Способ измерения среднеквадратических значений напряжений произвольной формы и устройство для его осуществления
Изобретение может быть использовано в приборах для измерения эффективного значения переменного напряжения . Цель изобретения - повышение точности, помехоустойчивости и расширение частотного диапазона. Поочередно квадратируют опорное, в качестве которого используют постоянное напряжение, и измеряемое напряжение. Квадратирование осуществляют в течение одинаковых интервалов времени, равных времени квадратирования. При этом формируют нулевой уровень напряжения , из результата квадратирования выделяют первую гармонику и измеряют ее начальную фазу. Устройство, реализующее способ, содержит управляемые ключи 2 и 4, квадратор 3, фазоизмерительный блок 6,отсчетный блок 7, блок 8 синхронизации и тактовый генератор 9. Реализация изобретения позволяет снизить погрешность до 0,005%. При зтом фаза первой гармоники меньше подвержена влиянию помех , чем другие параметры сигнала, Кроме того, может быть расширен часс (Л (PU8. 3
СОЮЭ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН (19) (11) А1 (51)4 G01 R 19 02
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ВСЕСМК61! - %
13,",,,", „13
БМВЛИОТИ4
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3769113!24-21 (22) 09.07 ° 84 (46) 30.07.86. Бюл. Ф 28 (71) Томский ордена Октябрьской Рево-. люции и ордена Трудового Красного
Знамени политехнический институт им. С, М. Кирова (72),А. И. Лещенко и И. С. Гусева (53) 621.317.7(088.8) (56) Измерительная техника, 1968, N -9, с, 55-56.
Авторское свидетельство СССР
У 761920, кл. G 01 R 19/02, 1978. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКИХ ЗНАЧЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЙ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО
ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение может быть использовано в приборах для измерения эффективного значения переменного напряжения. цм(ь изобретения — повышение точности, помехоустойчивости и расширение частотного диапазона. Пооче- . редно квадратируют опорное, в качестве которого используют постоянное напряжение, и измеряемое напряжение.
Квадратирование осуществляют в течение одинаковых интервалов времени, равных времени квадратирования. При этом формируют нулевой уровень напряжения, из результата квадратирования выделяют первую гармонику и измеряют ее начальную фазу. Устройство, реализующее способ, содержит управляемые ключи 2 и 4, квадратор 3, фазоизмерительный блок 6, отсчетный блок 7, блок 8 синхронизации и тактовый генератор 9. Реализация изобретения позволяет снизить погрешность до 0,005%. При этом фаза первой гармоники меньше подвержена влиянию помех, чем другие параметры сигнала
Кроме того, может быть расширен час124 77á5 тотный диапазон измеряемого напряже- ния. Способ и устройство могут быть ния за счет соответствующего выбора . использованы в случае отличия формы частоты тактовых импульсов по отно- 1 измеряемого напряжения от синусоишению к частоте измеряемого напряже- дального, 2 с.п. ф-лы, 5 ил, Изобретение бтносится к электроизмерениям и может быть использовано в приборах для измерения эффективного значения переменного напряжения.
Цель изобретения — повышение точности и помехоустойчивости и расшире" ние частотного диапазона путем преобразования среднеквадратического значения в начальную фазу первой гармоники напряжения, формируемого из
I опорного и измеряемого напряжений..
На фиг. 1 приведена временная диаграмма напряжения, формируемого из опорного и измеряемого напряжений; на фиг, 2 — зависимость началь-. ной фазы первой гармоники напряжения, приведенного на фиг. 1, от отношения частоты измеряемого сигнала к частоте первой гармоники; на фиг.3функциональная схема устройства для измерения среднеквадратического значения переменного напряжения; на фиг. 4 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства, на фиг. 5— блок синхронизации.
Способ . измерения среднеквадрати ческих значений напряжений произ.волЬной формы заключается в том, что из опорного и измеряемого напряжений формируют периодическое напряжение, которое в течение трети .его периода равно постоянному квадрату опорного напряжения, в течение второй трети периода - квадрату из" меряемого напряжения и в теченйе .последней трети периода — нуль, после чего из него выделяют первую гармонику и измеряют его начальную фаsy относительно начала последней трети периода формируемого напряжения.
