Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Применение: измерительная техника. Сущность изобретения: способ основан на контроле уровнем входных сигналов по времени установления интегральных значений произведения входных сигналов и поочередном одновременном обратно пропорциональном измерении как входного, так и выходного сигналов. Способ реализуется устройством, содержащим дискретно-управляемые преобразователи, множительно-интегрирующее устройство, пересчетные схемы, сумматор, селектор временных интервалов, генератор, счетчики, триггер. 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2011996
Класс(ы) патента: G01R21/00
Номер заявки: 4882009/21
Дата подачи заявки: 11.11.1990
Дата публикации: 30.04.1994
Заявитель(и): Институт систем управления АН Грузии
Автор(ы): Иванов А.Б.; Винников И.Л.; Егорова Н.И.
Патентообладатель(и): Иванов Александр Борисович
Описание изобретения: Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для повышения точности измерений, проводимых на основе операций перемножения и интегрирования, таких как измерение электрической энергии, анализ спектра инфранизких частот и др.
Известен способ по а. с. N 397922, заключающийся в контроле за уровнем сигнала, подаваемого в измерительную цепь, увеличении значения сигнала при его снижении с одновременным обратно пропорциональным ему уменьшением значения выходного сигнала, при увеличении сигнала, подаваемого в измерительную цепь, восстанавливают исходные условия измерений.
Недостаток данного способа состоит в том, что он не позволяет обеспечить требуемую точность в области электрических измерений, в частности измерений электрической энергии, основанных на определении интегральных значений произведений входных величин, изменяющихся в широком динамическом диапазоне.
Целью изобретения является расширение области применения.
Цель достигается за счет того, что в способе по а. с. N 397922 контроль за уровнем сигнала проводят по времени установления интегральных значений произведения входных сигналов, подаваемых в измерительную цепь, сравнивают его с предварительно заданным интервалом времени, определяемым из условия
,
где ti - момент времени начала отсчета заданного интервала времени τo и времени установления τ ; Dj= Xjмак/Xjмин - динамический диапазон изменения j-го входного сигнала, при котором значение погрешности измерения δi не превышает наперед заданного значения δo; Xiмакс и Xjмин - максимальное и минимальное значения j-го входного сигнала; j ∈ 1,2,3, . . . , τ . Изменение значений сигналов производят при превышении времени установления заданного интервала времени τo = τoмакс, указанные действия при необходимости проводят поочередно по остальным входным сигналам, а выполненные установки сохраняют до тех пор, пока время установления не станет меньше τo = τoмин. При этом τомакc - интервал времени, соответствующий минимальным уровням входных сигналов; τомин - интервал времени, соответствующий максимальным уровням входных сигналов.
Совокупность признаков предложенного способа обуславливает проявление в нем нового свойства - независимости результатов измерений от высокочастотной составляющей входных сигналов, что позволяет расширить область применения способа. Пример реализации предложенного способа приведен на чертеже где дискретно-управляемые преобразователи 1 и 2 измеряемых сигналов во входные сигналы измерительной цепи, выполненные, напри-мер, в виде электрического шунта и делителя напряжения, каждый из которых для обеспечения возможности дискретного управления содержит аттенюатор на основе ЦАП, множительно-интегрирующее устройство 3, выполненное с частотным выходом, соединенное входами соответственно с выходами преобразователей, а выходом через дискретно-управляемые пересчетные схемы 4 и 5 - с суммирующим устройством 6 и потенциальным входом селектора 7 временных интервалов, частотный вход которого подключен к выходу генератора 8 тактовых импульсов, а выход - к счетному входу первого счетчика 9, выход которого соединен со счетным входом второго счетчика 10. Выходы разрядов счетчика 9 подключены соответственно, к управляющим входам преобразователя 1 и пересчетной схемы 4, а выходы разрядов счетчика 10 подключены соответственно к управляющим входам преобразователя 2 и пересчетной схемы 5. Входы сброса счетчиков 9 и 10 подключены к выходу триггера 11, первый вход которого подключен к выходу блока 3, а второй вход - к выходу генератора 8.
Сущность предлагаемого способа рассмотрим на примере его применения для повышения точности измерения электрической энергии.
В процессе измерения мгновенные значения входных электрических величин, тока i(t) и напряжения U(t) преобразуют посредством преобразователей 1 и 2 во входные сигналы множительно-интегрирующего устройства 3, которые можно представить в виде
Х1(t)= Ki i(t) и X2(t)= KuU(t), (1)
где Ki и Ku - коэффициенты преобразования тока и напряжения.
Полученные сигналы сомножителей подают на входы множительно-интегрирующего устройства, осуществляющего их перемножение и дискретизацию во времени сигнала произведения, вырабатывая сигнал, представляющий собой последовательность импульсов частотой следования
f(t)= KfUp(t), (2)
где Up(t)= KpX1(t)X2(t) - сигнал произведения, пропорциональный мгновенной мощности в нагрузке; Кр и Кf - постоянная перемножения и крутизна преобразования сигнала произведения в частоту импульсов соответственно.
