SU1406491A1 - Цифровой универсальный измерительный прибор - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано дл  измерени  электрических величин в цеп х синусоидального тока. Прибор содержит шунт 1, блок 5.задани  режимов, электронный ключ 7 и аналого-цифровой преобразователь 13. Введение блока 2 умножени , фильтра 3 нижних частот, коммутаторов 4 и 12, формировател  6 временных интервалов, электронного ключа 8, интеграторов 9 и 10 и блока 11 делени  повышает т. помехоустойчивость устройства, Кроме того, прибор осуществл ет следующие режимы измерени : измерение напр жени  и тока, измерение активной и ре активной составл ющих комплексного сопротивлени , измерение активной и реактивной мощности и измерение коэффициента мощности. В описании приве ден пример реализации формировател  6 временных интервалов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. i (Л

Description

9д i{i

фив. /

Изобретение относитс  к электро- iизмерительной технике и может быть использовано дл  измерени  электрических величин в цеп х синусоидаль- ;ного тока.

Цель изобретени  - повьшение поме- ;хоустойчивости и расширение функцио- |нальных возможностей прибора. I На фиг. изображена функциональ- |на  схема предлагаемого прибора; |на фиг,2 - функциональна  схема формировател  временных интервалов.

Прибор содержит шунт 1, блок 2 умножени , фильтр 3 нижних частот, Первый коммутатор 4, блок 5 задани  режимов, формирователь 6 временных интервалов, первый 7 и второй 8 электронные ключи, первый 9 и второй 10 Интеграторы, блок 11 делени , второй коммутатор 12 и аналого-цифровой преобразователь (АЩ1) 13.

Формирователь 6 временных интервалов содержит первый 14, второй 15   третий 16 усилители-ограничители, первый анализатор 17 максимума, од-  овибратор 18, второй анализатор 19 (максимума,- первый 20 и второй 21 триггеры, элементы И-ИЛИ 22 и 23, пчетчик 24 и элемент 25 задержки.

Вход прибора подключен к первым I ходам блока 2 умножени  и коммутато- jia 4, а также к первому входу форми- гювател  6 временных интервалов и к ходу шунта 1, Выход шунта 1, включен i|oro в токовую цепь, соединен со вторыми входами блока 2 умножени , ком- 1уутатора 4. и формировател  6 временных интервалов. Выход блока 2 умножени  подключен к третьим входам комму- т|атора 4 и формировател  6 временных и|нтервалов и через фильтр 3 нижних ч|астот - к четвертому входу коммутатора 4. Управл ющий вход коммутатора 4 прдключен к первому выходу блока 5 задани  режимов измерени , второй выход которого св зан с входом управлени  формировател  6 временных интервалов . Первьш и второй выходы формировател  6 временных интервалов сое

дйнены с управл ющими входаг-ш соответствующих электронных ключей 7 и 8, информационные входы которых подклнз- к соотв ;тствующим выходам коммутатора 4. К выходам электронных клю- чфй 7 и 8 подключены интеграторы 9 и 0, выходы которых соединены с соответствующими входами коммутатора 12 и блока 11 делени . Выход блока 11

Q

s 0

5 0

5 Q з

0

г

делени  подключен к третьему входу коммутатора 12, управл ющий вход которого соединен с третьим выходом блока 5 задани  режимов измерени , а выход подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразовател  13, вход запуска которого соединен с третьим выходом формировател 

6временных интервалов. Четвертый выход формировател  6 временнь1х интервалов .подключен к входам сброса обоих интеграторов 9 и 10,

Формирователь 6 временных интервалов предназначен дл  формировани  импульсов, управл ющих работой электронных ключей 7 и 8, сигналов запуска аналого-цифрового преобразовател  13 и сигналов сброса интеграторов 9 и 10. Длительность импульсов, используемых дл  управлени  ключами

7и .8, и их временное положение относительно входных сигналов определ ютс  режимом работы прибора, задаваемым блоком 5 задани  режимов измере- , ни .

Выходы элементов И-ИЛИ 22 и 23  вл ютс  соответственно первым и вторым выходами формировател  6 временных интервалов. Выход счетчика 24 соединен с третьим выходом формировател  6 временных интервалов и с входом элемента 25 задержки, выход которого  вл етс  четвертым выходом формировател  6 временных интервалов,

Прибор работает в одном из следующих режимов: 1 - измерение напр жени ; II - измерение тока; III - измерение активной составл ющей комплексного сопротивлени  Z; IV - измерение реактивной составл ющей комплексного сопротивлени  Z; V - измерение активной мощности; VI - измерение реактивной мощности; VII - измерение коэффициента мощности.

Прибор работает следующим образом .

