Способ измерения напряжения в области инфразвуковых частот

 

Изобретение может быть использовано в точных средствах измерения напряжения. Цель изобретения - упрощение и повышение точности измерений. Указанная цель достигается путем формирования вспомогательного напряжения посредством поочередной коммутации стабильных и равных по амплитуде синусоидальных напряжений двухфазного генератора, частоту которого устанавливают в соответствии с частотой измеряемого напряжения, при этом отношение частоты коммутации к частоте коммутируемых напряжений выбирают кратным четырем, а период коммутации - не менее чем на порядок меньшим тепловой постоянной времени термопреобразователя . Измерение осуществляют в два этапа: сначала, установив фазовый сдвиг между коммутируемыми 0°. равным путем однапряже ниями новременного одинакового регулирования амплитуд коммутируемых напряжений производят уравновешивание измеряемого напряжения вспомогательным напряжением, затемаустановив фазовый сдвиг равным 90°, производят уравновешивание выставленного вспомогательного напряжения известным постоянным напряжением, по значению которого судят о среднеквадратическом значении измеряемого напряжения. 3 ил. О С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„, Я0„„1651219

А1 (51)5 С 01 К 19/00 л л,,Р,1 У

1 (1 . ; ф

ЛОт1= -„

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ИТОЖНОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4611699/21 (22) 30. 11. 88 (46) 23. 05. 91. Бюл. Р f 9 (72) В.А.Мокрицкий, А.В.Серкиз и O.И.Чайковский (53 } 621. 31 7. 725 (088. 8) (56) Schoenwet ter H.K. NBS Provides Voltage Calibration Service in.

0,1-10 Hz Range Using АС Voltmeter

Kalibrator. — ХЕЕЕ Trans. Instrum.

Neas. 1979, ч. im-28, N 4, December, . р. 327-331.

Schoenwetter Н.K. An Voltage

Calibration for the О, 1 Hz o 10Hz

Frequency Range. — U.S.Department

of Сатпшегсе — ИВ$ ТесЬп. Note - 1983

N 1182, р. 1-29. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В

ОБЛАСТИ ИНФРАЗВУКОВЫХ ЧАСТОТ (57) Изобретение может быть использовано в точных средствах измерения напряжения. Цель изобретения — упрощение и повышение точности измерений.

Указанная цель достигается путем формирования вспомогательного напряИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании точных средств измерения напряжения в области инфразвуковых частот.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг. 1 представлено устройство, реализующее способ измерения; на

2 жения посредством поочередной коммутации стабильных и равных по амплитуде синусоидальных напряжений двухфазного генератора, частоту которого

1 устанавливают в соответствии с частотой измеряемого напряжения, при этом отношение частоты коммутации к частоте коммутируемых напряжений выбирают кратным четырем, а период коммутации — не менее чем на порядок мень.шим тепловой постоянной времени термопреобразователя. Измерение осуществляют в два этапа: сначала, установив фазовый сдвиг между коммутируемыми напряжениями равным Оо, путем од- новременного одинакового регулирования амплитуд коммутируемых иац- ; ф ряжений производят уравновешивайие измеряемого напряжения вспомогательным напряжением, затем,устано- . о вив фазовый сдвиг равным 90, производят уравновешивание выставленного 1 вспомогательного напряжения известным постоянным напряжением, по значению которого судят о среднеквадратическом (д значении измеряемого напряжения. 3 ил. фиг. 2 — временные диаграммы сигналов, поясняющие сущность способа; на фиг. 3 — формирователь коммутирующих функций. й, Устройство содержит формирователь

1 вспомогательного напряжения, выполненный с применением регулируемого по уровню двухфазного генератора 2 равных по амплитуде синусоидальных

1651219 колебаний, фазовый сдвиг между которыми можно установить 0 или 90., формиб ( рователя 3 коммутирующих функций и двух коммутаторов 4 и 5 напряжения, частотомер б, переключатель 7, термопреобразователь 8, измеритель 9 постоянной составляющей напряжения, выполненный с применением преобразователя 10 напряжения в частоту, широтно-импульсного аппроксиматора 11 весовой функции, элемента И 12 и цифрового отсчетного устройства 13, а также калибратор 14 напряжения постоянного тока. 15

Вход устройства соединен с частотомером 6 и первым неподвижным контактом переключателя 7,.второй и третий неподвижные контакты которого соединены соответственно с выходом 20 формирователя 1 вспомогательного на,пряжения и выходом калибратора 14 напряжения постоянного тока, а подвижный контакт через термопрвобразователь 8 подключен к измерителю 9 посто-У5 янной составляющей напряжения. Сиг.— нальные выходы двухфазного генератора 2 подключены к сигнальным входам ,коммутаторов 4 и 5 напряжения, выхо,ды которых объединены и образуют вы,ход формирователя 1 вспомогательного напряжения.

