Способ измерения действующего значения переменных напряжений

 

Использование: измерение действующих значений переменных напряжений, содержащих четные гармоники. Сущность изобретения: выпрямляют измеряемое напряжение , масштабируют с коэффициентом Ki - Кф1Кф2(Ка1 - Кз2)/Кф1.Ка1 - Кф2.Ка2, Где Ка1, Ка2, Кф1, Кф2 - соответственно коэффициенты амплитуды и формы двух заданных напряжений , определяют модуль суммы амплитуд полуволн измеряемого напряжения , масштабируют сумму с коэффициентом К2 Кф1 - Кф2/2.(Кф1.Ка1 - Кф2.Ка2), масштабируют алгебраическую сумму полуволн измеряемого напряжения с коэффициентом Кз S , S -1 - 2 Ki.(S - 1) - K2.S2/S:(S - 2). где S - скважность заданного напряжения, суммируют и усредняют результаты масштабных преобразований.4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ям G 01 R 19/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (Л

4

М (Л

Ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4756470/21 (22) 01.11.89 (46) 07.04.92. Бюл.№13 (71) Московский институт электронной техники (72) А.А.Дроздов, А.Ю. Петухов, В.И.Петухов и К.В.Тимофеев (53) 621.317.322 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 970243, кл. G 01 R 19/02, 29.12.85.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1270710, кл. G 01 R 19/02, 08.02.80. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ (57) Использование: измерение действующих значений переменных напряжений, co.Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении несинусоидальных переменных напряжений в электрическихцепях.

Известен способ измерения действующего значения переменного напряжения, заключающийся в возведении в квадрат, усреднении и извлечении корня и позволяющий определять действующее значение переменных напряжений любой формы.

Недостатком данного способа является сложность операции возведения в квадрат и корнеизвлечения.

Известен способ измерения действующего значения переменного напряжения, заключающийся в термоэлектрическом преобразовании с последующим измерением температуры нагрева термоэлемента и имеющий широкий частотный диапазон, но по(» ЯЛ«1725140А1 держащих четные гармоники. Сущность изобретения: выпрямляют измеряемое напряжение, масштабируют с коэффициентом

К1= Кф1Кф2(Ка1 Ка2)/Кф1.Ка1 Кф2 Ка2 где Ка1.

Ка2, Кф1, Кф2 — СООтВЕтСтВЕННО КОЭффИцИЕНты амплитуды и формы двух заданных напряжений, определяют модуль суммы амплитуд полуволн измеряемого напряжения, масштабируют сумму с коэффициентом

K2= Кф1- Кф2/2.(Кф1.Ка1 Кф2.Ka2), масштабируют алгебраическую сумму полуволн измеряемого напряжения с коэффициентом K3 =

S.,$ — 1 - 2 К1.(S - 1) - K2.S /$:($ - 2), где S — скважность заданного напряжения, суммируют и усредняют результаты масштабных преобразований. 4 ил. греш ность измерения за висит от темпе ратуры окружающей среды.

Известен способ измерения действующего значения переменного синусоидального напряжения, заключающийся в линейном выпрямлении, масштабном преобразовании и усреднении измеряемого напряжения.

Недостаток способа — наличие методической погрешности при измерении действующих значений несинусоидальных напряжений, Наиболее близким к предлагаемому по сущности и достигаемому положительному эффекту является способ измерения действующего значения переменного напряжения, заключающийся в линейном выпрямлении, первом масштабном преобразовании с коэффициентом К1, выделения амплитуды сигнала, втором масштабном преобразовании с коэффициентом К2, сум1725140 к<р< (<<а<- ка )

К,= р ку, "а,- к<р . ка мировании и усреднении полученного результата. При относительной простоте способа возможно измерение действующего значения переменных несинусоидальных напряжений с нечетными гармониками.

Недостатком известного способа является то, что при измерении действующего значения несинусоидальных напряжений, содержащих четные гармоники, из-за отличия амплитудных значений полуволн измеряемого напряжения вносится значител ьная методическая и огре ш ность.

Цель изобретения — повышение точности измерения действующего значения переменных напряжений, содержащих четные гармоники.

