Устройство для цифрового измерения мощности

Устройство для цифрового измерения мощности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«и>752 1 79 L (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 2004.76 (21) 2346340/18-21 (5 Ц М. Кп. с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

G 01 R 21/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.07.80. Бюллетень ¹ 28

Дата опубликования описания 300780 (53) УДК 621. 317. .087.7 (088.8) (72) Авторы изобретения

Н.И. Грибок, С.С. Обозовский и Я.Н. Футала

Львовский ордена Ленина политехнический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОГО ИЗМЕРЕНИЯ

МОЩНОСТИ

Изобретение относится к цифровой электроиз«лерительной технике и может найти применение при построении измерителей мощности непрерывных и радиоимпульсных колебаний.

Известны устройства для цифрового измерения мо «ности, принцип действия которых основан на перемножении мгновенных значений напряжения и тока с последующим измерением выходного напряжения перемножителя методом двухтактного интегрирования (1) .

Основное требование к перемно>кителю заключается в том, чтобы была обеспечена линейная зависимость между произведением входных сигналов и выходного сигнала в широком частотном диапазоне.

Однако большинство применяемых перемножителей имеют значительную погрешность вследствие наличия отклонений от линейности, которые обусловлены, в основном, амплитудной и фазовой погрешностью преобразования напряжения и тока, а также температурной и частотной погрешностью коэффициента перемножения перемножителя, что в значительной мере ограничивает потенциальную точность преобразования мощности в код.

5 Наиболее близким к предлагаемому является устройство для цифрового измерения мощности, содержащее последовательно соединенные блок перемножения, первый ключ, интегратор, блок сравнения, селектор и блок деления, причем ко вторым входам первого ключа, селектора и блока деления подключен соединенный со входом устройства блок выделения периода, выход которого также соединен с первым входом второго ключа, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а выход — к интегратору, при этом третий вход селектора соединен с генератором импульсов (2) .

Недостатком этого цифрового измерителя мощности является сравнительно низкая точность цифрового измере25 ния мощности.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Указанная цель достигается за счет того, что устройство дополни3(тельно содержит источник эталонного

752179 п Tê

J u,u(t(dt=u. о

Отсюда птх

"вьх., J u(t u(t(at (2) о (4) п-тх т2 — „ J u(t((tlat+„— (u,„dt=o.

Так как то

Кп — и(" P +-О Т -О к (on

К ппТ> Є=- ц „Т х х оп ()и = „ju((.i-u jr{(,);

n 1Х

1 ("Вых.,= ) Кп{(-(() (41 Яд = о п1х п Tх

=„ ((u(t(u(tlat J u. v(tlat). о о

В третьем такте интегрирования блок

12 выделения периода открывает ключ

3 на время Т(= и ° Т„и подает этим

40 напряжение 0„ на вход интегратора 4.

В процессе интегрирования получаем

" "X ПТх П тХ и Т„ и (х (7)

Ugg y J U

p о о о о тока и источник эталонного напряжения, соединенный со входом устройства по напряжению, причем выход источника эталонного напряжения подключен к блоку перемножения непосредственно, а выход источника эталон ного тока — через третий ключ, второй вхОд которого соединен с блоком вьделения периода.

На чертеже показана функциональная блок-схема устройства для цифроного измерения мощности. (0

Устройство содержит соединенные последовательно источник 1 эталонного напряжения, блок 2 перемножения, первый ключ 3, интегратор 4, блок 5 сравнения, селектор 6, блок 7 15 деления. Источник 8 эталонного тока через третий ключ 9 подсоединен к блоку 2 перемножения; второй ключ 10 выходом подсоединен ко входу интегратора 4, а генератор 11 импульсов — 20 ко входу селектора 6. Блок 12 ныделения периода входом соединен с первой входной шиной устройстна и выходом — с ключами 3, 9, 10, селектором

6 и блоком 7 деления. Источник 13 25 опорно ro н апряжен ия подключен ко входу ключа 10. Вторая нходная шина устройстна соединена с блоком 2 перемножения.

Устройство работает следующим 30 образом.

В первом такте ключ 9 закрыт. На первый вход по току блока 2 перемножения подается входной ток 3 (с), а на. вход источника 1 эталонного напряжения Uo подается входное напряжение

0(t). При этом на вход по напряжению блока 2 перемножения подается напряжение U(t) + Uo. Выходное напряжение блока 2 перемножения равно

Unt = К (0(Е) + uÄ) 3 (t), (1)

40 где Кп — коэффициент преобразования, Блок выделения 12 периода в первом такте открывает ключ 3 на время и периодов входных колебаний Т, =пТ„ 45 напряжения u(t), где Т„ — период колебаний U(t). В процессе первого такта интегрирования длительностью

Т = п Т„, интегрируется напряжение

При симметричной форме кривой

3(t) и Uo - const составляющая

В момент окончания первого такта интегрирования блок 12 выделения периода закрывает ключ 3 и открывает ключ 10 и селектор 6. В течение второго такта интегрируется напряжение Uon источника 13 опорного напряжения, пока напряжение 0Вь,„ (2) станет равным нулю т2

