Цифровой вольтметр

.В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССР Р 444991, кл. С 01 В 19/04, 1974.Авторское свидетельство СССР 9 99137, кл. С 01 В 19/10, 1981. (54) ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР(57) Изобретение относится к электроизмерительной технике. Предназначается для непрерывного контроля переменного напряжения промышленной частоты. Может быть использовано для фиксации аварийных режимов в энергосистемах. Цель изобретения- увеличение быстродействия устройства дь одного периода промышленнойчастоты. Это дает вазможность использовать устройство для фиксацииаварийных режимов энергосистем,Устройство содержит входную шину 1,усилитель-Формирователь 2, ключи3, 13 и 15, триггеры 4 и 5, генератор 6, счетчики 7 и 10, дешифратор8, регистр 9, логические элементыИ-НЕ 11 и ИЛИ 12, источник опорногонапряжения 14, интегратор 16, детектор нулевого уровня 17 и формирователь сигнала нулевого уровня 18.Устройство содержит также делительчастоты 19, дешифратор 20 и индикатор 21. Работа устройства поясняется по временным диаграммам в описании изобретения. 5 ил.Изобретение относится к цифровойэлектроизмерительной технике, предназначается для непрерывного контроля переменного напряжения промышленной частоты и может быть использовано для фиксации аварийных режимов в энергосистемах,Цель изобретения - увеличениебыстродействия устройства до одногопериода промышленной частоты, чтодает возможность использовать егодля Фиксации аварийных режимов энергосистем.На фиг. 1 приведена блок-схемаустройства, на фиг. 2 - временные.диаграммы, поясняющие работу устройства, на фиг, 3 - диаграмма, поясняющая способ компенсации частотнойпогрешности; на Фиг. 4 - кривая распределения частотной погредностипри оптимальном времени интегрирования, на Фиг, 5 - семейство кривых частотной погрешности при различном времени интегрирования.Устройство содержит входную шину 1, усилитель-формирователь 2,первый ключ 3, триггеры 4 и 5, генератор 6, счетчик 7, дешифратор 8,регистр 9, счетчик 10. элементИ-НЕ 11, элемент ИЛИ 12, второйключ 13, источник 14 опорного напряжения, третий ключ 15, интегратор16, детектор 17 нулевого уровня иформирователь 18 сигнала нулевогоуровня,Входная шина 1 подключена к входу усилителя-Формирователя 2 и входу ключа 3. Выход усилителя-формирователя 2 подключен к счетным входам триггера 4 формирователя импульса .длительности прямого интегрирования и триггера 5 формирователя импульса длительности прямого интегрирования и триггера 5 формирователя импульса длительности цикла измерения, Выход генератора 6 соединен с счетным входом счетчика 7, выход которого соединен с входом дешифратора 8, выходы которого соединены соответстьенно с входами установки триггера 4, тактовым входом регистра 9, входом установки триггера 5. Информационные входы регистра подключены к разрядным выходам счетчика 10. Первый вход элемента И-НЕ 11 соединен с выходам триггера 4 и управляющим входом ключа 3, а выход - с первым входом. элемента ИЛИ 12 и управляющим входом ключа 3, вход которого соединен свыходсм источника 14 опорного напряжения. Выход ключа 15, а такжевыходы ключей 13 и 3 соединены с входом интегратора 16, выход которогосоединен с. входом детектора 1 нулевого уровня, выход которого соединенс входом ключа 5 и входом Формирователя 18 сигнала нулевого уровня,выход которого соединен с управляющим входом ключа 15 и вторымэлемента И-НК 11, Второй вход элемента ИЛИ 12 подключен к выходу генератора 6, а выход - к счетномувходу счетчика 10, вход сброса которого соединен с входом сброса счетчика 7 и выходом триггера 5,Устройство содержит также делитель 19 частоты, дешифратор 20 и индикатор 21, пхоц которого подключенк выходу регистра 9 через дешифратор 20. Выход генератора 6 соединенсо счетным входом счетчика 7 черезделитель частоты 19, вход сброса которого подключен к выходу триггера 5.Устройство работает следующим образом.Измеряемое напряжение подаетсяня усилитель-формирователь 2 и ключ3 (фиг. 2, 22), Из полупериодов положительной полярности формируетсяна выходе усилителя -формирователя 2сигналы 1" из отрицательных сиг -нал "0 , по длительности равные полупериодам измеряемого напряжения(Фиг. 2, 23 которые поступают насчетные входы триггеров 4 и 5. Внекоторый момент после включенияустэойства на выходе триггера 5возникает сигнал "1" (Фиг. 2, 24)которьп 4 подается на входы сбросаделителя 19 частоты, счетчиков 7 и10, На выходе этих органов устанавливается сигнал "0", и на всех выходах дец 1 ифратора 8 - сигналы "1",которые не воздействуют на подключенные к ним органы. Очередной импульс с выхода усилителя-формировагеля 2 опрокидывает триггер 5 и наего вьгсоде появляется сигнал "0"(Фиг. 2, 24), который является разрешающим для работы делителя 19 частоты счетчиков 7 и 10. Импульсы с генератора 6 поступают на вход делителя 9 частоты, с выхода которого импульсы поступают на счетный вход счетчика 7, и с выхода его на шестнадцативыходной дешифратор 8.