Универсальный цифровой прибор

ОПИСАН И Е ИЗОБРЕТЕН ИЯ,ц 57853 Союз Советскик Социалистических Республик(51) М. Кл.2 6 01 К 13/02 Государственный комитет Совета Министров СССРЛа долам изобретен открытии(72) Авторыизобрете М. Я, Минц В. Папаика 1) Заявител 54) УНИВЕРСАЛЪНЪЙ ЦИфРОВО БОР содер- пуль- атель- пускаи 29 ежим ия 2ий имотрициггерброс30 Р задания реО, для сброи фиксации можны слеИзобретение относится к области цифровой электроизмерительной техники и может быть использовано для измерения напряжений, токов, активной, реактивной и полной мощности, а так же Сояр в цепях синусоидального тока.Известны универсальные цифровые приборы, содержащие шунт в цепи тока, преобразователь напряжения во временной интервал, подключенный к хронизатору и управляющий электронным ключом, включенным между преобразователем напряжения в частоту и реверсивным счетчиком активной мощности с триггером реверса.Их основным недостатком является ограниченные функциональные возможности, определяемые измерением только активной мощности.Для расширения функциональных возможностей за счет измерения реактивной мощности предлагаемый прибор снабжен реверсивным счетчиком реактивной мощности с триггером знака и схемой ИЛИ и анализатором фазы, подключенным по входам к шунту и выходу хронизатора, а по выходу - через схемы ИЛИ к входам триггеров реверса счетчиков активной и реактивной мощности, при этом другие входы триггеров реверса подключены к выходам соответствующих счетчиков, а вход триггера реверса счетчика реакН. Чинков, В. В, Смеляков,, Рябченко и В. А, Комисса тивнои мощности соединен, кроме того, через элемент задержки с выходом хронизатора.На чертеже приведена функциональная схема описываемого устройства, содержащего 5 шунтирующий элемент 1, блок управления 2,анализатор фазы 3, хронизатор 4, элемент задержки 5, схемы ИЛИ 6, 7 триггеры реверса 8, 9, реверсивные счетчики 10, 11, преобразователь 12 напряжения во временной ин тервал, преобразователь 13 напряжение в частота, схему ИЛИ 14, электронный ключ 15, устройство 16 возведения в квадрат и извлечения квадратного корня, схему ИЛИ 17, счетчики 18, 19 соответственно полной мощности Созр с вентилями переноса 20, элемент задержки 21, генератор образцовой частоты 22, триггер 23 и вентиль 24. В свою очередь, блок управлен0 жит нуль-орган 25, формирующсы при переходе напряжения изной области в положительную, тр26, вентиль 27, кнопки 28 СПуск, а также переключательработы.Блок управления 2 служит дляжимов работы переключателем 3са схемы в исходное состояниемомента измерений. При этом водующие режимы работы;б 5 измерение действующего значения тока -положение 1 переключателя 30 Режим работы;измерение действующего значения напряжения - положение П переключателя 30Режим работы;измерение мощности - положение 111 переключагеля 30 Режим работы,измерение Созср - положение 17 переключателя 30 Режим работы,Блок управления 2 соединен с хронизатором 4 и анализатором фазы 3,В состав анализатора фазы 3 входят нульорганы 31 и 32, формирующие импульсы припереходе тока через нулевые значения соответственно из отрицательной области в положительную и наоборот, схема ИЛИ 33, триггер управления 34 и триггер знака 35, вентили 36, 37, элемент задержки 38 и индикаторные лампочки 39, 40. Анализатор фазы 3 служит для определения и индикации знака фазового сдвига, а также определения диапазона его измерений.Анализатор фазы 3 дает режим работы реверсивных счетчиков 10 и 11, для чего его выход соединен с установочным входом триггера реверса 9 через схему ИЛИ 7 и с установочным входом триггера реверса 8 через схему ИЛИ 6.