Способ компарирования переменного напряжения по среднеквадратичному значению

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для построения компараторов переменного напряжения . Цель изобретения - повышение точности за счет исключения постоянной составляющей переменного напряжения, Для этого опорное напряжение формируют определенным образом так, чтобы оно имело такую же постоянную составляющую, что и переменное компарируемое напряжение, При последующем получении разности между этими напряжениями простоянная составляющая исключается, 3 ил.

СО 03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИС1ИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 03 K 5/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ CCCP

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4738921/21 (22) 15,08.89 (46) 23,08,92, Бюл. ¹ 31 (71) Минский научно-исследовательский приборостроительный институт (72) В,M,Ëoçoâñêèé и В.А.Тукай (56) Прибор для поверки вольтметров переменного тока В1-9, Техническое описание ЯЫ2.761,005 ТО, (54) СПОСОБ КОМПАРИРОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПО СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОМУ ЗНАЧЕНИЮ

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для компарирования, измерения, поддержания заданной величины переменного напряжения произвольной формы.

Известен способ компарирования среднеквадратического значения напряжения, реализованный в устройстве и основанный на инвертировании измеряемого напряжения, формировании из измеряемого и проинвертированного напряжений, путем их поочередной коммутации на вход преобразователя среднеквадратического значения (ПСКЗ) на базе электротеплового преобразователя (ЭТП), синтезированного напряжения, преобразовании с помощью ПСКЗ на базе ЭТГ1 синтезированного напряжения в постоянное напряжение, сравнении данного постоянного напряжения с постоянным напряжением,: полученным путем среднеквадратического преобразования опорного постоянного напряжения, „„!Ж „„1757О95 А1 (57) Изобретение относится K им у с ой технике и может быть использовано для построения компараторов переменного напряжения, Цель изобретения — повышение точности за счет исключения постоянной составляющей переменного напряжения, Для этого опорное напряжение формируют определенным образом так, чтобы оно имело такую же постоянную составляющую, что и переменное компарируемое напряжение, При последующем получении разности между этими напряжениями постоянная составляющая исключается, 3 ил. л

В способе отсутствует погрешность

ПСКЗ на базе ЭТП, обусловленная его асимметрией, но имеется погрешность измерения, обусловленная отличием по среднеквадратическому значению проинвертированного и измеояемого напряжений, Отличие напряжений появляется (Я вследствие неидеальности инвертора по коэффициенту передачи, фазовому сдвигу. вы- ( ходному сопротивленйю. Погрешность из-за неидеальности инвертирования воз- у растает с возрастанием частоты переменного напряжения и на высокик частотах (>10 кГц), может превысить погрешность изза асимметрии, которая у ПСКЗ на базе ЭТП относительно небольшая (0,1-0,5%).

Наиболес близким к предлагаемому является способ компарирования переменного напряжения по среднеквадратическому значению; реализованный в устройстве и включающий формирование опорного двухполярного напряжения типа меандр; преобразование с помощью ПСКЗ на базе ЭТП

1757095

10 + о

Т А

3=

55 компарируемого переменного напряжения и опорного двухполя рного нап ряжения в потоянные напряжения, соответствующие их .. реднеквадратическим значениям, фиксацию (измерение) указанных постоянных напряжений, сравнение их между собой, по результатам которого получают вывод о равенстве среднеквадратических значений компарируемого и опорного напря>кений или о преобладании одйого из них, В известном способе нет необходимости в инвертировании переменного напряжения, но погрешность компэрирования из-за асимметрии ПСКЗ нэ базе ЭТП отсутствует лишь только при отсутствии постоянной составляющей во входном .переменном напряжении.

В известном способе при компарировании напряжения произвольной формы погрешность компарирования из-за асимметрии будет тем больше, чем больше доля постоянной составляющей в среднеквадратическом значении напряжения произвольной формы. Максимального значения, равного погрешности асимметрии ПСКЗ на постоянном напряжении, данная составляющая погрешности достигнет, когда переменная составляющая в напряжении . произвольной формы близка к нулю, а постоянная максимальна, Как известно, погрешность асимметрии

ПСКЗ на базе ЭТП зависит от тлпа применяемого ПСКЗ, К примеру, у ПСКЗ типа

ПНТ6 погрешность асимметрии нэ постоянном номинальном напряжении не превышает О, l% от выходного напряжения. При входных постоянных напряжениях, меньших номинального, погрешность асимметрии возрастает, При высокоточных же измерениях требуется, чтобы влияние асимметрии на погрешность компарирования была меньше 0,01%.

Цель изобретения — повышение точности компарирования.

