Цифровой ваттметр
Патент 819732
Авторы
Классы МПК
Цифровой ваттметр
Иллюстрации
Реферат
С©юз Советских
Социалистических
Республик
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИ Е П!ЛЬСТВУ (ia> 819732 (61) Дополнительное к авт. саид-ву.(22) Заявлено 22. 08. 79 (21) 2654822/18-21 (51) м. кл.з с присоединением заявки М
С 01 R 21/06
Г<кудвРствеяный комитет
СССР по делам изобретений и откРитяй (23) Приоритет—
Опубликовано 07,0431, Бюллетень Но 13 (53) УДК 621. 317. .784(088.8) Дата опубликованияописания 090481
Н. A. Филиппов
Фрунзенский политехнический институт " „.„ (72) Автор изобретения (71) Заявитель
{ 54 ) IIHQ>POBOA ВАТТ&!ЕТР
Изобретение относится к цифровой измерительной технике в частности к устройствам для измерения мощности электрического тока.
Известен цифровой ваттметр,,содержащий блок управления, преобразователи напряжения во временной интервал и токов в частоту импульсов,,подключенные к ключу, интегрирующие счет- О чики, задатчики функций и множительное устройство (Ц .
Малое быстродействие этого ваттметра обусловлено наличием счетчика в узле перемножения, производящем умножение (в унитарном коде) по- 35 следовательным счетом, а также в относительно низкой точности, вызванной дополнительными аналоговыми преобразованиями одного сомножителя в частоту, другого — в длитель- 2О ность временного интервала и неравномерностью измерения мощности по всему диапазону, являющейся следствием равношагового измерения частоты.
Известен также цифровой ваттметр, содержащий источники напряжения и тока, RC-цепочку, компаратор, генератор стабильной частоты и счетчик Г2).
Относительно низкое быстродействие этого устрой.тва вызвано тем, что 30 преобразование тока и напряжения производится в последовательно проходящие интервалы времени, являющимися их логарифмами. Х налогичность этих
-преобразований снижает точность, а их последовательность и временный характер замедляют процесс измерения.
Белью изобретения является повышение точности и быстродействия измерений.
Достигается .это эа счет того, что в цифровой ваттметр, содержйций датчики напряжения и тока и блок управления, подключенный первым выходом к управляющему входу сумматора кодов, введены два аналого-цифровых преобразователя напряжения и тока в их целочисленные логарифмы, и антилогарифматор, прячем входы аналогоцифровых преобразователей соединены соответственно с датчиками напряжения и тока, а выходы — c входами сумматора кодов, который выходом подключен к входу антилогарифматора, управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока управления, при этом аналого-цифровые преобразователи состоят из "m" последовательно ! соединенных декад, каждая из которых
819732 содержит "п" последовательно соединенных резисторов, причем выводы и-1 первых старших резисторов каждой декады,кроме последнеи соединены с ключами, выходы которых подключены к выходу данной декады, а в- п-2 тарших первых резисторов соединены с первыми входами сравнивающих уст ойств, вторые входы которых подключены к делителю образцового напряжения, при этом выход предшествующей декады через повторитель напряжения соединен с внешним выводом первого старшего резистора очередной декады, а обобщенные входы сравнивающих устройств последней декады соединены с
4 4 выходом предшествующей декады, причем ° . антилогарифматор состоит из последовательно соединенных дешифратора и многоразрядного кода в одноразрядный и постоянного запоминающего устройства., 2Î
На фиг. 1 показана функциональная схема цифрового ваттметра; на фиг. 2 диаграмма напряжений, поясняющая работу аналого-цифровых преобразователей. 25 цифровой ваттметр содержит датчики напряжения 1 и тока 2, соединенные с входами аналого-цифровых преобразователей 3 и 4 соответственно, сумматор кодов 5, соединенный выходами с вхс— дами антилогарифматора б, входами с аналого-цифровыми преобразователями, а управляющим входом — с первым выходом блока управления 7, второй выход которого подключен к управляющему входу антилогарифматора, состоя- З щего из последовательно соединенных дешифратора 8 и постоянного запоминающего устройства 9.
