Устройство для измерения электроэнергии и ресурса аккумуляторов

 

Изобретение относится к устройствам для измерения электроэнергии и может быть использовано для учета потребления электроэнергии от аккумуляторов и измерения их ресурса. Цель изобретения - повышение точности и стабильности. Введение ключей 5 и 6, конденсатора 10 и преобразование 11 напряжение - ток позволяет подавить аддитивную погрешность в канале тока, вызванную наличием напряжений и токов смещения на входах блоков устройства. Устройство для измерения электроэнергии и ресурса аккумуляторов содержит также шунт 1, ключи 2 - 4, резистор 7, инвертирующий усилитель 8, конденсатор 9, импульсный модулятор 12, элементы 13 и 14 сравнения, формирователи 15 и 16 импульсов, элемент 17 ИЛИ, реверсивный счетчик 18 импульсов и счетчик 19 импульсов. 2 ил.

C0lO3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 5 G 01 К 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4396162/24-21 (22) 22.02.88 (46) 30.01.90. Бюл. И- 4 (75} А.В.Глушков и А.Ç,Шютц (53) 621.317.78(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1129526, кл. G 01 R 11/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 1190267, кл. G Ol R 11/00, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И РЕСУРСА АККУМУЛЯТОРОВ (57) Изобретение относится к устройствам для измерения электроэнергии и может быть использовано для учета потребления электроэнергии от аккумуляторов и измерения их ре„„SU„„. 1539665 А 1

2 сурса. Цель изобретения — повышение точности и стабильности. Введение ключей 5 и 6, конденсатора 10 и преобразователя 11 напряжение — ток позволяет подавить аддитивную погрешность в канале тока, вызванную наличием напряжений и .токов смещения на входах блоков устройства

Устроиство для измерения электроэнергии и ресурса аккумуляторов содержит также шунт 1, ключи 2-4, резистор 7, инвертирующий усилитель 8, конденсатор 9, импульсный модулятор 12, элементы 13 и 14 сравнения,. формирователи 15 и 16 импульсов, элемент

ИЛИ 17, реверсивный счетчик 18 им(O пульсов и счетчик 19 импульсов. 2 ил.

1539665

Изобретение относится к устройствам для измерения электроэнергии и может быть использовано для учета, потребления электроэнергии от аккумуляторов и измерения их ресурса.

Цель изобретения — повышение точHocTHи стабильности за счет устранения самохода путем структурного по;; давления аддитивной погрешности.в канале тока.

На фиг. t представлена структурнофункциональная схема устройства для измерения электроэнергии и ресурса аккумуляторов; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие его работу, Устройство содержит шунт 1, ключи 2-6, резистор 7, инвертирующий усилитель 8, конденсаторы 9, 10, преобразователь 11 напряжение — ток, импульсный модулятор 12, элементы

13, 14 сравнения, формирователи 15, 16 импульсов, элемент ИЛИ 17, реверсивный счетчик 18 импульсов, суммирующий счетчик 19 импульсов, причем вход импульсного модулятора 12 подключен параллельно контролируемой цепи, первый вывод шунта 1 подключен к общему проводу схемы, второй вывод — через ключ 2 к первому выводу резистора 7 и через ключ 3 — к общему проводу, второй вывод резистора 7 подключен к входу инвертирующего усилителя 8, к выходу инвертирующего усилителя 8 подключены первые входы элементов 13, 14 сравнения, а к вто35 рым их входам подключены опорные разномерные напряжения, выход элемента

13 сравнения подключен к входу формирователя 15 импульсов, выход элемента 14 сравнения подключен к входу формирователя 16 импульсов, выходы формирователей 15, 16 подключены к входам элемента ИЛИ 17 и соответственно к прямому и инверсному входам реверсивного счетчика 18 импульсов, прямой вход которого соединен с входом суммирующего счетчика 19, импульсов, выход элемента ИЛИ 17 подключен к управляющему входу ключа б, ключ

6 подключен параллельно к конденсатору 9, первая обкладка которого подключена к входу инвертирующего усилителя 8, ключ 4 подключен к второй обкладке конденсатора 9 и к выходу инвертирующего усилителя 8,ключ 5 подключен к второй обкладке конденсатора

10 и к выходу инвертирующего усилителя 8, первая и вторая обкладки конденсатора 10 подключены соответственно к выходу и входу преобразо ателя

11 напряжение — ток, а выход преобразователя 11 подключен к входу инвертирующего усилителя 8, управляющие входы ключей 2, 4 подключены к прямому выходу импульсного модулятора

12, а управляющие входы ключей 3, 5 подключены к его инверсному выходу.

