Цифровой ваттметр

Республик ТЕЛЬСТВУ ВТОР СКОМУ С(22) Заявлено 2 с присоеди ием заяв Государственный комитет Совета Министров СССРия 10.01.77 ния опис ата опублик 2) Авторы изобретения лов, Э. К, Шахо лтаиов, С, М. Телегин, В. М. Фи В. М. Шляндин еизенский пол(71) Заявитель ическии институт АТТМЕТР(54) ЦИФРОВОЙ Изобретение относится к цифровой электро- измерительной технике и может использоваться для измерения мощности.Известно устройство, содержащее амплитудно-импульсный модулятор в сочетании с фазоимпульсным, фазоинвертор и переключатель. Однако оно имеет низкую точность, обусловленную наличием в цепи преобразуемого сигнала аналоговых элементов, таких, как фазоинвертор и переключатель.Известны также преобразователи, содержащие цепь преобразования с аналоговым множительным блоком. Их точность также низкая. Кроме того, алгоритм работы, заложенный в основу работы преобразователей, при водит к крайне низкому их быстродействию.Известно также устройство, содержащее в цепи преобразуемого сигнала последовательно включенные фазовращатели, аналоговый переключатель, квадратичный детектор и преобразователь напряжения в частоту.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является цифровой ваттметр, содержащий входные зажимы, соединенные соответственно с входами преобразователей напряжения в интервал времени, блок управления, два логических элемента И, цифровое отсчетное устройство.Такой ваттметр работает с входными напряжениями, частотный диапазон которых 5 10 15 20 д 30 ограничен. Это обусловлено тем, что создание высокочастотного преобразователя напряжения в частоту является сложной технической задачей. Кроме того, из-за накопления погрешности дискретности он обладает низкой точностью.Целью изобретения является расширение частотного диапазона входных сигналов и повышение точности.Это достигается тем, что предлагаемый цифровой ваттметр снабжен генератором опорной частоты, делителем частоты, двумя элементами ИЛИ, двумя триггерами, двумя ключами, двоичным умножителем и реверсивным счетчиком, причем выходы преобразователей напряжения в интервал времени связаны с входамп блока управления и первыми вхо дами элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены с выходами делителя частоты и с одним из входов блока управления, выходы элементов ИЛИ соединены со счетными входами триггеров, прямые выходы которых соединены с управляющими входами, ключей входы двоичного умножителя через ключи со единены с выходом тенератора опорной частоты, который соединен с входами квантования преобразователей напряжения в интервал времени и с входом делителя частоты, выход двоичного умножптеля соединен с входами элементов И, вторые входы которых со541129 т Е2 Уо 55 импульсов. един ены с выходами блока управления, а выходы с шинами сложения и вычитання реверсивного счетчика, кодовые вы ходы реверсивного счетчика соединены с цифровым отсчетным устройством, а шина сброса реверсивного счетчика соединена с выходом делителя частоты, другой выход которого соединен с одним из входов блока управления, входом сброса двоичного умножителя, входами квантования преобразователей напряжения в интервал времени и с установочными входами триггеров.На чертеже представлена структурная электрическая схема предлагаемого цифрового ваттметра,Он имеет два преобразователя 1 и 2 напряжения в интервал времени, два элемента ИЛИ 3 и 4, два триггера 5 и 6, два ключа 7 и 8, двоичный умножитель 9, блок управления 10, два элемента И 11 и 12, цифровое отсчетное устройство 13, реверсивный счетчик 14, делитель частоты 15, генератор опорной частоты 16.Цифровой ваттметр работает следующим образом,Импульсы тактовой частоты в каждом элементарном цикле преобразования сбрасывают умножитель 9 и устанавливают триггеры 5, 6 в начальное состояние, при котором ключи 7, 8 закрыты. Зти же импульсы определяют период преобразования Т преобразователя напряжения в интервал времени, На счетный вход каждого триггера 5 (6) поступают через элемент ИЛИ 3 (4) два импульса за элементарный цикл преобразования: импульс с преобразователя 1 (2) и импульс, смещенный относительно начала цикла преобразованиятна - . Первый пришедший из этих двух им.2пульсов устанавливает триггер 5 в состояние, при котором ключ 7 открывается и импульсы частоты 1 о с генератора опорной частоты 16 начинают поступать на вход умножителя 9. По следующему импульсу из этих двух триггер 5 срабатывает и закрывает ключ 7. Ключ 7 открыт в каждом элементарном цикле на время а ключ 8 на время Т Е (1) а 2 у огде Уо - образцовое напряжение. Тогда на один вход двоичного умножителя поступает импульсов, а на другой входТ Е, Яа - а Го - 2 у Го 4Функция преобразования умножителя 9имеет следующий вид:ва - 1 фг 5 где 5 - постоянный коэффициент.