Аналого-цифровые преобразователи 3 и 4 аналогичны и состоят мз вход-40 ного повторителя напряжения 10 с большим входным и низким выхбдным сопротивлением, резисторов 11, 12 и 13, составляющих делитель измеряемого напряжения U< по геометрической прогрес-4 сии со знаменателем С (С > 1), при этом резистор 11 формирует старший (больший) квант, а резистор 13 формирует младший и все последующие до нулевого значения кванты 14„ 15 — сравнивающие устройства следящего действия, первыми входами, связанные с полюсами п-2 первых старших резисторов 11, другие входы их объединены и соединены с источником образцового напряжения Up3, а их выходы связаны
55 с сумматором кодов 5; бесконтактные ключи 16, 17, 18 одними полюсами связанные с полюсами и-1 старших резисторов 11, 12, а вторыми — с повторителем напряжения 19, имеющим боль- О шое входное и малое выходное сопротивления. Вторая цепочка резисторов 20, 21 и 22 составляет делитель, подключенный со стороны резистора 22 к отрицательному полюсу источника об- 5 разцового напряжения U а внешним полюсом резистора 20 — к выходу повторителя 19, причем данные резисторы составляют по своим сопротивлениям геометрическую прогрессию со знаменаэ телем С-. 20-й резистор делителя формирует старший квант, а 22-й — младший со всеми меньшими. Сравнивающие устройства следящего действия 23 и 24 одними полюсами связаны с полюсами и 2 первых старших резисторов другими с реэисторным делителем 25 и
26 образцового напряжения U после первого его резистора 25, а выходами — с сумиатором кодов 5. Бескон-, тактиые ключи 27, 28, 29 одними полюсами,соединены с полюсами,п-1 старших резисторов (20, 21) второго делителя, а другие полюса соединены с обобщенными входами сравнивающих устройств следящего действия 30, 31, вторые входы которых связаны с полюсами и-2 внутренних резисторов, 32, 33, 34 цепочки делителя, делящего образцовое напряжение Up> no геометрической прогрессии со знаменателем
"С", причем резистор 34 составляет сумму сопротивлений, формирующий младший квант co aceMH предшествующими младшими, а резистор 32 формирует старший квант (эаканчивающийся на уровне образцового напряжения Upy выделяемого на внешнем полюсе резистора 25) и включает всю остальную часть образцового напряжения.
Диаграмма напряжений поясняет работу аналого-цифровых преобразователей 3 и 4. Здесь на оси ординат U.хвходное преобразующее напряжение, выдаваемое с датчика напряжения 1 действует лишь.в диапазоне 0-10, иначе — на отрезке 0 — в; Upg- образцовые напряжения; up — значение напряжения источника образцового напряже-. ния; Up> — напряжение на внешнем полюсе резистора 26, U >- минимальное образцовое напряжение (практически его нет — оно "внутри" резисторов 13, 22, 34) — определяет минимальное измеряемое напряжение: на оси абсцисс
Uq — измеряемое напряжение, снимаемое с выхода датчика напряжения 1 (см. фиг. 1); Уэ, — эталонные напряжения 1,2,3,...19, образующие геометрическую прогрессию со знаменателем
С ) 1, формируемые делителями на резисторах 11, 12, 13„ 20, 21, 22, 32, 33, 34; U, - результаты измерения (показан только младший U ). Они также составляют ту же геометрическую прогрессию. При.U -1 номера этих результатов являются целочисленными логарифмамир "о-в" — линия напряжения. U„, наблюдаемого на внешнем полюсе резистора (см. фиг. 1);
"d-e" — линия напряжения, наблюдаемого на внешнем полюсе резистора 12; линия напряжения, наблюдаемого на внешнем полюсе резистора 13;
819732
"о-g — линия напряжения, наблюдаемо"
ro на внешнем полюсе резистора 11 и на внешнем полюсе резистора 20 при замкнутом ключе 16; "h-q" — линия напряжения, наблюдаемого на внешнем (верхнем) полюсе резистора 21 при замкнутом ключе 16; "m-n" -линия напряжения, наблюдаемого на внешнем полюсе резистора 22 при замкнутом ключе 16; "d-р", " - ", " - " - напряжения, наблюдаемые на внешних !О (верхних) полюсах соответственно резисторов 20, 21, 22 при замкнутом ключе 17; "q" — напряжение в точке связи резисторов 32, 33 (на внешнем полюсе резистора 33); "с" — напряжение в точке связи резисторов 33, 34; напряжение, наблюдаемое "внутри" резистора 32, а t = U> „„- напряI жение, наблюдаемое "внутри" резистора 34.
