Преобразователь интегральных параметров сигналов переменного тока в код

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для повышения точности преобразователя интегральных параметров сигналов переменного тока в код. Целью изобретения является повышение точности. Цель достигается тем, что в преобразователь активной мощности в код введены первый и второй аналоговые переключатели 2, 7, вторая ячейка 5 выборки-хранения, второй интегратор, первая и вторая линии 13, 12 задержки, первый и второй элементы 2 ИЛИ 15, 11. Работа устройства основана на компенсационно-интерполяционном алгоритме преобразования мгновенных значений входных сигналов с коррекцией погрешности преобразования мгновенных значений измеряемого сигнала в темпе их внутрипериодного компенсационно-интерполяционного кодирования и цифровой обработкой результатов для получения более точных цифровых эквивалентов основных интегральных характеристик сигналов переменного тока. Кроме того, получение корректированных значений результатов внутрипериодных измерений мгновенных значений входных сигналов позволяет значительно расширять класс решаемых задач алгоритмическим методом. Устройство также содержит сумматор 1, первую ячейку 3 выборки-хранения, первый интегратор 4, преобразователь 8 напряжение-код, вычислительный блок 9, преобразователь 10 код-напряжение, выявитель 16 периода, умножитель 14 частоты. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5g)g G 01 R 21/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и и.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4364120/24-21 (22) 1 4.01.88 (46) 30 ° 07.90. Бюл. ¹ 28 (71) Азербайджанский институт нефти и химии им. M.Àçèçáåêîâà (72) И.М. Абдуллаев и А.Д. Оруджев (53) 621.317.38(088.8) (56) Авторское сяидетельство СССР № 239681, кл, С 01 R 21/06, 1967.

Авторское свидетельство СССР . № 1126890, кл. G 01 R 21/06, 1981, (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИНТЕГРАЛЬНЫХ

ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

В КОД (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для повышения точности преобразования интегральных параметров сигналов переменного тока в код. Цель изобретения — повьнчение точности достигается тем, что в преобразователь активнОй мощности в код введены первый и второй аналоговые переключатели 2, 7, вторая ячейка 5 .выборки-хранения, второй интегратор,,первая и вторая линии 13, 12 задержки, первый и втоÄÄSUÄÄ 1 2145 А 1 рой элементы 2ИЛИ 15, 11. Работа устройства основана на компенсационноитерполяционном алгоритме преобразования мгновенных значений входных сигналов с коррекцией погрешности преобразования мгновенных значений измеряемого сигнала в темпе из внутрипериодного компенсационно-интерполяционного кодирования и цифровой обработкой результатов для получения более точных цифровых эквивалентов основных интегральных характеристик сигналов переменного тока. Кроме того, получение кофректированных эпачеHHH результатов внутрипериодных измерений мгновенных значений входных сигналов позволяет значительно pBcIUH рить класс решаемых задач алгоритмическим методом. Устройство также содержит сумматор 1, первую ячейку 3 выборки-хранения, первый интегратор 4, преобразователь Я напряжение — код, вычислительный блок. 9, преобразователь 10 код — напряжение, выявитель

16 периода, умножитель 14 частоты.

1 ил.

1582145

Изобретение относится к электрозмерительной технике и может быть спользовано в энергетических измерительных информационных системах, устройствах режимной автоматики энергообъектов и в цифровых интегрирукМцих приборах и устройствах переменного тока.

Цель изобретения — повышение точ!

О ности.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит сумматор 1, входы которого подключены к источниам напряжения и тока контролируемой п епи, первый аналоговый переключатель 2, два входа которого соединены соответственно с шинами тока и напряя ения контролируемой цепи, а остав- 20

" ся вход — с выходом сумматора, ервую ячейку 3 выборки-хранения, г одключенную к выходу первого анало ового переключателя, первый интегратор 4, подключенный своим первым входом к выходу первой ячейки 3 выборки-хранения, вторую ячейку 5 выборки-хранения, вход которой соединен с выходом первого интегратора 4, второй интегратор 6, подключенный первым входом

К выходу второй ячейки 5 выборки-хра- нения, второй аналоговый переключатель 7, входы которого соединены с выходами первого 4 и второго 6 интеграторов соответственно, преобразова"тель 8 напряжение-код, подключенный

K выходу второго аналогового переклю-. чателя, вычислительный блок 9, кодовые входы которого соединены с выходами преобразователя 8 напряжение- 40 код, преобразователь 10 код-напряжение, подключенный кодовыми входами к выходу вычислительного блока, а выходом — к вторым входам первого и второго интеграторов 4, 6, второй элемент 2ИЛИ 11, выход которого одновременно соединен с основными тактирующими входами второго аналогового переключателя 7, преобразователя

8 напряжение-код и вычислительного блока 9, последовательно соединенные вторую 12 и первую 13 линии задержки,.выходы которых подключены к соответствующим входам второго элемента

