Импульсный интегратор (ии)

Импульсный интегратор служит для преобразования полученного в ИПУ аналогового сигнала в пропорциональное число импульсов.

В состав ИИ входят повторитель DA 5.1, инвертор DA 5.2, электронный ключ DD 2, инвертирующий интегратор DA 5.3, неинвертирующий триггер Шмитта DA 5.4.

Сигнал , пропорциональный контролируемой мгновенной мощности p(t), через повторитель DA 5.1 поступает на вход 1 аналогового ключа DD2, на вход 2 которого поступает этот же сигнал с инвертора DA 5.2, но противоположной фазы.

Аналоговый ключ DD2 управляется триггером Шмитта и в зависимости от полярности импульса на его выходе ключ подключает сигнал к входу интегратора DA 5.3 либо с повторителя, либо с инвертора. В соответствии с этим конденсатор в цепи обратной связи интегратора либо заряжается, либо разряжается, заставляя в конце своего цикла триггер Шмитта переключаться либо в «положительный», либо в «отрицательный» уровень, т. е. на выходе ПНЧ формируются импульсы с частотой следования (переключений), пропорциональной мгновенной мощности .

Рис. 56. Временные диаграммы, поясняющие работу ИИ

Временные диаграммы, поясняющие принцип действия импульсного интегратора (фактически преобразователя «напряжение – частота» – ПНЧ), иллюстрируются на рис. 56.

 Однако нельзя забывать, что счетчиком измеряется энергия, т.е. мощность, потребляемая нагрузкой за единицу времени. Поэтому счетчик нужно отрегулировать в единицах энергии, т.е. в киловатт-часах (кВт-ч), задавшись при этом максимальными напряжениями и на его входе (например, = =5 В). Очевидно, частота на выходе интегратора, соответствующая потребляемой энергии в 1 кВт-ч, должна быть равна 3600 Гц, так как этой частоте соответствует потребляемая по стандарту мощность за 1 час, т. е. за 3600 секунд.

В соответствии с этим выбирается постоянная времени интегратора DA 5.3.

4.3.4. Частотомеры-периодомеры Методы измерения частоты

 Среди методов измерения частоты наибольшее распространение получили метод измерения среднего за образцовый промежуток времени T₀ значения частоты f_x и метод, основанный на измерении периода T_x следования импульсов частоты f_x с последующим вычислением функции 1/T_x.

Структурная схема частотомера, реализующего первый метод, приведена на рис. 63.

Рис. 57. Структурная схема частотомера:

Ф – формирователь импульсов; ГОЧ – генератор образцовой частоты;

ДЧ – делитель частоты; К – ключ; СИ – счетчик импульсов;

ЦОУ – цифровое отсчетное устройство

Формирователь Ф преобразует входное напряжение частоты f_x в последовательность импульсов, поступающих на ключ К. Время счета T₀ устанавливается путем деления образцовой частоты f_ГОЧ делителем ДЧ. Ключ открывается на время T₀ и импульсы f_x поступают на вход СИ. Число импульсов, подсчитанных счетчиком, равно .

Это число отображается на ЦОУ.

Погрешности таких частотомеров возникают по двум причинам:

1) из-за квантования временного промежутка T₀ импульсами T_x;

2) из-за неточности и нестабильности частоты ГОЧ.

Относительная погрешность от квантования в процентах равна

. (29)

Максимальная суммарная относительная погрешность (в %)

. (30)

Верхний предел измерения таких частотомеров ограничивается быстродействием элементной базы, а нижний – максимально допустимым (для данного применения) временем счета. При этом нижний предел можно увеличить, используя умножение входного сигнала на фиксированный коэффициент, кратный 10 (10; 100 и т.д.).

В цифровых частотомерах, работающих в режиме измерения периода, подсчитывается число квантующих импульсов частоты f_ГОЧ в течение одного или нескольких n периодов T_x.

Структурная схема такого прибора приведена на рис. 58.

Рис. 58. Структурная схема частотомера:

ФП – формирователь периода; ПК – преобразователь кодов

Импульсы T_x , сформированные схемой ФП, поступают на вход делителя частоты ДЧ с коэффициентом деления от 1 до n (n зависит от требуемой погрешности и частоты ГОЧ).

Ключ К открывается на время n·T_x и импульсы образцовой частоты f_ГОЧ подсчитываются счетчиком СТ.

Число импульсов, подсчитанных счетчиком, пропорционально периоду и равно

. (31)

Код N_Tx c выхода СТ поступает на преобразователь кодов ПК, выполняющий функцию n/N_Tx . Результат – код N_fx частоты f_x – поступает на ЦОУ.

Погрешности таких приборов возникают по тем же причинам, что и у частотомеров, измеряющих среднее значение частоты. При этом, если прибор измеряет длительность одного периода, то ; если же измеряется n периодов, то .

Максимальная суммарная относительная погрешность измерения периода T_x:

. (32)