1, Режим измерени  напр жени ,

В данном режиме по сигналу блока 5 задани  режимов измерени  коммутатор 4 подключает вход прибора к информационному входу электронного ключа 7, а коммутатор 12 подключает выход интегратора 9 к входу аналого- цифрового преобразовател  13. Кроме этого, блок 5 задани  режимов измерени  обеспечивает подачу разрешающего потенциала на первый управл ющий вход элеме нта И-ИЛИ 22 формировател 

6 временных интервал ов, в результате чего выход усилител -ограничител  14 через элемент И-ШШ 22 подключаетс  к первому выходу формировател  6 и, следовательно, к управл ющему входу электронного ключа.7.

Усилители-ограничители 14-16 формировател  6 временных интервалов предназначены дл  формировани  из входных переменных сигналов пр моугольных импульсов.

Таким образЬм, на выходах усилителей-ограничителей 14-16 формировател  6 временных интервалов формируютс  пр моугольные импульсы, длительность которых равна инте рвапу времени, в течение которого входной сигнал усилителей положителен.

В рассматриваемом режиме работы прибора на выходе усилител -ограничител  14 формируютс  импульсы с длительностью , равной длительности положительного полупериода измер емого напр жени . Эти импульсы поступают через открытый по первому входу элемент И-Ш1И 22 формировател  6 на управл ющий вход электронного ключа 7, на информационный вход которого через коммутатор 4 поступает входное напр жение.

Выходной сигнал электронного ключа 7 интегрируетс  интегратором 9, на выходе которого формируетс  напр - жение, пропорциональное амплитуде измер емого синусоидального напр жени , которое через коммутатор 12 передаетс  на информационный вход аналого- цифрового преобразовател  13. АЦП 13 по сигналу, формируемому на третьем выходе формировател  6 временных интервалов , осуществл ет его преобра- |зование в цифровой код. Цикл работы прибора заканчиваетс  сбросом инте- грЛторов 9 и 10, крторьй производитс  по сигналу формировател  6 временных интервалов, поступающему с его четвертого выхода на входы сброса интеграторов. При этом частота сигна- ла сброса интеграторов и сигнала запуска АЦП 13 задаетс  коэффициентом пересчета счетчика 24, который выбираетс , исход  из требуемой точности измерени .

II, Измерение тока.

В этом режиме блок 5 задани  режимов измерени  формирует управл ющие сигналы, по которым выход шунта 1

подключаетс .коммутатором 4 к инфор- мационному входу электронного ключа 8, а выход интегратора 10 кo Ф yтaтo- ром 12 соедин етс  с информационным входом аналого-цифрового преобразовател  13. Кроме этого, блок 5 задани  режимов измерени  обеспечивает выдачу разрешающего потенциала на первый управл ющий вход элемента И-ИЛИ.23 формировател  6 временных интервалов При этом на втором выходе последнего подключенном к управл ющему входу электронного ключа 8, аналогично режиму 1, формируютс  импульсы, определ ющие открытое состо ние электронного ключа 8. Напр ж ение шунта 1, пропорциональное измер емому току, через коммутатор 4 и электронный ключ 8 поступает на вход интегратора 9, с выхода которого сигнал, пропорциональный амплитуде измер емого тока, преобразуетс  АЦП 13 в выходной цифровой код.

III. Измерение активной составл ющей комплексного сопротивлени  Z.

В данном режиме блок 5 задани  режимов измерени  формирует на своих выходах управл ющие сигналы, по которым вход прибора и выход шунта 1 подключаютс  к информационным входам электронных ключей 7 и 8 соответст- венно, выход блока 11 делени  подключаетс  коммутатором 12 к выходу аналого-цифрового преобразовател  13, а на вторые управл ющие входы элементов И-ИЛИ 22 и 23 формировател  6 временных интервалов подаютс  разрешающие потенциалы.

Формирователь 6 временных интервалов в рассматриваемом режиме работает следующим образом. Пр моугольный импульс с выхода усилител -ограничител  15 поступает на вход одновибрато- ра 18, который формирует короткий импульс, совпадающий по времени с передним фронтом входного импульса, а следовательно, с моментом перехода напр жени  выхода щунта 1 через нулевое значение из области отрицательных значений в область положительных . Выходной импульс одновибратора 18 поступает на S-вход триггера 20 и устанавливает его в единичное состо ние . В момент равенства входного напр жени , поступающего на первый вход формировател  6 временных интервалов , положительному амплитудному значению на выходе анализатора 17

51

максимумов формируетс  короткий импульс , по которому триггер 20 устанавливаетс  в нулевое состо ние. Таким образом, на единичном выходе триггера 20 формируетс  последовательность импульсов, длительность кото- рых равна интервалу между моментами времени, соответствующими нулевому значению напр жени  с выхода шунта 1 и максимальному положительному значению входного напр жени  Эти импульсы , подаваемые через открытый по второму входу элемент И-ИПИ 22 на первый выход формировател  6 временных интервалов, используютс  дл  включени  электронного ключа 7,

Управление ра,ботой электронного ключа 8 осуществл етс  импульсами со второго выхода формировател  6. Формирование этих импульсов осуществл етс  аналогично режиму II.