Устройство для измерения электроэнергии и ресурса аккумуляторов работает следующим образом.

Прелположим, что при включении схемы (фиг.1) в момент времени (фиг.2) импульсный модулятор 12 открывает ключи 3, 5 и закрывает ключи

4. При этом если на входе инвер2 тирующего усилителя 8 присутствует напряжение или ток смещения, то этот сигнал начинает интегрироваться во вспомогательном интеграторе, образованном на инвертирующем усилителе

8, конденсаторе 10 и резисторе 7.

Предположим, что сигнал смещения имеет отрицательный знак. Тогда на конденсаторе 10 и на входе преобразователя 11 напряжение — ток начинает появляться нарастающее напряжение положительной полярности. Если преобразователь 11 имеет прямую передаточную функцию, то с ростом напряжения на его входе соответственно увеличивается и его выходной ток.

Поскольку этот ток поступает на вход инвертирующего усилителя 8 в полярности, обратной сигналу смещения, то в процессе интегрирования происходит постепенное подавление сигнала смещения, При некотором значении напряжения U (фиг.2в), сигнал смещения на входе инвертирующего усилителя и сигнал на выходе преобразователя

11 напряжение — ток взаимно подавляются как равные по величине и противоположные по знаку. Этот процесс, в зависимости от конкуретной реализации, может осуществляться как за один такт, так и за несколько тактов (фиг.2в) импульсного модулято" ра. В этом случае напряжение Usbix (фиг.2в) на выходе инвертирующего усилителя 8 циклически переходит на ранее установившиеся в.интегрирующих конденсаторах 9, lO уровни напряжения, В интервале времени (фиг..2в), когда на входе устройства сигнала тока нет, видно, как при

35 где т

5 1539 каждом переключении модулятора 12, когда включены ключи 2, 4 и выключены ключи 3, 5, первоначально происходит интегрирование сигнала смеще-. ния нуля в рабочем интеграторе,об5 разованном теми же инвертирующим усилителем 8, резистором 7 и интегрирующим конденсатором 9. По мере приближения напряжения на входе преобра-10 зователя 11 напряжение — ток к величине напряжения U этот процесс постепенно прекращается.

Если в момент времени t, на входе устройс гва появляется ток I>)i(фиг ° 2a),15 разряжающий аккумулятор, которому, . предположим, соответствует падение напряжения на шунте 1 отрицательного знака, то при каждом дальнейшем вклю чении ключей 2,4 и выключении клю- 2(1 чей 3; 5 этот сигнал интегрируется на конденсаторе 9. При каждом включении ключей 3, 5 и выключении ключей

2, 4 происходит описанный выше про, цесс автоподстройки нуля в канале 25 тока, не зависящий от величины и знака сигнала на токовом входе.Дискретность интегрирования может быть увеличена до необходимого значения путем соответствующего повышения рабочей частоты импульсного модулятора. Напряжение на обкладках конденсатора 9 при этом составляет

t и = „" j i,„(t) и,„<с) dt + и„

9 о где Пь„ и з.ь,„ - соответственно напряжение и ток на входе устройства.; 4(1

К вЂ” коэффициент передачи импульсного модулятора 12;

К вЂ” сопротивление шунта 1; 45

С вЂ” емкость конденсатора 9;

К вЂ” сопротивление резистора 7;

U — напряжение, возникающее при включении схемы устройства.

