Измеритель активной мощности

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

<>864160

Союз Советскик

Социалистических

Респубйнк

К АВТОРСКОМУ СВ ТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 051279 (21) 2847899/18-21 с присоединением заявки Йо

Р1)М. Кл.з

6 01 В 21/08

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150981. Бюллетень Н9 34

Дата опубликования описания 15.0981 (53) УДК 621. 317. З8 (088.8) (72) Автор мэобретеиия

В.В.Иванютин (71) Заявитель

Куйбышевский электротехнический (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ключенного к выходу первого усилителя, преобразователь измерительного сигнала с последовательно включенными фильтром низкой частоты, тре,тьим усилителем и пиковым детектором, блок управления с последовательно включенными генератором импульсов н переключателем, стрелочный индикатор, вход которого соединен с выходом пикового детектора 5j .

Недостатком известного устройства являются большая погрешность и небольшой частотный диапазон измерения.

Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных воэможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель активной мощности, содержащий входные преобразователи тока и напряжения, выходы которых подключены к измерительному преобразователю, выход которого подключен через преобразователь измерительного сигнала к отсчетному устройству, и блок управления, вход которого подключен к выходу входного преобразователя тока или напряжения, .введен блок индикации совпадений, вход которого подключен к первому выходу блока управления н к первому

Изобретение относится к электроиэмерительной и импульсной технике и может быть использовано для измерения активной мощности в диапазоне звуковых. ультразвуковых и радиочастот.

Известен измеритель активной мощности, содержащий входные преобразователи тока и напряжения, измеритель- 0 ный преобразователь с датчиком Холла и электромагнитом, преобразователь измерительного сигнала и стрелочный индикатор 11. — Частотный диапазон измерителя активной мощности иэ-за непосредст- 15 венного включения электромагнита в измерительную цепь ограничен десят- ками килогерц.

Наиболее близким к данному техническому решению по технической сущ- 20 ности является измеритель активной мощности, содержащий. входной преобразователь тока с последовательно включенными шунтом н первым усилителем, входной преобразователь напряжения с последовательно включенными делителем напряжения н вторым усилителем, измерительный преобразователь с датчиком Холла, размещенным в воздушном зазоре электромагнита, под- 30

864160 управляющему входу преобразователя измерительного сигнала, вход синхронизации блока индикаций совпадений подключен ко второму выходу блока управления, третий, четвертый и пятый выходы которого подключены соответственно к второму, третьему и четвертому управляющим входам преобразователя измерительного сигнала.

Преобразователь измерительного сигнала содержит последовательно соединенные усилитель, интегратор, 10 . второй, третий и четвертый входы которого подключены к первому, второму и четвертому управляющим входам преобразователя измерительного сигнала,соответственно, элемент выборкихранения, другой вход которого подключен к третьему управляющему входу преобразователя, фильтр низкой частоты и сопрягающий преобразователь.

Блок управления содержит последовательно соединенные детектор нулевого уровня, первый переключатель, к др/гому входу которого подключен генератор импульсов, формирователь импульсов задержки, триггер, элемент совпадения, к другоь.у входу которого подключен второй переключатель, к третьему — выход детектора нулевого уровня, формирователь стробирующих иМпульсов, выход которого подключен к первому выходу блока 30 управления, к другому входу которого подключен регулятор длительности и коэффициента преобразования, второй выход которого подключен к третьему выходу блока управления, формирова- 35 тель импульсов выборки и формирователь импульса сброса, выход которого подключен к пятому выходу блока управления и ко второму входу триггера, а выход детектора нулевого уров- 4О ня подключен ко второму выходу блока управления.

Блок индикации совпадений содержит последовательно соединенные дифференцирующую цепь, элемент совпадения, другой вход которого подключен к входу синхронизации, триггер и индикатор совпадений.

Структурная схема измерителя активной мощности приведена на чертеже.

