Цифровой измеритель напряжения
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистических
Реснубвнк пц813282
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 070379 (21) 2734364/18-21 с присоединением заявки Н9 (23) Приоритет
Опубликовано 150 381.Бголлвтвиь 89
Дата опубликования описания 15.0381.(я)м. кл.з
G 01 В 19/25
Государственный комитет
СССР по делам. изобретений и открытий (53) Уд бг1. 317.
° 725 (088.8) (72) Авторы изобретения
Н.И. Грибок, С.С. Обозовский и С.С. Тк
Специальное конструкторское бюро микроэ и приборостроения (71) Заявитель (54 ) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ
Изобретение от носит ся к цифровой электроизмерительной технике и может найти применение при построении измерителей среднего и действующего значений напряжений, а также коэффициента форгщ кривой переменного напряжения. .в, Известен измеритель напряжения, содержащий два измерительных преобразователя, один из которых преобразует измеряемое переменное напряжение в постоянное,. пропорциональное среднему з.качению измеряемого, а другой — в постоянное, пропорциональное среднеквадратическаму з начению измеряемого. Напряжения с, выходов преобразоватепей поступают на катушки электромеханического логометра, шкала которого проградуирована в единицах коэффициента форьы 51), Недостатком этого устройства является его низкая точность, обусловленная влиянием на результат измерения коэффициентов передачи преобразователей среднего и действующего значений напряжений, а также влиянием коэффициента передачи электромеханического логометра. Вследствие применения квадратичного детектора и детектора средних значений измерение среднего и действующего значений напряжений в широком диапазоне частот возможно лишь при больших погрешностях.
Цель изобретения — повышение точности измерения напряжения и расширение функциональных возможностей.
Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель напряжения, содержащий .первый интегратор, счетчик, блок управления, генератор импульсов, селектор, источник опорного напряжения, блок сравнения, причем выход первого интегратора через
15 блок сравнения связан с первым входом селектора, второй вход которого подключен к выходу блока управления, третий вход — к выходу генератора импульсов, а первый .выход сое20 динен со входом счетчика, шина вход.ного сигнала подключена ко входу блока управления, введены два переключат еля, ключ, квадрат ор, рев ерсивный счетчик, группа элементов И, элемент ИЛИ, второй интегратор и второй счетчик, вход которого связан со вторым выходом селектора, а его информационные выходы подключены ко входам группы элементов совпаде 30 ния, вторые входы которых соединены
813282 с информационными выходамй первого счетчика, а выходы через элемент ИЛИ. подключены к суммирующему входу реверсивного счетчика, вычитающий вход которого связан с третьим выходом селектора, а выход подключен к его четвертому входу, при этом первые входы переключателей связаны с шиной входного сигнала, вторые входы — с выходом источника опорного напряжения, а выход первого переключа- 0 теля через последовательно включенныв .квадратор, второй интегратор и ключ соединен с выходом первого переключателя и со входом первого интегратора,а входы управления переключателей второго интегратора и ключа связаны с со(»твет-1 ствующими выходами блока управления.
На чертеже .представлена структурная схема цифрового измерителя напря-жения. цифровой измеритель напряжения 20 содержит первый и второй переключатели 1 и 2, первый и второй интеграторы 3 и 4, блок 5 сравнения, блок б управления, селектор 7, первый и второй счетчики 8 и 9, квадратор 10, д ключ 11, генератор 12 импульсов, группу элементов 13 совпадения, элемент
ИЛИ 14, реверсивный счетчик 15, источник 16 спорного напряжения и шину 17 входного сигнала.
Устройство работает следующим об,раз ом.
В исходном состоянии переключатели
1 и 2 находятся в нейтральном положении, ключ 11 закрыт, а счетчики 8,9 и 15 сброшены в нулевое состояние.
KBK известно, коэффициент формы
Кц> определяется как отношение действующего значения напряжения к его сред- нему по модулю значению
40 . Ua > u (t)4t
Ucp.Ü 1 К>< IC(t т где Uyp — действующее значение измеряемого напряжения, 45
U t, — среднее выпрямпенное значение измеряемого напряжения.
Из этого соотношения видно, что такое устройство должно обеспечивать щ также возможность измерения действующего значения напря>кения, а также
его среднего значения, т.е. в общем, оно должно быть многофункциональным.
При измерении значения коэффициен 55 та форм Kö» в первом такте сигналов с блока 6 управления переключатель 2 переводится в положение "1" на время
T/2 T U(t) При этом напряжение U(t) поступает на вход интегратора 3, вследствие чего 60 напряжение на его выходе возрастает. до значения
4 Th T j™uit)dt т
Цнит. — J U()сИ- (1. Ucp b Ф 1 о 271 Т> где ф— постоянная времени интегратора 3.
Во втором такте преобразования блок б переводит переключатель 2 в положение "2" и открывает селектор 7 по второму выходу. Напряжение U@ источника 16 интегрируется в интеграторе до момента равенства нулю напряжения U инт > . 1 ср6+ > os)«0
Отсюда
2уо Uñð.Ü 1
Х а в счетчике 8 зафиксируется код числа
Йот Ucp он (2) где f@ — частота следования импульсов генератора 12;
В третьем такте блок б переводит переключатель 2 в нейтральное положение, переключатель 1 - в положение
"1". и закрывает селектор 7. На выходе квадратора 10 имеем напряжение
u„-к u (t), (3) гдв К вЂ” коэффициент передачи квадратора 10.
