RU2190860C2

RU2190860C2 - Electricity meter

Info

Publication number: RU2190860C2
Application number: RU2001124325A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Патюков; А.П. Романов
Original assignee: Патюков Виктор Георгиевич; Романов Александр Петрович
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2002-10-10

Abstract

FIELD: electrical engineering, counting kilowatt-hours of consumption of active electric energy in A C networks of commercial frequency. SUBSTANCE: compensation of increment of measured value of power caused by effect of additive noise across output of multiplier takes place in proposed electricity meter by means of connection of the latter through signal outputs of first and second switching circuits to non-inverting and inverting inputs of unipolar power supply source which outputs are additionally connected to first leads of first and second capacitors which other leads are correspondingly connected to common bus. EFFECT: enhanced accuracy of measurement of consumed electric energy. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для подсчета киловатт-часов расхода активной электрической энергии в сетях переменного тока. The invention relates to electrical engineering and can be used to calculate kilowatt hours of consumption of active electrical energy in AC networks.

Известен счетчик электрической энергии [G01R 21/00, патент ЕПВ 0134001, 1985], содержащий перемножитель, выход которого соединен с входом интегратора и аналоговым выходом устройства компенсации, управляющий выход которого соединен с переключателями, которые через определенные промежутки времени замыкают вход перемножителя на опорный потенциал и шунтируют конденсатор интегратора на время, в течение которого компаратор нулевого напряжения, подключенный к выходу интегратора, так воздействует на устройство компенсации, состоящее из реверсивного счетчика, к выходам которого подключена матрица резисторов, выход которой является аналоговым выходом устройства компенсации, что выходное напряжение интегратора становится равным нулю. A known electric energy meter [G01R 21/00, patent EPO 0134001, 1985], comprising a multiplier, the output of which is connected to the input of the integrator and the analog output of the compensation device, the control output of which is connected to the switches, which after a certain period of time close the input of the multiplier to the reference potential and shunt the capacitor of the integrator for a time during which the zero voltage comparator connected to the output of the integrator, so acts on the compensation device, consisting of a reverse meter, the outputs of which are connected to a matrix of resistors, the output of which is the analog output of the compensation device, that the output voltage of the integrator becomes equal to zero.

Недостатком этого счетчика является зависимость длительности и частоты повторения циклов компенсации от величины смещения и измеряемой мощности соответственно, что вносит дополнительную ошибку в результат измерения и ограничивает возможность компенсации остаточного напряжения перемножителя при измерениях мощности переменного тока. Необходимость обеспечения малой постоянной времени при компенсации величины смещения снижает помехоустойчивость устройства компенсации. The disadvantage of this counter is the dependence of the duration and frequency of repetition of compensation cycles on the magnitude of the bias and the measured power, respectively, which introduces an additional error in the measurement result and limits the possibility of compensating the residual voltage of the multiplier when measuring AC power. The need to ensure a small time constant for offset compensation reduces the noise immunity of the compensation device.

Наиболее близким к заявляемому устройству является счетчик электрической энергии [G01R 21/00, патент 2039357, 1995], содержащий преобразователи тока и напряжения, переключатель, перемножитель с дифференциальными входами, интегратор, генератор опорной частоты, ключ, источник опорного напряжения, формирователь импульсов обратной связи, счетчик импульсов, бестрансформаторный источник питания, второй переключатель, запоминающий конденсатор и формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом и первым входом формирователя импульсов обратной связи, а выход с управляющими входами первого и второго переключателей, первый выход второго переключателя соединен с запоминающим конденсатором и неинвертирующим входом интегратора, второй выход - с первым инвертирующим входом интегратора, а вход - с выходом перемножителя с дифференциальными входами, диодный мост, один выход которого соединен через гасящий конденсатор с входом напряжения, другой - с нулевой точкой, а выход с входами стабилизатора напряжения бестрансформаторного источника питания, перемножитель с дифференциальными входами соединен через преобразователь напряжения с входом напряжения и нулевой точкой, второй ключ, включенный между выходом бестрансформаторного источника питания и входом источника опорного напряжения, управляющий вход второго ключа соединен с управляющим входом первого ключа, входом счетчика импульсов и выходом формирователя импульсов обратной связи. Closest to the claimed device is an electric energy meter [G01R 21/00, patent 2039357, 1995], comprising current and voltage converters, a switch, a multiplier with differential inputs, an integrator, a reference frequency generator, a key, a reference voltage source, a feedback pulse shaper , pulse counter, transformerless power supply, a second switch, a storage capacitor and a pulse shaper, the input of which is connected to the output and the first input of the pulse shaper communication, and the output with the control inputs of the first and second switches, the first output of the second switch is connected to a storage capacitor and a non-inverting input of the integrator, the second output is connected to the first inverting input of the integrator, and the input is to the output of the multiplier with differential inputs, a diode bridge, one output of which connected through a quenching capacitor to a voltage input, the other to a zero point, and the output to the voltage stabilizer inputs of a transformerless power source, a multiplier with differential inputs the odes are connected through a voltage converter with a voltage input and a zero point, a second key connected between the output of the transformerless power source and the input of the reference voltage source, the control input of the second key is connected to the control input of the first key, the pulse counter input and the feedback pulse shaper output.