Поставленная цель достигается тем, что в способе компарирования напряжения по среднеквадратическому значению, включающем формирование опорного двухполярного импульсного напряжения прямоугольной формы с равными амплитудами разнополярных импульсов, преобразование компарируемого переменного и упомянутого опорного напряжений в постоянные напряжения, соответствующие их среднеквадратическим значениям, фиксацию (измерение) упомянутых постоянных напряжений, сравнение их между собой, по результатам которого получение вывода а равенстве среднеквадратических значений компарируемого и опорного напряжений или преобладании одного из них, предварительно до преобразования в постоянное напряжение выделяют постоянную составляющую Up компарируемого переменного напряжения, определяют отношение указанной постоянной составляющей 14 к амплитуде А опорного напряжения и устанавливают соотношение длительностей импульсов положительной т+ и отрицательной т полярностей в опорном напряжении исходя из выражения где Т вЂ” период двухполярного опорного напряжения, На фиг, 1 показана структурная схема компаратора напряжения, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 — зпюры напряжений, поясняющие его работу; на фиг, 3 — полученные экспериментальным путем зависимости погрешностей асимметрии

ПСКЗ от соотношения постоянной составляющей и среднеквадратического значения входного нэпря>кения.

Компаратор (фиг.1), реализующий зая вленный способ, содержит ПСКЗ 1 на базе

ЭТП, индикатор 2, входом подключенный к выходу ПСКЗ 1, переключатель 3, выходом подсоединенный к входу ПСКЗ 1, а первым входом — к входной шине, источник 4 постоянных напряжений положительной и отрицательной полярности; переключатель 5, через который выходы источника 4 подключены к второму входу переключателя 3, фильтр 6, входом подключенный к входной шике, преобразователь 7 отношения напряжение-время, первым входом подключенный к выходу фильтра 6, а вторым — к одному из вхоцов, например положительному, источника 5, Способ осуществляется следую:.цим образом.

Преобразуют компарируемое переменное напряжение в постоянное, соответствующее его среднеквадратическому значению, Для чего подают указанное напряжение на ПСКЗ 1 компаратора через переключатель 3, который в первоначальный момент времени находится в положении АБ.

Полученное значение постоянного напряжения на выходе ПСКЗ 1 фиксируется (измеряется) с помощью индикатора 2 и запоминается (либо оператором, либо автоматически в индикаторе 2). Одновременно с указанными операциями формируют опорное двухполярное напряжение, для чего предварительно из компарируемого пере5 1757095

6 менного напряжения (фиг.2а) до преобразования его в постоянное напряжение, соответствующее среднеквадратическому! значению, выделяют постоянную составляющую 4 (фиг,2б). Это осущ ствляют с по- 5 мощью фильтра 6 низких частот путем подачи на него напряжения с входной шины, Одновременно с помощью источника 4 формируют два постоянных напряжения уровня А положительной и отрицательной полярности. Находят отношение Uо к А, по

10 т+ г о

Т А.

Частота следования этого напряже 1 40 ния — должна быть с одной стороны больТ ше минимальной частоты использования

ПСКЗ, а с другой стороны должна быть небольшой во избежание погрешности задания опорного напряжения, 45

Сформированное указанным способом опорное напряжение преобразуют в постоянное напряжение, соответствующее его среднеквадратическому значению, для чегО переводят переключатель 3 в положение АВ и подают опорное напряжение выхода А переключателя 5 на ПСКЗ 1, Затем с помощью индикатора 2 фиксируют (измеряют) постоянное напряжение Uz; соответствую- щее среднеквадратическому значенйю 55 опорного напряжения, после чего сравнивают величину напряжения Ug с ранее зафиксированным значением U<. По результатам сравнения оператором делается вывод о рауказанному отношению устанавливают

Uo соотношение длительностей импульСов положительной t+-и отрицательной t - по- 15 лярности, формируемое путем коммутации переключателем 5 выходных напряжений источника 4, Для чего в данной реализации способа после передачи на входы преобразователя 7 напряжений с выхода фильтра 6 20 и с одного из выходов источника 4 на выходе преобразователя 7, имеющего характеристику, описываемую формулой 1, получают однополярное импульсное напряжение. с периодом следования, равным Т, и длитель- 25 ностью импульса, равной т. (фиг.2г).

Указанное однополярное импульсное напряжение используют в качестве управляющего для переключателя 5,. коммутируя тем самым выходы источника 4 и. получая 30 таким образом на выходе А переключателя

5 двухполярное опорное напряжение (2В) с соотношением t+ и т-, определяемым следующим образом

35 венстве или преобладании одного из указанных значений. В случае, если среднеквадратическое значение напряжения произвольной формы на входной шине требуется измерить, то путем изменения величины опорного напряжения добиваются равенства показаний U1 и Uz.индикатора 2, а о величине напряжения на входной шине судят по шкале источййка 4.

