Многофункциональный аналогоцифровой преобразователь

ОП ИСАНИЕ 864137ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоцналнстнческмхреспублик(23) П риоригет ао делам изобретени и отхрытий Опубликован 5.09.81. Бюллетень Юання описания 18098% в интервал времени (ПНВ), умножитель частоты, устройство управления, два ключа, два переключателя режимов работы, преобразователь напряжение-частота, преобразователь код-частота, двух"0 входовый логический элемент ИЛИ, уст" ройство возведения в квадрат, устройствр извлечения квадратного корня, два реверсивных счетчика и генератор опорной частоты И .Недостатком данного устройства является низкая точность преобразоватшя,Цель изобретения - новьнпение точности преобразования.Поставленная цель достигается тем, о что в многофункциональный аналого-цифровой преобразователь, содержащИй первый переключатель, первый вход которого соединен с первой входной клеммой,второи вход - с первым управляющим вы;ходом устройства управления, второй переключатель, первый вход которого соединен с первой входной клеммой, второй вход - со второй входной клеммой и тре. тий вход - со вторым управляющим выходом устройства управления, а выход соединен с первым входом преобразователя напряжения в интервал времени, второй вход которого соединен с первым выходом нуль-органа, а выход - с первым входом устройства управления, второй вход которого соединен со вторым выходом нуль-органа, .генератор опорной частоты, выход которого соединен с первыми входами первого и второго ключей, преобразователь код-частота, второй вход которого соединен с выходом второго ключа, вторые входы первого и второго ключей соединены с третьим и четвертым управляющими выходами устройства управления, дополнительно введены дифференциатор, третий и четвертый переключатели, третий ключ, блок переписи кода, первый и второй счетчики, преобразователь код-напряжение, при этом вход дифференциатора соединен с первой входной. клеммой, а выход - с третьим входом первого переключателя, выход которого соединен с первым входом третьего переключателя, второй вход которого соединен с выходом второго переключателя, третий вход - с пятым управляющим выходом устройства управления, а выход - со входом нуль- органа, третий вход преобразователя напряжения в интервал времени соединен через преобразователь код-напряжение с выходом первого счетчика, первый вход которого соединен с шестым управляющим выходом устройства управления, второй вход - с выходом перво" го ключа, а третий - с выходом блока переписи кода, вход которого соеди 20 нен с первым выходом второго счетчика, первый вход которого соединен с седьмым управляющим выходом устройства управления, а второй вход " с выходсм третьего ключа, первый вход ко 25 торого соединен с восьмым управляющим выходом устройства управления, второй вход - с выходом четвертого переключателя, первый вход которого соединен с выходом преобразователя код-частота, второй вход - с выходом генератораЭО опорной частоты, а третий вход - с девятым управляющим выходом устройства управления.На чертеже представлена структур 35 ная схема многофункционального аналого-цифрового преобразователя.Многофункциональный аналого-цифровой преобразователь содержит устройство управления 1, ключи 2 и 3, генератор опорной частоты 4, преобразователь напряжения в интервал времени(ПКЧ), дифференциатор 10, переключатели 11 и 12, преобразователь код-на 45пряжение (ПКН) 13, счетчики 14 и 15,ключ 16, блок переписи кода 17, причем входные клеммы устройства соединены с первым и вторым входами переключателя 8, входом дифференциатора 10и с первым входом переключателя 7,третий вход этого переключателя подключен к выходу дифференциатора 10,выход переключателя 7 связан с первым входом переключателя 11, ко второму входу которого подключен выход переключателя 8 и первый вход преобразователя напряжения в интервал време" 864137 4ни 5, выход последнего соединен