Недостатком данного счетчика является низкая точность измерения, обусловленная неидеальностью интегрирования за счет влияния на него дрейфа выходного напряжения операционного усилителя, входящего в состав интегратора, связанного с напряжением смещения нуля и входными токами операционного усилителя (А. Г. Алексенко и др. "Применение прецизионных аналоговых ИС" - М., 1980 г. , стр. 78) в связи с отсутствием включения на неинвертирующем входе операционного усилителя резистора. Кроме того, существенный дрейф выходного напряжения операционного усилителя возникает в течение времени при отключении одного из входов операционного усилителя от перемножителя в переключателе 6, так как происходит гальванический разрыв входа операционного усилителя от источника сигнала, что при точных измерениях (не хуже 2%) вообще недопустимо. The disadvantage of this counter is the low measurement accuracy due to imperfect integration due to the influence of the drift of the output voltage of the operational amplifier, which is part of the integrator associated with the zero bias voltage and input currents of the operational amplifier (A. G. Aleksenko et al. "Application of precision analog IS "- M., 1980, p. 78) due to the lack of inclusion of a resistor on the non-inverting input of the operational amplifier. In addition, a significant drift in the output voltage of the operational amplifier occurs over time when one of the inputs of the operational amplifier is disconnected from the multiplier in switch 6, since the input of the operational amplifier is galvanically disconnected from the signal source, which is generally unacceptable with accurate measurements (no worse than 2%) .

Неидеальность интегрирования обусловлена еще также работой схемы 11 формирования импульсов (Фиг.1). В соответствии со схемой 11 формирования импульсов на выходе последней генерируется импульсная последовательность со скважностью Q=8, а это значит, что в течение 1/8 периода следования этих импульсов напряжение аддитивной помехи с выхода перемножителя будет действовать на неинвертирующий вход интегратора через переключатель 6 и затем в течение 7/8 периода следования этих импульсов напряжение, пропорциональное мощности совместно с аддитивной помехой с выхода перемножителя будет действовать на инвертирующий вход интегратора через переключатель 6. Отсюда видно, что уровень напряжения, соответствующий проинтегрированному сигналу, по инвертирующему входу будет в семь раз больше, чем уровень напряжения, соответствующий проинтегрированному сигналу по неинвертирующему входу интегратора. А так как интегратором формируется разность проинтегрированных напряжений на входах интегратора, то напряжение, соответствующее аддитивной помехе перемножителя будет скомпенсировано не полностью, а только на 2/8 части от своего значения в выходном напряжении интегратора. The non-ideal integration is also due to the operation of the pulse shaping circuit 11 (FIG. 1). In accordance with the pulse-forming circuit 11, the output of the latter generates a pulse sequence with a duty cycle of Q = 8, which means that for 1/8 of the period of these pulses, the additive noise voltage from the output of the multiplier will act on the non-inverting input of the integrator through switch 6 and then during the 7/8 period of these pulses, the voltage proportional to the power together with the additive noise from the output of the multiplier will act on the inverting input of the integrator through the switch atel 6. This shows that the voltage level corresponding to integrate the signal at the inverting input will be seven times greater than the voltage level corresponding to integrate signal at the noninverting input of the integrator. And since the integrator forms the difference of the integrated voltages at the integrator inputs, the voltage corresponding to the additive noise of the multiplier will not be fully compensated, but only by 2/8 of its value in the output voltage of the integrator.

Погрешность измерения обусловлена еще и из-за недоучета энергии, расходуемой во время относительно большой длительности сброса напряжения интегратора, так как сброс напряжения интегратора или разряд конденсатора емкостью С интегратора производится через ключ, подключенный не параллельно конденсатору, а последовательно (ключ 8, выходом подключенный через вспомогательный резистор сопротивлением R к конденсатору и инвертирующему входу операционного усилителя, Фиг.1). Постоянная разряда в этом случае будет больше на величину RC по сравнению с параллельно включенным ключом к разряжаемому конденсатору. The measurement error is also due to the underestimation of the energy consumed during the relatively long duration of the voltage drop of the integrator, since the voltage drop of the integrator or the discharge of the capacitor with the capacitor C of the integrator is made through a key connected not parallel to the capacitor, but in series (key 8, output connected via auxiliary resistor with resistance R to the capacitor and the inverting input of the operational amplifier, Figure 1). The discharge constant in this case will be greater by the amount of RC compared with the parallel connected key to the discharge capacitor.