Количество импульсов на выходе множительно-интегрирующего устройства с учетом выражений (1) и (2) равно
L(t)= Kf f(t)dt= KiKuKpKf i(t)U(t)dt+δ, (3)
где i(t)U(t)dt - текущее значение электрической энергии:
δ - погрешность измерения определяемая погрешностями преобразования входных величин, перемножения и дискретизации.
Учитывая, что с уменьшением значений входных величин погрешность измерения растет, так как при этом возрастают погрешности перемножения и дискретизации, то для снижения последних производят увеличение уровней входных сигналов, когда значениe потребляемой электрической энергии W станет меньше значения Wo, при котором она измеряется с заданной точностью. Для этого задают интервал времени τомакс, при котором значение электрической энергии определяется с требуемой точностью δoт. е. когда на выходе множительно-интегрирующего устройства должен сформироваться сигнал, равный 1, согласно выражению
S*= (4) и производят сравнение момента времени ti+ τомакс, его поступления с моментом времени ti+ τ поступления сигнала с выхода множительно-интегрирующего устройства
S= (5)
где D1= X1макс1мин, D2= X2макс2мин - динамические диапазоны изменения первого и второго входных сигналов, при которых максимально допустимое значение погрешности измерения δ не превышает наперед заданного значения δo
Указанное сравнение производят посредством селектора временных интервалов, вырабатывающего сигнал
G*= изменения (в сторону увеличения) одного из входных сигналов, например тока, в число раз, равное диапазону D1 и определяемое выражением
C1= anbn, (6) где аn ∈ 0,1,2, . . . , b-1 - разрядный коэффициент; b - основание системы счисления, используемой для изменения уровня первого входного сигнала; n - номер разряда; N - число разрядов.
Коэффициент преобразования преобразователя тока при этом будет иметь вид
Ki= C1. (7)
где - номинальное значение коэффициента преобразования тока.
Так как изменение (увеличение) уровня входного сигнала приводит к изменению цены регистрируемого сигнала (постоянной счетчика электрической энергии), то для ее поддержания неизменной в процессе измерения одновременно с увеличением входного сигнала производят уменьшение частоты (цены) регистрируемого сигнала. Для этого выходной сигнал множительно-интегрирующего устройства делят посредством дискретно-управляемой пересчетной схемы в число раз, определяемое выражением (6).
Повторяя процедуры изменения уровней входного сигнала и частоты регистрируемого сигнала для каждого случая превышения τ над τомаксдля всех значений N по первому входному сигналу и сохраняя полученные в результате этого последние установки, указанные процедуры повторяют по второму входному сигналу с коэффициентом, равным D2, определяемым выражением
(8)
где am ∈ 0,1,2, . . . , b-1 - разрядный коэффициент; b - основание системы счисления, используемой для изменения уровня второго входного сигнала и соответствующей ему частоты регистрируемого сигнала: m - номер разряда; М - число разрядов.
Коэффициент преобразования преобразователя напряжения при этом будет иметь вид
K0= C2, (9) где - номинальное значение коэффициента преобразования напряжения.
Результирующее количество импульсов, поступивших на суммирующее устройство, с учетом выражений (3), (6). . . (9) равно
L = i(t)U(t)dt+δ0= kw(t) (10) и, следовательно, пропорционально текущему значению электрической энергии W(T) с постоянной
K = KpK/ , где - номинальное значение коэффициента деления Ks= C1C2 частоты выходного сигнала множительно-интегрирующего устройства в частоту регистрируемого сигнала.
Значение погрешности измерения при этом не будет превышать заданного значения δo , что следует из условия τ ≅ τомакc, которое с учетом выражений (4) и (5) имеет вид
(11) или, что то же, δi ≅ δo. Так как выполнение условия (11) возможно только при значениях входных сигналов D1-1= X1макс< Х1(t)<X>1макс и D2-1X2макс<X>2(t)<X>2макс, то выбором значений D1 и D2 (C1 и С2) и, следовательно, τомакс обеспечивается необходимое значение погрешности выполнения операций перемножения и дискретизации множительно-интегрирующего устройства, определяющей точность измерения электрической энергии.
В процессе измерения одновременно с операцией сравнения текущего значения времени установления τ , интегральных значений произведения входных сигналов с τo = τомакс производят его сравнение и с τo = τомин, значение которого выбирают меньше времени установления при максимальных уровнях входных сигналов Х1макс(t) и Х2макс(t). При последующем, после проведенных установок, возрастания хотя бы одного из входных сигналов время установления становится меньше τомин, что фиксируется селектором временных интервалов, вырабатывающим сигнал восстановления входных условий измерения, соответствующих номинальным значениям входных сигналов.