с первым входом устройства управления 1,а второй вход - с первым выходом нульоргана 6, вход которого подключен квыходу переключателя 11, а второй выход - ко второму входу устройства управления 1, шестой управляющий выходпоследнего соединен с первым входомсчетчика 14, выход которого подключенко входу преобразователя ПКН 13, выход которого соединен с третьим входом преобразователя напряжения в интервал времени 5, третий вход счетчика 14 соединен с выходом блока переписи кода 7, вход которого подключенк первому выходу счетчика 15, к первому входу последнего подключен седьмойвыход устройства управления 1, а ковторому входу - выход ключа 16, второйвход последнего соединен с выходомпереключателя 12, первый вход которого соединен с выходом преобразователякод-частота 9, первый вход которогоподключен к выходу генератора опорнойчастоты 4, а второй - к выходу .клю -ча 3, первый вход последнего соединенсо вторым входом переключателя 12, выходом генератора опорной частоты 4 ис первым входом ключа 2, выход которого соединен со вторыми входом счетчика 14. Второй вход переключателя 7соединен с первым управляющим выходом устройства управления 1, второй,третий, четвертый, пятый, восьмой идевятый управляющие выходы которогосоединены с третьим входом переключателя 8, вторыми входами ключей 2и 3, - с третьим входом переключателя 11, - с первым входом ключа 16 итретьим входом переключателя 12 соответственно.В зависимости от вида преобразуемой величины возможны три режима работы:- режим измерения действующих значений напряжения и тока, 11режим измерения активной, реактивнойи полной мощности, 111 - режим измерения коэффициента мощности.При измерении действующего значения напряжения устройство работаетследующим образом.В первом такте преобразования покоманде с устройства управления 1открывается ключ 2, остальные ключизакрыты, переключатель 7 находится вверхнем положении, положение переключателя 8 безразлично, Длительностьпервого такта Т задается равной поЧюупериоду исследуемого сигнала с по8641 мощью нуль-органа 6, равной полупериоду исследуемого сигнала. В течениеэтого времени осуществляется заполнение счетчика 14 импульсами выходнойчастоты генератора 4 Го . В резуль 1 татепо окончании первого такта в счетчике 14 Фиксируется числоф, Т (1)Код счетчика 14 является управляющим для ПКН 13, выходное напряжение 1 ОкоторогоОо = йгКпк (2)где К, - коэффициент преобразованияк,иПКН 13;в дальнейшем используется в качествеопорного в преобразователе напряжения во временной интервал 5,Во втором такте устройство управления 1 устанавливает переключатели7 и .8 в верхнее положение, кроме того, на время, равное длительности выходного информационного интервалаПНВ 5, открывается ключ 3. В результате на вход ПНВ 5 оказывается подклю"ченным сигнал 0(1:), пропорциональныйнапряжению нагрузки. Время интегрирования посредством нуль-органа 6 задается равньщ Т,4 синфазно с полупериодом интегрирующего сигнала 0(й), Приэтом длительность выходного интервала времени ПНВ 5 ьТ определяется как"со Т (3)где О - средневыпрямленное значениеОсрсигнала 0(1);или с учетом (1) и (2)1Ор о КпкчВремя аТ измеряется счетно-импульс-,ным методом путем подсчета проходя 40щих через открытый ключ 3 импульсовчастоты о управляющим счетчикомПКЧ 9. В результате по окончании второго такта преобразования в последнем оказывается зафиксированным числоОо45й=дТО= Ооо К - К .КО "о Кгде О - действующее значение сигналаонапряжения нагрузки 0(й);Кф - коэффициент формы.50(4) По окончании третьего такта всчетчике 15 фиксируется число йо, являкицееся кодовым эквивалентом реактив"ной мощности,й - д Тпкцили с учетом (5), (8) и (9)й О,Оэп 4 КЯ (10)К Ке 1 кв йо,1где к -г --Устройство работает аналогичным образом, но при измерении действующего значения тока, при первом такте преобразования длительность такта задается пропорционально току нагрузки. Во втором такте преобразования к ПНВ 5 через переключатель 8 подключается данное напряжение, пропорциональное 37 6току нагрузки, и в счетчик ПКЧ 9 записывается число0(6)К 1 Кпкнпропорциональное действующему значениютока,При измерении активной, реактивнойи полной мощности устройство работаетследующим образом.