Цифровой измеритель электрических параметров в цепях переменного тока

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХЕСПУБЛИК 78 9) 1)5 О 01 В 21/О ПИСА ЗОБРЕТЕНИЯ ЕТЕЛЬСТВУ КОМУ К АВ(71) Краснодарский филиалнаучно-исследовательского инвого обслуживания населения(56) Авторское свидетельство СССРВ 508748, кл. 0 01 В 19/26, 1974,Авторское свидетельство СССРМ 577466, кл. 6 01 В 21/06, 1976.Авторское свидетельство СССРМ 970250, кл. 6 01 В 21/06, 13.04.81. Центрального ститута быто ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАР МЕТРОВ В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА(57) Сф щность изобретения: цифровой измеритель электрических параметров в цепях перс менного тока, одержит преобразовател;, напряжения 1, преобразователь тока 2, ис очник стабил зированного опорного нап:;.яжения 3, интегрирующий аналого-циф,ровой преобразователь 4, блок выделения периода 5, пер ую б и вторую 7 шину вход-.ных сигналов, шесть коммутирующих Элементов 8,10,11,12,13 и 14, источник нестабилизир)ванного опорного напряжения 9, блок выделения периода 5 выполнен в виде аналогового ключа 15 и формирователя прмоугольных импульсов 16 ссоответстьующими связями. 1 з.п,ф-лы, 2 ил.20 40 50 Изобретение относится к цифровойэлектроизмерительной технике и может быть использовано для измерения напряжения, потребляемого тока, полной и активной мощности цепях перемвнного тбка.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей прибора путем измерения напряжения питающей сети, измерения номинальных величин активной мощности, полной мощности и тока, потребляемых исследуемой нагрузкой.На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового измерителя электрических параметров в цепях переменного тока; на фиг, 2 - временные диаграммы. Цифровой измеритель электрических параметров в цепях переменного тока содержит преобразователь напряжения 1, преобразователь тока 2, источник стабилизированного опорного напряжения 3, интегрирующий аналого-циФровой преобразователь 4, блок вь 1 деления периода 5. первую 6 и вторую 7 шИну входных сигналов, коммутирующий элемент 8, источник нестабилизированного опорного напряжения 9, второй 10, третий 11, четвертый 12, пятый 13 и шестой 14 коммутирующие элементы, вход преобразователя напряжения 1 соединен с входом источника нестабилизированного ойорного напряжения и с первой шиной входного сигнала 6, вход преобразователя тока 2 соединен с второй шиной входного сигнала 7, выход преобразователя напряжения 1 соединен с первым выводом первого коммутирующего элемента 8 и первым выводом второго коммутирующего элемента 10, выход преобразователя тока 2 соединен с первым выводом третьего коммутирующего элемента 11 и первым выводом четвертого коммутирующего элемента 12,информационный вход блока выделения периода 5 соединен с вторым выводом первого коммутирующего элемента 8 и вторым выводом тре 1 ьего коммутирующего элемента 11, управляющий вход блока выделения периода 5 соединен с вторым выводом четвертого коммутирующего элемента и вторым выводом второго коммутирующего элемента, выход блока выделения периода 5 соединен с информационным входом интегрирующего аналого-цифрового преобразователя 4,выход источйика нестабилизированного опорного напряжения 9 соединен с первым выводом пятого коммутирующего элемента 13,вход опорного напряжения интегрирующего аналого-циФрового преобразователя 4 соединен с вторым выводом пятого коммутиру 1 ощего элемента 13 и первым выводом шестого коммутирующего элемента 14, второй вывод шестого коммутирующего элемента 14 соединен с выходом источника стабилизированного опорного напряжения 3, блок выделения периода 5 выполнен в аиде аналогового ключа 15 формирователя прямоугольных импульсов 16, информационный вход аналогового ключа 15 соединен с информационным входом блока выделения периода 5, управляющий вход которого соединен с входом формирователя прямоугольных импульсов 16, выход которого соединен с управляющим входом аналогового ключа 15, выход которого соединен с выходом блока выделения периода 5,Устройство работает следующим образом.