В основу изобретения счетчика электрической энергии положена задача увеличения точности измерения расхода потребляемой электрической энергии W=PT, где Р - мощность потребленной электрической энергии за время Т. Так как мощность Р равна результату произведения тока, протекающего через нагрузку на напряжение на нагрузке, то в заявляемом устройстве измерение мощности Р производится посредством перемножения напряжения U_i, пропорционального току, протекающему через нагрузку, поступающего с датчика тока на напряжение на нагрузке, поступающего с датчика напряжения U_u, и в результате будет получено напряжение U_p(U_p= kU_iU_u, где k - нормирующий коэффициент), пропорциональное мощности Р. В то же время на выходе блока перемножения дополнительно образуется напряжение аддитивных помех U_n, обусловленное как напряжением смещения входных цепей перемножителя, так и остаточным напряжением, обусловленным одним из входных напряжений (В.И. Тимонтеев и др. "Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре." - М.: 1982 г., стр. 48), которые определяют дополнительную погрешность измерения мощности.The basis of the invention of the electric energy meter is the task of increasing the accuracy of measuring the flow rate of the consumed electric energy W = PT, where P is the power of the consumed electric energy during the time T. Since the power P is equal to the result of the product of the current flowing through the load to the voltage at the load, in the claimed power measurement device F is performed by multiplying the voltage U _i, which is proportional to the current flowing through the load coming from the current sensor voltage at the load, behaving a second sensor voltage _{U u,} and the result is received voltage _{_{_{U p (U p = kU i}}} U u, where k - normalizing coefficient) proportional to the power P. At the same time the output additive noise generated multiplication unit further voltage U _n due to both the bias voltage of the input circuits of the multiplier and the residual voltage due to one of the input voltages (V.I. Timonteev et al. "Analog signal multipliers in electronic equipment." - M .: 1982, p. 48), which determine the additional measurement error power output.

Поставленная задача решается тем, что в счетчик электрической энергии, содержащий датчик напряжения и датчик тока, генератор опорной частоты, формирователь импульсов, переключатель, перемножитель, один из входов которого соединен с датчиком напряжения, другой - с выходом переключателя, один из сигнальных входов которого соединен с выходом датчика тока, другой - с общей шиной, а управляющий вход - с выходом формирователя импульсов, вход которого подключен к генератору опорной частоты, два конденсатора и счетчик импульсов, введены элемент НЕ, две схемы коммутации, каждая из которых включает в себя ключ и последовательно соединенные первый и второй резисторы, объединенные вводы которых соединены через ключ с общей шиной, сигнальным входом схемы коммутации является один из вводов первого резистора, а управляющим входом является управляющий вход ключа, источник тока, выполненный на операционном усилителе, включенном в дифференциальном режиме с четырьмя резисторами и включенными в цепь обратной связи операционного усилителя, полевом транзисторе с токозадающим резистором, причем входами источника тока являются выводы двух из четырех вышеупомянутых резисторов, вторые выводы которых подключены соответственно к неинвертирующему и инвертирующему входам операционного усилителя, а выходом источника тока является вывод стока полевого транзистора, зарядный конденсатор, подключенный первым вводом к шине источника питания, а вторым вводом к выходу источника тока, таймер, выполненный на последовательно включенных двух компараторах, RS-триггере и транзисторе, импульс с выхода RS-триггера поступает также на выходной усилитель, выход которого является выходом таймера, первым и вторым входами таймера являются соответственно ввод эмиттера транзистора и ввод коллектора, который связан с объединенными входами двух компараторов, при этом формирователь импульсов выполнен на счетном триггере, выход которого подключен к управляющему входу первой схемы коммутации и через элемент НЕ - к управляющему входу второй схемы коммутации, сигнальные входы первой и второй схем коммутации соединены с выходом перемножителя, а выходы первой и второй схем коммутации подключены к одному из вводов соответственно первого и второго конденсаторов, соединенных другими вводами с общей шиной, и с первым и вторым входами источника тока соответственно, тогда первый и второй входы таймера подключены к первому и второму вводам зарядного конденсатора соответственно, а выход таймера подключен к счетчику импульсов. The problem is solved in that an electric energy meter containing a voltage sensor and a current sensor, a reference frequency generator, a pulse shaper, a switch, a multiplier, one of the inputs of which is connected to a voltage sensor, the other to the output of the switch, one of the signal inputs of which is connected with the output of the current sensor, the other with the common bus, and the control input with the output of the pulse shaper, the input of which is connected to the reference frequency generator, two capacitors and a pulse counter, the element H is introduced , two switching circuits, each of which includes a key and series-connected first and second resistors, the combined inputs of which are connected through a key to a common bus, the signal input of the switching circuit is one of the inputs of the first resistor, and the control input is the control input of the key, the source current performed on an operational amplifier included in the differential mode with four resistors and included in the feedback circuit of the operational amplifier, a field effect transistor with a lead-in resistor, etc. than the inputs of the current source are the terminals of two of the four aforementioned resistors, the second terminals of which are connected respectively to the non-inverting and inverting inputs of the operational amplifier, and the output of the current source is the output terminal of the field effect transistor, a charging capacitor connected to the first input to the power supply bus, and the second input to the output of the current source, a timer executed on two comparators connected in series, RS-trigger and transistor, the pulse from the output of the RS-trigger also goes to the output the amplifier, the output of which is the timer output, the first and second inputs of the timer are respectively the input of the emitter of the transistor and the input of the collector, which is connected to the combined inputs of the two comparators, while the pulse shaper is made on a counting trigger, the output of which is connected to the control input of the first switching circuit and through element NOT - to the control input of the second switching circuit, the signal inputs of the first and second switching circuits are connected to the output of the multiplier, and the outputs of the first and second switching circuits are connected are connected to one of the inputs of the first and second capacitors, respectively, connected by other inputs to the common bus, and with the first and second inputs of the current source, respectively, then the first and second inputs of the timer are connected to the first and second inputs of the charging capacitor, respectively, and the timer output is connected to the counter pulses.