Поставленная цель достигается тем, что при способе измерения действующего значения переменных напряжений, основанном на первом линейном выпрямлении измеряемого напряжения, первом масштабном преобразовании с коэффициентом где Ка, Каъ Кф<, Кфг — соответственно коэффициенты амплитуды и формы двух заданных симметричных относительно оси времени напряжений, отличающихся друг от друга формой, одновременно с линейным выпрямлением измеряют значение амплитуд положительной и отрицательной полуволн измеряемого напряжения, суммируют значения амплитуд положительной полуволны с инвертированным значением амплитуды отрицательной полуволны, осуществляют масштабное преобразование полученной суммы с коэффициентом

Kq< к<а

2 (к9 к < "ч «a2) суммируют значения амплитуд положительной и отрицательной полуволн, осуществляют линейное выпрямление полученной суммы с последующим масштабным преобразованием выпрямленного значения с коэффициентом и

545- < - 2 к, (5-6- К 5

К = б (з-ц где $ — скважность заданного несимметричного (Я."2) прямоугольного напряжения с нулевой постоянной составляющей, затем осуществляют суммирование результатов масштабных преобразований и усреднение полученной суммы.

На фиг,1 показана структурная схема устройства, реализующего способ измерения действующего значения переменных

55 напряжений; на фиг.2 — эпюры напряжений; на фиг.3 и 4 — график и схема, поясняющие предлагаемый способ, соответственно.

Устройство для измерения действующего значения переменных напряжений содержит последовательно включенные первый измерительный выпрямитель 1, первый масштабный преобразователь 2, первый аналоговый сумматор 3 и индикатор 4 среднего значения, два пиковых детектора

5 и 6, последовательно включенные второй аналоговый сумматор 7 и второй масштабный преобразователь 8, последовательно включенные третий аналоговый сумматор 9, второй измерительный выпрямитель 10 и третий масштабный преобразователь 11, причем входы пиковых детекторов 5 и 6 соединены с входом измерительного выпрямителя 1 и являются входом устройства, выход первого пикового детектора 5 подключен к неинвертирующему входу второго аналогового сумматора 7<первому входу третьего аналогового сумматора 9, выход второго пикового детектора 6 подключен к инвертирующему входу второго аналогового сумматора 7 и второму входу третьего аналогового сумматора 9, выходы второго 8 и третьего 11 масштабных преобразователей подключены к соответствующим входам первого аналогового сумматора 3.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом, Измеряемое переменное напряжение (фиг.2а) подается на входы измерительного выпрямителя 1 и пиковых детекторов 5 и 6, выпрямленное напряжение(фиг.2б), получаемое с выхода измерительного выпрямителя 1, масштабно преобразуется с коэффициентом К, первым масштабным преобразователем 2 (фиг.2в) и подается на первый вход аналогового сумматора 3, На выходах пиковых детекторов 5 и 6 появляются постоянные положительное и отрицательное напряжения, по величине равные амплитудам нижней и верхней полуволн входного несинусоидального напряжения (фиг.2г, д), которые подаются на входы второго 7 и третьего 9 аналоговых сумматоров, на выходах которых соответственно получаются постоянные напряжения, равные размаху и разности амплитуд положительной и отрицательной полуволн входного напряжения (фиг,2е, ж). Равное размаху входного сигнала напряжение с выхода второго аналогового сумматора 7 масштабируется с коэффициентом К,вторым масштабным преобразователем 8 и подается на второй вход первого аналогового сумматора 3.

1725140

Разностное напряжение с выхода третьего аналогового сумматора 9 выпрямляется вторым измерительным выпрямителем 10, масштабируется с коэффициентом

Кз третьим масштабным. преобразователем

11 и подается на третий вход первого аналогового сумматора 3. Суммарный сигнал с выхода первого аналогового сумматора 3 (фиг.2з) подается на индикатор средневыпрямленного значения, который, в свою очередь, усредняя поданный на его вход сигнал, индицирует действующее значение измеряемого напряжения.

Таким образом, действующее значение в предлагаемом устройстве определяется из выражения

Од = К1.Ucs + К2.(Ua, Ua ) + КЗ.(Ua Ua ), (") где Оса — средневыпрямленное значение напряжения;

Оа и Оа — амплитуды положительной и отрицательной полуволн исходного напряжения;

К1, К2 — весовые коэффициенты, которые выбираются из расчета ликвидации методической погрешности при измерении действующих значений двух заранее выбранных различных по форме переменных напряжений, не содержащих четные гармоники;

Кз — весовой коэффициент, который выбирается из расчета исключения методической погрешности при измерении действующего значения переменного прямоугольного напряжения с заранее заданной скважностью.