При измерении величины напряжения питающей сети оно поступает по шине 6 на вход преобразователя 1 напряжения, дпя чего должны быть замкнуты коммутирующие элементы 8, 10 и 14, Преобразователь 1 является делителем входного напряжения в заданном масштабе, и с его выхода синусоидальное напряжение (фиг.2 б) через коммутирующий элемент 8 поступает на информационный вход аналогового ключа 15 блока выделения периода 5, а через коммутирующий элемент 10 - на вход формирователя 16 прямоугольных импульсов блока выделения периода, С выхода формирователя 16 прямоугольные импульсы, совпадающие по фазе с входным сигналом (фиг.2 в), поступают на управляющий вход аналогового ключа 15, вследствие чего этот ключ вы-. полняет однополупериодное выпрямление входного напряжения, С выхода этого ключа выпрямленное напрякение поступает на информационный вход интегрирующего АЦП 4 и преобразуется в цифровой код. Прй этом на вход опорного напрякения АЦП 4 подается через замкнутый контакт коммутирующего элемента 14 напрякение от источника 3 стабилизированного опорного напряжения.При измерении силы тока, протекающего через исследуемую нагрузку, должны быть замкнуты коммутирующие элементы 11, 12 и 14, а нагрузка подключена к шине 7. Ток, протекающий через нагрузку, поступает на вход преобразователя 2 тока и преобразуется в пропорциональное ему напряжение синусоидальной формы (фиг.2,а), которое через коммутирующий элемент 11 поступает на информационный вход аналогового ключа 15 блока выделения периода, а через коммутирующий элемент 12 - на вход формирователя 16 прямоугольных импульсов блока выделения периода. Как описано выше этот блок при таком включении выполняет функцию однополупериодного выпрямителя сигналов малойамплитуды. С выхода аналогового ключа 15 положительные полупериоды выпрямленного напряжения (фиг,2,г) поступает на информационный вход интегрирующего АЦП 4 и в соответствии с заданным масштабом преобразуется в цифровой код, пропорциональный измеряемому току, При этом, как и в случае измерения величины напряжения сети, на вход опорного напряжения АЦП 4 10 через замкнутый контакт коммутирующего элемента 14 подается напряжение от источника 3 стабилизированного опорного напряжения,При измерении величины активной мощности исследуемую нагрузку подключают по шине 7 ко входу преобразователя 2 тока, а по шине 6 на вход преобразователя 1 напряжения подают напрякение питающей сети. При этом должны быть замкнуты коммутирующие элементы 10, 11 и 14 (или 20 13). Ток, протекающий через нагрузку, как было сказано выше, преобразуется в пропорциональное ему напрякение синусоидальной формы (фиг. 2,а), которое через 15 блока выделения периода, а с выхода преобразователя 1 через коммутирующий элемент 10 на вход. формирователя 16 поступает напряжение, фаза которого совпа 30 дает с фазой напряжения, питающего исследуемую нагрузку (фиг. 2,б) и, следовательно, с ним будет совпадать по фазе и прямоугольное напряжение на выходе формирователя 16 (фиг, 2,в). Поскольку импе- данс нагрузки нередко имеет комплексный характер, то протекающий через такуюнагрузку ток будет сдвинут по фазе на некоторый угол р по отношению к фазе напряжения, питающего нагрузку, поэтому 40 и напряжение, поступающее с выхода преобразователя 2 на информационный вход аналогового ключа 15, тоже будет сдвинуто по фазе на такой ке угол по отношению к 45 фазе прямоугольного напряжения, поступающего с выхода формирователя 16 на управляющий вход аналогового ключа 15: О Яи (в 1+ ар) (фиг,2,д)Аналоговый ключ 15 открывается поло 50 жительными полупериодами управляющего прямоугольного напрякения, поэтомуон не пропустит на свой выход часть каждого положительного полупериода, поступающего наего информационный вход, переменного синусоидального напряжения, пропорцио 55 нального току нагрузки, но вместе с тем пропустит на выход такую же по величине часть каждого отрицательного полупериода входного напряжения (фиг.2,е), При поступкоммутирующий элемент 11 поступает на 25информационный вход аналогового ключа лении выделенного напряжения с выходааналогового ключа 15 на информационныйвход интегрирующего АЦП 4 и интегрирования этого напряжения, цифровой код на выходе АЦП 4 будет пропорционален разностиплощадей (фиг.2,е):С 2О(3) = СОЕ - АВС= ) О(с)с 3 -О (т) д С,ц очто соответствует величине активной мощности Р =в совр поскольку мощность пропорциональна потребляемому току приУсловии, что Опит = сопэ 1. НапРимеР. в слУчаечисто реактивной нагрузки (т.е, при сов р= О)разность площадей СОЕ - АВС (фиг.2,ж) будет равна нулю, что соответствует нулевойвеличине активной мощности.При определении электрических параметров приборов и устройств бытовой техники возникает необходимость измерениявеличины так называемой номинальной илипаспортной мощности, т.