Способ измерения амплитудного значения переменного напряжения

 

Применение: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды электрических сигналов, в частности при наличии систематической погрешности средства измерений. Сущность изобретения: способ измерения амплитудного значения переменного напряжения, основанный на введении в него дополнительного фазоИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды электрических сигналов , в частности при наличии систематической погрешности средства измерений. Цель изобретения - повышение точности измерений. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг.2 - фазовая диаграмма, поясняющая сущность способа. Устройство, реализующее способ, содержит фазовращатель 1, блок 2 умножевого сдвига, сравнении мгновенных значений исследуемого и сдвинутого по фазе электрических сигналов, измерении в момент их равенства первого значения xi исследуемого сигнала, определении амплитуды исследуемого сигнала путем расчета по формуле косвенного измерения, формируют вспомогательный сигнал умножением исследуемого сигнала на постоянный коэффициент т, сравнивают мгновенные значения вспомогательного и сдвинутого по фазе сигналов , измеряют в момент их равенства второе значение исследуемого сигнала, определяют амплитуду исследуемого сигнала при оптимальном фазовом сдвиге nil по формуле А V2 (и - x;i)/(n - 1), где п V2 sin л/4 Р ; Р - число, большее или меньшее единицы; причем величину коэффициента m рассчитывают по формуле m tg л /4 Р , а также тем, что величину коэффициента Р принимают преимущественно равной Р 0,70938819 или Р 1,6939549. 1 з.п.ф-лы, 2 ил,. сл с ния, блоки 3,4 сравнения, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5; регистр памяти 6, вычислитель 7. Вход устройства соединен с входом фазовращателя 1, входом блока 2 умножения, вторым входом блока 3, входом АЦП 5. Выход фазовращателя 1 соединен с первыми входами блоков 3,4, выход блока 2 умножения соединен со вторым входом блока 4. Выходы блоков 3,4 соединены с управляющим входом АЦП 5, выход которого соединен с входом регистра памяти 6. выход которого соединен с входом вычислителя 7, 00 со о J 00 XI

ф

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

119) (11) (s1)s G 01 R 19/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и (21) 4943552/21 (22) 10.06,91 (46) 30,07.93. Бюл. N 28 (71) Киевский институт инженеров гражданской авиации им.60-летия СССР (72) В.А. Игнатов, Н.В. Боголюбов, Ф.И.

Яновский и В.А. Сароян (56) Авторское свидетельство СССР

N- 847218, кл. G 01 R 19/04, l979.

Авторское свидетельство СССР

М 1269041, кл. G 01 R 19/04, 1985, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНОГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Применение: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды электрических сигналов, в частности при наличии систематической погрешности средства измерений. Сущность изобретения: способ измерения амплитудного значения переменного напряжения, основанный на введении в него дополнительного фаэоИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды электричесгих сигналов, в частности при наличии систематической погрешности средства измерений.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг,2 — фазовая диаграмма, поясняющая сущность способа.

Устройство, реализующее способ, содержи1 фазовращатель 1, блок 2 умножеваго сдвига, сравнении мгновенных значений исследуемого и сдвинутого по фазе электрических сигналов, измерении в момент их равенства первого значения х1 исс- ледуемого сигнала, определении амплитуды исследуемого сигнала путем расчета по формуле косвенного измерения, формируют вспомогательный сигнал умножением исследуемого сигнала на постоянный коэффициент m, сравнивают мгновенные значения вспомогательного и сдвинутого по фазе сиг- налов, измеряют в момент их равенства второе значение х2 исследуемого сигнала, определяют амплитуду исследуемого сигнала при оптимальном фазовом сдвиге тг/2 по формуле А = V2 (x2 - х1)/(и — 1), где п =

= V2 з1п к/4 Р; P — число, большее или меньшее единицы; причем величину коэффициента m рассчитывают по формуле m =

=tg л /4 Р, а также тем, что величину коэффициента P принимают преимущественно равной P = 0,70938819 или P = 1,6939549.

1 з.п.ф-лы, 2 ил, ния, блоки 3,4 сравнения, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5; регистр памяти 6, вычислитель 7.

Вход устройства соединен с входом фазовращателя 1, входом блока 2 умножения, вторым входом блока 3, входом АЦП 5. Выход фазовращателя 1 соединен с первыми входами блоков 3,4, выход блока 2 умножения соединен со вторым входом блока 4, Выходы блоков 3,4 соединены с управляющим входом АЦП 5. выход которого соединен с входом регистра памяти 6, выход которого соединен с входом вычислителя 7, « ««2 sin +А х2 г-, Л

4 Р (3) Л где и =- «2 sin

Если укаэанное условие не выполняет"5 ся, то Вычислитель считывает из регистра 6 и Определяет правильность последугощих результатов до тех пор, пока правильность

I!8 будет установлена.

