Устройство для измерения частоты

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при разработке регуляторов частоты электрических станций, скорости вращения турбоэнергоблоков, а также систем регулирования и автоматики электроприводов. Цель изобретения - повышение точности измерений - достигается за счет устранения амплитудной погрешности выходной характеристики , а повышение надежности - за счет упрощения настройки при изменении добротности резонансного контура. Устройство содержит усилители-ограничители 1 и 4, буферные каскады 2 и 5, блок 3 преобразования частоты в фазу, сумматор 6, вычитатель 7, блоки 8 и 9 выпрямления аналоговый вычитатель 10, сглаживающий фильтр 11, выходной блок 12. Погрешность за счет нелинейности в узком диапазоне оказывается в зоне нечувствительности прибора меньше 0,06%. 2 ил. (О

СОЮЗ ССЕЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Al (19) (И1 (50 4 G 01 R 25/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ /1

Фи8. 7

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3383053/24.-21 (22) 14.01.82 (46) 30.01.87. Вюл. ¹ 4 (71) Челябинский политехнический институт (72) Н.Е.Решетов, М.С.Розкина и Г.N.Òîðáåíêîâ (53) 621.317.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 453642 кл. G 01 К 23/02, 1974.

Авторское свидетельство СССР № 372508, кл. G 01 R 25/04, 1973. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ

4 (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при разработке регуляторов частоты электрических станций, скорости вращения турбоэнергоблоков, а также систем регулирования и автоматики электроприводов. Цель изобретения — повышение точности измерений — достигается за счет устранения амплитудной погрешности выходной характеристики, а повышение надежности — за счет упрощения настройки при изменении добротности резонансного контура. Устройство содержит усилители-ограничители 1 и 4, буферные каскады 2 и 5, блок 3 преобразования частоты в фазу, сумматор 6, вычитатель 7, блоки 8 и 9 выпрямления, аналоговый вычитатель 10, сглаживающий фильтр 11, выходной блок 12. Погрешность за счет нелинейности в узком диапазоне оказывается в зоне нечувствительности прибора меньше

0,06Х. 2 ил.

1287038 2 и вычитателя 7 и блока 3 преобразования частоты, выполненного на последовательном резонансном контуре с д одновременным сдвигом фазы на 90 за счет включения емкости в обратную связь усилителя. На выходе блока 3 формируется сигнал <синусоидальной формы, амплитуда которого определяется А11Х блока 3. Для устранения неравномерности АЧХ в измеряемом диапазоне частот этот сигнал поступает на второй усилитель-ограничитель 4 и й-, через буферный каскад 5 стабильный сигнал прямоугольной формы подается на сумматор 6 и вычитатель 7. С выb- ходов сумматора 6 и вычитателя 7 сигналы поступают на входы двухполупериодных блоков выпрямления 8 и 9, после которых поступают на аналоговый вычитатель 10, а затем через фильтр — 11 на выходной блок 12, представляю1й щий собой повторитель тока, выходной ток которого не зависит от величины нагрузки.

Если рассмотреть сигнал на выходах сумматора 6 и вычитателя 7, то, исходя из векторной диаграммы для

1 первой гармоники (фиг.2), будем иметь м Vz Ж +V +2V V . cosip

V =, +V +2V Ч os(180- Ч ), 1

QT»

«к < С с (Я) =arctg-- — -- -";

R где q =- — (у(и);

С„, R — параметры последовательного резонансного контура.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при разработке регуляторов частоты электрических станций а также регуляторов скорости вращения турбоэнергоблоков, систем регулирования и автоматики электроприводов.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет устранения амплитудной погрешности выходной характеристики и повышение надежности за счет упрощения настро .ки при изменении добротнос.ти резонансного контура.

На фиг,1 представлена функционал ная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — векторная диаграмма, поясняющая работу предлагаемого устройства.

Устройство содержит первый усили тель-ограничитель 1, первый буфернь каСкад 2, блок 3 преобразования час тоты в фазу, второй усилитель-ограничитель 4, второй буферный каскад 5, сумматор 6, вычитатель 7, первый и второй блоки выпрямления 8 и 9, ана логовый вычитатель 10, сглаживающий фильтр 11 и выходной блок 12. Входо устройства является вход первого ус лителя-ограничителя 1, выход которого соединен с входом первого буферного каскада 2, первый выход которого соединен с первыми входами сумматора 6 и вычитателя 7, а второй вход через последовательно соединенные блок 3 преобразования частоты в фазу, второй усилитель-ограничитель 4 и второй буферный каскад 5 соединен с вторыми

40 входами сумматора 6 и вычитателя 7, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго блоков выпрямления 8 и 9, выходы которых соединены соответственно с пер45 вым и вторым входами аналогового вычитателя 10, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра 11, выход которого соединен с входом выходного блока 12.