На фигуре 1 представлена структурная схема счетчика электрической энергии. На фигуре 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства,
Счетчик электрической энергии (Фиг.1) включает в себя датчик напряжения 1 и датчик тока 2, последовательно соединенные генератор опорной частоты 3 и формирователь импульсов 4, переключатель 5 и перемножитель 6. Датчик напряжения 1 соединен с первым входом перемножителя 6, второй вход которого соединен с выходом переключателя 5, первый вход которого соединен с выходом датчика тока 2, второй вход - с общей шиной, а управляющий вход - с выходом формирователя импульсов 4. Элемент НЕ 7, первая 8 и вторая 9 схемы коммутации, каждая из которых содержит ключ 8.1 (9.1) и последовательно соединенные первый 8.2 (9.2) и второй 8.3 (9.3) резисторы, объединенные вводы которых соединены через ключ 8.1 (9.1) с общей шиной, при этом управляющим входом схемы коммутации 8 (9) является управляющий вход ключа 8.1 (9.1), а сигнальным входом (выходом) является один из вводов первого 8.2 (9.2) (второго 8.3 (9.3)) резистора, сигнальные входы схем 8, 9 коммутации подключены к выходу перемножителя 6, управляющий вход первой схемы 8 коммутации соединен с выходом формирователя импульсов 4, а управляющий вход второй схемы 9 коммутации соединен с выходом формирователя импульсов 4 через элемент НЕ 7. Два конденсатора 10, 11, источник тока 12, выполненного на операционном усилителе 12.1, включенном в дифференциальном режиме, с четырьмя резисторами - 12.2, 12.3, 12.4 и 12.5, и включенными в цепь обратной связи операционного усилителя полевом транзисторе 12.6 с токозадающим резистором 12.7, причем входами источника тока 12 являются выводы двух резисторов 12.2 и 12.4 из четырех вышеупомянутых резисторов, выходом источника тока 12 является ввод стока полевого транзистора 12.6, при этом выходы первой схемы 8 и второй 9 коммутации подключены к одному из вводов соответственно первого 10 и второго 11 конденсаторов, соединенных другими вводами с общей шиной, и первым и вторым входами источника тока 12. Зарядный конденсатор 13 подключен первым вводом к шине источника питания Е, вторым вводом к выходу источника тока 12. Таймер 14 выполнен на последовательно включенных двух компараторах 14.1, 14.2, RS-триггере 14.3 и транзисторе 14.4, импульс с выхода RS-триггера 14.3 поступает также на выходной усилитель 14.5, выход которого является выходом таймера 14, первым и вторым входами таймера 14 являются соответственно ввод эмиттера транзистора 14.4 и ввод коллектора, который связан с объединенными входами двух компараторов 14.1, 14.2. Первый и второй входы таймера 14 подключены соответственно к первому и второму вводам зарядного конденсатора 13, а счетчик импульсов 15 к выходу таймера 14.The figure 1 presents a structural diagram of a counter of electrical energy. Figure 2 is a timing chart explaining the operation of the device,
The electric energy meter (FIG. 1) includes a voltage sensor 1 and a current sensor 2 connected in series with a reference frequency generator 3 and a pulse shaper 4, a switch 5 and a multiplier 6. The voltage sensor 1 is connected to the first input of the multiplier 6, the second input of which is connected with the output of switch 5, the first input of which is connected to the output of the current sensor 2, the second input is connected to the common bus, and the control input is connected to the output of the pulse shaper 4. Element NOT 7, the first 8 and second 9 of the switching circuit, each of which contains a key 8 .1 (9.1) and series-connected first 8.2 (9.2) and second 8.3 (9.3) resistors, the combined inputs of which are connected via a key 8.1 (9.1) to a common bus, while the control input of switching circuit 8 (9) is the control input of key 8.1 (9.1), and the signal input (output) is one of the inputs of the first 8.2 (9.2) (second 8.3 (9.3)) resistor, the signal inputs of the switching circuits 8, 9 are connected to the output of the multiplier 6, the control input of the first switching circuit 8 is connected to the output pulse shaper 4, and the control input of the second switching circuit 9 is connected to the output ohm of the pulse shaper 4 through the element NOT 7. Two capacitors 10, 11, a current source 12, made on the operational amplifier 12.1, included in differential mode, with four resistors - 12.2, 12.3, 12.4 and 12.5, and included in the feedback circuit of the operational amplifier field-effect transistor 12.6 with a current-carrying resistor 12.7, and the inputs of current source 12 are the terminals of two resistors 12.2 and 12.4 of the four aforementioned resistors, the output of current source 12 is the drain input of field-effect transistor 12.6, while the outputs of the first circuit 8 and second 9 k mutations are connected to one of the inputs of the first 10 and second 11 capacitors, connected by other inputs with a common bus, and the first and second inputs of the current source 12. The charging capacitor 13 is connected by the first input to the bus of the power source E, the second input to the output of the current source 12. The timer 14 is executed on two sequentially connected comparators 14.1, 14.2, RS-flip-flop 14.3 and transistor 14.4, the pulse from the output of the RS-flip-flop 14.3 also goes to the output amplifier 14.5, the output of which is the output of the timer 14, the first and second inputs of the timer 14 are respectively the input of the emitter of the transistor 14.4 and the input of the collector, which is connected to the combined inputs of the two comparators 14.1, 14.2. The first and second inputs of the timer 14 are connected respectively to the first and second inputs of the charging capacitor 13, and the pulse counter 15 to the output of the timer 14.