1 ("ВЬ!х, . J uоп = (3) о

На вход блока 7 деления поступает число импульсов о 2 где fo — частота импульсов генератора 11. На основании уравнения (2) с учетом уравнения (3) получаем и тх и т„j u(<) v(t) (0() 3{t)dt =ИТ =пт Р о п T„

Отсюда, с учетом уравнения, получаем

0,„Н

fo К„пт„

В третьем такте блок 12 выделения периода включает ключ 9. При этом на токовый вход блока 2 перемножения подается дополнительно к току ((t) эталонный ток (о . Напряжение на выходе блока 2 перемножения равно

u„,=N„)u(t) Lr,1{:({ ) Э,1=К„((1И V{<)+u(t) Э.+и,D(t) u,-g,).(6) 78>2179

15

25

35

50

Ооп 1 lp Рх >41

>к nТ Р

Отсюда

При симметричных колебаниях U(с) и

J(t), а также при Uo = const, Эо

const составляющие и -7„ n.t х

u, a(t) dt =O; f Д. u(e)at =O. (8) о о

На основании уравнения (7) с учетом уравнения (8) получаем и т„пТ» — .1= о к„ "ОЫ эыд, т.

Ln т„ + U,Ý,а(.= п х о кп к к„от„„

= — ° xx 7xP ° — ll > пТ = IP ° P1 к о о к- I x xxl

L С (9)

В момент окончания третьего такта блок 12 выделения периода закрывает ключ 3 и открывает ключ 10.

При этом начинается интегрирование напряжения Upn до равенства нулю

"вык.> т . (("Выхz+ J Ugq < = О;

:,1 о (ВЬ!Х л к-кОП к4=0.

Д

На, основании (9) имеем

К„п Тк (" .1

Ь

За время четвертого такта на вход блока 7 деления с выхода селек1 тора & поступает число импульсов, равное

Nz fp Т4

На основании уравнения (10) с учетом уравнения (11) имеем

"и к> Тх UonN2 (р» р,) — - (12)

Равенство (5) можно записать

"on "1

К п Т Р (13) и к х

Разделим уравнение (12) на уравнение (13)

kn-n T)((p„+Po) -Uon М2(1 р„р Nz

Ng

>к о (14)

>к о

Операция деления Nt/(NZ-Й1) выполняется в блоке 7 деления.

Из уравнения (14) видно, что результат преобразования не зависит от постоянной времени с интегратора 4, значения частоты fp генератора 11, значения напрях;ения Оо> от источника 13 и, что особенно важно, от коэффициента преобразования Кя блока 2 перемножения.

Стабильность параметров этих блоков требуется лишь на время преобразования в четырех тактах, что технически легко осуществимо. Важной особенностью устройства для цифрового измерения активной мощности является то, что в нем на вход по напряжению блока 2 перемно>кения подается в четырех тактах интегрирования без переключений сумма входного и эталонного напряжений U(t)+Uo, а переключается лишь ключ 9 для подачи эталонного тока,")о с источника 8 эталонного тока.

Это позволяет устранить влияние неинформативных параметров источников напряжений U(t) и Up (внутреннее сопротивление, частота колебаний и т.д.) на коэффициент преобразования блока перемножения по входу по напряжению, а также устранить влияние неинформативных.параметров источника тока 3 (t) (частота колебаний, изменение амплитудной и частотной характеристик перемножителя по токовому входу и т.д.).

Погрешность преобразования мощности в код в основном определяется точностью задания Up, .>о, которое, в свою очередь, определяется стабильностями параметров источников 1 и 8 эталонных напряжения и тока.

Таким образом, точность предлагаемого устройства для цифрового измерения мощности значительно выше точности известного устройства мощности, так как в нем на результат преобразования не влияет значение коэффициента преобразования блока перемножения, значения неинформативных параметров источников входного тока, входного и эталонного напряжений.

Медленный дрейф параметров этих элементов не влияет на результат преобразования мощности в код, что позволяет использовать устройство в тяжелых производственных условиях для измерения мощности непрерывных и радиоимпульсных колебаний с высокой точностью в широком диапазоне частот.

Формула изобретения

Устройство для цифрового измерения мощности, содержащее последовательно соединенные блок перемножения, первый ключ, интегратор, блок сравнения, селектор и блок деления, причем ко вторым входам первого ключа, селекто60 ра и блока деления подключен соединенный со входом устройства блок выделения периода, выход которого также соединен с первым входом второго ключа, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, выход—

i>2179

Составитель И. Горелова

Редактор С. Тимохина Техред И Асталош Корректор М. Демчик

Заказ 4735/2

Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушекая наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 ко входу интегратора, а третий вход селектора соединен с генератором импульсов, о т л и ч а ю ц е е с я тем,что, с целью повышения точности измерения, оно дополнительно содержит эталонный источник тока и эталонный 5 источник напряжения, соединенный со входом устройства по напряжению, причем выход эталонного источника напряжения подключен к блоку перемножения непосредственно, а выход эталонного источника тока — через третий ключ, второй вход которого соединен с блоком выделения периода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 451014, кл. G 01 R 21/06, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 508748, кл. G 01 R 19/26, 1976.