Таким образом, в результате включени  электронных ключей 7 и.8, напр жени  с выходов последних интегрируютс  интеграторами 9 и 10 и посту- пают на входы блока II делени . Сиг- нал с выхода блока 11 делени , про- порциональный активной составл ющей комплексного сопротивлени  Z, через коммутатор 12 поступает на информа- ционный вход АЦП 13, преобразуемый последним в выходной цифровой код, IV. Режим измерени  реактивной

составл ющей комплексного сопротивле ни  Z.

.В данном режиме состо ние коммута торов 4 и 12 сохран етс  таким же, как в режиме III.: Блок 5 задани  ре- жимов измерени  подает разрешающий потенциал на третьи управл ющие входы элементов И-ИЛИ 22 и 23 формйро- вател  6 временных интервалов.

Отличие работы прибора в IV режиме от предыдущего состоит в том, что на первом выходе формировател  6 вре менных интервалов формируетс  импульс , длительность которого равна интервалу времени между переходами сигналов с входа прибора и с выхода шунта 1 через положительные максимумы . При этом формирователь 6 временных интервалов работает следующим образом. Максимальное значение входного сигнала определ етс  анализатором 17 максимумов, а формируемый в STOT момент на его выходе импульс устанавливает триггер 21 в единичное состо ние. Аналогично происходит фор-

064916

мирование импульса на выходе анализатора 19 максимумов, на вход которого поступает напр жение с выхода шунта 1. По этому импульсу триггер 21 устанавливаетс  в нулевое состо ние. Последовательность импульсов, получае- . ма  на выходе триггера 21, через открытый по третьему управл ющему вхо10 ДУ элемент И-ИЛИ 22 подаетс  через первый выход формировател  6 временных интерв.апов на вход управлени  электронного ключа 7. - . Напр жени  с выходов электронных

15 ключей 7 и 8 через интеграторы 9 и 10 поступают на входы блока 11 делени , напр жение с выхода которого, пропорциональное реактивной составл ющей комплексного сопротивлени ,

20 преобразуетс  АЦП 13 в цифровой код.

V.Измерение активной мощности. В данном режиме блок 5 задани 

режимов измерени  формирует управл ющие сигналы, по которым коммутатор 4

25 подключает выход блока 2 умножени 

к информационному входу электронного .ключа 7, коммутатор 12 подключает выход интегратора 9 к информационному входу аналого-цифрового преобразова30 тел  13, а на четвертый управл ющий вход элемента И-ИЛИ 22 формировател  6 временных интервалов подаетс  раз- рещаю1ций потенциал.

На четвертый информационный вход 25 элемента И-ИЛИ 22 форм.ировател  6

временных интервалов подаетс  сигнал, соответствующий уровню логической единицы, вследствие чего на выходе элемента И-ИЛИ 22 также формируетс 

40 высокий потенциал и, следовательно, электронньм ключ 7 в течение всего времени измерени  будет открыт. Выходной сигнал блока 2 умножени , пропорциональный мгновенной мощности,

45 через включенный электронный ключ 7 и интегратор 9 и компаратор 12 поступает на информационный вход АЦП 13, который преобразует его в цифровой .код.

50

VI.Измерение реактивной мощности.

В этом режиме блок 5 задани  режимов измерени  формирует на своих выходах управл ющие сигналы, по котоgg рым коммутатор 4 подключает выход блока 2 умножени  через фильтр 3 нижних частот к информационному входу электронного ключа 7, выход интегратора 9 коммутатором 12 соедин етс  с

входом аналого-цифрового преобразовател  13, а на п тый управл ющий вход элемента И-ИЛИ 22 формировател  6 временных интервалов подаетс  разре- шакмций потенциал.

В рассматриваемом режиме формирователь 6 временных интервалов формирует на своем первым выходе пр мо- угольньй импульс с длительностью, равной интервалу времени, в течение которого сигнал, подаваемый с выхода блока 2 умножени  на третий вход фор мировател  6, положителен. Это осуществл етс  путем использовани  усилител -ограничител  16, выход которого подключен к п тому информационному входу элемента И-ИЛИ 22.

