecia, poprzez odejmowanie napiecia odwrotnie proporcjonalnego do drugiego czynnika ze stalej wartosci napiecia, zapewnia dostateczna dokladnosc obliczenia zuzy¬ cia mocy czynnej tylko przy nieduzych wzglednych zmianach napiecia sieci.Celem wynalazku jest skonstruowanie urzadze¬ nia mnozaco-calkujacego wykonanego na wspól¬ czesnych elementach pólprzewodnikowych i mag¬ netycznych o duzej niezawodnosci dzialania i moz¬ liwosciach szerokiego zastosowania w praktyce oraz posiadajacego takie wlasciwosci jak: prak¬ tycznie nieograniczona liczba czynników funkcji podcalkowej, zakres zmian sygnalu wejsciowego dowolnego czynnika wynoszacy 0—150 mV .lub mniej 0-h100 mV, 0—'50 mV oraz umozliwiajacego otrzymanie sygnalu wyjsciowego w postaci impul¬ sów, liczba których jest proporcjonalna do calki iloczynu, a ich'czestotliwosc nie przekracza czesto¬ tliwosci rzedu 3—5 Hz czyli zapewniajace prawid¬ lowa prace sumujacych liczników elektromecha¬ nicznych sluzacych jako wskazniki wyniku calko¬ wania.Wynalazek zastosowany w postaci licznika ener¬ gii elektrycznej, licznika energii cieplnej, urzadze¬ nia mierzacego prace, zwlaszcza do zastosowania na srodkach transportu, pozwala na osiagniecie malych wymiarów wymienionych urzadzen, dlugie¬ go okresu miedzyprzegladowego oraz wysokiej nie¬ zawodnosci dzialania w trudnych warunkach eks¬ ploatacyjnych.Cel ten zostal osiagniety w urzadzeniu mnozaco- -calkujacym wedlug wynalazku, wyrózniajacym sie tym, ze zawiera klucz na wejsciu integratora i co najmniej jeden przetwornik poziomu sygna¬ lów wejsciowych odpowiadajacych pozostalym czynnikom funkcji podcalkowej. Wyjscie wspom¬ nianego przetwornika polaczone jest z wejsciem sterujacym klucza.Przy calkowaniu iloczynu wiecej niz dwóch czynników laczy sie szeregowo przetworniki po¬ ziomu sygnalów wejsciowych, których liczba jest równa liczbie czynników, przy czym wejscie steru¬ jace pierwszego przetwornika laczy sie z genera¬ torem impulsów zegarowych, a wejscie sterujace kazdego nastepnego przetwornika laczy sie z wyj¬ sciem poprzedniego.Jako przetwornik poziomu sygnalu wejsciowego, odpowiadajacego jednemu z czynników funkcji podcalkowej mozna zastosowac modulator szero¬ kosci impulsów zawierajacy element calkujacy, na którego wejsciu \ znajduje sie klucz rejestracji, ob¬ wód zliczania i wskaznik poziomu elementu cal¬ kujacego, przy czym wyjscie wskaznika polaczone jest z obwodem zliczania. W przypadku zastosowa¬ nia urzadzenia wedlug wynalazku jako licznika zuzycia energii elektrycznej, przetwornik poziomu sygnalu wejsciowego zawiera róznicowy modula¬ tor szerokosci impulsów oraz mostkowe urzadze¬ nie wejsciowe, którego jedna przekatna dolaczona jest do zródla sygnalu wzorcowego, a druga do pradowego bocznika obwodu obciazenia licznika energii elektrycznej. Sasiednie ramiona mostka sa polaczone z odpowiednimi wejsciami róznicowego modulatora szerokosci impulsów. Wejscie integra¬ tora dolaczone jest do sieci. 