Устройство работает следующим об—

50 разом.

Напряжение U „ произвольной формы и амплитуды измеряемой частоты подается на вход усилителя-ограничителя 1, который формирует прямоугольный сиг55 нал, поступающий на буферный каскад

?, который формирует из прямоугольного сигнала сигналы для сумматора 6

Так как V =U V» то

Ч.

V =V g2+2cosc) =V 12 1+созе =2V cos —;

Ь о о о

° V

Ч =Ч - 2-2соз((=V+2<1-соя =2V sin —, Эти сигналы подаются на входы аналогового вычитателя 10, сигнал на выходе которого равен

V =-V -V =2U (cos- — sin-)=

Ф

<о 6 г о 2 2 !

=2V +2cns(-+ ) =2Ч csin(- — -) = о 4 2 о 4 2 г- . 1 сР(со)

=2V 2sin(— — -+ ----);

4 4 2

@0 )

V =-2+2V s in---o 2 где Ч вЂ” стабилизированное значение напряжения, не зависящее от частоты;

1287038

> (я) (1 1

2 Ц+а" п значения. и Ь

Риа.2

ВНИИПИ Заказ 7711/46 Тираж 730 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1 (.а 1.——

4) 0 с () =агс и р---- — — в общем случае

R нелинейная зависимость от частоты.

Лля диапазона частот + ьу вблизи >(а) резонансной и, при -- (с1 о

2> ы

Ц (ы)=агсср(---Q), 44с

Р .{>,С

6И

Обозначим 2Я--=а. Тогда о

sin и> (а) =sin arctic а; а

arctic à =arcsin- — =т, 41+а а

sin <ф (о) =sin aresin ; .11+а

Ч(с ) а

sin-- — = -=-;.

2 2 1+а

Ч(я) ьы

Для случая h ы /и са 1 s in — --=0 — =А о

2 .И

Итак, в заданном диапазоне

V =2 "Г2Ч

6Сд выл и И

Чтобы оценить погрешность за счет ц(ь) нелинейности, выразим sin- — — через аи — беэ допущений

4 »

Определим погрешность за счет нелинейности при измерении величины отклонения частоты от номинального

> A> -Aи

8 7. = — --"n 100 7

А, В герцах эта погрешность аи И

5=8 7- — "- (Гц);

100% о hf „

Погрешность за счет нелинейности при измерении абсолютного значения частоты можно определить как погреш-! ность в герцах и, отнесенная к измеряемому значению частоты 7 1 f, h 7 1сГ Я7

1007 (f„ kf„) 1007 f„ 1007

И соответственно II % - =1с о 7..

При добротности контура Я=1 для 1с=0,1

5 будет соответственно о 7.=17 3 7. =0,17максимальное значение погрешности на границе диапазона. Внутри диапазона измерения отклонений частоты

10 от номинального значения погрешность за счет нелинейности а 7 «О, 17. В реальном устройстве Q = 1,5 и погрешность за счет нелинейности в узком диапазоне оказывается в зоне нечувствительности прибора (меньше 0,067).

Формула изобретения

Устройство для измерения частоты, 20 содержащее первый усилитель-ограничитель, вход которого является входом устройства, блок преобразования частоты в фазу и последовательно соединенные сглаживающий фильтр и выходной блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности измерения и надежности устройства, введены первый буферный каскад, последовательно соединенные втоЗ0 рой усилитель-ограничитель и второй буферный каскад, сумматор, вычитатель, первый и второй блоки выпрямления и аналоговый вычитатель, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра, а первый и второй входы

35 соединены соответственно с выходами первого и второго блоков выпрямления, входы которых соединены соответственно с выходами сумматора и вычитателя, 40 первые входы которых соединены с первым выходом первого буферного каскада, а вторые входы — с выходом второго буферного каскада, причем вход первого буферного каскада соединен

45 с выходом первого усилителя-ограничителя, а второй выход первого буферно го каскада соединен с входам блока преобразования частоты в фазу, выход которого соединен с входом втдрого усилителя-ограничителя.