Uprawniony z patentu: Biuro Studiów i Projektów Energetycznych „Energoprojekt", Zaklad Doswiadczalny, Poznan (Polska) Sposób cyfrowego pomiaru czestotliwosci Dziedzina techniki, której dotyczy wynalazek.Przedmiotem wynalazku jest sposób cyfrowego po¬ miaru czestotliwosci, zwlaszcza czestotliwosci sieci elektroenergetycznych, przy czym mierzone warto¬ sci sa bliskie czestotliwosci znamionowej.Stan techniki. Znane sa dwa podstawowe spo¬ soby cyfrowego pomiaru czestotliwosci. Pierwszy sposób, bezposredniego pomiaru czestotliwosci po¬ lega na zliczaniu ilosci impulsów przebiegu o cze¬ stotliwosci mierzonej we wzorcowym przedziale czasu. Przebieg np. napiecia zostaje uformowany w ciag impulsów o mierzonej czestotliwosci. Z za¬ stosowanego generatora wzorcowego otrzymane impulsy wyzwalaja uklad sterowania, który steru¬ je dzialaniem przerzutnika bramkujacego. Do licz¬ nika zliczajacego, doprowadzone sa we wzorcowym czasie przez otwarta bramke impulsy czestotliwo¬ sci mierzonej. "n Ilosc zliczonych impulsów wyznacza bezposre¬ dnio na wskaznikach cyfrowych licznika, wartosc mierzonej czestotliwosci. Przedstawiony sposób pomiaru znajduje zastosowanie do pomiarów cze¬ stotliwosci o wartosciach srednich i wysokich, dla których zapewnia wystarczajaca dokladnosc, nato¬ miast dla pomiarów czestotliwosci niskich np. 50 Hz pomiar wedlug tego sposobu wymaga dlu¬ giego czasu i z tego wzgledu nie znajduje prak¬ tycznego zastosowania. Drugi sposób polega na po¬ miarze czasu trwania okresu czestotliwosci mierzo¬ nej i na tej podstawie oblicza sie jako odwrotnosc 10 15 20 25 30 tego czasu, czestotliwosc mierzona. Zgodnie z tym sposobem, mierzony przebieg jest uformowany w ciag impulsów doprowadzanych do licznika licz¬ by okresów czestotliwosci mierzonej.Odmierzony przez licznik czas równy jednemu okresowi lub jego wielokrotnosci, poprzez uklad sterujacy, steruje przerzutnik bramkujacy. Z wzor¬ cowego generatora czestotliwosci impulsy w czasie otwarcia bramki sa doprowadzane na licznik. Ilosc zliczonych impulsów jest równa iloczynowi cze¬ stotliwosci wzorcowej i okresu lub jego wielo¬ krotnosci czestotliwosci mierzonej. W zwiazku z wprost proporcjonalna zaleznoscia miedzy mie¬ rzonym czasem okresu i iloscia zliczanych impul¬ sów czestotliwosci wzorcowej, otrzymany wynik na cyfrowych wskaznikach podaje wartosc czasu np. w milisekundach.Omówiony wyzej sposób jest sposobem posred¬ nim i wymaga, po dokonanym cyfrowym pomia¬ rze czasu okresu czestotliwosci mierzonej, oblicza¬ nia wartosci tej czestotliwosci. Mimo podanego utrudnienia sposób ten jest typowym i stosowa¬ nym w przypadku pomiarów czestotliwosci sieci elektroenergetycznych.Istota wynalazku. Sposób wedlug wynalazku wy¬ korzystuje zasade zliczania ilosci impulsów czesto¬ tliwosci wzorcowej w czasie zaleznym od czesto¬ tliwosci mierzonej i polega na tym, ze z generato¬ ra wzorcowego poprzez ukladu powielania i dzie¬ lenia, a nastepnie przez uklad formujacy i prze- 82 94282942 * rzutnik bramkujacy podawany jest na wejscie licznika ciag impulsów o czestotliwosci wzorco¬ wej. Z kolei przebieg o czestotliwosci mierzonej, której wartosc oscyluje w bliskim zakresie czesto¬ tliwosci znamionowej, jest wprowadzony do licz¬ nika, liczby mierzonych I okresów tej czestotliwo¬ sci, w postaci impulsów przez uklad formujacy.Z tego licznika poprzez uklad sterujacy nastepuje sterowanie dzialania przerzutnika bramkujacego to jest, ze na czas jednego okresu lub jego wielokrot¬ nosci bramka jest otwarta i na wejscie licznika sa doprowadzane impulsy czestotliwosci wzorcowej.Ponadto uklad sterujacy po zakonczonym cyklu pomiarowym zamyka bramke i ustawia licznik W pozycje wyjsciowa — poczatkowa.Istota wynalazku polega na tym, ze impulsy cze¬ stotliwosci wzorcowej o wartosci dobranej do cze¬ stotliwosci znamionowej mierzonego przebiegu, sa w czasiT trwania jednego okresu lub jego wielo¬ krotnosci czestotliwosci mierzonej, wprowadzane na licznik, w którym nastepuje ich odejmowanie od stanu poczatkowego licznika, okreslonego stala liczba równa podwojonemu iloczynowi czestotli¬ wosci wzorcowej i wielokrotnosci okresu czestotli¬ wosci mierzonej, podzielonemu