556 4 W przypadku zastosowania urzadzenia wedlug wynalazku jako licznika ilosci ciepla, przetwornik poziomu sygnalów wejsciowych zawiera uklad ksztaltowania impulsów o jednakowym czasie - trwania, którego wejscie dolaczone jest do znaj¬ dujacego sie w liczniku czujnika reagujacego na chwilowa wartosc zuzycia nosnika ciepla oraz róz¬ nicowy modulator szerokosci impulsów z kluczami rejestracji, których wejscia sterujace dolaczone sa L0 do wyjscia ukladu formujacego, a pozostale wejscia wspomnianych kluczy rejestrujacych polaczone sa z czujnikami temperatury doplywajacego i odply¬ wajacego strumienia nosnika ciepla, przy czym na wejscie integratora jest podawany sygnal o stalym l5 poziomie.Celowe jest konstruowanie przetwornika *w po¬ staci róznicowego modulatora szerokosci impulsów zawierajacego dwa modulatory z rdzeniami o pro¬ stokatnej petli histerezy, z uzwojeniami rejestracji i regeneracyjnym ukladem zliczajacym. Wyjscia obydwu wspomnianych modulatorów dolaczone sa do ukladu odejmowania dlugosci impulsów, zas uzwojenia zliczania poprzez prostowniki dolaczone sa do klucza gaszacego impulsy zaklócajace.Wynalazek jest blizej objasniony w przykladzie 25 wykonania przedstawionym na rysunku, na któ¬ rym fig. 1 przedstawia schemat blokowy urzadze¬ nia mnozaco-calkujacego, fig. 2 — schemat bloko¬ wy polaczen przetworników w urzadzeniu mnoza- co-calkujacym przy obliczaniu calki z funkcji be- w dacej iloczynem kilku czynników, fig. 3 — sche¬ mat blokowy jednego ze stopni modulatora szero¬ kosci impulsów o cyklu rejestracji — zliczania, fig. 4 schemat blokowy licznika energii elektrycz¬ nej z zastosowaniem urzadzenia mnozaco-calkuja- 35 cego, fig. 5 — schemat blokowy licznika ilosci ciepla z zastosowaniem urzadzenia mnozaco-cal- kujacego, a fig. 6 — schemat ideowy przetwornika poziomu wejsciowego.Urzadzenie mnozaco-calkujace zawiera integra- 40 tor 1 z kluczem 2 na wejsciu, iblok porównania 3, uklad 4 sterujacy kasowaniem integratora, licznik impulsów 5 stanowiacy wskaznik wyjsciowy oraz przetwornik poziomu sygnalów wejsciowych 6. Na wejscie integratora 1 poprzez klucz 2 podawany 45 jest sygnal Un odpowiadajacy jednemu z czynni¬ ków funkcji podcalkowej, jedno z wejsc bloku po¬ równania 3 polaczone jest z wyjsciem wspomnia¬ nego integratora 1, zas na drugie wejscie bloku po¬ równania 3 podawany jest sygnal porównania Uo. 50 Wyjscie bloku porównania 3 polaczone jest z ukla¬ dem 4 sterujacym kasowaniem integratora z wyj¬ sciowym 'licznikiem impulsów 5.Sygnaly pozostalych czynników Vl9 U2... Uu-i funkcji podcalkowej podawane sa na wejscie prze- „ twornika 6, którego wyjscie polaczone jest z wej- 55 sciem sterujacym klucza 2. W celu calkowania ilo¬ czynu kilku czynników Ult U2... Un-i laczy sie kas¬ kadowo przetworniki szerokosci impulsów, wejscio¬ wych, których liczba jest równa liczbie czynników en funkcji podcalkowej. Odpowiedni uklad polaczen 60 jest przedstawiony na fig. 2 rysunku.Wejscie pierwszego przetwornika szerokosci im¬ pulsów I polaczone jest z generatorem impulsów zegarowych 7, a wejscie sterujace kazdego nastep¬ nego przetwornika szerokosci impulsów I polaczo-69 5 ne jest z wyjsciem poprzedniego. Wyjscie ostatnie¬ go przetwornika szerokosci impulsów I polaczone jest z wejsciem sterujacym 'klucza 2 znajdujacego sie na wejsciu integratora 1. Z tego wzgledu na drugie wejscie klucza 2 moze byc podany jeszcze jeden czynnik funkcji podcalkowej w postaci syg¬ nalu wejsciowego Un. Kazdy z przetworników I zawiera klucz rejestracji 8 i modulator szerokosci impulsów 9.Na fig. 3 przedstawiony jest przyklad wykonania jednego przetwornika stanowiacego modulator z cyklem rejestracji — zliczania.Taki modulator szerokosci impulsów zawiera klucz rejestracji 10, odpowiadajacy kluczowi reje¬ stracji 8 z fig. 2 rysunku, sterowany impulsem re¬ jestracji o czasie trwania r0 {zródlem impulsu re¬ jestracji T0 dla pierwszego przetwornika szerokosci impulsów jest generator 7 impulsów zegarowych na fig. 2 rysunku, a