Напряжение U«>-q на выходе интегратбра 4 при нахождении переключателя 1 в положение "1" в течение времени Т принимает з начение т т ииит2= I Оксй = (о2(t)gt=Ы о ЪМ1 ьо 1о
=K<,v< > где t2 — постоянная времени интегратора 4.
Затем переключатель 1 переводится в нейтральное положение, интегратор 4 запоминает напряжение (4), а ключ 11 замыкается на время Т сигналом с блока б. В интеграторе интегрируется постоянное напряжение U«>q в течение времени Т
> ктца кт (5)
Минт. = — 5 Uqgt2dt = Jctt= г1о " т„т о
После окончания интегрирования блок 6 управления разряжает интегратор 10 и переводит его в режим инверсного интегрирования, а также переводит переключатель 1 в положение "2".
При этом напряжение 0ко =KUo на выходе квадратора 10 интегрируется в последовательно включенных интеграторах
3 и 4 до момента равенства нулю напряжения (5) — -+ — I ) о,М-о.
КТ20 У, тт тЫ1 о. 1 о о
Откуда кт v v / Г2 Г 2 В2 С.
t - — Vc),. . 2т
813282
При открытии селектора по третьему выходу и счетчике 8 получаем число о О(ц tjcp ) NO Na
1о о пропорциональное среднему значению
Ucp напРЯжениЯ U(t) пРи Np/Up= сог ь О. Результат измерения не зависит от частоты колебаний переменной составляющей в напряжении U(t). В случае измерения действующего значения напряжения в счетчике 9 Фиксируется код числа N> (9) в течение первого или второго т акт ов и нт егриров ания. При этом на вычитающий вход реверсивного счетчика поступает число N (6) импульсов. При открытии селектора 7 по третьему выходу и счетчике 8 получаем с учетом (6) и (9) число импульсон йо1 2 о = о = о
2 А "o и NO пропорциональное действующему . эначеNOD. нию Ucf напряжения при
=сонь °
Таким образом, при измерении среднего U и действующего Оо з начений напряжения Up погрешность измерений определяется в основном стабильностью источника 16 опорного напряжения Up. В случае измерения коэффициента формы К<о исследуемого напряк к» и жения параметры Up,,, lz,, .К узлов, входящих в состав преобразо-. вателя, должны быть стабильными лишь на время измерения, что дает возможность осуществления нысокоточных измерений н тяжелых производственных услониях. Поскольку в предложенном устройстве обеспечена воэможность измерения коэффициента формы напряжения, значения среднего и действующего значений напряжения н широком частотном диапазоне, его функциональные возможности значительно шире, чем в известных устройствах, что и соответствует выполнению поставленной цели.
N=f t=f =N WR =Np VI к„ I8)
N× V 0 35 о со.Ь О ю.b пропорционального з начению коэффициента форьы исследуемого напряжения, 40 так как IЗ ° Np= con t и не зависит от з начения постоянных времени Г„ и т интеграторов 3 и 4, коэффициента передачи К кнадратора 10, стабильности напряжения U p источника 16 и частоты fp генератора 12 импульсов. 45
Это позволяет осущестнить высокоточные измерения.
В случае необходимости получения среднего значения входного напряжения Uop, блок управления на время пТ 50 длительности первого такта интегрирования открынает селектор 7 по второму выходу,- вследствие чего в счетчике 9 зафиксируется код числа
Формула изобрет ения
Цифровой измеритель напряжения, содержащий первый интегратор, блок сравнения,. счетчик, селектор, генератор импульсов, источник опорного напряжения, блок управления, причем выход первого интегратора через блок сравнения связан с первым входом селектора, второй вхбд которого подключен к выходу блока управления, третий вход - к выходу генератора импульсов, а первый выход соединен со входом счетчика, шина входного сигнала подключена ко входу блока управления, отличающийся тем, 55 (9) 3= 0 +T) где и = 1, 2, 3, ..., а в течение длительности второго такта интегрирования на вычитающий вход реверсивного счетчика 15 поступает число импульсов
60 и<> о иТ
65
В момент t равенства нулю напряжения (5) блок 5 сравнения закрывает селектор 7. При этом с первого выхода селектора 7 на вычитающий вход реверсивного счетчика 15 поступает число импульсов
5 т "fо <-- о<
N — информационная емкость счет0 чиков 8 и 9. С приходом на вход счетчика 15 N> импульсов он переходит в исходное состояние, а сигнал с era выхода закрывает селектор 7. Время открытого состояния селектора 7 на основании (6) и (7) — ц )(") м цо При этом в счетчике 8 зафиксируется код числа 813282 Составитель Л. Беляева Техред А. Савка Корректор В. Бутяга Редактор A. Гук. Тираж 732 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 765/55,Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможнос-тей, в него введены два переключателя, ключ, квадратор, реверсивный счетчик, группа элементов И, элемент ИЛЙ, второй интегратор и второй счетчик, вход которого связан со вторым выходом селектора, а его информационные выходы подключены ко . входам группы элементов совпадения, вторые входы которых соединены с информационными выходами первого счет10 чика, а выходы через элемент ИЛИ подключены к суммируюшему входу реверсивного счетчика, вычитающий вход которого связан с третьим выходом селектора, а выход подключен к его четвертому входу, при этом первые входы переключателей связаны с шиной входного сигнала, вторые входы — с выходом источника опорного напряжения, а выход первого переключателя через последовательно включенные квадратор, второй интегратор и ключ соединен с выходом первого .переключателя и со входом первого интегратора, а входы управления переключателей второго интегратора и ключа связаны с соответствующими выходами блока управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент ЧССР 9 126871, кл. 21 е, 28/О 1.