2ИЛИ 11 умножитель 14 частоты, вход

1 э

5S которого соединен с шиной напряжения контролируемой цепи, а выход — с тактирующим входом первой ячейки 3 выборки-хранения, первый элемент 2ИЛИ 15, один из входов которого соединен с выходом умножителя 14 частоты, другой — с выходом первой линии 13 задержки совместно с тактирующим входом второй ячейки 5 выборки-хранения, а выход — с тактирующим входом преобразователя 10 код-напряжение, выявитель 16 периода,, подключенный своим входом к шине напряжения контролируемой цепи, а выходом — к тактирующему входу первого аналогового переключателя 2, входам "Сброс" первого и второго интеграторов 4„ 6, а также к дополнительным тактирующим входам второго аналогового переключателя 7, преобразователя 8 напряжение-код и вычислительного блока 9.

Работа устройства состоит из трех циклов измерений, продолжительность каждого из которых равна одному периоду Т напряжения контролируемой цепи.

Задним фронтом выходного импульса выявителя 16 периода обеспечивается исходное состояние узлов: аналоговые переключатели 2 и 7 находятся в первом положении, интеграторы 4 и 6 "сброшены" в нуль, преобразователь 8 напряжение-код и вычислительный блок 9 находятся в исходном состоянии

В первом цикле измерения в течение периода Т на входе аналогового переключателя 2 действует только напряжение И. (й), пропорциональное

1 току i (t) контролируемой цепи. . Умножитель 14 частоты генерирует тактирующие импульсы с частотой

М превышающей частоту F = 1/Т

Т напряжения контролируемой цепи в M раз (М - количество измерений мгновенных значений входного напряжения аналогового переключателя 2 за период Т).

При поступлении первого импульса от умножителя 14 частоты в момент

Т времени с„ = — на выходе ячейки 3

М выборки-хранения формируется импульс напряжения амплитуды U,.(t:) и длительности Р (<Т. Этот импульс поступает на первый вход интегратора 4, на второй вход которого от преобразователя 10 код-напряжение поступает импульс напряжения амплитуды 6 и длительности 2,(Ю, — дрейф нуля преобразователя 8 напряжение-код). где — постоянная времени интегратора, !

Для простоты анализа интервалом времени выборки и сброса ячеек 3 и 5 выборки-хранения пренебрегаем п<< и полагаем что — = 1. Тогда с

У

n ° i5 учетом того, что о (<Т, .из выражения (1) получим

U „= U,. (,) -d, . (2)

Это напряжение через аналоговый, переключатель 7 поступает на вход преобразователя 8 напряжение-код, и на выходе последнего при поступлении тактирующего импульса, задержанного в первой линии 13 задержки на время „, получается код

Ы,, = !! „, + Ю, = U,.(tl) - У,+d (3) (11 о, — текущая реализация погрешности преобразователя 8 напряжение-код.

ЗО где

Этот код записывается в память вычислительного блока 9.

Выходное напряжение интегратора 4 через ячейку 5 выборки-хранения поступает также на первый вход интегратора б, на второй вход которого поступает импульс напряжения Яо с.выхо- 4О да преобразователя 10 код-напряжение.

Т

К моменту —, + 2 } на выходе интегi ратора б устанавливается уровень напряжения

"(}

v „ = - (ц - a )ar. (4)

С учетом (2) из (4) получаем

U =U (t ) -2d, (5) 50

5 t 5821

С учетом этого к моменту времени

Т

iI! I0

+ 0 на выходе интегратора 4 устанавливается уровень напряжения п<< 5

v „= —. f и (ca) — Р,)а, (1} о

45 . 6

+ dIl U1,(t l) 2A, + J .1I

Этот код также записывается в память вычислительного блока 9, Вычислительное устройство выполняет обработку кодов N „ è N < по апгоритмам: (7а}

N, = NÄ+дИ, - U;(t ) +J", (7б) nzz

+ — ((v (r.,) — v>,(r., )—

1 о

= U„ — d, )ac;

+ —. ) (vÄ - v,(r,)—

1 о

1 1 2 ? — d", )ac, С учетом (2) и (5) из последних выражений имеем

= U,(t,) — .-,; (8а) „= U;(t 2)- Зо о 2I, (8б

Коды М,, и N 2, получаемые на выходах преобразователя 8 напряжениекод при преобразовании напряжений

U 2 и Б, будут

Код М, поступает на вход преобразователя 10 код-напряжение. Вторым импульсом от умножителя 14 частоты

2Т в момент времени t = — эапускает-

М ся ячейка 3 выборки-хранения, и на неинвертирующий вход интегратора 4 поступает импульс напряжения амплитуды U (t ) и длительности ь .

