Преобразователь активной мощности в цифровой код

/О ТЕНИ ЛЬСТ У 7. КТИВНОЙ МОЩНОся к электроель изобреппение точ ти преобра и в цифров ени пов акт ной мощнос зовани код, В разователе матической аналоговых ится к рекция сист аддитивнои злов прео погреширазова сти ля,кция погрештакже к ОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМРИ ГННТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМУ СВИ(71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола(56) Авторское свидетельство СССУ 845109, кл. С 01 К 21/06, 1980Авторское свидетельство СССР(57) Изобретение отноизмерительной технике ности отклонения от расчетного значения коэффициента преобразованияцифроаналогового преобразователя 18,Введение коррекции приводит к работе аналого-циФрового преобразователя5 практически в окрестностях однойточки. Это позволяет значительно увеличить точность результата преобразования. В преобразователь активноймощности в цифровой код введены дифференциальный операционный усилитель4, регистр 14, третий блок 17 памяти,селекторы 19, 20 и 21. Кроме этогопреобразователь содержит калиброванный резистор 1, аналоговый коммутатор 2, источник 3 опорного напряжения, сумматор б, усилитель 7, регистры 8-13, блоки 15 и 1.6 памяти, формирователь 22 импульсов, генератор23 опорной частоты, счетчики 24 и 25импульсов, элемент 26 задержки и формирователь 2 управляющих сигналов.Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначенодля преобразования активной мощности(энергии) в цифровой код,Цель изобретения - повышение точности преобразования активной мощности в цифровой код.На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя активной 1 Омощности в цифровой код; на Фиг. 2 -временные диаграммы, поясняющиеработу преобразователя.Преобразователь активной мощностив цифровой код содержит калиброванный резистор 1, аналоговый коммутатор 2, источник 3 опорного напряжения, дифференциальный операционныйусилитель 4, аналого-цифровой преобразователь 5, сумматор 6, умножитель 7, регистры 8-14, блоки 15-17памяти, цифроаналоговый преобразователь 18, селекторы 19-21, формирователь 22 импульсов, генератор23 опорной частоты, счетчики 24 и 2525 импульсов, элемент 26 задержкии Формирователь 27 управляющих сигналов. Входы аналогового коммутатора 2 подключены соответственно через резистор 1 к входной шине токаи входу формирователя 22 импульсов,выходу источника 3 опорного напряжения и второму входу сложения дифФеренциального операционного усилителя 4, входной шине напряжения,шине "общий", а выход - к первомувходу сложения дифференциальногооперационного усилителя 4, вход вычитания которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя 18, а выход - со входом аналогоцифрового преобразователя 5, выходыкоторого подключены ко входам первого канала сумматора 6, входы второго канала которого соединены с выходами регистра 10, входы третьегоканала - с выходами регистра 11 ивыходами первого и второго каналовселекторов 19 и 20 соответственно,входы четвертого канала - с входамирегистра 12, выходами блока 17 па 50мяти и выходами первого канала селектора 21, а выходы - со входамипервого канала умножителя 7, входамирегистров О, 11, 13 и выходамитретьего канала селектора 19, входывторого канала умножителя 7 подключены ко входамл регистра 9, выходамвторого канала селектора 21 и выходам блоков 15 и 16 памяти, а выходы - ко входам селектора 21, выходы третьего канала которого соединены со входами регистра 14, входы селектора 19 подключены к выходам регистра 12, а выходы второго какала - ко входам цифроаналогового преобразователя 18 и выходам первого канала селектора 20, входы которого соединены с выходами регистра 9, выходы регистров 8 и 13 подключены к адресным входам блоков 15 и 16 памяти соответственно, выход генератора 23 опорной частоты соединен со входом синхронизации Формирователя 22 импульсов, первым входом формирователя 2 управляющих сигналов и входом счетчика 24, выходы разрядов которого подключены ко входам регистра 8 и вторым входам формирователя 27 управляющих импульсов, а вход установки в начальное состояние - ко входу счетчика 25 и через элемент 26 задержки - ко входу управления записью регистра 8 и выходу Формирователя 22 импульсов, третьи входы формирователя 27 управляющих сигналов соединены с выходами разрядов счетчика 25, а выходы - соответственно с входами управления аналогового коммутатора 2 и селекторов 19-21, тактовым входом аналогоцифрового преобразователя 5,. входами управления записью регистров 9-14 и умножители 7, входами разрешения считывания регистров 10 и 11, сумматора 6 и блоков . 15-17 памяти, входами начальной установки регистров 9-13, а также входами выбора первого и второго каналов сумматора 6.