dla nastepnych przetworni¬ ków — wyjscie poprzedniego modulatora szero¬ kosci impulsów) i integrator 11, którego wyjscie polaczone jest z wejsciem wskaznika zadanego po¬ ziomu 12, a wyjscie ostatniego z wspomnianych przetworników szerokosci impulsów polaczone jest z wejsciem ukladu spustowego 13. Drugie wejscie ukladu spustowego 13 polaczone jest z wejsciem klucza rejestracji 10 poprzez uklad rózniczkujacy 14, a jego wyjscie z kluczem 15. Sygnal wejsciowy Uoi odpowiadajacy jednemu z czynników funkcji podcalkowej podawany jest na wejscie integratora 11 poprzez klucz rejestracji 10.Integrator 11 moze byc dowolnym ukladem cal¬ kujacym, przy czym bardzo czesto w celu uprosz¬ czenia urzadzenia stosuje sie elektromagnetyczne uklady calkujace pracujace na rdzeniach o prosto¬ katnej petli histerezy.Modulator szerokosci impulsów z tak skonstruo¬ wanym integratorem wykazuje dobra liniowosc charakterystyki r0i = f(U0i * r), gdzie T0i — czas trwania impulsu wyjsciowego Uoi — napiecie wejsciowe ale charakteryzuje sie zakresem nieczulosci.Z tego wzgledu, przy malych sygnalach wejscio¬ wych, celowe jest konstruowanie przetworników szerokosci impulsów w ukladzie róznicowym poz¬ walajacym uniknac zakresu nieczulosci i uzyskac dokladne przetworzenie iloczynu U0i * r0 na czas trwania impulsu r0i.Przyklad wykonania róznicowego modulatora impulsów moze stanowic modulator obwodu pra¬ dowego licznika energii elektrycznej (fig. 4).Dzialanie tego ukladu jest nastepujace: Róznicowy modulator III szerokosci impulsów zawiera dwa identyczne modulatory 17 i 18, któ¬ rych wejscia polaczone sa z sasiednimi ramionami 19 i 20 mostka II, którego jedna przekatna poprzez dodatkowa opornosc 21 polaczona jest z bocznikiem 16 wlaczonym w siec z obciazeniem 22, a druga po¬ laczona jest ze zródlem 23 napiecia odniesienia ITS.Wyjscia modulatorów 17 i 18 dolaczone sa do wejsc ukladu odejmowania dlugosci impulsów 24.Róznicowy impuls na wyjsciu ukladu 24 steruje kluczem 2 na wejsciu integratora 1.Wejscie integratora 1 dolaczone jest za posred¬ nictwem klucza 2 na napiecia sieci Uc. 556 6 Na fig. 5 rysunku przedstawiony jest schemat blokowy licznika energii cieplnej, w którym za¬ stosowane jest urzadzenie mnozaco-calkujace. Ja¬ ko czujniki chwilowej wartosci przeplywu nosnika 5 ciepla 25 i 26 mozna w nim zastosowac wiatraczek z czujnikiem impulsowym lub dowolny inny mier¬ nik przeplywu, z wyjsciem czestotliwosciowym.Uklad 27 formowania impulsów o stalym czasie trwania impulsu, wyzwalany z czestotliwoscia pro- 10 porcjonalna do chwilowej wartosci przeplywu nos¬ nika ciepla polaczony jest z kluczami rejestracji 28 i 29 róznicowego modulatora III szerokosci im¬ pulsów. Na wejscia wspomnianych kluczy reje¬ stracji 28 i 29 podawane sa sygnaly z czujników 15 temperatury 30 i 31 umieszczonych w doplywowym i odplywowym przewodzie cieplnym.W przypadku zastosowania termorezystorów jako czujników temperatury 30 i 31 oba te czujniki la¬ czy sie szeregowo ze zródlem pradu 32. 20 Wyjscia kluczy rejestracji 28 i 29 polaczone sa z przetwornikami 33 i 34 szerokosci impulsów, któ¬ rych wyjscia polaczone sa z wejsciami ukladu odej¬ mowania dlugosci impulsów 24. Wyjscie róznico¬ wego modulatora szerokosci impulsów polaczone jest z wejsciem sterujacym klucza 2 umieszczonego na wejsciu integratora 1.Drugie wejscie wspomnianego klucza 2 laczy sie badz ze zródlem napiecia stabilizowanego E0, w przypadku stosowania urzadzenia do obliczania ilosci ciepla oddawanego przez nosnik ciepla o niezmiennym cieple wlasciwym, badz tez ze zródlem napiecia korygowanego, w zaleznosci od wartosci ciepla wlasciwego, jesli cieplo wlasciwe nosnika sie zmienia (wymienione wyzej zródla nie sa pokazane na rysunku). 