е. мощности потребления электроэнергии при номинальной величине напряжения питающей сети,В этом случае применение традиционныхметодов измерения номинальной мощностисвязано с известным неудобством, связанным с необходимостью установки (регулирования) величины номинальногонапряжения электропитания. Предлагаемое устройство устраняет этот недостатокпутем подачи на вход опорного напряженияинтегрирующего АЦП нестабилизированного опорного напряжения, величина которогопропорциональна фактической величиненапряжения питающей сети, Это достигается замыканием коммутирующего элемента13 (вместо коммутирующего элемента 14) итогда для интегрирующего АЦП двухтактного интегрирования остается справедливымсоотношением1ОвхОопгде К - выходной код АЦП;М 1 - число тактовых импульсов, определяющее длительность первого такта интегРирования;Овх - измеряемое напряжение на информационном входе АЦП;Ооп - опорное нестабилизированное напряжение,Из этого соотношения следует, что совместное пропорциональное изменение величин измеряемого и опорного напряженийна соответствующих входах АЦП не влияетна конечный результат измерения (на выходной код К), т,е, он не зависит от изменения напряжения питающей сети,При измерении величины полной мощности исследуемую нагрузку подключаюттак же как и при измерении активной мощности, но при этом должны быть замкнуты коммутирующие элементы 11 и 12, а также либо коммутирующий элемент 14 (при измерении фактической величины полной мощности, зависящей от величины напряжения питающей сети), либо коммутирующий элемент 13(при измерении номинальной величины полной мощности), Устройство работает также как и при измерении силы тока, так кйк полная мощность пропорциональна току, потребляемому нагрузкой при номинальной величине напряжения питающей сети. формула изобретения 1.Цифровой измеритель электрических параметров" в цепях переменного тока, содержащий преобразователь напряжения, преобразователь тока, источник стабилизированного опорного напряжения, интегриру. ющий аналого-цифровой преобразователь, блоквыделения периода, первую и вторую шины входных сигналов и коммутирующий элемент, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем измерения напряжения питающей сети, измерения номинальных величин активной мощности, полной мощности и тока,. потребляемых исследуемой нагрузкой, введены источник стабилизированного опорного напряжения, второй, третий, четвертый, пятый и шестой коммутирующие элементы, причем вход преобразователя напряжения соединен с входом источника нестабилизированного опорного напряжения и первой шиной входного сигнала, вход преобразователя тока соединен с второй шиной входного сигнала, выход преобразователя напряжения соединен с первым выводом первого коммутирующего элемента и первым выводом второгокоммутирующего элемента, выход преобразователя тока соединен с первым выводомтретьего коммутирующего элемента и пер 5 вым выводом четвертого коммутирующегоэлемента, информационный вход блока выделения периода соединен с вторым выводом первого коммутирующего элемента ивторым выводом третьего коммутирующего10 элемента, управляющий вход блока выделе-.ния периода соединен с вторым выводомчетвертого коммутирующего элемента ивторым выводом второго коммутирующегоэлемента, выход блока выделения периода15 соединен с информационным входом интегрирующего аналого-цифрового преобразователя, выход источника нестабилизированногоопорного напряжения соединен с первым выводом пятого коммутирующего элемента,20 вход опорного напряжения интегрирующегоаналого-цифрового преобразователя соединен с вторым выводом пятого коммутирующего элемента и первым выводом шестогокоммутирующего элемента, второй вывод25 шестого коммутирующего элемента соединен с выходом источника стабилизированного опорного напряжения,2. Цифровой измеритель электрическихпараметров в цепях переменного тока по30 п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что блоквыделения периода выполнен в виде аналогового ключа и формирователя прямоугольных импульсов, причем информационныйвход аналогового ключа соединен с инфор 35 мационным входом блока выделения периода,управляющий вход которого соединен свходом формирователя прямоугольных импульсов, выход которого соединен с управляющим входом аналогового ключа, выход40 которого соединен с выходом блока выделения периода.1781629 Рцг 2 Редактор В.Трубчен нько ррек П Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 аказ 427 ВНИИ Составитель В,федоТехред М.Моргентал Тираж Государственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, Рау