Способ измерения среднеквадратического значения напряжения и устройство для его осуществления

 

V.. ..Способ измерения среднеквад .patичёcкoro значения напряжения, за- , ;К/80чающийся в том, что два опорных о|)тогональных сигнала модулируют .по амплитуде j суммируют их и демо улируют , от,л и чающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и уменьшения времени измерения , один из опорных сигналов модулируют измеряемым напряжением, а другой - демодзтированным и задержанным сигналом, одновременно формируют временной интервал, соответствующий времени усреднения, к концу котового амплитуду демодулированного си(- нала масштабно преобразуют и по результату определяют величину среднеквадратического значения измеряемого напряжения на сформированном интер (Л зале времени. сд 9 Г

09) (И) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3274421/18-21 (22) 15.04.81 (46) 07.04.83. Бюл. и 13 . (72) Б.Л. Рудницкий и А.А.-Дрючин (71) Винницкий политехнический институт (53) 621.317.7(088.8) (56) 1. Иартяшин В.И., Шахов 3.К., Шляндин В.М. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения. M., "Энергия", 1976, с. 172.

2. Авторское свидетельство СССР ,М 137967 кл. G 01 R 19/02, 1961. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕКВАДРА"

ТИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ И УСТ РОЙСТВО ЛЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ измерения среднеквад- . .ратического значения напряжения, за-, Ъ ключающийся в том, что два опорных ортогональных сигнала модулируют .по амплитуде, суммируют их и демодулируют, о т л и ч а ю ц и и с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона и уменьшения времени измерения, один из. опорных сигналов модулируют измеряемым напряжением, а другой - демодулированным и задержанным сигналом, одновременно формируют временной интервал, соответствуюший времени усреднения, к концу котарого амплитуду демодулированного сигнала масштабно преобразуют и по ре:зультату определяют величину среднеквадратического значения измеряемого напряжения на сформированном интер,вале времени.

1010569

2. Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее два мо дулятора, один из которых своим возбуждающим входом подключен к опорному генератору непосредственно, а . другой - через фазосдвигающий блок, сумматор, входы которого подключены к выходам модуляторов, а выход - к. амплитудному детектору, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, в него дополнительно введены масштабный преобразователь, последовательно соединенИзобретение относится к электроизмерительной технике и предназначе- но для измерения среднеквадратического действующего, эффективного значения напряжения, произвольной формы.

Известен способ измерения среднеквадратического значения напряжения, основанный на модуляции амплитуды и длительности импульсной последователь-1О ности, в котором усредняют модулированную импульсную последовательность, извлекают квадратный корень из усредненной величины и по результату определяют среднеквадратичное значение 1S напряжения (1).

Недостатками известного способа являются ограниченность частотного диапазона измеряемых напряжений и до-. полнительная погрешность, связанная с извлечением квадратного корня.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения напряжения, в котором измеряемое напряжение разделяют на две составляющие, амплитуд- 25 но модулируют ими два опорных ортогональных сигнала, которые затем суммируют и демодулируют, а по величине демодулированного сигнала судят об измеряемом напряжении (2).

Способ осуществляют с помощью уст- ройства, содержащего два модулятора, один из которых подключен к источнику опорного напряжения непосредственно, а другой - через фазосдвигающий блок, З5 сумматор, входы которого подключены к выходам модуляторов, а выход - к амплитудному детектору. ный с ним блок выборки и запоминание, Формирователь временных интервалов, соединенный с управляющими входами. амплитудного детектора и блока выборки и запоминайия, причем сигнальный вход первого модулятора соедйнен с входом устройства, а сигнальный вход второго модулятора - с выходом амплитудного детектора и входом масштабного преобразователя, выход блока выборки и запоминания является выходом

;устройства.

Недостатками таких способа и устройства являются узкий частотный диапазон измеряемых сигналов и большое время измерения.

Цель изобретения - расширение частотного диапазона измеряемых сигналов и уменьшение времени измерения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерение среднеквадратического значения напряжения, заключающемся в том, что два опорных ортогональных сигнала модулируют по амплитуде, суммируют их и демодулируют, один из опорных сигналов модулируют измеряемым напряжением, а другой - демодулированным и задержанным сигналом, одновременно формируют временной интервал, соответствующий вре-, мени усреднения, к концу которого амплитуду демодулированного сигнала масштабно преобразуют и по результату определяют величину среднеквадратического значения измеряемого напряжения на сформированном интервале времени.

Такой способ может быть осуществлен устройством, содержащим два модулятора, один из которых своим возбуждающим входом подключен к опорному генератору непосредственно, а другойчерез Фазосдвигающий блок, сумматор входы которого подключены к выходам модуляторов, а выход - к амплитудному детектору, в который дополнительно введены масштабный преобразователь, последовательно соединенный с ним блок выборки и запоминания, Формирователь временных интервалов, соединенный с управляющими входами ампли3 1010569 4 блока выборки и лятора 2 равен нулю, то при достижесигнальный вход нии сигналом на выходе первого модусоединен с входом лятора 1 и, следовательно, на выходе льный вход вто- сумматора 5 максимума, на выходе ампплитудного детек- литудного детектора-6 появится наабного преобразова- .пряжение, равное амплитуде сигнала