Хронизатор 4 служит для формированияхЗкимпульсов при а 1 - , - , - и синхронизации4 2 4работы устройства. С этой целью его выходподключен к анализатору фазы 3, импульсному входу (входу запуска) преобразователя 12напряжения во временной интервал, через переключатель 30 и элемент задержки 5 - кустановочному входу триггера реверса 8, кустановочному входу триггера пуска 26 и через элемент задержки 21 - к установочномувходу триггера 23, В качестве хронизатора 4при работе устройства на фиксированных частотах могут быть использованы электронныеэлементы задержки, а при работе в широкомдиапазоне частот, что практически исключается, - умножители частоты различных типов,например, электромагнитные на высоких частотах или простейшие дискретные в низкоми инфранизком диапазонах частот. Преобразователь 12 напряжения во временной интервал подключен к потенциальному входу электронного ключа 15, управляя его работой, а преобразователь 13 напряжения в частоту через схему ИЛИ 14 - к импульсному входу. Выход электронного ключа 15 соединен через переключатель 30 с реверсивными счетчиками 10 и 11, режимы работы которых задаются триггерами реверса 8 и 9 соответственно, и с устройством 16 возведения в квадрат и извлечения квадратного корня, Устройство 16 служит для вычисления полной мощности по формуле 5=Рф + Яф, где Р - активная, а Я - реактивная мощность,5 10 15 20 25 зо 35 40 45 50 55 б 0 4Генератор 22 образцовой частоты используется при измерении действующих значений напряжений и токов для заполнения временного интервала преобразователя 12 импульсами образцовой частоты и при определении Соз. Он подключен к электронному ключу 15 через переключатель 30 и схему ИЛИ 14 и к счетчику 19 Совчерез вентиль 24 и схему ИЛИ 17,В исходном состоянии схемы, задаваемый кнопкой 28 Сброс, счетчики 10, 11 и счетчики 18, 19 находятся в нулевом положении, вентили 27, 36, 37, 24 закрыты потенциалами соответствующих триггеров. Триггеры реверса 8, 9 установлены в положениях, соответствующих работе счетчиков 10, 11 на суммирование. Триггер знака 35 установлен в положение, при котором высокий потенциал поступает на индикаторную лампочку 40, соответствующую отрицательному фазовому сдвигу.Счетчик 19, вентили переноса 20 и счетчик 18 совместно выполняют роль логометра при определении Соз , Элемент задержки 21 подключен между хронизатором 4 и установочным входом триггера 23, а импульсный вход вентиля 24 через переключатель 29 - к генератору 22 образцовой частоты. Выход вентиля 24 соединен через схему ИЛИ 17 со счетчиком 19 и через схему ИЛИ 41 - со счетчиком 11, Триггер 23 служит для управления работой вентиля 24 и через схему ИЛИ 7 соединен с установочным входом триггера реверса 9. Схема И 42 соединена с нулевыми выходами триггеров счетчика 11 и служит для возврата триггера 23 в исходное состояние при установлении счетчика 11 в нулевое состояние в режиме определения Соз р.При изменении действующего значения тока (режим 1) переключателем 30 к входам нуль-органа 25 и преобразователя 12 подключается напряжение Уш элемента 1, пропорциональное измеряемому току (1), а к импульсному входу электронного ключа 15 через схему ИЛИ 14 подключается генератор 22 образцовой частоты, к выходу электронного ключа 15 подключается реверсивный счетчик 10,При нажатии кнопки 29 Пуск срабатывает триггер 26, открывая вентиль 27. Первый же импульс с выхода нуль-органа 25 поступает на хронизатор 4, который с этого момента начинает формировать временные инк к Зк тервалы, соответствующие в 1= - , - и - , Им 4 2 4 пульсы с выхода хронизатора 4, соответстЗквующие а 1= - , - поступают на запуск пре 4 4образователя 12.Время развертки преобразователя 12 будет равно7: Кг 1,81 п - : Ку У,з 1 пу 1 тОф 707 = К Фгде Кт - коэффициент преобразования тока. Следовательно, Тт пропорционально действующему значению тока.Измерение пооизводится в двух точках приг 3"оГ= - и а= - с целью повышения помехо 4 4защищенности.