SU1714523A1 - Счетчик ампер-часов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измеритель- .ной технике и может быть использовано дл  контрол  количества электричества, получаемого или отдаваемого от источника пита- ни  с обеспечением гальваническойразв зки. Цель изобретени  - повышение точности измерени . Поставленна  цель достигаетс  введением резистора 3, преобразовател  6 напр жение-частота и выпр мительного моста 5, а также конструкцией трансформатора 1 посто нного тока (ТПТ). ТПТ, резистор 3, операционный усилитель 2 (ОУ) образуют колебательную систему. При наличии тока в первичной обмотке ТПТ, разница длительностей положительного и отрицательного Импульсов на выходе ОУ пропорциональна току в первичной обмотке ТПТ, котора  суммируетс  счетчиком 4 импульсов. Выпр мительный мост 5 с преобразователем 6 напр жение частота исключают зависимость результата измерени  от напр жени  питани  ОУ. 2 ил.^Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  контрол  количества электричества, получаемого или отдаваемого от источника питани  с обеспечением гальванической разв зкц.Известен реверсивный счетчик ампер- часов, содержащий шунт, усилитель, генератор импульсов, реверсивный счетчик, два блока сравнени  кодов, два блока программ, два триггера, коммутатор, два счетчика, элемент И, блок сравнени  и элемент ИЛИ.Известен также счетчик ампер-часов, содержащий шунт, усилитель, генератор импульсов, двоичный счетчик, две схемы совпадени , реверсивный счетчик, два блока дешифратора, анализатор, устройство записи, устройство сброса и два триггера. Недостатками известных устройств  вл етс  сложность из-за наличи  большого числа блоков и относител-ьно низка  точность и помехозащищенность, так как в них сигнал, пропорциональный измер емому тЬку, снимаетс  в активного сопротивлени , включенного пос'ледовательно с нагрузкой (шунта), поэтому они не имеют гальванической разв зки.Известен также счетчик ампер-часов, содержащий трансформатор посто нного тока, выполненный на двух сердечниках из материала с пр моугольной петлей гистерезиса, выпр мительный мост, резистор, преобразователь напр жение-частота, реверсивный счетчик импульсов, RC-цепоч- ку, два пороговых устройства и триггер. Вто- ричные обмотки трансформатора запитываютс  от генератора переменного4^ (Л ;ND СО

Description

напр жени . Счетчик ампер-часов позвол ет определить количество электричества, проход щего через нагрузку, в случае, если измен етс  не только его величина, но и направление. Недостатками известного счетчика  вл етс  относительна  сложность из-за наличи  RC-цепочки, операционного усилител , триггера, резистора, преобразовател  напр жени -частота и сердечника трансформатора посто нного тока с размещенными на нем обмотками, а также относительно низка  точность из-за погрешностей, вносимой преобразователем напр жение-частота и выпр мительным мостом. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому счетчику  вл етс  выбранный в качестве прототипа счетчик ампер-часов, содержащий трансформатор посто нноготока с двум  сердечниками, на каждом сердечнике которого размещены первичные обмотки, вторичные обмотки и обмотки обратной св зи , четыре диода, генератор переменного напр жени  и операционный усилитель. Недостатком известного счетчика  вл етс  относительно низка  точность из-за падени  напр жени  на диодах, включенных между выходом операционного усилител  и вторичными обмотками, зависимости выходного сигнала от стабильности напр жени  питани  и неидентичности магнитных характеристик сердечников трансформатора посто нного тока.

Цель изобретени  - повышение точности измерени .

Указанна  цель достигаетс  тем, что в счетчике ампер-часов, содержащем счётчик импульсов, операционный усилитель, выпр мительный мост, резистор, преобразователь напр жени  в частоту импульсов и трансформатор посто нного тока, на сердечнике которого размещены первична  обмотка , вторична  обмртка, конец которой соединен с общей шиной, а начало с одним концом резистора, и обмотка обратной св зи , конец которой соединен с общей шиной, а начало - с пр мым входом операционного усилител , выход операционного усилител  соединен с другим концом резистора и входом выпр мительного моста, а в;ыход выпр мительного моста - с входом преобразовател  напр жени  в частоту импульсов , выход которого соединен со счетным входом счетчика импульсов, старшие разр ды которого соединены с выходом устройства . Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в предлагаемый счетчик введены выпр мительный мост, резистор и преобразователи нап-р жени  в частоту импульсов, причем выход

операционного усилител  соединен с одним концом резистора и входом выпр мительного моста, другой конец резистора соединен с началом вторичной обмотки

трансформатора посто нного тока, а выход выпр мительного моста-с входом преобразовател  напр жени  в частоту импульсов, выход которого соединен со счетным входом счетчика импульсов. В предлагаемом

0 счетчике по сравнению с прототипом имеютс  новые элементы; выпр мительный мост, резистор и преобразователь напр жени  в частоту импульсов.