Пятнадцатый выход дешифратора 8вьдает сигнал "О" на вход установки триггера 5 (фиг. 2, 25), данныйсигнал опрокидывает его и на его выходе появляется сигнал "1",Очередной импульс, поступая сусилителя-формирователя 2 на счетный вход этого триггера, опрокидывает его. Процесс повторяется периодически, длительность цикла равна длительности периода контролируемого напряжения. Шестой выход дешифратора 8 выдает сигнал "О" навход установки триггера 4 (фнг. 2,26). В некоторый, момент времени,после включения устройства, триггероказывается в состоянии "О" и сигнал с дешифратора 8 опрокидываетего, Очередной импульс с усилителяформирователя 2 вновь опрокидываеттриггер 4. Процесс происходит периодически (Фиг. 2, 27),Сигнал "О" с триггера 4 поступает на управляющий вход ключа 3 иоткрьвает его на время 7, 47 мил.с.для исследуемой сети с частотой50 Гц, и через открытый ключ 3 сигнал полупериода отрицательной полярности подается на вход интегратора16 (фиг. 2, 28). За это время происходит процесс прямого интегрирования (фиг. 2, 29). В это времяключ 15 закрыт так как по выходеинтегратора 16 присутствует сигналположительной полярности, которыйпоступает на вход детектора нулевогоуровня 17, а с выхода его - на входформирователя 18 сигнала нулевогоуровня, на выходе которого в это время возникает сигнал , ксторыйподается на управляюший вход ключа15 и закрывает его. Этот же сигнал"1" подается на один из входов элемента И-НЕ 11, на второй вход которого подается сигнал "О" с выходатриггера 4. На выходе элемента ИНЕ 1 возникает сигнал "1", которыйпоступает на управляющий вход ктвча 13 и закрывает его.После опрокицывания триггера 4 очередным сигналомс усилителя-формирователя 2, на выходе его возникает сигнал "1". Этот.сигнал, поступая на управляющий входключа 3, закрывает его. Этот же сигнал поступает на один из входовэлемента И-НЕ 11, на другой вход которого поступает сигнал "1" с формирователя 18 сигнала нулевого уровня, 5 1 О 15 20 25 30 В результате на выходе элемента ИНЕ 11 появляется сигнал "О", который подается на Управляющий вход ключа 13 и открьвает его. Через открытый ключ 13 с источника 4 опорного напряжения на вход интегратора 16 поступает напряжение положительной полярности.Начинается процессобратного интегрирования. С выхода элемента И - НЕ 11 сигнал "О" поступает на вход элемента ИЛИ 12, на другой вход которого подаются счетные импульсы с генератора 6. С выхода элемента ИЛИ 12 импульсы поступают на счетный вход счетчика 1 О, на вход сброса которого с выхода триггера 5 поступает "О", разрешающий прием информации. Длительность процесса обратного интегрирования линейно зависит от величины измеряемого напряжения, следовательно, количества счетных импульсов пропорционально измеряемой величине (фиг. 2, 30).По достижении нулевого уровня на выходе интегратора 16 сигнал с выхода детектора 7 нулевого уровня, воздействуя на формирователь 18 сигнала нулевого уровня, вызывает на его выходе появление сигнала "О", который поступает на один из входов элемента И-НЕ 1.На другой вход которого подается сигнал "1" с выхода триггера 4. В ре-, зультате на выходе элемента И-НЕ 11 появляется сигнал "1", который, поступая на управляющий вход ключа 3,закрывает его, прекращай тем самымподачу опорного напряжения на входинтегратора 16. Данный сигнал "1"поступает на вход элемента ИЛИ 12 и 40 поступление счетных импульсов насчетчик 1 О прекращается (фиг. 2, 30).Сигнал "0" с выхода формирователя18 сигнала нулевого уровня поступает на управляющий вход ключа 15, ко торый открывается, подсоединяя входинтегратора 16 к выходу детектора17 нулевого уровня, Процесс обратного интегрирования прекращается, начинается новый процесс - коррекция1нулевого уровня. За время этогопроцесса происходит операция пере-,несения результата счета и сбросрезультата счета на счетчике 10,осуществляемый следующим образом. С 55 четырнадцатого выхода дешифратора 8сигнал "О" поступает на тактовыйвход регистра 9 (фиг, 2, 29) и разрешает занесение результата счета вгде время полупериод на на подста ить функцию Р= зона и можно-дГ=09=Ц-д регистр 9 и поступление его через дешифратор 20 на цифровой индикатор 21, Затем сигнал "0". с пятнадцатого выхода дешифратора 8 (фиг.2, 25) опрокидывает триггер 5, с его выхода сигнал "1" сбрасывает делитель 19 частоты, счетчики 7 и 10. Результат счета остается на индикаторе 21 до следующего сброса. Таким образом, весь цикл измерения равен длительности периода исследуемого напряжения. Практически частота промышленной сети колеблется в пределах 49,2-50,1 Гц, в связи с чем и применен способ компенсации частотной погрешности.