Устанавливаемое в предложенном способе опорное напряжение (фиг,2в) описывается формулой;

U-=A при 0 т т+, U =-А при т+< t < 2 гг. оно имеет среднеквадратическое значение, равное А независимо от соотношения длительностей импульсов положительной и отрицательной полярности, и постоянную составляющую U o, описываемую формулой т+ — t— - 2 r+ — Т

Из этой формулы вытекает, что изменяя соотношение между г+ и i можно изменять величину U o от -А до А. Такой диапазон изменения постоянной составляющей дает возможность в предлагаемом способе равенство Uo = U о при входном переменном напряжении любой формы с среднеквадратическим значением фА. При этом не происходит изменения величин@ среднеквадратического значения опорного напряжения. В результате ошибки ПСКЗ из-за асимметрии при преобразовании обоих сравниваемых напряжений эквивалентные им выходные величины будут одинаковы, а погрешность компарированйя из-за асимметрии будет отсутствовать.

В качестве входного напряжения для

ПСКЗ использовалосьдвухполярное.напряжение прямоугольной формы с одинаковыми амплитудами импульсов положительной и отрицательной полярности (фиг,2в). Уровень постоянной составляющей во входном напряжении изменялся путем изме:: ния соотношения между длительностями импульсов положительной и отрицательной полярностей и измерялся вольтметром после фильтрации, Уровень среднеквадратического значения входного напряжения составлял 1 B. Частота следования входного напряжения составляла 200 Гц, 1757095

Погрешность асимметрии д определялась как

Е+ — Е— д— где Е+, Е- — входные напряжения ПСКЗ соответственно при прямом и обратном подключении ПСКЗ к источнику входного напряжения (прямое и обратное подключение достигалось сменой между собой входных выводов ПСКЗ при подключении к выводам источника оперного напряжения).

Из анализа данных, представленных на фиг, 3 вытекает, что при отсутствии постоянной составляющей во входном напряжении асимметрия ПСКЗ отсутствует; с увеличениUo ем соотношения асимметрии ПСКЗ с.ê.ç. возрастает, асимметрия ПСКЗ максимальна

flpM = 1, Uo

0с.к.з.

В предлагаемом способе нет необходимости очень строго устанавливать соответствие между величинами постоянных составляющих в опорном напряжении и напряжении произвольной формы, так как разность между погрешностями асимметрии при входных напряжениях одинакового среднеквадратического значения, но с небольшим различием по постоянной составляющей, небольшая и не приведет к большой погрешности сравнения.

Таким образом, в предлагаемом способе отсутствует инвертирование напряжения произвольной формы, а следовательно, и погрешность связанная с этой операцией, Предлагаемый способ не имеет погрешности, обусловленная асимметрией ПСКЗ при любой произвольной форме переменного напряжения.

Формирование опорного напряжения в предлагаемом способе связано с изменением соотношения длительностей импульсов положительной и отрицательной полярностей опорного напряжения, При использовании опорного напряжения с низкой частотой следования современная элементная база позволяет производить эту операцию без изменения величины среднеквадратического значения опорного напря5 жения, и, следовательно, эта операция не вызовет практически увеличения погрешности компарирования;

Формула изобретения

Способ компарирования переменного

10 напряжения по среднеквадратичному значению, включающий формирование опорного двухполярного импульсного. напряжения прямоугольной формь1 с равными амплитудами разнополярных импульсов, 15 преобразование компарируемого переменного и упомянутого опорного напряжений в постоянные напряжения, соответствующие их среднеквадратическим значениям, измерение упомянутых постоянных напряжений, 20 сравнение их между собой и по результатам сравнения получение вывода о равенстве среднеквадратических значений компарируемого и опорного напряжений или о преобладании одного из них, о т л и ч а ю щ и й25 с я тем, что, с целью повышения точности, предварительно до- преобразования в постоянное напряжение опорного напряжения выделяют постоянную составляющую компарируемого переменного напряже30 ния, определяют отношение указанной постоянной составляющей к амплитуде импульсов опорного напряжения и устанавливают соотношение длительностей импульсов положительной и отрицатель35 ной полярностей в опорном напряжении исходя из выражения

t+ t— - U4

Т А

40 где т+ -, Т-длительность импульсов положительной и отрицательной полярностей и период опорного напряжения соответственно;

Uo — постоянная составляющая компа45 рируемого переменного напряжения;

А — амплитуда импульсов опорного напряжения.

1757095

Фиг. Е

ыходе

ыходе

ыходе

Фиг.2

I ! ! !

АБ АВ!

I !

АБ А АБ! !

Ir

Положеиие иервклв-! чателя Б

1757095

Составитель В. Тукай

Техред M.Mîðãåíòàë

Корректор Т. Ващковиц

Редактор В. Данко

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

Заказ 3099 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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