На фиг. 1 представлена принципиальна  электрическа  схема счетчика ампер-часов; на фиг. 2 показаны временные диаграммы работы счетчика.

Счетчик ампер-часов содержит трансформатор 1 посто нного тока, операционный усилитель 2, резистор 3, счетчик 4 импульсов, выпр мительный мост 5,-преобразователь 6 напр жени  в частоту импульсов . На сердечнике трансформатора 1 посто нного тока расположены первична 

5 обмотка, через которую пропускаетс  измер емый ток i, вторична  обмотка, конец которой соединен с общей шиной, а начало с одним концом резистора 3, обмотка обратной св зи, конец которой соединен с общей

0 шинон, а начало - с пр мым входом операционного усилител -2. Выход операционного усилител  2 соединен с другим концом резистора 3, с входом управлени  реверсом счетчика 4 импульсов и входом выпр мительного моста 5. Выход выпр мительного моста 5 соединен с входом преобразовател  6 напр жени  в частоту, выход которого соединен со счетным входом счетчика 4 импульсов , старшие разр ды которого

0 соединены с выходом устройств,

Счетчик работает следующим образом. Операционный усилитель 2, резистор 3 и трансформатор 1 посто нного тока включены таким образом, что представл ют собой релаксационный - генератор, вырабатывающий на выходе операционного усилител  2 пр моугольные унипол рные импульсы напр жени  (см. фиг, 2 б). Длительности положительного и отрицател ьно0 го импульсов равны, если через первичную обмотку трансформатора 1 посто нноготока не проходит измер емый ток I. А если через первичную обмотку этого трансформатора пропустить измер емый ток. то

5 длительность одного полупериода унипол рного импульса будет увеличиватьс , а другого уменьшатьс , причем разница между длительност ми отрицательного и положительного полупериодов зависит от величины измер емого тока I. Определение величины разницы длительности полупериодов импульсов осуществл етс  путем подачи унипол рных импульсов с выхода операционного усилител  2 на вход управл ющим реверсом счетчика 4 импульсов. Если к входу, управл ющему реверсом, приложено положительное напр жение,то pea: лизуютс  логический сигнал 1 и высокочастотные импульсы, подаваемые на счетный вход счетчика 4 с выхода преобразовател  6 напр жени  в частоту импульсов, суммируютс , а при подаче на вход управлени  реверсом отрицательного напр жени  реализуютс  логический сигнал О и импульсы, подаваемые на счетный вход, вычитаютс . Таким образом, на старших кодовых разр дах реверсивного счетчика 4, представл ющих собой кодовый.выход устройства формируетс  цифровой сигнал, пропорциональный величине ампер-часов. Запитка преобразовател  6 напр жени  в частоту импульсов осуществл етс  через выпр мительный мост 5 от выхода операционного усилител  2 с тем, чтобы частота импульсов, подаваемых на счетный вход счетчика, измен лась при изменении амплитуды унипол рных импульсов на выходе усилител  2. Если частота импульсов, подаваемых на счетный вход счетчика, измен етс  при изменении амплитуды унипол рных импульсов, выходной сигнал не измен етс  при изменении напр жени  питани  и тем самым увеличиваетс  точность счетчика ампер-часов , на выходе которого реализуетс  сигнал, определ емый выражением. ,(.)... где N - число импульсов, поступающих на счетчик; l(t) - измер емый ток: t-врем : R - сопротивление резистора 3: Wi, W2 - число витков первичной и вторичной обмотки трансформатора посто нного тока соответственно: К - коэффициент чувствительности преобразовател  6 напр жени  в частоту импульсов . Покажем справедливость выражени  (1). Измер емый ток l(t), проход щий через первичную обмотку трансформатора посто нного тока, наводит в сердечнике трансформатора посто нного тока поток Ф,,, равный Фи IWI/RM, гдеНм - магнитное сопротивление сердечника. Генераторный режим работы релаксационного генератора на базе операционного усилител , резистора и трансформатора посто нного тока обеспечиваетс  таким включением вторичной обмотки и обмотки обратной св зи трансформатора посто нного тока, чтобы была реализована положительна  обратна  св зь. Поэтому, если на.выходе усилител  2 имеетс  какое-либо напр жение, то оно увеличиваетс  до максимальной величины. Под воздействием максимального выходного напр жени  U в сердечнике тоансформатора 1 начнет расти магнитный поток Ф по зкс по1;1енциальномузакону,т.к. последовательно с вторичной обмотки включен резистор 3 сопротивлением R. Как только магнитный поток в сердечнике, складывающийс  из измер емого потока Фи и магнитного потока сЬ , наводимого током, протекающим по вторичной обмотке, достигает потока насыщени  трансформатора 1Фз1, магнитна  проницаемость сердечника реЗко уменьшаетс , генератор перебрасываетс , а на выходе операционного усилител  2 выходное напр жение измен ет знак. Работа релаксационного генератора при изменившемс  знаке на выходе усилител  аналогично вышеописанной. Устойчивость генераторного режима обеспечиваетс  выбором материала сердечника трансформатора с пр моугольной петлей перемагничивани . Магнитный поток Ф , наводимый током вторичной обмотки, в первом полупериоде Т2 описываетс  следующим уравнением S(. Выражение (2) получено из услови , что при t 0 - Фи - Фз (см. фиг. 2 а). Из уравнени  (2)определ етс  длительность полупериода Т2, учитыва , что магнитный поток в конце полупериода равен Фз - Фи (см. фиг. 2 а). . (3) 2-RR A sМагнитный поток Ф , наводимый током вторичной обмотки в сердечнике трансформатора , в течение полупериода Ti, описываетс  уравнением )е -и, О Ф1-0 Фз - Фи (см. учитыва , что при t фиг. 2 а).