przez czestotliwosc znamionowa. Otrzymany na cyfrowych wskazni¬ kach wynik stanowiacy róznice miedzy stala liczba a iloscia doprowadzonych impulsów stanowi war¬ tosc czestotliwosci mierzonej z dokladnoscia czte¬ rech miejsc znaczacych.Postepujac zgodnie ze sposobem wedlug wyna¬ lazku mozna stwierdzic, ze ilosc impulsów N cze¬ stotliwosci wzorcowej fw, doprowadzona na wej¬ scie licznika w czasie otwarcia bramki, który od¬ powiada jednemu okresowi Tx lub jego wielokrot¬ nosci k*Tz czestotliwosci mierzonej, jest zalezna od czestotliwosci wzorcowej fw — N =k-fw-Tx a) Poniewaz okres Tx jest odwrotnoscia czestotliwo¬ sci mierzonej fx, która w stosunku do czestotliwo¬ sci znamionowej fn rózni sie o odchylke (At) fx = tn±At to okres mozna wyrazic zaleznoscia, ze fx tn±At Wobec zalozenia malych At od czestotliwosci zna¬ mionowej fn mozna z zachowaniem wymaganej dokladnosci, oproksymowac czesc hiperboli do od¬ cinka linii prostej i pominac wyrazy szeregu w wyzszych potegach, przyjmujac, ze 1 1 T (±At)l T-™-srh-in (2) Podstawiajac wyrazenie (2) do zaleznosci (1) — otrzymuje sie ze ilosc impulsów N wyniesie fn L fn J i dalej okreslajac symbolem N0 wyrazenie na N gdy odchylka czestotliwosci At równa jest zero to znaczy, ze fn 4 mozna okreslic, ze ilosc impulsów N czestotliwosci wzorcowej dochodzacych do licznika wraz ze wzro¬ stem czestotliwosci mierzonej wyrazonej: wzro¬ stem odchylki (At) maleje, bo W zwiazku z powyzszym, ze wskazania W cyfro¬ wych lamp licznika sa wynikiem odejmowania, od stalej liczby równej podwojonemu wyrazowi okre¬ slonemu symbolem N0 a który jest iloczynem z krotnosci k okresu czestotliwosci mierzonej fx i czestotliwosci wzorcowej fw, podzielonemu przez czestotliwosc znamionowa fn, ilosci impulsów N doprowadzonych do licznika, tak wiec W = 2N0-N to znaczy, ze podstawiajac uprzednio okreslone zaleznosci, wskazanie W na liczniku okresla za¬ leznosc: a wiec otrzymany wynik na liczniku jest warto¬ scia czestotliwosci mierzonej fx.Skutki techniczne. Sposób cyfrowego pomiaru czestotliwosci, zwlaszcza czestotliwosci sieci elek¬ troenergetycznych przedstawiony w opisie jest sposobem bezposrednim to znaczy, ze otrzymuje sie bezposredni wynik mierzonej czestotliwosci bez koniecznosci dokonywania dodatkowych obliczen.Tak wiec sposób wedlug wynalazku opierajac sie na znanych metodach pomiarowych wyróznia sie zasadnicza zaleta szczególnie wazna gdy chodzi o pomiary niskich czestotliwosci w zakresie war¬ tosci znamionowych co stanowi duze znaczenie praktyczne.W celu zilustrowania przykladowego zastosowa¬ nia sposobu na zalaczonym rysunku przedstawio¬ ny Jest ideowy schemat blokowy urzadzenia.Przyklad zastosowania sposobu. Napiecie sinu¬ soidalne o czestotliwosci znamionowej 50 Hz jako wielkosc mierzona fx jest podawane na uklad formujacy 1, który przeksztalca je na napiecie prostokatne i podaje na dzielnik czestotliwosci 2 a nastepnie na uklad sterowania 3. Bramka 4 jest otwierana na dziesieciokrotny czas trwania okresu czestotliwosci mierzonej. W tym czasie z genera¬ tora 5 impulsy o czestotliwosci wzorcowej o war¬ tosci 25 kHz sa po odpowiednim ich uformowaniu podane przez bramke na wejscie licznika. W licz¬ niku, od stanu poczatkowego okreslonego zerami na cyfrowych lampach wskaznika 7 a oznaczaja¬ cego w ukladzie czterocyfrowym liczbe podwojo¬ nego iloczynu krotnosci okresu czestotliwosci mie¬ rzonej (k = 10) i czestotliwosci wzorcowej (25 kHz) i podzielonego przez czestotliwosc znamionowa (50 Hz) liczba ta wynosi 10 000, nastepuje odej¬ mowanie doprowadzonych impulsów. W wyniku czego otrzymuje sie wartosc mierzonej czestotli¬ wosci z dokladnoscia dwóch miejsc po przecinku.W przypadku gdy czestotliwosc mierzona równa jest czestotliwosci znamionowej wynik pomiaru wynosi 65 W = 10000-5000 = 50,00 Hz 10 15 80 25 30 35 40 45 50 55 6083949 Dla przypadku gdy czestotliwosc mierzona Jest wieksza od czestotliwosci znamionowe] przy od¬ chylce +1V§ to wynik pomiaru wynosi W = 5000(1+0,01] = 5050 = 50,50 Hz Podobnie dla odchylki —l§/t to znaczy czestotliwosc mierzona Jest mniejsza od znamionowej to wska¬ zanie na liczniku wyniesie W - 5000[1-0,01] - 4950 - 49,50 Hz PL