Счетчик электрической энергии работает следующим образом. При подаче сетевого напряжения U(t) в цепь нагрузки Н и счетчика появляется ток i(t) и напряжение на выходе датчика напряжения 1 (Фиг.2а):
U_u-k_u U(t),
где k_u- коэффициент преобразования датчика напряжения 1. Напряжение на выходе датчика тока 2 (Фиг.2а) будет равно:
U_i- k_i i(t),
где k_i - коэффициент преобразования датчика тока 2.The electric energy meter operates as follows. When applying the mains voltage U (t) to the load circuit N and the counter, current i (t) and the voltage at the output of voltage sensor 1 appear (Fig.2a):
U _u -k _u U (t),
where k _u is the conversion coefficient of the voltage sensor 1. The voltage at the output of the current sensor 2 (Figa) will be equal to:
U _i - k _i i (t),
where k _i is the conversion coefficient of the current sensor 2.

Если нагрузка Н имеет активный характер, то напряжения U_u и U_i на выходе датчика напряжения 1 и датчика тока 2 будут по форме совпадать (Фиг.2а). Выходное напряжение датчика напряжения 1 поступает непосредственно на первый вход перемножителя 6, а выходное напряжение датчика тока 2 поступает на второй вход перемножителя 6 через переключатель 5 при указанном на Фиг.1 положении переключателя 5. Напряжение на выходе перемножителя 6 будет равно:
U₆=k₆U_uU_i+U_п,
где k₆ - коэффициент преобразования перемножителя 6; U_п - напряжение аддитивной помехи на выходе перемножителя 6, которое обусловлено в основном напряжением смещения выходного каскада перемножителя 6 и остаточным напряжением, связанным с нелинейностью перемножителя 6, пропорциональным (U_u)².If the load H is active, then the voltages U _u and U _i at the output of the voltage sensor 1 and the current sensor 2 will match in shape (Fig. 2a). The output voltage of the voltage sensor 1 is supplied directly to the first input of the multiplier 6, and the output voltage of the current sensor 2 is supplied to the second input of the multiplier 6 through switch 5 at the position of switch 5 shown in Fig. 1. The voltage at the output of multiplier 6 will be equal to:
U ₆ = k ₆ U _u U _i + U _p ,
where k ₆ is the conversion coefficient of the multiplier 6; U _p is the voltage of the additive noise at the output of the multiplier 6, which is mainly due to the bias voltage of the output stage of the multiplier 6 and the residual voltage associated with the nonlinearity of the multiplier 6 proportional to (U _u ) ² .