ыборки и запомина- первого модулятора 1. Уровень этого м устройства. .напряжения будет сохраняться на выхотавлена структур- де амплитудного детектора 6 и поа, осуществляюще- 10 ступать на второй модулятор 2.. Тасреднеквадратичес- ким образом, до момента установления жения., следующего максимума сигнала суммажит первый 1 и тора 5 амплитуда колебаний второго выполненные по модулятора 2 будет пропорциональна энанесущей р S ценив входного напряжения x(t ). Втоо ный генератор 3, рой максимум сигнала сумматора 5 ус4, сумматор 5, тановится в течение второго периода р 6, масштабный опорных колебаний,при этом амплитуда блок 8 выборки и сигнала первого модулятора 1 будет ователь 9 времен- пропорциональна х(й„ ), а второго моэтом сигнальный дулятора 2 — х(йо ). вляется входом В течение последующих периодов колеающий вход перво- баний опорного генератора 3 уровень динен с выходом сигнала на выходе амплитудного детек3, а выход под- тора 6 будет увеличиваться. По оконвходов суммато- чании временного интервала. соответоторого соединен ствующего времени усреднения Т формиодулятора 2. Рователь 9 временных интервалов на д второго модуля- первом выходе Формирует импульс, повыходу опорного дающий сигнал амплитудного детекто30

Фаэосдвигающии ра на блок 8 выборки и запоминания и вход — к выходу . с масштабом, измененным масштабныммплитудный детек преобразователем 7, для дальнейшей удного детектора 6» обработки или индикации. При последу-. ен через масштаб- ющих измерениях процесс повторяется.

f к блоку 8 вы- З Из векторной алгебры известно соотвыход которого ношение, определяющее. модуль 1 С тройства. Управля вектора С, представленного суммой ного детектора 6 двух ортогональных векторов A и В формирователя 9 40

Если обеспечить изменение модуля в. ,одного иэ векторов f А пропорциона: ает следующим обльно значению измеряемого напряжения х J4 в текущий момент времени, k интервала усред- т.е. произвести амплитудную модуля9 временных ин- цию измеряемым напряжением сигнала, 45 импульс, устанав- описываемого вектором А, то можно овень сигнала на получить тудного детектора и запоминания, причем первого модулятора устройства, а сигна рого - с выходом ам тора и входом масшт теля, выход блока в ния является выходо . На чертеже предс ная схема устройств го способ измерения кого значения напря

Устройство содер второй 2 модуляторы схеме с подавлением мер балансные, опор фазосдвигающий блок амплитудный детекто преобразователь 7, запоминания, Формир ных интервалов. При вход модулятооа 1 я устройства. Воэбужд го модулятора l coe опорного генератора ключен к одному из ра 5, второй вход к с выходом второго м

Возбуждающий йхо тора 2 подключен к генератора 3 через блок 4, а сигнальны сумматора через а тор 6. Выход амплит кроме того, подключ ный преобразователь борки и запоминания .является выходом ус ющие входы амплитуд и блока 8 выборки и единены с выходами . временных интервало

Устройство работ разом.

В момент начала нения Формирователь тервалов формирует ливающий нулевой ур выходе амплитудного детектора 6, а следовательно, и на выходе второго модулятора 2. В связи с тем, что в пер- 0 вом модуляторе 1 производится амплитудная модуляция колебаний опорного генератора величиной, пропорциональ" ной величине входного напряжения

x(t), то на выходе первого модуля- ss тора 1 появится сигнал с амплитудой, пропорциональной х (t ) . Так-как уро-. вень сигнала на выходе второго модугде К - - коэффициент, отражающий параметры модулятора.

Обеспечив изменение модуля орто- с

i гонального вектора В в текущий момент времени к в соответствии со значением модуля суммарного вектора С в предшествующий момент времени tk, т.е. проведя амплитудную модуляцию и задержку сигнала, описываемого вектором (сст) 2 = к„ f zÜ) 20

5 101056

В, получаем равные значения модулей векторов 8 и С в текущий момент времени

i3 К)1=1C(t „)) (Ъ) S

jс(t„)(=./К „х (+„) 1сИ„„) й)

Полагая, что значение модуля вектора С в момент времени, предшествующий начальному, равно нулю, получа-10 ем

l СИ.,) 1 =lК„Х Ь)+О =К,ХЬo) ()

В последующие моменты времени веК личина модуля суммарного: вектора С описывается выражением.

I c(t„) l = «„Х (t,).к„х H,.) = к„ lх („1,р,1; с,) = lк,х Ь,)+! сй.,)t =

KqdX (t<)+X (+,)+X (+о)

1С H..) !=/К„Х М)+! С(К-„) I

=к„ -Н.„)+ x<(g.)= . й;)

9:, э=о

При достаточно большом числе отсчетов

Х К, стремящемся к бесконечности, и при условии, что интервал времени

I между отсчетами значительно меньше периода высшей гармоники спектра сигнала, можно перейти к предельному соотношению и представить (6 ) в виде интегральной зависимости

В то же время среднеквадратическое значение R напряжения X(C) на интервале усреднения Т определяется выражением

Й=М вЂ ., J> (<)+ о

Таким образом, для получения среднеквадратического значения напряжения на интервале Т величину, пропорциональную амплитуде вектора - f С(Т)(необходимо масштабно преобразовать, т.е. домножить на постоянный коэффициент, равный 1 К1фт

Применение предлагаемых способа и устройства для выполнения измерителей среднеквадратических значений напряжений позволяет расширить частотный диапазон измеряемых напряжений, уменьшить вре-, мя измерения и тем самым повысить эффективность функциони- .: рования устройств измерительной техники. !

Корректор Л. Бокшан

Подписное

Составитель Г. Алешечкина

Редактор Н. Безродная Техред И.Гергель

Заказ 2483/35 Тираж 708

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11 10Я MocKsa ЖЯ Раушская наб. g. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4