Поскольку на вторые входы интеграторов 4 и б от преобразователя 10 код-напряжение поступает импульс напряжения амплитуды, U (й1) + l эк1 вивалентный коду N! согласно выражениям (1), (2), (4) и (5) на выходах интеграторов 4 и 6 устанавливаются уровни напряжений соответственно

Вторым тактирующим импульсом, постУпаюЩк1 с заДеРжкой Со с выхоДа второй линии 12 задержки, аналоговый переключатель 7 переходит во второе положение и напряжение U поступает на вход преобразователя 8 напряжениекод, на выходе которого получается код

= 1 ; (2) — 4 - " + д 2; (9a) (t2) — 3 O - 2(, + 12.(9б) !

Здесь о - реализация погрешности преобразователя R напряжение-код, со ответствующая второму такту.

N h

+ 1 „ (136) !

1 ?. N«+ 1

+ l, .

Иг + 8N„=

U,.(t ) + (106)

В результате обработки в вычисли тельном блоке 9 кодов N, и И 22 полу

« им:

N I — 2дМ, = Ii, (10а) Исходя из выражений (76) и (10а) ля получения корректированного знаения. цифрового эквивалента U;(t ) ! У 1 ,? остаточно выполнить алгоритм

1 1

»

Ы, — N, = U,(.,) E

Kop,eN подается на вход нреобра ? ователя 10 код-напряжение и с посту.плением третьего выходного импульса

20 умножителя 14 частоты в момент времеЗТ ни t = .-- происходит аналогичным э бразом преобразование мгновенного качения U,;(t z) входного напряжения аналогового переключателя 2. Этот npo1Iecc повторяется пернодически в течение периода Т.

С учетом приведенных выше алгоритмов преобразования при и-м внутрипе30 аркадном преобразовании мгновенного значения U,(t „) для выходных напряжений дифференциальных интеграторов

4 и б не трудно записать: и-1

U, - U;(t„) - 7. г -4 (11 а) 35

U U (t ) — (n+1) ? — (и — j +

?,и 1 п 1»Q

+ 2) Р.» (11 6)

j »-1 40

Соответствующие коды на выходе преобразователя 8 напряжение-код при этом будут:

+ I„ Io

/»1 и

N . - П.(t ) — (и+1) К, — 2 (n— о

- j + 2)Х », + > ° (126)

1 «Ч

Здесь Ф „- реализация погрешности преобразователя 8 цапряжение-код при и-м такте.

Обработкой этих кодов в вычислительном блоке 9 получим: 55 и

nN Й - Я -, » (II — j + 2) и 1п Чи

de? „, In- 1 (13а) 8

= N +, ды . = U,.(t„)

1h.i ?

Корректированное значение цифрового эквивалента мгновенного значения

U;(t „, ) получается по алгоритму

N»1 dN„= U (t„ ) (14) К началу второго цикла работы устройства импульсом от выявителя 1б периода аналоговый переключатель 2 устанавливается в положение, при котором на вход ячейки 3 выборки хранения в течение периода Т коммутируется только выходное напряжение V<(t)

= UÄ(t) + U,(t} сумматора 1. При этом внутрипериодному преобразованию и обработке в M точках периода Т в моп.Т менты времени t „ = — (II = 1, 2, M) подвергаются мгновенные значения напряжения U,().

Работа устройства в соответствующих тактах преобразования и обработки U (t) происходит аналогично процедуре, изложенной выше для первого цикла работы.

Поэтому корректированное значение цифрового эквивалента мгновенного значения U (t) в момент времени с

= t „„определяется как

В третьем цикле работы аналоговый переключатель 2 устанавливается в третье положение, тем самым преобразованию и обработке подвергаются мгновенные значения напряжения V (t), пропорционального напряжению U(t) контролируемой цепи. По аналогичной процедуре получаются корректированные значения цифровых эквивалентов и1 1 1и Пи(" и ) (6) мгновенных значений П„() на каждом такте преобразования в течение периода Т.

Подвергая обработке по соответствующим подпрограммам полученные и запомненные в вычислительном блоке 9 согласно выражениям (14), (15) и (16) корректированные значения цифровых эквивалентов мгновенных значе1582145

l0 ний напряжений U, (t), U (t) и U„(t) в M точках периода в соответствующих циклах работы устройства, можно получить цифровь|е эквиваленты практически любой собственной и взаимной интегральной характеристики напряжения и тока в контролируемой цепи. В частности, наиболее широко используемые интегральные характеристики определя- 10 ются по алгоритмам:

1) квадрат действующего значения тока

20

М+!