Первая схема 8 коммутации пропускает напряжение U₆ с выхода перемножителя 6 в соответствии с отмеченным на Фиг.1 состоянием ключа 8.1 на первый вход источника тока 12. На второй вход источника тока 12 с выхода схемы 9 коммутации (ввод резистора 9.3) поступает напряжение, равное нулю, так как ключ 9.1 замыкает другой ввод резистора 9.3 с общей шиной в связи с подачей инверсного управляющего сигнала через элемент НЕ 7 на управляющий вход схемы 9 коммутации. В случае, если переключателем 5 будет соединен второй вход перемножителя 6 с общей шиной, то на выходе перемножителя 6 будет сформировано только напряжение аддитивной помехи U_п. Так как переключатель 5 и обе схемы 8, 9 коммутации синхронно переключаются по управляющим входам, то с выхода перемножителя 6 напряжение аддитивной помехи U_п будет передаваться через вторую схему 9 коммутации на второй вход источника тока 12, так как ключ 9.1 будет разомкнут. На первом же входе источника тока 12 будет нулевое напряжение, так как ключ 8.1 схемы 8 коммутации будет замкнут на общую шину. Посредством переключателя 5 производится по существу стробирование импульсами формирователя импульсов 4 (Фиг.2б) в течение временного интервала, например, t₁-t₂ сигнала датчика тока 2 (Фиг.2а). На выходе переключателя 5 будет получен сигнал, представленный на Фиг.2в. При формировании импульса в течение времени t₁-t₂ (Фиг.2б) формирователем импульсов 4 и воздействии этого импульса на управляющий вход переключателя 5, а это будет соответствовать полному прохождению сигнала через переключатель 5 в течение времени t₁-t₂ (Фиг.2в), на выходе перемножителя 6 будет сформировано напряжение (Фиг.2г) U₆ в течение времени t₁-t₂. Так как первая схема 8 коммутации работает синхронно с переключателем 5, то на выходе этой схемы 8 коммутации будет повторение входного сигнала с выхода перемножителя 6 (Фиг.2д) в интервале t₁-t₂. В случае отсутствия генерации импульса формирователем импульсов 4 (Фиг.2б) на временном интервале, например t₂-t₃, выход переключателя 5, ключ 8.1 первой схемы 8 коммутации будут соединены с общей шиной. В течение времени t₂-t₃ на выходе перемножителя 6 будет присутствовать только напряжение помехи U_п (Фиг. 2г). Напряжение с выхода перемножителя 6, соответствующее временному интервалу t₂-t₃, пройдет через вторую схему 9 коммутации (Фиг.2е), так как на ее управляющем входе будет действовать инверсный сигнал с выхода элемента НЕ 7 по отношению к сформированному (Фиг.2б) на временном интервале t₂-t₃. В связи с периодической работой второй схемы 9 коммутации, обусловленной воздействием инверсного сигнала, поступающего с формирователя импульсов 4 через элемент НЕ 7 на управляющий вход схемы 9 коммутации, на выходе последней будет получена импульсная последовательность (Фиг.2е) с амплитудой импульсов, пропорциональной напряжению помехи U_п. Посредством резистора 9.3, второй схемы 9 коммутации и конденсатора 11 происходит усреднение этой импульсной последовательности до уровня U_п9. В связи с периодической работой первой схемы 8 коммутации, обусловленной воздействием сигнала, поступающего с формирователя импульсов 4 на управляющий вход схемы 8 коммутации, на выходе последней будет также получена импульсная последовательность (Фиг.2д) с амплитудой импульсов, пропорциональной напряжению U₆. Посредством резистора 8.3, первой схемы 8 коммутации и конденсатора 10 происходит усреднение этой импульсной последовательности до уровня напряжения U_cп8, которое будет иметь в своем составе как напряжение, пропорциональное измеряемой мощности, так и напряжение, пропорциональное аддитивной помехе. Требования к стабильности частоты формирователя импульсов 4 (генератора опорной частоты 3) могут быть пренебрежимо низкие, так как посредством формирователя импульсов 4, выполненного на счетном триггере, последним формируется импульсная последовательность со скважностью, равной двум (Фиг.2б). В этом случае усредненное напряжение помехи, получаемое на конденсаторе 11 (U_п9), будет равно усредненному уровню напряжения помехи в усредненной смеси сигнала и помехи (U_cп8) на выходе конденсатора 10. Посредством источника тока 12, выполненного с дифференциальным входом и однополярным выходом, производится преобразование разности усредненных напряжений U_cп8 и U_п9 в выходной ток стока полевого транзистора 12.6, то есть
i_c=k₁₂U_p=k₁₂(U_cп8-U_п9),
где k₁₂- коэффициент преобразования источника тока 12. В разностном напряжении U_p будет отсутствовать или скомпенсировано напряжение аддитивных помех и все разностное напряжение U_p будет пропорционально измеряемой мощности. Посредством зарядного тока i_c производится заряд зарядного конденсатора 13 до уровня, формируемого таймером 14 опорного напряжения U_o1. Как только оно достигнет этого уровня, RS-триггер 14.3 переключится в единичное состояние и посредством коммутирующего транзистора 14.4 разрядит зарядный конденсатор 13 до уровня, формируемого таймером 14 опорного напряжения U_o2. Отсюда видно, что время заряда зарядного конденсатора 13 от уровня напряжения U_o2 до уровня напряжения U_o1 будет обратно пропорционально зарядному току i_c или измеряемой мощности, а время разряда - величина постоянная и определяется постоянной разряда τ= R_iC, где R_i - внутреннее сопротивление открытого транзистора 14.4, а С - емкость зарядного конденсатора 13. Чтобы не вносилась погрешность при формировании периода заряда, ток заряда i_c задается при максимальной измеряемой мощности такой величины, чтобы период заряда был в сотни раз больше времени разряда зарядного конденсатора 13. При реализации изобретения - это реальное соотношение. В течение разряда зарядного конденсатора 13 RS-триггер 14.3 формирует импульс, который через выходной усилитель 14.5 таймера 14 переключает счетчик импульсов 15. Таким образом, посредством источника тока 12 и таймера 14 производится преобразование напряжения U_p, пропорционального измеряемой мощности, в последовательность импульсов (Фиг.2з) с частотой следования f. При этом период следования импульсов будет равен:
T₀=l/f=t_з+t_p≈t_з,
(так как t_р<<t_з), где t_з- время заряда зарядного конденсатора 13 от напряжения U_o2 до напряжения U_o1; t_p - время разряда зарядного конденсатора 13 от напряжения U_o1 до напряжения U_o2. Счетчиком импульсов 15 производится счет импульсов N, формируемых таймером 14 в течение времени Т измерения потребленной электрической энергии N= T / T₀=fT. Так как период Т₀ или время заряда зарядного конденсатора 13 t_з следования импульсов, генерируемых таймером 14, обратно пропорционален напряжению U_p или измеряемой мощности, то частота f будет пропорциональна измеряемой мощности, а измеренное число импульсов N за время Т счетчиком импульсов 15 будет пропорционально потребленной электрической энергии.The first switching circuit 8 passes the voltage U ₆ from the output of the multiplier 6 in accordance with the state of the switch 8.1 noted in FIG. 1 to the first input of the current source 12. A voltage equal to the voltage of 9 is supplied to the second input of the current source 12 from the output of the switching circuit 9 (input of the resistor 9.3) zero, since the key 9.1 closes the other input of the resistor 9.3 with a common bus in connection with the supply of an inverse control signal through the element 7 to the control input of the switching circuit 9. If the switch 5 will connect the second input of the multiplier 6 with a common bus, then at the output of the multiplier 6 only the additive interference voltage U _p will be generated. Since the switch 5 and both switching circuits 8, 9 are synchronously switched over the control inputs, from the output of the multiplier 6 the additive noise voltage U _p will be transmitted through the second switching circuit 9 to the second input of the current source 12, since the key 9.1 will be open. At the first input of the current source 12 there will be a zero voltage, since the key 8.1 of the switching circuit 8 will be closed to a common bus. By means of the switch 5, the pulses of the pulse shaper 4 are substantially gated by pulses 4 (Fig. 2b) during the time interval, for example, t ₁ -t _{2 of the} signal of the current sensor 2 (Fig. 2a). The output of the switch 5 will receive the signal shown in Figv. When forming a pulse during time t ₁ -t ₂ (Fig.2b) by the pulse shaper 4 and the impact of this pulse on the control input of switch 5, this will correspond to the complete passage of the signal through switch 5 during time t ₁ -t ₂ (Fig. 2c), at the output of the multiplier 6 a voltage will be generated (Fig. 2d) U ₆ during the time t ₁ -t ₂ . Since the first switching circuit 8 operates in synchronism with the switch 5, the output of this switching circuit 8 will repeat the input signal from the output of the multiplier 6 (Fig.2d) in the interval t ₁ -t ₂ . In the absence of pulse generation by the pulse shaper 4 (Fig.2b) in the time interval, for example t ₂ -t ₃ , the output of switch 5, key 8.1 of the first switching circuit 8 will be connected to a common bus. During the time t ₂ -t ₃ at the output of the multiplier 6 will be present only the interference voltage U _p (Fig. 2d). The voltage from the output of the multiplier 6, corresponding to the time interval t ₂ -t ₃ , will pass through the second switching circuit 9 (Fig.2e), since an inverse signal from the output of the element HE 7 with respect to the generated one will act on its control input (Fig.2b ) on the time interval t ₂ -t ₃ . In connection with the periodic operation of the second switching circuit 9, due to the inverse signal coming from the pulse shaper 4 through the element 7 to the control input of the switching circuit 9, the output of the latter will receive a pulse sequence (Fig.2e) with the pulse amplitude proportional to the interference voltage U _p . By means of the resistor 9.3, the second switching circuit 9 and the capacitor 11, this pulse sequence is averaged to the level U _p9 . In connection with the periodic operation of the first switching circuit 8, due to the influence of the signal from the pulse shaper 4 on the control input of the switching circuit 8, the pulse output sequence (Fig.2d) with the pulse amplitude proportional to the voltage U ₆ will also be obtained at the output of the latter. By means of resistor 8.3, first switching circuit 8 and capacitor 10, this pulse sequence is averaged to voltage level U _cp8 , which will include both voltage proportional to measured power and voltage proportional to additive noise. The requirements for the stability of the frequency of the pulse shaper 4 (reference frequency generator 3) can be negligible, since by means of the pulse shaper 4, executed on the counting trigger, the pulse sequence with the duty cycle equal to two is formed last (Fig.2b). In this case, the average noise voltage obtained at the capacitor 11 (U _p9 ) will be equal to the average voltage level of the noise in the averaged mixture of signal and noise (U _cp8 ) at the output of the capacitor 10. By means of a current source 12 made with a differential input and a unipolar output, the difference of the averaged voltages U _cp8 and U _{p9 is converted} to the output current of the drain of the field-effect transistor 12.6, i.e.
i _c = k ₁₂ U _p = k ₁₂ (U _cp8 -U _p9 ),
where k ₁₂ is the conversion coefficient of the current source 12. In the difference voltage U _{p there} will be no additive interference voltage or compensated and the whole difference voltage U _p will be proportional to the measured power. By means of the charging current i _c , the charging capacitor 13 is charged to the level generated by the timer 14 of the reference voltage U _o1 . As soon as it reaches this level, the RS-trigger 14.3 switches to a single state and by means of a switching transistor 14.4 discharges the charging capacitor 13 to the level generated by the timer 14 of the reference voltage U _o2 . This shows that the charging time of the charging capacitor 13 from the voltage level U _o2 to the voltage level U _o1 will be inversely proportional to the charging current i _c or the measured power, and the discharge time is a constant and is determined by the discharge constant τ = R _i C, where R _i - internal-resistance of the transistor 14.4 and C - capacity of the charging capacitor 13. in order not to introduce errors during the formation of the charge period, the charging current i _c is set at the maximum of the measured power of a magnitude to charge period was a hundred times more times discharge of the capacitor 13. When the charging of the invention - it is the actual ratio. During the discharge of the charging capacitor 13, the RS flip-flop 14.3 generates a pulse which, through the output amplifier 14.5 of the timer 14, switches the pulse counter 15. Thus, by means of the current source 12 and the timer 14, the voltage U _p proportional to the measured power is converted into a pulse train (FIG. .2h) with a repetition rate f. In this case, the pulse repetition period will be equal to:
T ₀ = l / f = t _s + t _p ≈t _s ,
(since t _p << t _s ), where t _s is the charge time of the charging capacitor 13 from voltage U _o2 to voltage U _o1 ; t _p is the discharge time of the charging capacitor 13 from voltage U _o1 to voltage U _o2 . The pulse counter 15 counts the pulses N generated by the timer 14 during the time T measuring the consumed electric energy N = T / T ₀ = fT. Since the period T ₀ or the time of charging capacitor charge 13 t _of repetition pulses generated by the timer 14 is inversely proportional to the voltage U _p or measured power, the frequency f is proportional to the measured power and the measured number N of time T pulse count of pulses 15 will be proportionally consumed electrical energy.