Устройство для осуществления спо соба содержит источник 1 постоянного опорного напряжения, который через первый управляемый ключ 2 соединен с входом квадратора Э, к которому
T„ при - 20 при В э1пЧИпри при — < < Tè 2 суммарная длительность опорного импульса и импульса квадрата измеряемого напряжения в сформированном напряжении; амплитуда импульса опорного напряжения в сформированном напряжении; амплитуда измеряемого напряжения; частота измеряемого напряжения. О где ҄— АВ— 40 Если Т = T> 2 2 .Tl 3 3 cd где Т - период сформированного нап-, ряжения; )- ци лическая частота первой гармоники, через второй управляемый ключ 4 под- ключена входная шина. Выход квадра" тора .3 через фильтр 5 первой гармоники подключен к первому входу фазоизмерительного блока б, выход кото, рого соединен с цифровым отсчетным-. блоком 7. Управляющие входы управ" ляемых ключей 2, 4 и фазоиэмерительного блока б подключены соответст10 венно к первому, второму и третьему выходам блока 8 синхронизации, вход которого соединен с выходом тактового генератора 9. Сущность способа состоит в следующем. Из опорного напряжения квадрата измеряемого напряжения формируют напряжение вида (фиг. 1) 1247765 4 то можно определить коэффициенты .Фурье для первой гармоники функции (1) Т Т„ 2 2 (1)со )(b = 1 т Т ч 2 2 Начальная фаза первой гармоники равна Ь Ч =arctq-— а1 (3) ,Подставив в соотношения (2) значения f(t) системы (1), получаем после ,преобразований ()2. (21! ji 3 ь=- — — х T 2u) 82 ЕА2 В результате подстановки а и Ъ в 1 равенство (3), получаем 14а А-В(-.- — — — ) 2 4g - ) =-аг«a.-— — T-q-„-; — — ° А+В(- g ð-г — —.) Еслибы» 3, что определяется выбором периода сформированного напряжения (фиг. 1), то можно показать, В что 11 =2-, т. е. начальная фаза сфор30, мированного напряжения пропорциональ на среднеквадратичному значению из- 40 меряемого напряжения, Из фиг. 2 вид5l но, что необходимо, чтобы у>8 ° Устройство для осуществления способа работает следующим образом. 4 Генератор,9 формирует тактовые импульсы (фиг. 4, а), поступающие на блок 8 синхронизации, состоящий, например, из трех D-триггеров (фиг. 5). Блок 8 синхронизации фор- 50 мирует на первом и втором выходах импульсы, управляющие ключами 2 и 4, а также фазоизмерительным блоком (фиг. 4 б, в, г) ° На вход квадратора подаются поочередно через ключ 2 55 опорные напряжения от источника 1 (фиг. 4, д), через ключ 4"измеряемое напряжение с входной шины (фиг. 4, е), после чего ключи 2 и 4 размыкаются, и до прихода следующего тактового импульса с генератора 9 напряжение на входе квадратора 3 равно нулю. Выходное напряжение квадратора (фиг. 4, ж) поступает на фильтр 5 первой гармоники. Первая гармоника (фиг. 4, з) подается на фазоизмерительный блок 6, измеряющий начальную фазу первой гармоники, которая фиксируется цифровым отсчетным блоком 7. Результаты экспериментов показывают, что предлагаемый способ измерения -среднеквадратических значений переменного напряжения позволяет сни" ,г зить погрешность до 0,005Х ° Фаза первой гармоники меньше подвержена влиянию помех, чем другие параметры сигнала. Кроме того, может быть расширен частотный диапазон измеряемого напряжения за счет соответствующего выбора частоты тактовых импульсов по отношению к частоте измеряемого напряжения. Можно показать математически, что предлагаемые способ и устройство могут быть использованы в случае отли-чия формы измеряемого напряжения от синусоидальной. Формула изобретения 1 Способ измерения среднеквадратических значений напряжений произвольной формы, заключающийся в поочередном квадратировании опорного и измеряемого напряжения в течение одинаковых интервалов времени, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, помехоустойчивости и расширения частотного диапазона, в качестве опорного напряжения используют постоянное напряжение в течение интервала времени, равного интервалам времени квадратирования опорного и измеряемого напряжения, формируют нулевой уровень напряжения, из результата квадратирования выделяют первую гармонику и из" меряют ее начальную фазу. 2, Устройство для измерения среднеквадратических значений напряжений произвольной формы, содержащее квадратор, к входу которого подключены первый и второй управляемые ключи, с входом второго ключа соединена входная шина, к управляющим входам ключей подключены выходы блока синхронизации, вход которого соединен с 1247765: ГФ 0 ФЮ 8 4,5 о. 7,б У ХО5 12 Я/ж ®И8. Г выходом тактового генератора и так" же цифровой отсчетный блок, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, помехоустойчивости и расширения частотного диапазона, в него дополнительно вве ден источник постоянного опорного напряжения, соединенный с входом ! первого управляемого ключа, фильтр первой гармоники, включенный между выходом квадратора и первым входом фазоизмерительного блока, второй вход которого соединен с дополнительным выходом блока синхронизации, а выход — с входом цифрового отсчетного блока. 1247765 A/Õ менщалора Вых.t б Вых,z 8bM.lg 4Ъск, Кл-1 д JàïII N7 Д 8blA квадро тора >An pupbrPd инерааору8 Вик,g gav;E Qua ° $ алых.Ш Составитель A- Пучковский „ Редактор Н. Швыдкая Техред И.Бонкало Корректор Л. Пилипенко Заказ 4118/43 Тираж 728 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Подписное,Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектнаяу 4