Повышение точности измерения достигается путем исклгочения влияния систематической погрешности д измерительной цепи на результат измерения амплитуды, Подставляя в формулу (4) значения х> и . х2 получим результат изм8РВния амплитуды, свободный от систематической погрешности

Л

ttl =-28 -- —.— / ° D .1 х2 =" А »11В!n 0 (5) х1 =- А Sin (р2, S!n 0 2 - sin(<Р 2 - Е) = О.

50 где д — систематическая погрешность измерительной цепи, В Форме цифрОВОГО эквива- 55 лента запоминается в регистре б.

Вычислитель 7 считывает значения х», х: из ячеек регистра б и определяет прап. ю

Вильность значений х1 и х2 Byòe!1 г!Роверки

УСЛОВИЯ

У -2-+2 управля»ощий ВыхОд KoT!lj!0! o сОединен с управля»ощим Входом pet"«cTpe памяти 6 ° Глеммe 8 лужи т- Зля,здания коэффи„tceHT8 умнОжения tn, Выходом устройства сиужит

Выхбд Вычислителя 7, Способ Осуществляется следугощим образом, Входной сигнал х1 =- А i!1 р, где А— амплитуда; rp — текущая фаза, сдвигается фазовра»дателем 1 по фазе на угол Г = К /2, Сигнал можат быть сдвинут по фазе как в

cTopGHf Опережения, так и Отставания. Одновременно Входной сигнал умножается в блоке 2 нз постоянный коэффициент Гп, Величину i .":,ô;Ü» ние Та п:, Выбир".!оТ Озвной

t.pe Р— число, боль»вее tl!III меньшее едини»»ц (p =: О 7О1) ЯД)() при котором гл =- 2 p =" 6939549, п ри котором. и = 0,5), Сформироваt! Ныи вспомоГЗ Тельный

СИГНЗЛ, ОЗDI Зи".- 4{! Т» я Ч О С31виt)утин Сигналом хз=-. А. sin(ro - Р) t)t rAYi, 4 Ь момент их Г:авенстБз блок 4 .. :. Ом:я : ет сигнал разрешения. А»»П 5 пре ю

Обрау;В.Г мгнове,.»ное значение допол»»ительно"0 сигнала. Результат преобразования, равный

К х2 =-А tn sitl,21+д — А Вь —,— — +д

° p где д -- систематическая погрешность измерительнoA цепи, В форме цифрово О эхйивз лента запоминается в регистре б.

Сдвинутый сигнал хз А В!Г1(у, i 1

»» срзВнивйется с Входным В блоке 3. Ь момент их РЗВенстаа блок 3 формирует сиГнал рззрекe:.Iëtt, АЦП 5 преобразует мгновенное значение входн- го сигнала, Результат преобразования равный

x> = А si и О2 + д = —,- + д, (2)

Ф У2 где Ь- допускаемое отклонение. Если условие выполняется, то Вычислитель 7 определяет змплитуДу А исслеДуемОГО сиГнала по формуле г

А —, (Х2 — х) ), (4) Ч . 2Г - А

72 (А sin — — +д — — Г--=- — д

Р Г2 2 . sin p- — 1

=A() — A 2 sin - г- — 1

Погрешность д может возникать, например под Воздействием факторов, определяющих условия выполнения измерений.

При отсутствии погрешности д сигналы

x", и Х2 равны своим истинным значением х1 и х2 соОтВ8тстВеннО. При этом где фаза р2 определяется из условия

После преобразования разности синуСОВ ПОЛУЧИМ

2 сов rm — — ) sin — =О, F F

2) 2

1Ц30487

При F = — находим

А х1 = —

2 л F

2 2 P тогда

m= tg

36 В, 0,541 — 1

7С

При F =- находим — 36 В, А—

0,541 — 1

У2

А — 1 (х2 х1) =

V2 . (А sin 2 sin - — р - — 1

Фаза apl для сигнала xz определяется иэ условия

m . sin iр1 = sin(p1 - F), Выразим р1 через F:

Л

xz =А m sin@1 =Аsin

4.Р

При отсутствии погрешности д результат измерения амплитуды равен истинному значению 2 sin — 1

=А() =A 2 sin — 1

Этот же результат получен согласно (4) и (5) для сигналов х1 и xz npH наличии ПО грешности д .