Что касается практической реализации, то такие элементы схемы счетчика электрической энергии, как датчик напряжения 1, может быть выполнен на резистивном делителе напряжения; датчик тока 2, например, согласно материалам заявки от 09.04.2001 ( 2001109467, G01R 19/00, "Датчик тока", Патюков В.Г., Романов А. П. ); переключатель 5, ключи 8.1 и 9.1 схем 8, 9 коммутации - на микросхемах серии 590; перемножитель 6 - на микросхеме 525 серии; генератор опорной частоты 3, формирователь импульсов 4, элемент НЕ 7, счетчик импульсов 15, например, согласно книге Бирюкова С.А. "Цифровые устройства на МОП-интегральных микросхемах", М. : Радио и Связь, 1990 г.; построение источника тока 12 выполнено по книге - Щербаков В. И. и др. "Электронные схемы на операционных усилителях" К.: Технiка, 1983 г., рис. 2.3а и 7.10а; таймер 14 выполнен на микросхеме КР1006ВИ1. With regard to practical implementation, such elements of the circuit of the electric energy meter, such as voltage sensor 1, can be performed on a resistive voltage divider; current sensor 2, for example, according to the application materials dated 04/09/2001 (2001109467, G01R 19/00, "Current sensor", V. Patyukov, A. P. Romanov); switch 5, keys 8.1 and 9.1 of switching circuits 8, 9 - on 590 series microcircuits; multiplier 6 - on the 525 series chip; reference frequency generator 3, pulse shaper 4, element HE 7, pulse counter 15, for example, according to the book of S. Biryukov "Digital devices on MOS integrated circuits", Moscow: Radio and Communications, 1990; the construction of the current source 12 is made according to the book - V. I. Scherbakov and others. "Electronic circuits on operational amplifiers" K.: Technics, 1983, fig. 2.3a and 7.10a; the timer 14 is made on a chip KR1006VI1.