35 Na fig. 6 rysunku przedstawiony jest przyklad wykonania ukladu róznicowego modulatora szero¬ kosci impulsów zlozonego z dwóch modulatorów, w których jako integrator zastosowany jest elek¬ tromagnetyczny uklad calkujacy zawierajacy rdzen 40 o prostokatnej petli histerezy. Zastosowanie takie¬ go modulatora pozwala na zbudowanie nieskom¬ plikowanego ukladu mnozaco-calkujacego pracuja¬ cego z sygnalami o malym poziomie.Kazdy z modulatorów szerokosci impulsu sklada 45 sie z rdzenia pierscieniowego 35 (fig. 6) z materialu o prostokatnej petli histerezy oraz z trzech umiesz¬ czonych na nim uzwojen; uzwojenia rejestracji 36, uzwojenia regeneracyjnego zliczania 37 i uzwojenia dodatniego sprzezenia zwrotnego 38. 50 Uzwojenie rejestracji 36 polaczone jest z ramie¬ niem 19 mostka wejsciowego n za posrednictwem kluczy rejestracji 39. Wspomniane uzwojenie reje¬ stracji 36 drugiego modulatora szerokosci impulsów polaczone jest z ramieniem 20 mostka wejsciowego 55 w analogiczny sposób.Uzwojenie zliczania 37 polaczone jest ze zródlem napiecia zliczania 40 poprzez klucz zliczania 41.Celowe jest stosowanie w charakterze klucza zli¬ czania 41 tranzystora, którego obwód bazy polaczo- 60 ny jest z uzwojeniem dodatniego sprzezenia zwrot¬ nego 38.Uzwojenia zliczania 37 obu modulatorów szero¬ kosci impulsów bocznikowane sa ukladem zlozo¬ nym ze wspólnego klucza — tranzystora 42 i diod 65 43i44'69 556 8 K2 ' Uo gdzie K1 K = Ko ' U0 = const 20 Obwód bazy tranzystorowego klucza 42 polaczo¬ ny jest z generatorem 7 impulsów zegarowych o stalym wypelnieniu i (biegunowosci przeciwnej niz biegunowosc wejsc sterujacych kluczy reje¬ stracji 39 (z oddzielnego uzwojenia lufo przez od- 5 wracaoz fazy).Urzadzenie pracuje w nastepujacy sposób.Z wyjscie generatora 7 impulsów zegarowych, impuls o czasie trwania t0 Wlacza klucz 10 na wejsciu integratora 11. Napiecie na wyjsciu inte- 10 gratora 11 w ciagu czasu rejestracji t0 wzrasta o AU równe: A\J = Ki -10 ' Uqi gdzie Uoi — napiecie na wejsciu integratora Kj — stala calkowania na wejsciu rejestracji. 15 Obwód rózniczkujacy 14 zapewnia przerzut ukla¬ du spustowego 13 dokladnie równoczesnie z kon¬ cem impulsu rejestracji, a to w celu natychmiasto¬ wego wlaczenia cyklu zliczania.Podczas zliczania uklad spustowy sygnalem wyj¬ sciowym wlacza klucz zliczania 15 na wejsciu in¬ tegratora 11.Do wejscia integratora 11 zostaje przy tym do¬ laczony sygnal U02, a sygnal U01 zostaje odlaczony wczesniej, po zakonczeniu impulsut0. ^ Biegunowosc sygnalu U02 jest przeciwna do bie¬ gunowosci sygnalu U0i. Dlatego sygnal na wyjsciu integratora zaczyna sie liniowo zmniejszac z szyb¬ koscia K2 i(V/sek), gdzie K2 jest stala calkowania obwodu zliczania integratora. ao Po obnizeniu sie poziomu sygnalu wyjsciowego integratora do poziomu zerowego zaczyna dzialac wskaznik poziomu zerowego 12 i sprowadza uklad spustowy 13 do stanu wyjsciowego. Klucz zliczania 15 zostaje przy tym rozlaczony i cykl rejestracji- 35 -zliczania konczy sie.Przyrost sygnalu przy rejestracji jest równy spadkowi przy zliczaniu dlatego, ze zarówno po¬ czatkowy jalk i koncowy poziom jest równy zero¬ wemu. Dlategotez 40 A\Joi = A\J02 Kj * T0 ' Uqi = K2 ' Toi ' U02 gdzie K2 stala obwodu