Значение средней величины напряжения эа полупериодпг Т - амплитудное значениеМакпряжения;Я=2 лГ - круговая частота.Если принять длительность процесса прямого интегрирования равТным - что для частоты 50 Гц сос 2тавляет 0,01 с, то при понижениичастоты измеряемого напряжениядт". выражение (1) принимает видт 2- Тт зз.п(ог - дсо) 1 М (2)о Т . пах92где 11 срСледовательно, возникает частотная погрешность, достигающая ве"личины 195 . Это видно иэ фиг. 3,где изображены полупериоды напряжения для 1=50 Гц (кривая 32) и дляГ-бГ (кривая 33), Площадь, ограниченная кривой 32, и площадь ограниченная кривой 33 и прямой 34, неравны между собой.Площадь, ограниченная кривой 32и прямой 35, и площадь ограниченная кривой 33 и прямой 35, междусобой равны,Можно записать как1где П = - 13 в 5.пц 1 Мпах92 5Иэ графического построения (фиг,3)видно, что равенство площадей, ограниченных синусоидами 32 и 33 и прямой 35, наступает при значениях9 1 О Тблизких к величине 0 75 - . Задачей2является определение оптимальнойвеличины времени прямого интегрирования9 при которой значение ча стотной погрешности Р минимально вдостаточно широком диапазоне изменения частоты дю,Иэ этого следует, что не зависимо при каком значении частоты сд ре шается уравнение так как результаты аналогичны длялюбой частоты, но достаточно просто оно решается в цифровых значениях, для чего и задаемся конкретнойвеличиной, например Г=50 Гц 9 Я =2 п 50,уравнение имеет множество решений для различных значений времении отклонений частоты ды.Зададимся одним из значении9достаточно близким к величинеТ0,75 - , и последовательно вляем в уравнение ряд значений Ья,При одном из значений да тО леваячасть уравнения равна О, следовательно и частотная погрешность Р=О. Придругих значениях левая часть уравнения не равна О. Эти величины характеризуют частотную погрешность в 45различных точках частотного диапаЗадацимся другим значением Р 9и, подставляя в уравнение тот же50ряд значений ды 9 получаем еще однуфункцию Р, =Е(дя) т.д, и семействохарактеристик Р=Р(ди),Кривая Зб получена при значениил Т=-0,75 - , значение Р в точке экстремума =0903 ж.Р=О в точкеаи=-0,095 ц . ивая 37 получена при ь =0 748 -лТ 2Р=0,00653 в точке экстремума, Р=О,в точке 4 Я =-0,0166 сь.Кривая 38 получена при с =0,747 - ,лТР=0,00497 в точке экстремума, Р=Ов точке ду =-0,0134 сй,Кривая 39 получена при с =0 746 -2Р=0,002757. в точке экстремума, Р=Ов точке ьсь =-0,011 сь,Кривая 40 получена при с =0 745 -ф 2Р=0,001757, в точке экстремума, Р=Ов точке ьсь =-0,008(а .Кривая 41 получена при с =0 743 -э 2 эР=0,00037. в точке экстремума Р=О вточке ьи =-0,003 с,1 .Из полученного семейства характеристик Р=Г(ьы) выбираем требуемую,руководствуясь минимальным значением частотной погрешности в заданномчастотном диапазоне, и задаем значе-,ние времени прямого интегрированияустройства.Устройство обладает быстродействием, равным периоду исследуемого напряжения, что делает его пригодным для фиксации аварийных режимов энергосистем;.Формула изобретенияЪЦифровой вольтметр, содержащий три ключа, источник опорного напряжения, генератор, два счетчика, регистр и элемент ИЛИ, причем выход генератора соединен с счетным входом первого счетчика и через элемент ИЛИ с счетным входом второго счетчика, разрядные выходы которого подключены к информационнью входам"регистра, выход которого является выходом устройства, входная шина которого соединена с входом первогоключа, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены интегратор, 1 О детектор нулевого уровня, формирователь сигнала нулевого уровня, усилитель-.формирователь, дешифратор,два триггера и элемент И-НЕ, первыйвход которого подключен к управляю щему входу первого ключа и выходупервого триггера, выход - к управляющему входу второго ключа и другому входу элемента ИЛИ, а второйвход - к управляющему входу третье го ключа и выходу формирователя сигнала нулевого уровня, вход которогосоединен с входом третьего ключа ичерез детектор нулевого уровня свыходом интегратора, вход которого 25 подключен к выходам первого, второго и третьего ключей, вход второгоключа подключен к выходу источникаопорного напряжения, тактовый входвторого триггера соединен с так- зО товым входом первого триггера и через усилитель-формирователь, с входной шиной, вход дешифратора подключен к выходу первого счетчика, авыходы - к установочному входу первого триггера, тактовому входу регистра и установочному входу второго триггера, выход которого соединен с входами сброса обоих счетчиков.Заказ 1947 4 фическое предприятие, г. Ужгор Проектна оизводственно-поли Тираж 728 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 3035, )москва, Ж, Рауш