На время развертки Тт открывается электронный ключ 15, и импульсы с генератора 22 проходят на реверсивный счетчик 10. В результате в счетчике 10 будет зафиксировано число импульсовФ =2 КПготкуда1=М=И,Му,2 Ку Л1где Д = --- дискретность отсчета2 Кт Лтока.Режим П - измерение действующего значения напряжения.Отличие от предыдущего оежима состоит в том, что переключателем 30, во-пеовых, на поеобоазователь 12 и нуль-ооган 25 подается измеояемое напряжение, и во-вторых, выход электоонного ключа 15 подключается к входу оевеосивного счетчика 11. В остальном работа схемы аналогична. После окончания измеоений в счетчике 11 будет зафиксировано количество импульсовМ, = 2 К,У,где К - коэффициент поеобоазования напряжения во временной интервал.Тогда= И.У2 К.,Л1где И= -- дискретность отсчета напря 2 К,ожения,Режим П 1 - измерение активной, реактивной полной мощностей.В этом оежиме переключателем 30 напряжение У(1) цепи подается на преобоазователь 12 и нуль-орган 25; напряжение У(1) шунта, пропорциональное току Г(т) пепи, подается на преобразователь 13 напряжение - частота; хронизатор 4 подключается к установочному входу триггеоа 8; генератор 22 отключается от схемы ИЛИ 14, следовательно, и от электронного ключа 15; выход электронного ключа 15 подключается к входам обоих реверсивных счетчиков 10, 11 и через устройство 16 возведения в квадрат и извлечения квадратного корня - к входу счетчика 18.Работа схемы при0-(ср- и -- (р(.О"а 160 откуда Рт - Р 1Г,т- ар - гр нажатии кнопки 29 Пуск срабатывает триггер 26, открывая вентили 27 и 37. Первый жеимпульс с выхода нуль-органа 25, соответствующий од = О, поступает на запуск хрониза 5 тора 4.Выходной импульс хронизатора 4, соответХствуюптий оГ= - , поступает на запуск пре 4обоазователя 12, на элемент задержки 5 и наустановочный вход триггера 33, который, срабатывая, открывает вентиль 36.Поеобоазователь 12 формирует воеменнойинтервал Т., пропооциональный напряжению76цспи в точке оГ= - , и Открттвастпа этовре 4мя электронный ключ 15. Чеоез электоонньтйключ 15 за воемя его откоытого состояния навхоле оевеосивных счетциков 1 О и 1 поступа 20 ет число импульсов на суммированиеР,Юу = -- ,ргде сГр - дтяскоетность отсчета мотпттости, Оп 25 ОЕЛЕЛЯЕМая КяК ПООИЗВЕЛЕНттЕ ттозт 1 ттттнттттитОВ преобоазования напряжения К, и тока Кт. И =Г Г,. Чепез цоемя т оппеделяемое элемантом заз 0 леожки 5. поступит импульс на становоцттьтттвхол тоиггеоа оевеоса 8, станазлттттая его в состояние, соответствующее работе счетчика 10 на вычитание. Пои этом необходттмо вьтполнение Условия т) Т ;гъ ГТ р г - максттЗ 5 мально возможное время оазвеотктт преобразователя 12)С выхода анализатооа фазы 3 импттльс непоступает, и счетчик 11 продолжает работать на суммирование.40В момент времени, соответствующий ог= - ,2выходным импульсом хронтлзатооа 4 тоиггео 26 возвоащается в исходное состояние, закрывая вентили 27 и 37.45 3 яИмпульс хронизатора 4 при а 1= - повтор 4но запускает преобразователь 12, с выхода электронного ключа 15 на входы реверсивньтх счетчиков 10 и 11 поступает количество импульсовг1 г -По окончании процесса измерений показания счетчиков 11, 10 соответственно будут в общем случаеслучаях измерения активной и реактивноймощности заключается в следующем: при 65 Р= Ур дрЯ =ЮеИр.Следует заметить. что в пеовом и во втооом случаях, когда /Р./)Р/, необходимо пепеключение счетчиков 1 О и 11 из режима вьтчитания на режим счммиоования, иначе значения реактивной мощности в пеовом случае и активной мощности во втором слччае будут зафиксированы в счетчиках 10 и 11 в дополнительном коде. Переключение счетчиков 11.10 осуществляется триггерами реверса 9, 8 при поступлении на их чстановочнт.те вхольт импчльсов пеоеполттения счетчиков. В оезчльтате в счетчиках 11, 10 будут зафиксиоованы абсолютные значения активной и реактивной мощности.