Преобразователь активной мощности в цифровойкод работает следующимобразом.Формирователь 22 выделяет периоды колебания входного тока 1(С), определяющие очередные интервалы преобразования, формируя в начале каждого текущего периода Т импульс (фиг, 2 б), синхронизированный с импульсом опорной последовательности с выхода генератора 23 опорной частоты (фиг.2 а) Этот импульс своим передним фронтом производит перенос кода из счетчика 24 импульсов в регистр 8, а через время, определяемое элементом 26 задержки, установку счетчика 24 импульсов в "нуль".14516 В течение текущего периода Т счетчик 24 импульсов подсчитывает число импульсов опорной частоты следования Г с выхода генератора 23 опорной часторыИс = , Ткод которого в начале следующего периода Т переносится в регистр 8, по О сле чего становится адресным для блока 15 памяти, где по адресу К записан код числа 2/М.т 1Период С , работы младшего разряда счетчика 24 импульсов (фиг.2 в) 15 определяет шаг дискретизации входных сигналов и разделен на четыре такта л л Л лф, В ачал первоголтакта с очередного шага 1, дискретизации напряжение с выхода диф ференциального операционного усилителя 4, равное сумме значения У входного нагряжения в щ-точке дис/ кретизации, подключаемого ко входу дифференциального операционного уси лителя 4 аналоговым коммутатором 2фиг.2 г) опорного напряжения 7 с выхода источника 3 опорного напряже- ния и напряжения Побратной связи с выхода цифроаналогового лреобра зователя 18, выбирается аналого-цифровым преобразователем 5, управляемым сигналом (фиг. 2 д) с соответствующего выхода формирователя 27 управляющих сигналов. ПРичем Уосч лря мо пропорционально значению Бвходного напряжения в (ш)-ой точке дискретизации, код Иц , которого с выходов регистра 12 лостулает-через открытый второй канал селектора 40 19 на входы цифроаналогового преобразователя 18 и преобразуется в нем в последнем такте (ш)-го шага дискретизации.45В течение С, шагавыбранное аналого-цифровым преобразователем 5 напряжение преобразуется в цифровой код, поступающий в течение 1; на входы сумматора б, где к нему прибавляются код И с выходов регистра 12, код (-Бо 1 с с,цп ), причем1 ср - расчетное значение коэффициента преобразования аналого-цифрового преобразователя 5, с выходов блока 17 памяти, и вычитается код корректирующей величины 6 1 с с выходов регистра 10. В конце с результирующий код с выходов сумматора б од 15новременно с кодом корректирующегокоэффициента 1 с с выходов блока 16памяти, находящихся в режиме разрешения считывания (фиг. 2 е,а), поддействием сигнала с соответствующего выхода формирователя 27 управляющих сигналов (Фиг.2 е) переноситсяво входные регистры умножителя 7,который в течение с. перемножает ихмежду собой, после чего результирующий код М , соответствующий значению 11, лод действием улравляющего сигнала (фиг.2 ж) ло первому открытому каналу селектора 2 переносится в регистр 12.В начале третьего такта с очередного шагадискретизации (фиг.2 в)аналого-цифровым преобразователем 5с выхода дифференциального операционного усилителя 4 выбирается напряжение, равное сумме значения падениянапряжения Кна калиброванном регистре 1, лрямо пропорциональногозначению 1. входного тока в ш-ойточке отсчета, подключаемого ко входу дифференциального операционногоусилителя 4 аналоговым коммутатором2 (фиг.2 з), опорного напряжения Бс выхода источника 3 опорного напряжения и .напряжения Б , обратной свя 1зи с выхода цифроаналогового преобразователя 18, прямо пропорционального значению входного тока в (ш)-ой дискретизации, код Н ,которого свыходов регистра 9 поступает черезоткрытый первый канал селектора 20на входы цифроаналогового преобразователя 18 и преобразуется в нем втечение с,лВ течение с выбранное напряжение преобразуется аналого-цифровымпреобразователем 5 в цифровой код,поступающий в течение с на входы4сумматора 6, где к нему прибавляются коды Н; (-П 1 с ) и вычитаетсякод корректирующей величины Ь Е. Вконце с результирующий код с выходов сумматора б и,код К, с выходов блока 16 памяти переносятся во. норвходные регистры умножителя 7, который в течение первого такта с. ша 1га С , дискретизации перемножаетих между собой. В конце , результирующий код Н, соответствующий значению под действием соответствующих управляющих сигналов (фиг.2 и,Фе) переносится в регистр 9 и входной регистр второго канала умножи"Г +а - Ь(К ЛК)одцпАЦП +АЦП) теля 7, во входной регистр первогоканала которого в то же время черезоткрытый третий канал селектора 19заносится код И с выходов регистра 12.