Отсюда число импульсов, которое появляется,на выходе двоичного умножителя 9 заэлементарный цикл преобразования, равно Уо= - 5Еиф Й=К Еи Ек Р)4 Уо15 Длительность элементарного цикла преобразования Т значительно меньше периода исследуемого сигнала Т, поэтому в течение одного цикла преобразования напряжения Еи (1) и Е(1) можно полагать неизменными, Тогда при суммировании определенным образом Л., за время Т, определяемое периодом следования импульсов с выхода делителя частоты 15, получится результат, линейно связанный с активной мощностью входного сигнала. Эта операция осуществляется следующим образом.В каждом элементарном цикле преобразования блок управления 10 в зависимости от зо знака произведения Еи(1) Е(1), который определяется по расположению импульсовприходящих с преобразователей 1, 2, относительно импульса с выхода делителя частоты 15, фнксирующего середину этого цикла, подает разрешающий сигнал на элемент И 11 или элемент И 12, Причем, если Еи(Ц)0 и ЕЯ)0 или ЕиЯ 0 и ЕЯ 0, то разрешающий сигнал подается на элемент И 11, а если ЕиЯ)0 и ЕЯ 0 или Еи 0 и 40 Е)0, разрешающий сигнал подается наэлемент И 12. Таким образом, импульсы с выхода двоичного умножителя 9, в зависимости от знака произведения Еи(1) ЕЯ, поступают или на вход сложения реверсивного счетчика 14 или на вход вычитания. За время Т, значительно большее периода входного сигнала Т что необходимо для минимизации погрешности от некратности Т, периоду Т, в реверсивном счетчике 14 будет записано чис ло ми=м =к 1 егфе(фй== КТи 1 Еи Я Е 1 Я Й =КРТо пропорциональное активной мощности Р с коэффициентом пропорциональности К, 60 Длительность элементарного цикла преобразования в устройстве определяется минимально допустимым временем преобразования преобразователя 1(2), и ее можно сделать на несколько порядков меньше, чем в известных 65 устройствах, при одинаковой погрешности ди5411 И)1 оставитель В. Чернявс Техред А. Камышников Заика рректор Л, Орлов акто 10291 инпстров СС д, 4/5 зд, Жа 189арственноо делам из Москва,одппсно з 2877/10 ЦНИИПИ Гос Тираж комитета Совета 11 бретений и открыт Ж, Раушская наб1303 Типография, пр. Сапунова,5скретности преобразования. Последнее объясняется тем, что погрешность дискретности в данном ваттметре определяется значением выходной частоты не преобразователя напряжения в частоту, а генератора опорной частоты 16, который может иметь выходную частоту на несколько порядков больше, чем преобразователь напряжвния в частоту.Следовательно, частотный диапазон входных напряжений здесь значительно расширен в верхнюю сторону по сравнению с известными устройствами.Изменению в ваттметре подлежит сумма не примыкающих друг к другу временных интервалов, однако накопление методической погрешности дискретности,здесь не происходит в результате введения квантования, заключающегося в синхронизации выходных импульсов преобразователя напряжения а интервал времени со счетными (квантующими) импульсами частоты ГоЭто позволяет повысить точность измерения. Формула изобретенияЦифровой ваттметр, содержащий входные зажимы, соединенные соответственно с входами преобразователей напряжения,в интервал времени, блок управления, два элемента И, цифровое отсчетное устройство, отлич а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона входных сигналов и повышенпя точности, он снабжен генератором опорной частоты, делителем частоты, двумя элементами ИЛИ, двумя триггерами, двумя ключами, двоичным умножителем и реверсив ным счетчиком, причем выходы преобразователей напряжения в интервал времени связаны с входами блока управления и первыми входами элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены с выходами делителя частоты 10 и с одним из входов блока управления, выходы элементов ИЛИ соединены со счетными входами триггеров, прямые выходы которых соединены с управляющими входами ключей, входы двоичного умножителя через ключи 15 соединены с выходом генератора опорной частоты, который соединен с входами квантования преобразователей напряжения в интервал времени и с входом делителя частоты, выход двоичного умножителя соединен с входами 20 элементов И, вторые входы которых соединены с выходами блока управления, а.выходы - с щинами сложения и вычитания реверсивного счетчика, кодовые выходы реверсивного счетчика соединены с цифровым отсчетным 25 устройством, а шина сброса реверсивногосчетчика соединена с выходом делителя частоты, другой выход, которого соединен с одним из входов блока управления, входом сброса двоичного умножителя, входами кван тования преобразователей напряжения в интервал времени и с установочными входами триггеров.