Р е ж и м 1 ч - и з м е р е н и е Сов сс.В этом режиме переключателем 30, кроме подключенных цепей в режиме 11, генератор 22 образцовой частоты подключается к импульсному входу вентиля 24.ЗРабота схемы до момента о 1 - аналогич 4 40 45 50 55 60 на вышеописанной в режиме П 1. В моментЗмв 1= - импульс хронизатора 4 через элемент4задержки 21 поступает на установочный вход При - (т 1 т ( - 42случаях измерения активнойи реактивнойТ-- (в ( --2 т. мощности работа схемы до момента в 1= -4 аналогична вышеописанной. Отличие состоит в том, что с анализатора фазы 3 в этих случаях поступает импульс на установочные входы триггера 9 через схему ИЛИ 7 и на входы триггера 8 через схему ИЛИ 6. Причем этот импчльс прихочит во времени с некоторым запаздыванием по отношению к выходному импульсу элемента задержки 5, Этим импульсом анализатора фазы 3, соответствующим т; 5742-- -(ф( - ", триггеры 9 и 8 опрокидываются, устанавливая счетчик 11 в режим вычитания, а счетчик 1 О - в режим суммирования. В дальнейцтем работа схемы аналогична вышеописанной для случая О(тг( 1, Но в4 / этом слччае показания счетчиков 11, 10 по окончании процесса измерения соответственно будутоткчдаР, +Р, тт 1у - гу - У 5 5 10 15 20 25 30 35 триггера 23, котооый открывает вентиль 24 и через схему ИЛИ 7 опрокидывает тоиггео 9 так, что он устанавливает счетчик 11 на вычитание. Время задержки элемента 21 вьтбиоается из условия тс) Тотс. От генератора 22 образцовой частоты импульсы чеоез поеключатель 30, вентиль 24, схему ИЛИ 17 поступают на счетчик 19 на счммиоование и чеоез схему ИЛИ 41 - на счетчик 11, где записано количество импульсов Ют, на вьтцитание. Пои описании всех импульсов из счетчика 11 на выходе схемы И 42 фоомиоуется сигнал, возвоащающий тоиггер 23 и исходное положение, пои котором вентиль 24 затооется, В результате на вход счетчика 19 с выхола вентиля 24 поступит количество ттътпульсов Ют. Выше укаьтвалось, что стетчик 9, вентили переноса 20 и счетчик 18 совместно выполнятот поль логометоа при опоелелении Созга и работают слелчтощим образом. Вентили переноса 20 упоавляются единичными выходами ячеек счетчитта 18. Вентиль находится в закрытом состоянии, если управляющая им тоиггерная ячейка находится в положении О, и в откоытом. если чпрявляющая ячейка находится в положении 1, Таким образом, что если на вход счетчика 18 подать число импульсов М;поопорциональное полной мощности 5, и после этого на вход схемы ИЛИ 17 подать число импульсов ЛЪ, пропорциональное активной мощности Р, то в счетчике 19 запишется в двоичном коде число %р, пропорциональное Созтр,Ирт. е, Ч= 2" ="2 совр,Юзгде К - количество триггерных ячеек. Формула изобретенияУниверсальный цитрровой прибор, солеожащий шунт в ттепитока,поеобразовательнапояжения во временной интервал. подключенный к хронизатору и упОавляюгций электронным ключом, включенным междч поеобоазователем напряжения в частотч и реверсивным счетчиком активной мощттосттт с триггером реверса, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения реактивной мощности, он снабжен реверсивным счетчиком реактивной мощности с триггером знака и схемой ИЛИ и анализатором фазы, подключенным по входам к шунту и выходу хоонизатооа, а по выходу - через схемы ИЛИ к входам триггеров реверса счетчиков активной и реактивной мощности, при этом другие входы триггеров реверса подключены к выходам соответствующих счетчиков, а вход триггера реверса счетчика реактивной мощности соединен, кроме того, через элемент задержки с выходом хронизатора.едактор И ше каз 2199/4 Изд. Мо 150 ЦНИИПИ Государственно по делам и 113035, Москва, ПодписноеСССР 0 Тираж 1029 о комитета Совета Министр обретений и открытий Ж, Раушская наб., д. 4(5 ипография, пр. Сапунов С-ос гВеремеики Подурушни орректор А. Галахова