Режим измерения реактивной мощности состоит из трех тактов, два первыхполностью повторяют режим измерениядействующего значения напряжения, втретьем же такте по команде с устройства управления 1 переключатели 7 и 8устанавливаются в нижнее положение.На время, равное длительности информативного интервала ПНВ 5, открываетсяключ 1 б и на входе ПНВ 5 появляетсясигнал 04 (й), пропорциональный токунагрузки. Такт интегрирования преоб"разователя также задается равным Тино сдвигается по Фазе относительнополупериода 01(С) на значениере "- Ч+3 Г/0.,РОЗгде- угол сдвига фаз между кривы"ми напряжения и тока исследуемогопроцесса, так как на вход нуль-органа6 в этом случае подается продифферен 1цированное напряжение 00. В результате длительность выходного информативного интервала ПНВ 5, работающего в данном случае в режиме Фазочувствительного детектора, в третьем тактеопределяется какОлср созЧоеь Т0оТили с учетом (2) и (7)Оэи Ю(8)Кро КпкнВ течение этого времени открытключ 16 и на вход счетчика 15 с выхода ПКЧ 9 поступают импульсы, частотаследования которых равна864137 30 В режиме аналого-цифрового преобразования коэФфициента мощности работа устройства осуществляется в два такта. Перед началом первого такта сигналом с устройства управления 1 в счетчике 14 устанавливается такое число Мо 1, при котором выходное напряжение ПНК 13 равно номинальному значению образцового напряжения ПНВ 5,т.е.О пк 01(13)Переключатель 7 в течение обоих тактов преобразования находится в верхнем положении, переключатель 8 - в нижнем и переключатель 12 - в верх 50 нем положении.(18) Процесс измерения активной мощности аналогичен процессу измерения реактивной мощности и отличается лишьтем, что переключатель 7 в течениевсего цикла преобразования находитсяв верхнем положении. Это значит, чтотакт интегрирования преобразователясдвигается по фазе относительно полупериода О(й) на угол Ч . Такой фазовый сдвиг достигается подачей на нуль форган 6 напряжения Оц(й). При этомкод, фиксируемый в счетчике 15 поокончании третьего такта,Й щ -рг - 0 О созМ = КР (11)1Ккн"о 15является цифровым эквивалентом активной мощности.При измерении полной мощности циклпреобразования состоит также из таких же грех тактов, Отличие его отасмотренных вьппе заключается в том,то в данном случае в течение всехтрех тактов переключатель 11 сигналомс устройства управленияудерживается, в нижнем наложении, что позволяетво втором и третьем тактах преобразования задавать время интегрированияПНВ 5 синхронно с полупериодом интегрируемого сигнала (положение пере"ключателя 7 при этом безразлично).В результате выходной код счетчика15 по окончании преобразования опреде"ляется выражениемй = 00 р= КЬ ,12)и является кодом полной мощности. В первом такте по команде с устройства управления 1 переключатель 11 устанавливается в нижнее положение. При этом такт интегрирования Т ПНВ 6 задается синфаэно с полупериодом интегрируемого сигнала 0,1(й). Выходной информативный интервал времени интегрирующего преобразователя определяется в таком случае как Этот интервал времени измеряется счетно-импульсным методом путем заполнения через открытый посредством устройства управления 1 ключ 16 импульсами частоты 1 о счетчика 15, В результате по окончании д 1 в последнем фиксируется числоИ-дсЮ, - - " О, (15)Перед началом второго такта соответствующими сигналами устройства управления 1 осуществляется сброс счетчика 14, перепись в него посредством схемы переписи кода 17, числа й из счетчика 15 и сброс счетчика 15. При этом опорное напряжение ПНВ 5 устанавливается .