zliczania integratora U02 — napiecie zliczania stad Kj * T0 * Uoi ^01 = ~ ~ = K * T0 Uoi Czas trwania impulsu wyjsciowego n-go stopnia kaskady modulatorów szerokosci impulsów jest wprost proporcjonalny do iloczynu sygnalów wej¬ sciowych i czasu trwania impulsu generatora 7 impulsów zegarowych.Wejsciowe sygnaly modulatorów 17 i 18 szero¬ kosci impulsów wystepujace na sasiednich ramio¬ nach 19 i 20 mostka wejsciowego II równe sa od¬ powiednio Uj US1 =US 2 , Uj US2 = Us+ 2 gdzie Us — poziom sygnalu wzorcowego Uj — spadek napiecia na boczniku proporcjonalny do natezenia pradu J obwodu energetycz¬ nego.Obwód pradu J tworzy zacisk sieci (fig. 4), bocz¬ nik 16, odbiornik 22 i drugi zacisk sieci.Na wyjsciu modulatorów 17 i 18 szerokosci im¬ pulsów wystepuja impulsy o dlugosci 45 50 Tym samym czas trwania impulsu wyjsciowego takiego modulatora szerokosci impulsów jest wprost proporcjonalny do iloczynu czasu trwania impulsu rejestracji i poziomu sygnalu wejsciowego. Dla 55 kaskadowego polaczenia modulatorów szerokosci impulsów (fig. 2) mozna napisac Tn = K * Tn-i * Un Tn = K0' • T0 * Ui * U2 ...Un qq gdzie Tn — czas trwania impulsu na wyjsciu n-go modulatora szerokosci impulsów imodulatora nale¬ zacego do kaskady modulatorów, Ui; U2; ... Un — sygnaly wejsciowe odpowiednio: I-go, 2-go, ... n-go modulatora szerokosci impulsów. 65 T1 = K1(US-^) rf = K1IUi+ -y) Czas trwania impulsu na wyjsciu ukladu odej¬ mowania 24 jest równy Toi = T2 Ti = Kj * Uj co oznacza, ze jest wprost proporcjonalny do nate¬ zenia pradu w obwodzie energetycznym.Zalety ukladu róznicowego polegaja na zwiek¬ szeniu dokladnosci pracy urzadzenia oraz na nie¬ zaleznosci jego charakterystyk od zmiany warun¬ ków srodowiska zewnetrznego, przy równoczesnym zachowaniu warunku stalych charakterystyk obu modulatorów 17 i i8 szerokosci impulsów.Jesli czestotliwosc powtarzania impulsów t0 be¬ dzie stabilna i dostatecznie wysoka, odpowiadajaca najwyzszej skladowej widma sygnalów pradu J lu'b najwyzszej skladowej widma sygnalów napie¬ cia sieci Uc (wyzszej z nich) to sredni sygnal na wejsciu integratora 1, za kluczem 2, sterowanego z wyjscia ukladu odejmowania 24 (fig. 4), odpowia¬ da mocy pobieranej przez obciazenie. Napiecie te¬ go sygnalu wynosi: Uomd = Toi ' fo * Uc = KA * Uj ' Uc = Ktfo W gdzie W — moc pobierana przez odbiornik 22 f0 — czestotliwosc kwantowania sygnalów pradu i napiecia równa czestotliwosci generatora impulsów zegarowych Ki — wspólczynnik przetwarzania róznicowego modulatora szerokosci impulsów.Calkowanie sygnalu U0md, proporcjonalnego do mocy daje napiecie sygnalu wyjsciowego: Uwn — KA fQ Kj / Wdt69 556 9 10 gdzie K2 — wspólczynnik przetwornika szerokosci impul¬ sów.Schodkowo narastajacy sygnal na wyjsciu inte¬ gratora porównywamy jest w bloku porównania 3 5 z zadanym poziomem sygnalu U0. W momencie za¬ istnienia równosci: Uwh = U0 blok porównania wytwarza impuls, podawany na 10 uklad sterowania 4 dokonujacy kasowania, lub przelaczenia integratora.Wspomniany impuls podawany jest równiez na licznik impulsów stanowiacy wskaznik wyjscio¬ wy5. 