Исходя из того, что погрешность измерения действующего значения для двух выбранных напряжений, не содержащих четные гармоники, с различными коэффициентами формами должна быть равна нулю, и, учитывая то, что для сигналов, не содержащих четные гармоники

Ua+ = Ua-, (2) подставив известные соотношения

Оса = Од/Кф (3)

Ua = Од.Ка (4) в выражение (1) для первого и второго переменных напряжений, получают систему уравнений

Од» = К1(Од1/Кф1 + г. К2(К,».Од1);

Од2 = К1(Од2/ Кф2 + 2. К2(Ка2) Од2 (5)

Решая систему уравнений (5), получают (Ка,-"o<1Ку< q z

К< )

К»р Ка К<р» Ка»

К,,- К, kg = а (К„,К„-k+„K„,) Исходя из того, что при измерении действующего значения переменного прямоугольного напряжения с заранее заданной скважностью методическая погрешность

5 должна быть равна нулю, и подставив известные для переменного прямоугольного напряжения соотношение

2 (Н åÅ 0<»< 6 я-»10 а+ »а А >

QS-»

6-2

И,-»»a= u»<, / с15-<

15 в выражение (1), получают уравнение (-») 5 5-2 ,» = К <» 2 — + k g

Q -Д:7 5-» 45 - »

Решив (12) относительно Кз, получают 5-» 2 К»(5»»»6-Kò 5 (б-2.!

Учитывая, что для переменных прямоугольных напряжений с соотношением

25 скважностей

$1= „, (13) значение коэффициента Кз получается одинаковым, то можно ограничиться множест30 вом переменных прямоугольных напряжений со скважностью $ > 2. В результате окончательно получают выражение для вычисления коэффициента Кз:

$=3, то, подставив значения К1, К2, в (14), получают 5-»-2 "» (5-»)(>-к2 5 3

Б- Я.

В качестве двух переменных напряжений с различными коэффициентами формы, не содержащими четных гармоник, имеет

40 смысл выбрать синусоидальное напряжение, для которого

Кф1= m /2 2; Ка1 2, и двуполярный меандр, для которого

Кф2= 1; Кф2= 1.

45 Подставив значения Кф1, Кф2, Ка1, Ка2 в (6) и (7), получают

К1 = 0,8; K2 = 0,1.

Третье переменное прямоугольное напряжение с заранее заданной скважностью, 50 при измерении действующего значения которого методическая погрешность отсутствует, выбирают из соображений уменьшения методической погрешности измерения для определенного класса сигна55 лов. Если, например, задаться скважностью

1?25140

Кз = 0,04? 0,05.

При таком выборе значений коэффициент K>, Kz, Кз исключается методическая погрешность при измерении трех видов переменных напряжений различной заранее заданной формы и снижается до 1,5% методическая погрешность при измерении действующего значения переменных несинусоидальных напряжений, содержащих четные гармоники с К< 40%.

Формула изобретения

Способ измерения действующего значения переменных напряжений, основанный на линейном выпрямлении измеряемого напряжения, масштабном преобразовании с коэффициентом

Ч>« . )2 ("<« - <<21

K,-= Kq>, ка<-К Р2 Ка2 где К „, К>... Кф„, Кф, — соответственно коэффициенты амплитуды и формы двух заданных симметричных относительно оси времени напряжений, отличающихся друг отдруга формой, отл ич а ю щи и с ятем, что, с целью повышения точности измерения действующего значения переменных напряжений, содержащих четные гармоники, одновременно с линейным выпрямлением измеряют значение амплитуд положительной и отрицательной полуволн измеряемого напряжения, суммируют зна5 чения амплитуд положительной полуволны с инвертированным значением амплитуды отрицательной полуволны, осуществляют масштабное преобразование полученной суммы с коэффициентом

10 9< KР2

К = ) а (К,р, К,,-К,р, KÄg суммируют значения амплитуд положительной и отрицательной полуволн, осуществля15 ют линейное выпрямление полученной суммы с последующим масштабным преобразованием выпрямленного значения с коэффициентом

5Я-<-2 К< (5 <1-К2 5

20 б. (5-2? 7 где S — скважность заданного несимметричного ($ 2) прямоугольного напряжения с нулевой постоянной составляющей, 25 затем осуществляют суммирование результатов масштабных преобразований и усреднение полученной суммы.

1725140

1725140

1С л

45

Составитель А.Дроздов

Техред М.Моргентал Корректор О,Ципле

Редактор И.Шмакова

Заказ 1173 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

I !

f I !