равнымТи001=Кпкн " =Кон О 0 лср "0ФВо втором такте по команде с устройства управления 1 переключательпереводится в верхнее положение. В результате длительность такта интегрирования ПНВ 5 задается синфазно с полупериодом сигнала 0 , интегрируется же, по-прежнему, напряжение 0(1). При этом выходной информативный интервал времени интегрирующего преобразователя определяется какТиЙ=ф Орсо 5%01или с учетом (3) и (16)ьс - 1 фсоз М . (17)Данный интервал также измеряется счетно-импульсным методом путем заполнения импульсами частоты 10 через открытый ключ 16 счетчика 15. В результате в последнем накапливается код являющийся цифровым эквивалентомкоэФфициента мощности. Данное устройство облагает высокой точностью, так как в режиме измерения действующего значения погрешность уменьшается за счет того, что исключается влияние неточности задания моментов преобразования мгновенных значений напряжения (тока).Это обстоятельство приводит также к повьппению точности в режимах измерения активной реактивной и полной9 8 б 413 мощности и коэффициента мощности, Кроме того, в режимах измерения полной мощности и коэффициента мощности отсутствуют погрешности вычисления, связанные с процессом возведения в квадрат и извлечения квадратного корня, что также приводит к повышению точности преобразования. Формула изобретения Многофункциональный анапого-цифровой преобразователь, содержащий первый переключатель, первый вход которого соединен с первой входной клеммой, второй вход - с первым управляющим выходом устройства управления, второй переключатель, первый вход которого соединен с первой входной клеммой, второй вход - со второй входной клеммой и третий вход - со вторым управляющим выходом устройства управления, а выход соединен с первым входом преобразователя напряжения в интервал времени, второй вход которого соединен с первым выходом нуль-органа, а выход - с первым входом устройства управления, второй вход которого соединен со вторым выходом куль-органа, генератор опорной частоты, выход которого соединен с первыми входами первого и второго ключей, преобразователь код-частота, второй вход которого соединен с выходом второго ключа, вторые входы первого и второго ключей соеди 35 невы с третьим и четвертым управляющими выходами устройства управления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования дополнительно введены диффе 40 7 10ренциатор, третий и четвертый переключатели, третий ключ, блок переписикода, первый и второй счетчики, преобразователь код-напряжение, при этомвход дифференциатора соединен с первой входной клеммой, а выход - стретьим входом первого переключателя,выход которого соединен с первым входом третьего переключателя, второйвход которого соединен с выходом второго переключателя, третий вход - спятым управляющим выходом устройствауправления, а выход - со входом нульоргана, третий вход преобразователя .напряжения в интервал времени соединенчерез преобразователь код-напряжениес выходом первого счетчика, первыйвход которого соединен с шестым управляющим выходом устройства управления,второй вход - с выходом первого клю",ча, а .1 ретий - с выходом блока переписикода, вход которого соединен с первым выходом второго счетчика, первыйвход которого соединен с седьмым управляющим входом устройства управле-,ния, а второй вход - с выходом третьего ключа, первый вход которого соединен с восьмым управляющим выходомустройства управления, второй вход -с выходом четвертого переключателя,первый вход которого соединен с выходом преобразователя код-частота, вто"рой вход - с выходом генератора опорной частоты, а третий вход - с девя-.тым управляющим выходом устройствауправления.Источники информации,принятые зо внимание прн экспертизе1. Авторское свидетельство СССРУ 517853, кл. 6 01 й 13/02, 1926864137 Составитель А. КузнецовТехред М.Табакович ктор Т. Парфен тор С кмар акая 7773/64 нал П 1 П 1 "Патент", г. Укгород, ул. Проектная, 4 Тирам Госуда елам из Москва,ВНИИПИ по 1303535 Подпнсноственного комитета СССРбретений и открытийЖ, Раушская наб д, 4