56

Устройство содержит входные преобразователь 1 тока и преобразователь 2 напряжения, измерительный преобразователь 3, представлякщий собой аналоговый перемножитель, преобразователь 4 измерительного сигнала, отсчетное устройство 5 и блок

6 управления, блок 7 индикации совпадений содержит последовательно включенные дифференцирующую цепь 8, элемент 9 совпадений, триггер 10 и . 60 индикатор 11 совпадений. Преобразователь 4 измерительного сигнала содер жит последовательно соединенные

:управляемый интегратор 12, элемент

13 выборки - хранения, фильтр 14 низ- Я

В конце времени интегрирования, равного длительности строб-импульса, напряжение на выходе интегратора равно

11 к„

К.,ы„„= К,К„„0,0„СЕ+, . 1 постоянный коэффициент, величина которого определяется параметрами элементов интегратора 12; где k„ кой частоты и сопрягающий преобразователь 15. Блок 6 управления содержит детектор 16 нулевого уровня, первый переключатель 17, регулятор

18 длительности и коэффициента преобразования и последовательно соединенные формирователь 19 импульсов задержки, триггер 20, элемент 21 совпадений, формирователь 22 стробирующих импульсов, формирователь 23 импульсов выборки, формирователь 24 импульсов сброса, генератора 25 импульсов и второй переключатель 26.

Преобразователь 4 содержит также усилитель 27.

Устройство работает следующим образом.

Преобразователь 1 тока осуществляет линейное преобразование входного тока i в напряжение 0, поступающее на один из входов измерительного преобразователя 3, обеспечивая необходимый коэффициент преобразования

kт UT/1, соответствующий определенному диапазону изменения тока.

Преобразователь 2 напряжения линейно преобразует входное напряжение U в напряжение U<, поступающее на второй вход измерительного преобразователя 3, при этом определяя коэффициент преобразования

Он/О и,диапазон измерения по напряжению. Измерительный преобразователь 3 перемножает аналоговые напряжения U и UH пропорциональные соответственно входным току i и напряжению U . В результате перемножения формируется измерительный сигнал U„, среднее значение которого пропорционально измеряемой активной мощности. Коэффициент преобразования Ми„ Ои/О Он измерительного преобразователя 3 определяется его конструкцией.

Усилитель 27 усиливает измерительный сигнал, который с коэффициентом усиления К > поступает на интегратор 12. Интегратор 12 выполняет интегрирование усиленного измерительного сигнала на интервале действия строб-импульсов, поступающих на второй вход управления от регулятора 18 длительности и коэффициента преобразования.

864160 с и t9 — моменты времени, соответствующие переднему и заднему фронтам строб-импульса; — длительность строб-имГ пульса.

Элемент 13 выборки-хранения считывает и хранит значение выходного. напряжения интегратора, соответствующее моменту окончания строб-импульса. фильтр 14 нижних частот усредняет выборки выходного напряжения интегратора 12, при измерении средней мощ.ности непрерывных сигналов с изменяющейся во времени амплитудой (например, модулированный по амплитуде сигнал). Сопрягающий преобразователь l5

15 образует выходное напряжение элемента 13 во входной сигнал отсчетного устройства 5, предназначенного для отсчета величины измеряемой мощности» 20

Блок 6 управления формирует импульсы, управляющие работой интегратора 12 и элемента 13. Детектор 16 нулевого уровня вырабатывает короткие импульсы, передние фронты кото- 25 рых совпадают с моментами перехода через нулевой уровень одного иэ входных напряжений измерительного преобразователя 3, линейно связанного с током или напряжением. Генератор

25 импульсов формирует короткие импульсы синхронизации при измерении мощности непрерывных сигналов (синусоида, меандр и т.д.). Переключатель 26 обеспечивает выбор источника синхронизации импульсов, вырабатываемых блоком 6. При измерении мощности радиоимпульсон синхронизация производится выходными импульсами детектора 16 нулевого уровня или импульсами внешней синхронизации. В 40 случае измерения мощности непрерывных сигна.;ов используется синхронизация импульсами генератора 25. Формирователь 19 импульсов задержки вырабатывает прямоугольные импульсы с регулируемой длительностью, передние фронты которых совпадают с передними фронтами.синхронизирующих импульсов, поступающих от переключателя 26, Триггер 20 переключается у в состояние с уровнем логической