Длительность полупериода Та с учетом того, что магнитный поток в конце полупериода равен -Фз-Фи (см. фиг. 2а) определ етс  ура,внением

UW,

г

г г,

(5)

en

RR

м

м

Число импульсов N, записываемых в счетчике импульсов 4, определ етс  следующим выражением

N (Ti - Т2) nF / 4гТ К и d t . (6)

где п - число периодов выходных импульсов , генерируемых за врем ;

F - частота импульсов на выходе преобразовател  напр жени  в частоту импульсов;

К - коэффициент чувствительности преобразовател  напр жени  в частоту импульсов;

и - величина напр жени  на выходе операционного усилител .

Подставив в выражение (6) уравнени  (3) и (5), с учетом того, что устройство проектируетс  таким образом, чтобы UW2/RRM s.a Фи Фз, получают

.

(7)

N

W2

Подставив в выражение (7)Фи IWi/Ri, получим выражение (1).

Технико-экономический эффект применени  предлагаемого устройства, по сравнению с известным, заключаетс  в упрощении устройства и увеличении точности измерени . Упрощение устройства достигаетс  за Счет того, что из него выведен один сердечник трансформатора посто нного тока с трем  намотанными на нем обмотками . Введение новых блоков в предлагаемый счетчик (выпр мительный мост и преобразователь напр жени  в частоту импульсов ) не усложн ет устройства, так как

эти блоки по сложности одинаковы с четырьм  диодами и генератором переменного напр жени , имеющимс  в известном устройстве. Использование трансформатора посто нного тока с одним сердечником

позво|1 ет повысить точность измерени  изза отсутстви  погрешностей, св занных с разбросом магнитных характеристик сердечников . Кроме того, точность измерени  в данном устройстве повышаетс  из-за того,

что результаты измерений в нем не завис т от нестабильности напр жени  питани . В известном устройстве результат измерений зависит от величины амплитуды напр жени  унипол рных импульсов, что снижает

точность измерений.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Счетчик ампер-часов, содержащий счетчик импульсов, старшие разр ды которого

   соединены с выходом устройства, операционный усилитель, выход которого соединен с входом управлени  реверсом счетчика импульсов , и трансформатор посто нного тока , на сердечнике которого размещены

   первична  обмотка, вторична  обмотка, конец которой соединен с общей шиной, и обмотка обратной св зи, конец которой соединен с общей шиной, а начало с пр мым входом операционного усилител , о т л и ч аю щ и и с   тем, что, с целью повышени  точности измерени , в него введен выпр мительный мост, резистор и преобразователь напр жени  в частоту импульсов, причем выход операционного усилител  соединен с одним выводом резистора и в)Л)дом выпр мительного моста, другой вывод резистора соединен с началом вторичной обмотки трансформатора посто нного тока, выход выпр мительного моста подключен к

   входу преобразовател  в частоту импульсов , выход которого соединен со счетным входом счетчика импульсов. вш од