Следовательно, предложенный способ обеспечивает получение истинного значения результата измерения амплитуды при наличии систематической погрешности д измерительной цепи, Пример 1 реализации способа.

Фаэовращатель 1 обеспечивает фазоЛ вый сдвиг F = в сторону отставания. Выбрана величина P =- 2, при которой m =

Л

=tg g =- 0,414. С учетом величины m настраивают блок 2. Выбрано допускаемое эначение правильности результатов измерения

Л = ":0,05.

В процессе измерения в ячейки памяти регистра 6 были записаны цифровые экви5 валенты результатов преобразования значений сигналов xz = 15,27 В; x1 = 26,95 В, 10 Вычислитель 7 провеоил выполнение условия (3) ll — — =0,567 «0,541 ": 0.05.

Х 1

Условие выполняется, результаты х2,xl правильны. Вычислитель 7 определил амплитуду согласно (4) Полученный результат равен истинному значению амплитуды при отсутствии по25 грешности где учтена x> = 25,45 В; х2 = 13,77 В.

Под действием погрешности сигналы х1 и xz искажены х1 = х1+ д = 25,45 + 1,5 = 26,95 В, xz = xz + д = 13,77+ 1,5 = 15,27 В, где д =158.

Для известного способа результат изме40 рения амплитуды равен

А = У2 . xt = 2 26,95 = 38,1 В.

При этом относительная погрешность

45 Равна

36 — 100 = 5,9;4

Пример 2 реализации способа, Фазовращатель 1 обеспечивает фазо=Л вый сдвиг F = a сторону опережения. Выбрана величина Р - 0,71, при которой mл

tg — 3. С учетом величины m настра4 Р ивают блок 2. Выбрано допускаемое значение правильности результатов измерения

Л= ч-0;05.

1830487 х1 = 7,18 В; xz = 9,43 В.

А— — 12 B.

1,26 — 1

-12 B.

А—

1,26 —

x> = 8,48 - 1,3 = 7,18 В;

vg

А — г 1т(х2 — х! ) x2 - 10,73 - 1,3 = 9,43 В.

В процессе измерения в ячейки памяти регистра 6 были записаны цифровые эквиваленты результатов преобразования значений сигналов

Вычислитель 7 проверил выполнение условия (3) — = 1,31 1,26 + 0,05. х1 7,18

Условие выполняется, результаты х1,хр правильны.

Вычислитель 7 определил амплитуду согласно (4) Полученный результат равен истинному значению амплитуды при отсутствии погрешности, т,е., когда х1 = х1 = 8,48 В; ,xz = х", = 10,73 В.

При д 0 находим

При д =- 1,3 В значения сигналов равны

Для известного способа результат измерения амплитуды равен

А = 2 . х1 = 2 7,18 = 10,15 В

При этом относительная погрешность равна

10,15 — 12 100

Таким образом; предложенный способ обеспечивает повышение точности измерений при наличии систематической погрешности измерительной цепи, Достигаемый выигрыш в точности измерений возрастает с увеличением систематической погрешно5 сти.

Устройство, реализующее способ, обладает высокой надежностью благодаря простоте структуры и состава.

10 Формула изобретения

1,Ñïîñîá измерения амплитудного значения переменного на и ряжения, закл ючающийся в том, что формируют дополнительное напряжение путем введения фазовогосдвлга

15 в исследуемый сигнал, сравнивают мгновенные значения исследуемого и дополнительного сигналов, измеряют в момент их равенства мгновенное значение х1 исследуемого сигнала, определяют амплитуду исс20 ледуемого сигнала по расчетной формуле, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, формируют вспомогательный сигнал умножением исследуемого сигнала на постоянный коэф25 фициент m, сравнивают мгновенные значения вспомогательного и дополнительного сигналов, измеряют в момент их равенства рЧ мгновенное значение хр дополнительного сигнала, причем при формировании допол30 нительного напряжения используют фазовый сдвиг R/2, а ампллтудное значение рассчитывают по формуле:

Л где n = 2 э!и 4

Р— постоянный коэффициент, который

40 удовлетворяет условию 0 < Р < 1 или P > 1, коэффициент m рассчитывают по формуле:

2 Способ по и 1, отличающийся тем, что величину коэффициента Р принимают равной Р = 0,70938819 или Р = 1,6939549.

1830467

Составитель Л.Попова

Техред M.Moðãåêòàë . Корректор С.10ско

Редактор

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

Заказ 2520 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственногэ комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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