"единицы" под действием задних фронтов выходных импульсов формирователя 19 и переходит н состояние с уровнем логического нуля после прихода на его вход сброса импульса от формирователя 24. Элемент 21 совпадений формирует импульсы запуска с уровнем логической "единицы", соответствующие моментам времени, когда напряжения на днух ее входах имеют Щ уровни логической "единицы". Переключатель 17 обеспечивает выбор режима запуска формирователя 22 стробимпульсов. Первый режим характеризуется тем, что элемент 21 совпадений вырабатывает импульсы" запуска в момент перехода через нулевой уровень одного иэ входных напряжений измерительного прео,".разователя 3. Это достигается в тех случаях, когда на один из входов элемента 21 совпадений поступают выходные импульсы детектора нулевого уровня с уровнем .логической "единицы", а на.другой ее вход — выходное напряжение триггера 20 с таким же уровнем. При этом режиме запуска элемент 21 совпадений формирует импульсы зап„ска лишь в моменты переключения триггера 20 н состояние с уровнем логической "единицы". Такой режим используется при внешней синхронизации работы блока 6 управления и при измерении мощности сигнала заполнения радиоимпульсов, длительность которых не менее нескольких сотен периодов сигнала заполнения, а также при изменении мощности непрерывных сигналов. Первому режиму соответствует уровень логической "единицы" на ныходе переключателя 17, а второму уровень логического "нуля". Формирователь 22 строб-импульсов нырабатынает строб-импульсы, управляющие работой интегратора 12. Передний фронт этих импульсов совпадает с передним фронтом запускающих импульсов. Регулятор 18 длительности и коэффициента преобразования обеспечивает функционально связанную регулировку длительности строб-импульсов и коэффициента преобразования интегратора 12. Формирователь 23 импульса выборки обеспечивает формирование импульсов, управляющих работой элемента 13 выборки-хранения. Формирователь 24 импульсон сброса вырабатывает короткие импульсы, обеспечивающие сброс интегратора 12 и триггера 20.

Блок 7 индикации совпадений служит для оптической индикации совпадения задних фронтов строб-импульсов и моментов перехода через нуль одного из вхбдных напряжений измерительного преобразователя 3. Дифференцирующая цепь 8 формирует короткие импульсы, передние фронты которых совпадают с задними фронтами стробимпульсов. Элемент 9 совпадений вырабатывает импульсы с уровнем логической "единицы" в моменты времени, когда совпадают импульсы, поступающие на его входы от детектора 16 нулевого уровня и дифференцирующей цепи 8. Триггер 10 переключается импульсами элемента 9 совпадений и на его выходе поочередно появляются уровень логического "нуля" н уровень логической "единицы". Периодическая смена этих уровней означает, что длительность строб-импульсов равна целому числу периодов сигнала заполнения. Индикатор 11 совпадений, 1

864160 подключенный к выходу триггера 10, обеспечивает оптическую индикацию переключения триггера, необходимую для установки длительности стробимпульсов. При измерении мощности синусоидальяых сигналов и радиоимпульсов с синусоидальным сигналом заполнения мгновенные значения напряжения и тока на входах измерите ля мощности могут быть описаны известными соотношениями UU cos((et+

+ Ч.„), 3!мсоь(ю t+9> ) . Разность, фаэ тока и напряжения Ч =ч„- У2 х агс д " определяется отношением ! (н реактивной Хн и активной йя составляющих комплексного сопротивления нагрузки. Произведение мгновенных значений тока и напряжения равно

Яа- ОИ J>/0064 +СОЯ(2Юt+4<+Mg))> а его среднее значение о! за период сигнала Т определяет активную мощнос;ь Р, поступакщую в нагрузку ,=ХГ (!;

0 и м в рассматриваемом измерителе. Согласно принятым выше обозначениям, выходное напряжение интегратора 12 равно

Ф2 Г "и "э кмп кт "и

"еых м= "Р"т"я "1 =

C ñ

Ф., А — 0 3 0%Ч сОЗ(2юФ+ !+ ))Ф-"" н "неХуk> Я

g нм!.