В течение такта ь шага 1, дискретизации коды Би Иперемножаются между собой, после чего результирующий код заносится в выходной регистр умножителя 7 (Фиг.2 е)ив течениеподключается селектором21 ко входам сумматора б где приВ бавляется к суммеИ 11 произце 1 еведений кодов мгновенных значенийц(Т) и 1(С) за предыдущие (ш)шаги дискретизации, поступающей навходы сумматора с выходов регистра1 (Фиг.2 к) В концерезультат сум Омирования под действием соответствующего управляющего сигнала (фиг.2 л)заносится в регистр 11. Такой обработке подвергаются значения входных сигналов всех точек дискретизации за период Т, в результате чегок концу тактапервого шагадискретизации следующего периода Тв регистре 11 накопится код Б,прямо пропорциональный активнойэнергии за Т . В концкодфс выходов регистра 11 одновременнос кодом 2/Ит с выходов блока 15памяти, находящихся в режиле разрешения считывания (фиг.2 к), переносятся в умножитель 7, где. в течение ь перемножаются. В концерезультат перемножения Ы, прямопропорциональный активной мощности,под действием управляющего сигна О гДе 6 дк,д 1, 50 1 цдд, 6 о - напряжение смещениянуля аналогового коммутатора 2, аналогоцифрового преобразователя 5, цифроаналогового преобразователя18, дифференциальногооперационного усилите-.лясоответственно,б 156ла с выхода формирователя 27 управ ляющих сигналов (фиг,2 м) через открытый третий канал селектора 21 переносится в выходной регистр 14, а регистр 11 тем же сигналом сбрасывается в "нуль".Величина коррекции б Е вводится для коррекции систематической аддитивной погрешности (от смещения нуля) аналоговых узлов преобразователя. 1 ериодически, через определенное число периодов 1 счетчик 25 импульсов устанавливается в состояние, определяющее интервал Т нахождеКния Е которое обеспечивает подключение к первому входу сложения дифференциального операционного усилителя 4 нулевого уровня напряжения (Фиг, 2 н) установку в "1" регистра 12, установку в "О" регистров 9 и 1 О (Фиг.2 о), а также установку в "О" регистра 13 (фиг. 2 п) Последнее определяет выдачу на выходе блока 16 памяти кода "1", записанного в нем предварительно под "нулевым" адресом, Работа преобразователя в течение ТК осуществляется аналогично описанной за Тз.-", исключением того, что запрещается запись промежуточных результатов преобразований в реглстры 12 и 9 (фиг.2 ж,и). В результате к концу преобразования в регистре 11 с учетом усреднения случайных погрешностей при предложении постоянства за Тк систематическихспогрешностей, что обычно имеет место в реальности, сформируется код величины: 1 с- расчетное значениекоэффициента преобразования цифроаналогового преобразователя 18,1 цпи 1 сдп - систематические отклонения реальных значений коэффициентов преобразования соответственно цифроаналогового5 8ется напряжение Бо с выхода источника 3 опорного напряжения, а в регистре 9 записывается код числаУо 1 д . Для этого в конце 1-го такта первого шага дискретизации периода Т в регистр 13 с выходов регистра 12 записывается код(фиг.2 т), разрешающий выдачу на выходы блока 16 памяти кода П Едзаписанного в нем предварительно поадРесУ "1 па С выходов блока 16 памяти код БКдцп переписывается врегистр 9 (фиг.2 и), после чего регистр 13 сбрасывается в "нулевое"состояние (фиг2 п) Работа преобразователя в течение Т к осуществляется аналогично таковой за Т к, . Врезультате, к концу преобразованияв регистре 11 сформируется код величины: 14516 и аналого-цифровогопреобразователей 18 и5 от расчетных.После умножения Ь к на 2/Иткс код величины Д 1 коррекции одновременно с записью в регистр 14 заносится и в регистр 10 (фиг.2 р), где хранится до следующего интервала ее определения. 1 ОКорректирующий коэффициент 1 вводится для коррекции погрешности от отклонения от расчетного значения коэффициента преобразования цифроаналогового преобразователя 18. Пери одически, после периода Т, выделяется период Тк определения (фиг. 2 с), в течение которого на первый вход сложения дифференциаль ного операционного усилителя 4 ана логовым коммутатором 2 подключакар кор тК 2/ а 11 кор ГПо +,д Ак + По Йо а дцп +дцп) (1 цдп + 61 цдп) +д д од А д дд д(д ддд р д Й)д дад) Пд)д д д д Б )д Ь Е щ(3) 35 кор Г +1 цАА/1 цдп(4)Введение в предлагаемом устройстве корректирующих величин Ь Е и Ек.