Окончательно условие сравнения интервала времени установления интегральных значений произведения входных сигналов примет вид
t)dt+δ0Xj(t)dt+δiXj мин(t)dt,
где j= 1,2,3, . . . , τ - число входных сигналов.
Устройство работает следующим образом. Сигнал тока преобразователя 1 преобразуется во входной сигнал напряжения множительно-интегрирующего устройства 3, а сигнал напряжения делится преобразователем 2 и подается на второй вход блока 3, на выходе которого вырабатывается сигнал в виде последовательности импульсов, частота следования (2) которых пропорциональна значению произведения входных сигналов (1), подаваемых в измерительную цепь. Импульсы с выхода множительно-интегрирующего устройства через последовательно включенные пересчетные схемы 4 и 5 поступят на суммирующее устройство 6, осуществляющее накопление числа поступивших на его вход импульсов (10). Одновременно импульсы с выхода блока 3 поступают на потенциальный вход селектора 7 временных интервалов (счетчика импульсов), на счетный вход которого поступает последовательность импульсов, вырабатываемых генератором 8.
Сравнение временных интервалов - заданного интервала τомаксвремени (4) с временем установления τ (5) происходит следующим образом. Импульсы с генератора 8 заполняют счетчик до поступления первого импульса с выхода блока 4, которым производится сброс счетчика селектора 7. При превышении интервалом времени появления импульса сброса момента полного заполнения емкости счетчика, что имеет место при τ > τомакс , импульс переполнения последнего поступает на счетный вход первого счетчика 9. На его выходе формируется код, соответствующий значению С1 (6) при n= 1, который поступает на управляющие входы преобразователя 1 и пересчетной схемы 4, что приводит к увеличению значения сигнала, подаваемого в измерительную цепь тока (7) и к уменьшению выходного сигнала схемы 4 в число раз, равное сформированному коду. Если в процессе заполнения счетчика селектора временных интервалов сигнал с блока 3 поступит на вход сброса (установки счетчика в ноль), сигнал на выходе счетчика отсутствует и изменение установок блоков 1 и 4 не произойдет. Для обеспечения правильногоо функционирования устройства емкость Q счетчика выбирается из условия τo= f(Q), где f - тактовая частота генератора 8.
Процедура выработки кода С1 по первому входному сигналу происходит до заполнения счетчика 9, импульс переполнения которого поступает на счетный вход счетчика 10. С поступлением данного импульса производится изменение установок по второму входному сигналу изменением кода С2аналогично изменению кода С1. При этом блоки 10,2 и 5 работают аналогично блокам 9,1 и 4 соответственно до заполнения счетчика 10.
Указанный процесс изменений С1 и С2 выполняется при условии выработки первого импульса с выхода блока 4 позже выработки очередного импульса генератором 8, что имеет место при уменьшении входных сигналов, т. е. τ>τомакс . Обратная очередность выработки этих импульсов соответствует увеличению входных сигналов и τ < τомин . При этом следует восстановить первоначальные значения входных и выходных сигналов, для этого необходимо установить счетчики 9 и 10 в ноль. Сброс счетчиков осуществляется триггером 11, R-вход которого подключен к выходу генератора, а S-вход - к выходу блока 3, выход триггера соединен с входом сброса счетчика 9 и 10.
Использование данного способа повышения точности измерений, например, электрической энергии позволяет снизить значение основной погрешности средств учета электрической энергии при одновременном увеличении средств учета электрической энергии при одновременном увеличении динамического диапазона в требуемое число раз.
Формула изобретения: СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ, заключающийся в контроле за уровнем сигнала, подаваемого в измерительную цепь, увеличении значения сигнала при его снижении с одновременным обратно пропорциональным ему уменьшением значения выходного сигнала при увеличении сигнала, подаваемого в измерительную цепь, восстановлении исходных условий измерений, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, контроль за уровнем сигнала проводят по времени установления интегральных значений произведения входных сигналов, подаваемых в измерительную цепь, сравнивают его с предварительно заданным интервалом времени, определяемым из условия
,,
где ti - момент времени начала отсчета заданного интервала времени τ0 и времени установления τ;
Dj = Xjmax / Xjmin - динамический диапазон изменения j-го входного сигнала, при котором значение погрешности измерения δi не превысит наперед заданного значения δ0;
Xjmax и Xjmin - максимальное и минимальное значения j-го входного сигнала;
j = 1, 2, 3, . . . , τ,
изменение значений сигналов производят при превышении времени установления заданного интервала времени τ0 = τ0max, указанные действия при необходимости проводят поочередно по остальным входным сигналам, а выполненные установки сохраняют до тех пор, пока время установления не станет меньше τ0 = τ0min, при этом τ0max - интервал времени, соответствующий минимальным уровням входных сигналов, τ0min - интервал времени, соответствующий максимальным уровням входных сигналов.