Нарастание напряжения на конденсаторе 9 и соответствующее ему увеличение импульсного напряжения на выходе инвертирующего усилителя 8 может продолжаться до тех пор, пока амплитуда импульса не достигнет опорного уровня +Ui). в момент времени t

665 6 фиг.2в) срабатывает элемент 13 срав-. нения и включается формирователь 15 импульсов. Коротким выходным имнульсом формирователь 15 включает на время импульса через элемент ИЛИ 17 ключ 6, что приводит к разряду конденсатора 9, и включает счетчики 19, 18 импульсов, что увеличивает их показания на единицу. Далее процесс интегрирования может циклически повторяться. Отсчетное значение расхо)дуемой энергии, таким образом, определяется соответствующим выбором величины опорного напряжения +U

На фиг ° 2а, б, в показано, как изменяется процесс интегрирования в конденсаторе 9 при снижении величины входного тока в момент времени при измении направления входного тока в момент времени t (режим заряда аккумулятора), при повышении уровня входного напряжения в момент времени t

В момент времени t 6 (фиг.2в) импульсное напряжение на выходе инвертирующего усилителя 8 сравнивается с опорным напряжением -U, в результате чего срабатывает элемент 14 сравнения, включается формирователь

16 импульсов, при помощи элемента

ИЛИ 17 срабатывает ключ 6, конденсатор 9 разряжается и на инверсный вход счетчика 18 импульсов поступает вычитающий импульс.

На фиг.2 в, г, д показано распределение импульсов на входах реверсивного счетчика 18 импульсов.

Как видно из диаграмм, калибровать устройство можно изменением коэффициента передачи импульсного модулятора 12; изменением величины ре зистора 7 и изменением величин опорных напряжений +U и -U . Последним способом можно откалибровать устройство так, чтобы отсчетный период при номинальной нагрузке в обратном направлении тока на входе устройства (режим заряда аккумулятора) бып замедленным и определялся как — ИЩ заряда аккумулятора; — период срабатывания счетчиков 18, 19 импульсов в режиме измерения расхода электроэнергии аккумулятора.

1539665

Учет КПД зарядки аккумулятора позволяет более точно определять степень его заряженности, а наличие суммирующего счетчика 19 импульсов дает возможность, оценивая его суммарную наработку, определять ресурс.

Формула и з обретения

Устройство для измерения электроэнергии и ресурса аккумуляторов, содержащее шунт„ первый, второй и третий ключи, резистор, инвертирующий усилитель, импульсный модулятор, первый конденсатор, первый и второй элементы сравнения, первый и второй формирователи импульсов, элемент ИЛИ, реверсивный счетчик импульсов и суммирующий счетчик импульсов, причем вход импульсного модулятора подключен параллельно контролируемой цепи, первый вывод шунта подключен к общему проводу схемы, второй вывод — через первый ключ к первому выводу резистора, который через второй ключ подключен к общему проводу, второй вывод резистора подключен к входу инвертирующего усилителя, к выходу инвертирующего усилителя подключены первые входы элементов сравнения, к вторым входам элементов сравнения подключены разнополярные опорные напряжения, выходы первого и второго элементов сравнения подключены соответственно к входам первого и второго формирователей импульсов, выходы формирователей импульсов подключены к входам элемента ИЛИ и к входам ревер5 сивного счетчика импульсов, прямой вход которого соединен с входом суммирующего счетчика импульсов, выход элемента ИЛИ подключен к управляющему входу третьего ключа, который подключен параллельно первому конденсатору, первая обкладка которого подключена к входу инвертирующего усилителя, прямой выход импульсного модулятора подключен к уп- равляющему входу первого ключа, а инверсный выход — к управляющему входу второго ключа, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и стабильности, в устройств во введены четвертый и пятый ключи, второй конденсатор и преобразователь напряжение — ток, при этом четвертый ключ подключен к второй обкладке первого конденсатора и выходу инвер25 тирующего усилителя., пятый ключ подключен к второй обкладке второго конденсатора и выходу инвертирующего усилителя, первая и вторая обкладки второго конденсатора подключены соответственно к выходу и входу преобразователя напряжение — ток, а выход преобразователя напряжение — ток подключен к входу инвертирующего усилителя, причем управляющие входы четвертого и пятого ключей подключены соответственно к прямому и инверсному выходам импульсного модулятора °

1539665

Фью

+%

8 ко

Ур

У

os, х 9

Фиг. 1

Составитель С.Сафохин

Редактор М.Циткина Техред Q, îäàíè÷, Корректор С.Шекмар

Заказ 214 Тираж 532 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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