Управляющие входы коммутаторов 4 и 5 напряжения соединены соответственно с первым и вторым выходами формиро-

55 вателя 3 коммутирующих функций,. который своими первым и вторым выходами подключен к соответствующим синхронизирующим выходам двухфазного генера« тора 2. Входом измерителя 9 постоян- 40 ной составляющей напряжения является вход преобразователя 10 напряжения в частоту, выход которого подключен к первому входу элемента И 12, второй вход которого соединен с.первым выхо» дом широтно-импульсного аппрокснматора 11 весовой функции, а выход — с информационным входом цифрового отсчетного устройства 13, которое своим установочным входом подключено к вто50 рому выходу широтно-импульсного аппроксиматора 11 весовой функции.

На временных диаграммах приняты следующие обозначения: U (фиг.2а) и U< (фиг. 2б) — исходные сикусоидальные напряжения на первом и втором фазных выходах двухфазного генеI ф ратора 2, при этом U< и U< представляют собой напряжение U при его фазовом сдвиге относительно U< равном1 соответственно 0 и 90, т.е. на пер-.1 вом и втором этапах измерения; F (фиг.2в) и F (фиг. 2г) — единичные коммутирующие функции соответственно на первом и втором выходах формирователя 3 коммутирующих функций; U (фиг. 2д) — вспомогательное напряжение на выходе формирователя 1 вспомогательного напряжения при фа-, зовом сдвиге между исходными напряжениями U и U равном О, U> (фиг. 2е) — вспомогательное,напряжение на выходе формирователя 1 вспомо-; гательного напряжения при фазовом сдвиге межпу напряжениями U и Uy, равном 90

Формирователь 3 коммутирующих функций (фиг. 3) содержит триггер

15, одновибратор 16 и элементы И 17. и 18.

Способ измерения реализуется следующим образом.

Измерение среднеквадратического значения исследуемого напряжения U

В осуществляется в два этапа.

На первом этапе с помощью частотомера 6 определяют частоту S2 ( измеряемого напряжения U» после чего на двухфазном генераторе 2 устанавливают частоту Q, исходя из условия

Q =Я„.

Фазовый сдвиг между напряжениями U1 и Ug устанавливают9=0 . Тогда выходное напряжение формирователя 1 вспомогательного напряжения

1 имеет вид (фиг. 2д) ц =(ц F,+ U F ) singtU«p, +

+(1+3„)РД 8(ПЯК=С„„(Р, +Р ) sin9t+

+JuUN Гуaxngt9

«Upend Usmc>> где j»= — — — — — относительное расхождение амплитуд напряжений U и Ug.

Установив переключатель 7 в пер» вое (верхнее) положение, производят измерение квадрата среднеквадратнческого значения напряжения U Измеряемое напряжение U .подается на вход; термопреобразователя 8, где преобразуегся втермоэлектродвижуцую силу е,, пропорциональную квадрату измеряемого напряжения.. Выделение постоянной составляющей е,(© термоэлектродвижущей скпы, несущей информацию о квад5

16512 рате среднеквадратического значения

U>, и ее измерение осуществляется в цифровом виде методом весового интегрирования с помощью измерителя 9 постоянной составляющей напряжения. Для этого термоэлектродвижущая сила термопреобразователя 8 подается на вход преобразователя 10 напряжения в частоту, где преобразуется 10 в частоту импульсов. Определение среднего значения частоты Йа„„ преобразователя 10 напряжения в частоту и тем самым выделение постоянной составляющей е термопреобразователя 8 производится путем умножения частоты fпgq на значение весовой функции g(t), которую формируют в виде последовательности широтно-модулированных импульсов. Формирование

20 последовательности широтно-модулированных импульсов, аппроксимирующих весовую функцию g(t), осуществляется с помощью широтно импульсного аппрок симатора 11, который может быть выполнен на базе последовательного .соединения генератора тактовых импуль-сов и широтно-импульсного прерыва-теля..

Ыиротно-импульсный аппроксиматор t1. весовой функции работает в два цикла.

В первом цикле на его первом выходе формируется последовательность широтНо-ìoäóëèðîâàHHûõ импульсов, аппроксимирующих весовую функцию g(t). указан-35 ные импульсы подаются на первых входах элемента И 12. В результате импульсы преобразователя 10 напряжения в частоту, поступающие на второй вход элемента И 12, проходят на выход по- 40 следнего только во время существования импульсов на первом выхода аппрок- симатора 11.