15 W ten sposób, w ukladzie ('blok 1, 3, 4 fig. 1) do¬ konywane jest schodkowe calkowanie sygnalu Uomd, proporcjonalnego do mocy. Otrzymywany jest wynik w postaci impulsów, których liczba jest pro¬ porcjonalna do ilosci energii pobieranej przez od- 2o biornik 22. Z powyzszego wynika, ze ilosc impul¬ sów zarejestrowanych przez licznik 5 jest równa N = Ki • fQ * Ko t / Wdt U0 ¦ = Kc Wh gdzie Kc = Kj * to * KQ U0 Kc — wartosc dziaJki (impulsu) licznika energii tzn. jest proporcjonalna do zuzycia energii elek¬ trycznej.Zmieniajac wartosc U0 latwo mozna zmieniac ilosc impulsów przypadajacych na jednostke ener¬ gii.W odróznieniu od ukladu licznika energii elek¬ trycznej, w którym czestotliwosc impulsów kwan¬ tujacych jest stala, w liczniku energii cieplnej te czestotliwosc uzaleznia sie proporcjonalnie od chwilowej wartosci przeplywu ciepla za pomoca czujnika 25 i 26 wytwarzajacego impulsy czestotli¬ wosci proporcjonalnej do wspomnianej wartosci przeplywu (fig. 5).Na wyjsciu ukladu 27 formowania impulsów po¬ jawiaja sie impulsy o stalym czasie trwania rG, których czestotliwosc powtarzania f jest równa f = K-q gdzie K — wspólczynnik proporcjonalnosci czujnika war¬ tosci chwilowej przeplywu nosnika ciepla q — wartosc chwilowa przeplywu ciepla. 25 30 35 40 45 50 55 Impulsy, pojawiajace sie na wyjsciu ukladu 27 formowania impulsów, o czasie trwania r0 steruja kluczami rejestracji 28 i 29 modulatora III szero¬ kosciimpulsów. 60 W charakterze czujników temperatury 30 i 31 korzystnie jest zastosowac termorezystory umiesz¬ czone w strumieniu plynacego nosnika ciepla.Przez obydwa termorezystory przeplywa prad i0 okreslany przez zródlo pradu32. 65 Stad wynika, ze spadek napiecia na termorezy- storach wyniesie odpowiednio U80 = ióRoa+a6i) Usi = i0Ro (1 + aG2) gdzie i0 — prad okreslony przez zródlo pradu 32 R0 — opornosc termorezystora przy 20°C a — wspólczynnik termiczny termorezystora &! — temperatura nosnika ciepla w przewodzie doprowadzajacym &2 — temperatura nosnika ciepla w przewodzie odprowadzajacym zamknietego ukladu ogrze¬ wania.Impuls róznicowy r01 na wyjsciu ukladu odejmo¬ wania dlugosci impulsów róznicowego modulatora szerokosci impulsów jest równy: T01 = K2 • iQ * Ro * a (6i — &2) gdzie K2 — wspólczynnik przetwarzania szerokosci impulsów.Wspólczynnik wypelnienia y impulsów steruja¬ cych kluczem 2 na wejsciu integratora 1 wynosi: y = rot * f = K : K2 • q • iQ • R0 " a (Ot — <92) = Ke q (Oi — 02) = Kf Wa gdzie Ke = K • K2 • i0 • R0 • a Wo = q (G1 — &2) Wq = wartosc mocy cieplnej.W ten sposób wspólczynnik wypelnienia impul¬ sów wyjsciowych jest wprost proporcjonalny do imocy cieplnej oddawanej przez nosnik ciepla. Je¬ zeli na wejscie integratora 1 poprzez klucz 2 poda¬ ny zostanie sygnal ze zródla napiecia stalego E0, to srednia wartosc napiecia na wyjsciu integrato¬ ra 1 bedzie wprost proporcjonalna do mocy ciepl¬ nej, a ilosc impulsów na wyjsciu bloku porówna¬ nia 3 N 1 = K0| Ke Wqdt = Kq jest proporcjonalna do ilosci zliczanego przez przyrzad ciepla.Róznicowy modulator szerokosci impulsów zbu¬ dowany na rdzeniach o prostokatnej petli histerezy pracuje w nastepujacy sposób. Generator impul¬ sów zegarowych 7 wytwarzajacy impulsy o stalej czestotliwosci i czasie trwania r0.Impiilsy te wlaczaja na czas r0 klucze rejestracji 39 podajac na uzwojenie rejstracji 36 spadek na¬ piecia na opornosciach sasiednich ramion 19 i 20 mostka wejsciowego II.W rdzeniach pierscieniowych 35 modulatorów szerokosci impulsów zostaje nagromadzony stru¬ mien magnetyczny proporcjonalny do jednego z wspomnianych spadków napiecia Ui9 lub U20 U19 = Us — U0i/2 U20 = Us + U01/2 zakonczenie impulsu rejestracji powoduje nieprze- wodzenie kluczy rejestracji 39.Dodatnie sprzezenie zwrotne realizowane jest przez uzwojenie dodatniego sprzezenia zwrotnego 38, opornik, przejscie emiter-baza tranzystorowego