Если длительность строб-импул =а С выбрать произвольной, 0 „„ „ будет прюпорционально среднему на интервале интегрирования значению активноЯ мощности, которое равно активноЯ мощности Р только при длительности радиоимпульсов, точно равной целому числу полупериодов сигнала. В случае, когда величины.U и на интервале времени измерения не остаются постоянными, может быть определено только значение средней мощности Рс .

Коэффициент преобразования измерителя мощности !. где k„c — коэффициент йреобраэования

Рcî преобразователя иэмерительного сигнала; kg — коэффициент преобразования отсчетного устройства; d, — его показание.

При условии постоянства коэффициентов во всем диапазоне измеряемоЯ мощности и соответствукщих ей диапазонах токов и напряжений, рассматриваемый измеритель мощности обладает . линейной зависимостью показаний от величины измеряемой мощности.

При измерении активной мощности сигнала заполнения радиоимпульсов .погрешность измерения зависит от погрешности, с которой выполняется равенство длительности строб-импульсов целому числу полупериодов сигнала. заполнения, от начала интервала интегрирования и от длительности строб-импульсов. Введение блока 7 индикации совпадений и новых узлов в блок 6 управления и в преобразователь 4 измерительного сигнала позволяет повысить точность измерителя и расширить функциональные возможности устройства.

Формула изобретения

3. Измеритель по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок управ-, ления содержит последовательно соединенные детектор нулевого уровня, первый переключатель, к другому вхо ду которого подключен генератор импульсов, формирователь импульсов задержки, триггер, элемент совпадения, к другому входу которого подключен второй переключатель, к третьему— выход детектора нулевого уровня, формирователь стробирующих имйуль55 б5

15 1. Измеритель активной мощности, содержащий входные преобразователи тока и напряжения, выходы которых подключены к измерительному преобразователю, выход которого подключен

gp через преобразователь измерительного сигнала к отсчетному устройству, и блок управления, вход которого подключен к выходу входного преобразователя тока или напряжения, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, в него введен блок индикации совпадений, вход которого подключен к первому выходу блока управления и к первому управляющему входу преобразователя измерительного сигнала, вход синхронизации блока индикации совпадений подключен ко второму выходу блока управления, третий, четвертый и пятыЯ выходы которого подключены соответственно ко второму, третьему и четвертому управляющим входам преобразователя измерительяого сигнала.

40 2. Измеритель по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что преобразователь измерительного сигнала содержит последовательно соединенные усилитель, интегратор, второй, третий и четнертый входи которого подключены к первому, второму и четвертому управляющим входам преобразователя измерительного сигнала соответственно, элемент выборки-хранения, другой нход которого подключен к третьему управлякщему входу преобразователя фильтр низкой частоты и сопрягающий преобраэонатель.

8 4ЫО

ЮВ

Составитель Г.Ястребова

Редактор T.Ïàðôåíîâà . ТехредЖ. Кастелевич Корректор Г.Решетник

Заказ 7775/á5 Тираж 735 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 сов, выход которого подключен к первому выходу блока управления, к другому входу которого подключен регулятор длительности и коэффициента преобразования, второй выход которого подключен к третьему выходу блока управления, формирователь импульса выборки и формирователь импульса сброса, выход которого подключен к пятому выходу блока управления и ко второму входу триггера, а выход детектора нулевого уровня подключен ко второму выходу блока управления.

4. Измеритель по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что блок индикации совпадений содержит последовательно соединенные дифференцирую- щую цепь, элемент совпадения, другой вход которого подключен к входу синхронизации, триггер и индикатор совпадений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ClQA 9 2550492, О .НКИ 172-247, 1953.

2. Авторское свидетельство СССР

М 385229, кл. G 01 R 21/08, 02.03.71.