; (N„, — ды„)

t!» г (U„(t.», )1 ;

М

1 и+1

= — Х

M !!=1

30

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет осуществить преобразование сигналов переменноro тока с достаточно высокими пока""-..àòåëÿìè

45 по быстродействию (эа счет нси льзо- вания метода внутрипериодных измерений и цифровой обработки мгновенных значений преобразуемых сигналов), точности (благодаря идентификации и коррекции погрешности преобразователя напряжение-код в реальном масштабе времени), стабильности (за счет компенсационного способа преобразования информации) и уровню исполнения (благодаря сбалансированному сочетанию аппаратных и программных средств обработки информации). К эт;!" му следует добавить многофукнциональность и гибкость структуры предлага8) полная мощность и - ";

М

=д (;(„,)) !!ь г

2) квадрат действующего значения на пряжения

3) активная мощность

М+!

Р 1Г1 с и

И - — "7» (N -41!1 — N — N )(!!! ь я g (!!= г !!!+

= — X,U„(t „», ) V;(t Ä» );

4) действующее значение тока ! 1 м+! 2

N = N> = —, (ц ()) ° л=г

5) действующее значение напряжения

6) среднее значение тока м+!

М - " ь

М4!

- -1 7 U; (t „»„);

7) среднее значение напряжения

M!-!

1 к и

N — X (N -dN) =

И Я „,, h-! м!!

=М U ("- ) 9) реактивная мощность

10) коэффициент мощности

« а

Я вЂ” « !1У °

Количество тактов М внутри периода Т выбирается на основании априорной и статистической информации о дифференциальных и спектральных параметрах сигналов UÄ(с) и U (с).

Наряжу с широкими функциональными возможностями, наращиваемыми в основном программным способом, в предлагаемом устройстве получено комплексное решение проблемы повышения точности цифровых измерений интегральных характеристик сигналов переменного тока. Последние в связи с необходимостью выполнения нелинейных преобразований (квадратирования, умножения, извлечения квадратного корня и т.п.) трудно подцаются коррекции. В предлагаемом устройстве достигнута коррекция систематических погрешностей цифровых измерений на этапе преобразования мгновенных значений входных сигналов и ф льтрация случайных погрешностей измерений на этапе дискретного усреднения предварительно скорректированных цифровых эквивалентов мгновенных значений.

Динамические погрешности могут быть ограничены в допустимых пределах рациональной технической реализацией функциональных узлов и обеспечением соответствующих временных и частотных соотношений при выборе параметров f, 8,и

1582145

12 ейого" устройства, достигаемые в основном программным способом.

Составитель С, Хромов

Техред Л.Сердюкова

Корректор М. лароши

Редактор А. Маков ская

Тираж 549

Заказ 2087

Подписное

ЯНИИПЯ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

° М «

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101

Формула изобретения

Преобразователь интегральных параметров сигналов переменного тока в ко, содержащий выявитель периода и умножитель частоты, входы которых объединены и подключены к шине контрг1лируемого напряжения, сумматор, . первую ячейку выборки-хранения, тактг рующий вход которой соединен с выхрдом умножителя частоты, первый интегратор, первый вход которого соединен с выходом первой ячейки выборкианения, а вход сброса — с выходом в вителя периода, последовательно соединенные преобразователь напряжен е-код и вычислительный блок, допол1 тельный. тактирующий вход которого подключен- к выходу выявителя периода, преобразователь код-напряжение, о тличающийся тем, что, с целью повьппения точности, в него 25 дополнительно введены второй интегратор, вторая ячейка выборки-хранения, первый и второй аналоговые переключатели, первый и второй элемен гь1 2ИЛИ, последовательно соединенные парвая и вторая линии задержки, причем входы сумматора подключены к истс чникам напряжения и тока контролируемой цепи, а выход — к одному из входов первого аналогового переключателя, два других входа которого соединены с соответствующими входами сумматора, выход первого аналогового переключателя подключен к входу первой ячейки выборки-хранения, выход первого интегратора через вторую ячейку выборки-хранения соединен с первым входом второго интегратора и с одним из входов второго аналогового переключателя, другой вход которого подключен к выходу второго интегратора, вход преобразователя напряжение-код соединен с выходом второго аналогового переключателя, кодовые выходы вычислительного бока соединены с входами преобразователя код-напряжение, выход которого под" ключен к объединенным вторым входам первого и второго интеграторов, вход

tt tt

Сброс второго интегратора совместно с тактирующим входом первого аналогового переключателя, дополнительными тактирующими входами второго

t. аналогового переключателя и преобразователя напряжение-код соединены с выходом выявителя периода, а основные тактирующие входы второго аналогового переключателя, преобразователя напряжение-код и вычислительного блока объединены и подключены к выходу второго элемента 2ИЛИ, входы ко торого соединены соответственно с выходами первой и второй линий задержки, а выход первой линии задержки подключен к тактирующему входу второй ячейки выборки-хранения и к одному из входов первого элемента 2ИЛИ, другой вход которого совместно с входом первой линии задержки подключен к выходу умножителя частоты, а выход— к тактирующему входу преобразователя код-напряжение.