Claims

An electric energy meter comprising a voltage sensor and a current sensor, a reference frequency generator, a pulse shaper, a switch, a multiplier, one of whose inputs is connected to a voltage sensor, the other to the switch output, one of the signal inputs of which is connected to the output of the current sensor, and the other with a common bus, and the control input - with the output of the pulse shaper, the input of which is connected to the reference frequency generator, two capacitors and a pulse counter, characterized in that the element NOT is introduced into it, two circuits switching, each of which includes a key and series-connected first and second resistors, the combined inputs of which are connected through a key to a common bus, the signal input of the switching circuit is one of the inputs of the first resistor, and the control input is the control input of the key, the current source, made on an operational amplifier included in differential mode with four resistors and included in the feedback circuit of the operational amplifier, a field effect transistor with a current-setting resistor, and the inputs the current source are the terminals of two of the four aforementioned resistors, the second terminals of which are connected respectively to the non-inverting and inverting inputs of the operational amplifier, and the output of the current source is the output terminal of the field-effect transistor, a charging capacitor connected to the power supply by the first input and the second input to the output a current source, a timer executed on two comparators connected in series, an RS-trigger and a transistor, a pulse from the output of the RS-trigger also arrives at the output amplifier, the output of which is the timer output, the first and second timer inputs are respectively the input of the emitter of the transistor and the input of the collector, which is connected to the combined inputs of the two comparators, while the pulse shaper is made on a counting trigger, the output of which is connected to the control input of the first switching circuit and through the element NOT - to the control input of the second switching circuit, the signal inputs of the first and second switching circuits are connected to the output of the multiplier, and the outputs of the first and second switching circuits are connected to one CB of the inputs of the first and second capacitors connected to the other inputs to the common bus, and the first and second inputs of the current source, respectively, then the first and second inputs of the timer are connected to first and second inputs of the charging capacitor, respectively, and the timer output is connected to the pulse counter.