Таким образом, элемент И 12 выполняет функцию умножения частоты f „„„ 45 на весовую функцию g(t). Количество импульсов на выходе элемента И 12 в первом цикле пропорционально постоянной составляющей е термоэлектродвижущей силы термопреобразователя 8. 50

Благодаря применению весового интегрирования выделение постоянной составляющей е „ производится за сравнительно короткое время, избегая операции деления на период. 55

Во время первого цикла на втором выходе широтно-импульсного аппроксиматора 11 существует высокий потенци

19

6 ал, который, воздействуя на управляющий вход цифрового отсчетного устройства 13, обеспечивает в нем режим счета. В результате количество импульсов, прошедших.с выхода элемента И 12 на информационный вход цифрового отсчетного устройства 13, фиксируется в последнем. В течение второго цикла на втором выходе широтно-импульсного аппроксиматора 11 установлен низкий потенциал, обеспечивающий в цифровом отсчетном устройстве 13 режим хранения, при котором осуществляется индикация результата измерения, полученного н первом цикле. В момент окончания второго цикла возникаюпрлй на втором выходе широтно-импульсного аппроксиматора 11 положительный период напряжения сбрасывает цифровое отсчетное устройство 13 в нулевое состояние, после чего в нем снова устанавливается режим счета, обеспечивая тем самым повторное измерение.

Полученный результат измерения . квадрата среднеквадратического значения напряжения U ), запоминают, по" сле чего переключатель 7 переводят во второе положение, при котором на вход термопреобразователя 8 подается вспомогательное напряжение U>. Произ1 водят уравновешивание напряжения U напряжением Пз. С этой целью измеряют квадрат среднеквадратического эна1 чения вспомогательного напряжения U и сравнивают его с ранее зафиксиро--. ванным результатом измерения U

Одинаково регулируя амплитуды выходных напряжений U и У двухфазного генератора 2, изменяют уро-! вень U> так, чтобы получить показания цифрового отсчетного устройства 13 такие, какие зафиксированы при измерении Ux Так как вспомогательное напряжение U по своей форме представляет собой амплитудно-импульсную аппроксимацию синусоидального инфразвукового напряжения и принимая во внимание, что термопреобразователь на частоту импульсов не реагирует вследствие тепловой инерции, то пульсации температуры нагревателя термопреобразователя при подключении к нему измеряемого напряжения Uq u ! вспомогательного напряжения Б практически не отличаются. Это значит, что низкочастотная. погрешность пе1651219 рахода при замещении напряжения U н пряжением У незначительна. Следовательно, на йервом этапе измерений обеспечивается равенство ("е "х где U > — среднеквадратическое значение напряжения U

На втором этапе измерений на двухфазном генераторе 2, не.изменяя уров- 10 ня ранее выставленных напряжений Ug

al U, устанавливают фазовый сдвиг

P;=90 . При этом вспомогательное на- пряжение (фиг. 2е) принимает вид

° °

f5

U =U У sinQt+(1+ j< ) U>

9 йи

Во втором положении переключателя 7 производят измерение квадрата средне вадратического значения напряжения

0>». Результат. измерения, иыдицируемый 20 цифровым отсчетным устройством 13, запоминают. Установив. переключатель 7 третье положение, производят ураввовешивание напряжения .0" постояныйм напряжением О, поступающим на. вход . ермопреобразователя 8 с выхода каЛибратора 14 напряжения постоянного гока. С этой целью измеряют квадрат качения напряжения Бо и сравнивают его с. ранее зафиксированным резуль гатом измерения U+ Регулируя уровень напряжения калибратора 14, добиваются такого же показания цифрового отсчетного устройства 13, как зафиксировано при измерении U"". .Следова- 35 тельно, на втором этапе йзмерения обеспечивается равенство

"о"

В

Средйеквадратическое значение 0 измеряемого напряжения равно зыаче» 40 нию Ур напряжения, выставленного на выходе калибратора 14 на втором этапе измерений и отсчитывается непосредственно со шкалы последнего.

Формула изобретения

Способ измерения напряжения в области инфразвуковых частот, основан-" ный на разновременном сравнении с по мощью термопреобразователя измеряемого напряжения с равным или близким по частоте вспомогательным напряжением, отличающийся тем, что, с целью повышения его точности, вспомогательное напряжение формируап путем поочередной периодической коммутации стабильных и равных по амплитуде синусондальных напряжений двухфазного генератора, частоту которого устанавливают в соответствии с частотой измеряемого напряжения, при этом отношение частоты коммутации к частоте коммутируемых напряжений выбирают кратаям четырем, а.период коммутации — не менее чем на порядок меньшим тепловой постоянной времени термопреобразователя, изменение осу- . ществляют в два этапа: сначала, установив фазовый сдвиг между коммутируемыми напряжениями равным О, путем одновременного одинакового регулиро-. вания амплитуд коммутируемых. напряжений производят уравновешивание из" меряемого напряжения.вспомогательным напряжением, затем установив фазовый сдвиг равным 90, производят уравновешивание выставленного вспомогательного напряжения известным постоянным напряжением, по значению которого определяют среднеквадратнческое значение измеряемой величины.

1651219

1б 51219

Составитель Е.Игпошкин

Редактор Н. Бобкова Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор М. Самборская

Заказ 1604 Тираж 428 Подписное

ВНИИПИ Госу;ирствснного к»п тета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035,,1е кап, iK-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-из; ательский комбинат "Патент", г, Ужгород, . ул. Гагарина, 101