klucza zliczania 41.69 556 li W ten sposób uzwojenie zliczania 37 zostaje do¬ laczone przez tranzystorowy klucz zliczania 41 do zródla napiecia zliczania 40. Zliczanie trwa do chwili osiagniecia w rdzeniu pierscieniowym 35 strumienia magnetycznego o wielkosci równej wiel- 5 kosci strumienia ujemnego nasycenia rdzenia $4 co oznacza taka wartosc strumienia magnetycznego, od 'której zaczyna sie cykl rejestracji.W ten sposób przyrosty strumienia rejestracji A$oi i AS02 równa sie odpowiednio strumieniowi 18 zliczania A&! i A$2; A A$02 = A gdzie 15 1 A$0 W« A$^ (U3± Uoi/2)t0; ¦ U02 11 skad wynika Wa A$2= U02r2 r0(Us + Uoi/2) W37 *2: U02 W86 To(Us—Uoi/2) W87 U0 WS( gdzie rt — czas trwania impulsu rejestracji modulatora szerokosci impulsów r2 — czas trwania impulsu zliczania mo¬ dulatora szerokosci impulsów W37 — liczlba zwojów uzwojenia zliczania 37 WS6 — liczba zwojów uzwojenia rejestracji 36.Czas trwania impulsu róznicowego r0i na wyjsciu ukladu odejmowania dlugosci impulsów wynosi: Uoi T0 W8; Toi— Ti — T2 : UQ! W8( Po wylaczeniu klucza zliczania 41 na uzwojeniu zliczania 37 indukuje sie impuls zaklócajacy, spo¬ wodowany tym, ze petla histerezy rdzenia 35 nie jest idealnie prostokatna.Powstawanie wspomnianego impulsu powoduje niewlasciwe dzialanie róznicowego modulatora sze¬ rokosci impulsów.W celu wygaszenia impulsu zaklócajacego zasto¬ sowano zbudowany na diodach 43 i 44 uklad, w którym wspólny punkt anod obu diod w pól- okresie zliczania polaczony jest poprzez klucz tranzystorowy 4£ z punktem wspólnym uzwojen zliczania 37. ^przypadku uzycia w liczniku ciepla innych rodzajów czujników temperatury, korzystne jest zastosowanie ukladu analogicznego do ukladu przedstawionego w scheniacie blokowym licznika energii elektrycznej na fig. 4 rysunku.Urzadzenia mnozaco-calkujace maja szeroki za¬ kres zastosowan w przemysle, transporcie, bada¬ niach naukowych i medycynie. 20 35 12 Urzadzenie mnozaco-calkujace wedlug wynalaz¬ ku eliminuje powyzsze wady, a dzieki zastosowa¬ niu elementów pólprzewodnikowych i magnetycz¬ nych jest ibardzo pewne w dzialaniu, nie zawiera elementów ruchomych, ma male wymiary, nieza¬ wodnie dziala na srodkach transportu nie obniza¬ jac swej dokladnosci przy silnych wibracjach i wstrzasach.Mozliwa jest dalsza miniaturyzacja urzadzenia przy wykorzystaniu w nim obwodów scalonych.Przykladowo, na podstawie wynalazku opraco¬ wano (miniaturowy, statyczny, uniwersalny licznik energii elektrycznej pradu stalego klasy 1,0; licznik energii rzeczywistej pradu zmiennego dla sieci z duzymi odchyleniami ksztaltu przebiegu pradu i napiecia od sinusoidalnego oraz licznik energii cieplnej ze wskaznikiem mocy cieplnej. PL PL

Claims (6)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Urzadzenie mnozaco-calkujace, w którym sygnal odpowiadajacy jednemu z czynników funkcji podcalkowej podawany jest na wejscie integrato¬ ra, którego wyjscie polaczone jest z jednym 25 z wejsc 'bloku porównania, na którego drugie wejscie 'bedace wejsciem poziomu odniesienia po¬ dawany jest sygnal porównywany, zas wyjscie wspomnianego bloku porównania polaczone jest z ukladem sterujacyim kasowaniem integratora 30 i wyjsciowym licznikiem impulsów, znamienne tym, ze ma klucz (2) na wejsciu integratora (1) i co najmniej jeden przetwornik (6) poziomu sygnalów wejsciowych, odpowiadajacych innym czynnikom funkcji podcalkowej, przy czym wyjscie przetwor¬ nika (6) polaczone jest z wejsciem sterujacym klu¬ cza (2).

2. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze do calkowania iloczynu kilku czynników ma kaskadowo polaczone przetworniki (I) wartosci 40 sygnalów wejsciowych w ilosci równej liczbie czynników, przy czym wejscie sterujace pierwsze¬ go przetwornika polaczone jest z generatorem (7) impulsów zegarowych, a wejscie sterujace kazdego nastepnego przetwornika polaczone jest z wyjsciem 45 poprzedniego przetwornika.

3. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze przetwornikiem li) wartosci sygnalu wejscio¬ wego odpowiadajacego jednemu z czynników 50 funkcji podcalkowej jest modulator szerokosci im¬ pulsów zawierajacy element calkujacy (11), na któ¬ rego wejsciu znajduje sie klucz rejestracji (10), obwód zliczania (13, 14, 15) oraz wskaznik (12) za¬ danego poziomu wyjsciowego elementu calkuj ace- 55 go (11), którego wyjscie polaczone jest z obwodem zliczania.

4. Urzadzenie wedlug zastrz. 1—3, znamienne tym, ze do pomiaru zuzycia energii elektrycznej, eo przetwornic (I) poziomu sygnalu wejsciowego ma róznicowy modulator (III) szerokosci impulsów i wejsciowe urzadzenie mostkowe (II), którego jed¬ na przekatna polaczona jest ze zródlem sygnalu odniesienia licznika energii elektrycznej (23), a sa- 65 siednie ramiona (19 i 20) urzadzenia mostkowego69 556 13 14 (II) sa równolegle polaczone z wejsciem róznico¬ wego modulatora (III) szerokosci impulsów, pod¬ czas gdy wejscie integratora (1), dolaczone jest do sieci zasilajacej.

5. Urzadzenie wedlug zastrz. 1—3, znamienne tym, ze do pomiaru energii cieplnej ma przetwor¬ nik (I) poziomu sygnalów wejsciowych zawierajacy uklad (27) formowania impulsów o stalym czasie trwania, którego wejscie polaczone jest z czujni¬ kiem (26) chwilowej wartosci przeplywu nosnika ciepla oraz róznicowy modulator (III) szerokosci impulsów, którego klucze rejestracji (28 i 29) maja wejscia sterujace polaczone z wyjsciem ukladu formowania impulsów (27), a pozostale wejscia po¬ laczone z czujnikami temperatury (30 i 31), przy 10 15 czym na wejscie klucza (2) integratora (1) poda¬ wany jest sygnal o stalym poziomie lufo sygnal korekcyjny.

6. Urzadzenie wedlug zastrz. 4 i 5, znamienne tym, ze róznicowy modulator (III) szerokosci im¬ pulsów sklada sie z dwóch pracujacych jako rege¬ neracyjne uklady zliczajace modulatorów (17 i 18) na rdzeniach (35) o prostokatnej petli histerezy z przemagnesowywaniem w niepelnym cyklu z uzwojeniami rejestracji (36) i uzwójeniaimi zli¬ czania (37), przy czym wyjscia modulatorów (17 i 18) polaczone sa z ukladem odejmowania dlugosci impulsów (24), zas uzwojenia zliczania (37) pola¬ czone sa poprzez diody (43 i 44) z kluczem (42) ga¬ szacym impulsy zaklócajace. ufr Z 1 / L , Mm KO-C . .r FI'6.1 UoP'5^ bffl-s" ¦a M FIG.3 -B—? FIG. 2 B-pS fy-^IHLHlh-tyKI. 42m4,7/12 69 556 MKP G06g 7/12 FIG. 4 ir*Wp RSW Zakl. Graf. W-wa, zam. 920-73, nakl. 95+20 egz. Cena 10 zl PL PL