Таким образом, выходное напр жение фильтра 3 нижних частот через электронный ключ 7, управл емый сигналом с первого выхода формировател  6 временных интервалов, подаетс  на вход интегратора 9, с выхода которого сигнал , пропорциональный реактивной мощности, поступает на информационный вход АЩ1 13, преобразуемый последним в цифровой код.

VII Измерение коэффициента мощности .

В данном режиме блок 5 задани  режимов измерени  формирует на своих выходах управл ющие сигналы, по которым вход напр жени  прибора подключаетс  коммутатором 4 к информационным входам электронных ключей 7 и 8, выход блока 11 делени  подключаетс  коммутатором 12 к аналого-цифровому преобразователю 13, а на шестой и четвертый управл ющие входы элементов И-ИЛИ-22 и 23 формировател  6 временных интервалов подаютс  разре- щающие потенциалы. Последний формирует управл ющие электронными ключами 7 и 8 импульсы по первому выходу - аналогично режиму III, а по второму - аналогично режиму I. .

В результате делени  выходных напр жений интеграторов 9 и 10 на выходе блока 11 делени  формируетс  сигнал, пропорциональньм коэффициенту мощности, поступающий на информационный вход АЦП 13,- который преобразует его в цифровой код.

Claims (2)

1.Цифровой универсальный измерительный прибор, содержащий шунт в

цепи тока, блок задани  режим- -п изме- рени , первый электронный ключ, аналого-цифровой преобразователь, отличающийс  тем, что, с целью повьшени  помехоустойчивости и расширени  функциональных возможностей прибора, в него дополнительно введены блок умножени , фильтр

0 нижних частот, два коммутатора, .формирователь временных интервалов, два интегратора, второй электроннь й ключ и блок делени , при этом вход прибора соединен с объединенными

15 первыми входами блока умножени , первого коммутатора, формировател  временных интервалов и первым выводом шунта, второй вывод которого соединен с объединенными вторыми входами пер20 вого коммутатора, формировател  временных интервалов и блока умножени , выход которого подключен к третьим . входам первого коммутатора, формировател  временных интервалов и через

25 фильтр нижних частот - к четвертому

входу первого коммутатора, соедйнен- . ному по управл ющему входу с первым выходом блока задани  режимов измерени , второй выход которого подключен

30 к входу управлени  формировател  временных интервалов, первый и второй выходы первого коммутатора соединены соответственно с информационными входами первого и второго электронных

2g ключей, управл ющие входы которых . подключены соответственно к первому и второму выходам формировател  временных интервалов, а выходы - к входам одноименных интеграторов, выхо40 ды которых соединены соответственно с первым и вторым входами второго коммутатора и блока делени , выход которого соединен с третьим входом второго коммутатора, управл ющий 45 вход которого подключен к третьему выходу блока задани  режимов измерени , а выход - к информационному входу аналого-цифрового преобразовател , вход запуска которого соединен с

50 третьим выходом формировател  временных интервалов, четвертый выход которого подключен к входам сброса обоих интеграторов.

2.Прибор ПОП.1, отличаю-

gg щ и и с   тем, что формирователь временных -интервалов содержит три усилител -ограничител , два анализатора максимума, одновибратор, два триггера, два элемента И-ИЛИ, счетчик , элемент задержки, при этом первый вход формировател  временных интервалов подключен к входам первого усилител -ограничител  и первого анализатора максимума, выход последнего из которых соединен с R-входом первого триггера и с S-входом второго триггера а выход первого усилител -ограничител  - с первым и четвертым информационными входами первого и второго элементов И-ИЛИ соответственно , второй вход формировател  временных интервалов соединен с входами второго усилител -ограничител  и анализатора максимума, выходы которых , соответственно подключены к входу одновибратора и к R-входу второго триггера, а выход одновибратора соединен с S-входом первого триггера и входом счетчика, кроме этого, выход второго усилител -ограничител  подключен к первым трем информационным

Фиг. 2

Редактор А.Ревин

Составитель В.Крючков

Техред М.Ходанич Корректор Л.Пилипенко

Заказ 3186/39

Тираж 772

ВИИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска .наб., д. 4/5

входам второго элемента И-ИЛИ, а единичные вькоды первого и второго триггера соединены соответственно с вторым и третьим информационными входами первого элемента И-ШШ, на четвертый информационный вход которого подан уровень логической единицы, третий вход формировател  временных

интервалов подключен к входу третьего усилител -ограничител , соединенного по выходу с п тым информационным входом первого элемента И-ЙЛИ, входы управлени  первого и второго элементов И-ИЛИ объединены и подключены к входу управлени  формировател , а их выходы - соответственно к первому и второму его выходам, выход счетчика соединен с третьим выходом формировател  временных интервалов и с входом элемента задержки, выход которого подключен к четвертому выходу формировател  временных интервалов.

Подписное