ор40(й 1 дцп /1 п) ) где 6 Е - отклонение коэффициенцрп пд 50та преобразования преобразователя 19 в ш-ойточке дискретизациивходного сигнала, учитывающее как мультиплика-,тивную погрешность, так55 фцдп+ о кмцдп )+оо + 1 дцпа) 1 дщ а а ад, ада, -а , )к ) 1 дцп/1 дцп и погрешность от нелинейности.) После умножения Ина 2/ИТк код И ко одновременно с записью в регистр 14 заносится и в регистр 13, после чего определяет адрес считывания блока 16 памяти, где по этому адресу предварительно записывается значение корректирующего коэффици- ента в процессе преобразования входныхсигналов на текущем (ш-ом) шаге дискретизации совместно с введением отрицательной обратной связи с цифроаналоговым преобразователем предыдущего результата преобразования идобавки опорного напряжения, чтоприводит к работе АЦП практически вокрестностях одной точки Б +(а -а ,),позволяет значительно уточнить результат преобразования а,При этом, для периодических входных сигналов Б(1) и д(1) относительная погрешность преобразования составит:где 1 си61,., - средние значения отклодысркения коэффициента преобразования цифроаналогового преобразователя 18от своего расчетногозначения при преобразовании соответственноз.(Е) и ц(Е)Формула из об ре тения ЧО Преобразователь активной мощности в цифровой код, содержащий калибрснанньгй резистор, аналоговый коммутатор, источник опорного напряжения, аналого-цифровой преобразователь, сумматор, умножитель, первый - шестой регистры, первый и второй блоки памяти, Формирователь импульсов, генератор опорной частоты,первый и второй счетчики импульсов,элемент задержки и формировательуправляющих сигналов, причем первый 25вход аналогового коммутатора подключен через калиброванный резисторк входной шине тока и входу формирователя импульсов, а второй вход -к выходу источника опорного напряженин, выход генератора спорной частоты соединен с входом синхронизации Формирователя импульсов, первымвходом Формирователя управляющих сигналов и входом первого счетчика импульсов, выхоцы разрядов которогоподключены к входам первого регистра и вторым входам формирователяуправляющих сигналов. а вход установки в начальное состояние - к вхо рду второго счетчика импульсов и через злемент задержки - к входу управления записью первого регистра ивыходу Формирователя импульсов,третьи входы Формнрователя управляющих сигналов соединены с выходамиразрядов второго счетчика импульсов,а выходы - соответственно с первым -третьим входами управления аналогового коммутатора, тактовым входом 5 Оаналого-циФрового преобразователя,входами управления записью второгошестого регистров и умножителя, входами разрешения считывания третьегорегистра, сумматора, первого и второго блоков памяти, входами начальной установки четвертого, шесгогорегистров, входами выбора первого ивторого каналов сумматора, входы третьего канала которого подключены к выходам четвертого регистра, входы четвертого канала - к входам пятого регистра, а выходы - к входам первого канала умножителя и входам третьего, четвертого регистров, входы второго канала умножителя соединены с выходами первого и второго блоков памяти, а выходы первого и шестого регистров соединены с адресными входами соответственно первого и второго блоков памяти, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены дифференциальный операционный усилитель, цифроаналоговый преобразователь, третий блок памяти, первый - третий селектор и седьмой регистр, причем третий и четвертый входы аналогового коммутатора подключеньг соответственно к входной шине напряжения и шине "Общей", первый и второй входы сложения и вхоц вычитания дифференциаль - ного операционного усилителя соединены с выходами аналогового коммутатора источника опорного напряжения и цифроаналогового преобразователя соответственно, а выход - с входом аналого-цифрового преобразователя, вьгходы которого подключены к входам первого канала сумматора, входы второго канала которого соединены с выходами третьего регистра, входы третьего канала - с выходами первого канала первого и второго канала второго селекторов, входы четвертого канала - с выходами третьего блока памяти и выходами первого канала третьего селектора, а выходы - с входами шестого регистра и выходами третьего канала первого селектора, выходы второго канала которого соединены с выходами первого канала второго селектора и входами цифроаналогового преобразователя, а входы - с выходами пятого регистра, входы второго канала умножителя подключены к входам второго регистра, выходы которого соединены с входами второго селектора, и выходам второго канала третьего селектора, выходы третьего канала которого соединены с входами седьмого регистра, а входы - с выходами умножителя, кроме того, четвертый вход управления аналогового коммутатора, входы управле/ния первого - третьего селекторов,Тираж 71 Заказ 7075 В одпис Произв,-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная,вход управления записью седьмогорегистра, входы установки в начальное состояние второго, третьего ипятого регистров, входы разрешениясчитывания четвертого регистра и 451615 12третьего постоянного запоминающего устройства подключены к соответствующим выходам формирователя управляющих сигналов.В