Данный преобразователь построен 2О по троичной системе кодирования и потому при четверичнсй системе кодирования количество резисторов, сравнивающих устройств и ключей в каждой декаде будет увеличиваться на единицу,при пятиричной — на два и т.д.
Количество пик на фиг. 2- будет соответственно по 4, 5 и т.д.
Работа цифрового ваттметра протекает следующим образом. При подаче на него U u iq u его запуске пробегает волна установления дискретного равновесия от старшего разряда (элементы 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) к младшему (30, 31, 32, 33, 34); срабатывают все сравнивающие устройства одновременно, но окончательно только 14, 15. От их взаимного состояния замыкается один из ключей 16, 17 или 18. Ключ 16 замыкается, если
U„ (И когда оба сравнивающие уст- 10 ройства старшего разряда занимают положение "меньше". Ключ 17 замыкается при изменении положения сравнивающего устройства 14 на "больше" и ключ 17 замыкается, если 14 и 15 будут в положении "больше". Подаваемая
1 через повторитель 19 часть или все U„ на цепочку 20, 21, 22 заставляет окончательно сработать сравнивающие устройства 23 и 24, которые аналогично старшей декаде заставят сработать один из ключей 27, 28 и 29. Это в свою очередь заставит окончательно ,сработать сравнивающие устройства младшей декады.
Подача от блока управления 7 сиг- 55 нала на сумматор кодов 5 заставляет последний произвести. сложение целочисленного логарифма U>, подаваемого на него сравнивающими устройствами аналого-цифрового преобразовате- 6О ля 3 с целочисленным логарифмом 1х, поступающих на сумматор кодов 5 от .сравнивающих устройств аналого-цифрового преобразователя 4. Дешифра тор 8 производит преобразование многоразрядного кода полученной суммы логарифмов в одноразрядный код, который и возбуждает соответствующий вход постоянного запоминающего уст ройства 9. При подаче на него сигнала от блока управления 7 им производится потенцирование суммы целочисленных логарифмов, в результате чего и выдаетея искомое значение мощности.
Формула изобретения
1. Цифровой ваттметр, содержащий датчики напряжения и тока и блок управления, подключенный первым выходом к управляющему входу сумматора кодов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерения, в него введены два аналого-цифровых преобразователя напряжения и тока в их целочисленные логарифмы и антилогарифматор, причем входы аналого-цифровых преобразователей. соединены соответственно с датчиками напряжения и тока, а выходы — с входами сумматора кодов, который выходом подключен к входу антилогарифматора, управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока управления.
2. Ваттметр по r. 1, о т л и ч аю шийся тем, что аналого-цифровые преобразователи состоят из "m" последовательно соединенных декад, каждая иэ которых содержит "n" последовательно соединенных резисторов, причем выводы п-1 первых старших резисторов каждой декады, кроме последней соединены с ключами, выходы которых подключены к выходу данной декады, а выводы и-2 старших первых резисторов соединены с первыми входами сравнивающих устройств, вторые входы которых подключены к делителю образцового напряжения, при этом выход предшествующей декады через повторитель напряжения соединен с внешним выводом первого старшего резистора очередной декады, а обобщенные входы сравнивающих устройств последней декады соединены с выходом предшествующей декады.
3. Цифровой ваттметр по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что антилогарифматор состоит из последовательно соединенных дешифратора многоразрядного кода в одноразрядный и постоянного запоминающего устройства.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
Ф 515997, кл. С 01 R К 21/06, опубл. 30.05.76.
2. Сб. "Информационно-измерительная техника", ст. Измайлова Т.Ю., Абдулаева M.M. -Л.ЛГУ: 1973 (прототип).
819732
Prus. /
lfgg
1 итал
Составитель Д.- Ходырев
Редакто .Е. Гончар Техред A. Ач. Ко ектор М. !(оста
Заказ 1372/24 . Тираж 505 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035 Москва, Ж-35, Раушская наб., д . 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4