Способ измерения среднеквадратических значений переменного напряжения

 

Союз Советскнк

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< 894582 (6l ) Дополнительмое к авт. саид-еу (22)Занкле"о 02.10.79 (21) 2823508/!8-21 с присоединением заявки йк. (23) Приоритет

Опубликовано 30.12,81, Бюллетень №48

Дата опубликования описания30. 1 2, Sl (51)М. Кд.

6 01 R 19/02

1ЬвударамнныБ квинтет

СССР нв денни нзабретеннй н отнритнй (5З) Уд К 621, 3! 7.. 7 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. В. Бухалов и Б, П. Химиченко

Киевский ордена Ленина политехниче им. 50-летия Великой Октябрьской с революции (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКИХ ЗНАЧЕНИЙ

ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электроt измерительной технике, а именно к изяерениям интегральных параметров переменного напряжения и может быть .использовано для создания широкодиапазонных цифровых вольтметров сред5 неквадратических значений (CK3) напряжения.

Известен способ измерения напряжения переменного тока, основанный

1О на сравнении его с напряжением развертки и изменением времени нарастания напряжения развертки от нуля до момента равенства измеряемому напряжению, при котором в качестве напряжения развертки используют напряже-. ние, которое получают путем перемножения линейно изменяющегося и опорного напряжения, причем последнее формируют той же формы и частоты, что и измеряемое напряжение, до посту иной амплитуды !)

Реапизация данного способа существенно затруднена необходимостью формирования опорного напряжения той же формы и частоты, что и измеряемое напряжение. Даже в случае успешного повторения формы и частоты необходимость формирования опорного напряжения из измеряемого существенно увеличивает время измерения.

Диапазон измерений ограничен линейностью преобразования выделяемого при комперировании параметра напряжения.

Известен также способ измерения среднеквадратических значений напряжения с использованием квадратичного преобразователя напряжения в частоту (ПНЧ), при котором сравнивают коды, связанные квадратичной зависимостью с измеряемым и известным компенсирующими напряжениями, до установления их равенства путем дискретного регулирования значения компенсирующего напряжения (2 .

Недостатки такого способа определяются свойствами квадратичного

894582

В исходном состоянии ключи 3 и 8

40 разомкнуты, интегратор 11 и фильтры

4 и 9 разряжены, логический вентиль

13 закрыт ° В счетчике 14 импульсов хранится код результата предыдущего измерения. По сигналу внешнего или

45 внутреннего запуска блок б управления сбрасывает в нуль счетчик !4, замыкает ключи 3 и 8, открывает логический вентиль 13, пропуская на счетчик 14 импульсы генератора 12. При замыкании ключа 8 опорное напряжение Оо от источника 7 опорного напряжения поступает на интегратор ll, на первый вход вычитающего сумматора 10 непосредственно, а на другой вход55 через фильтр 9 нижних частот, формируя на выходе вычитающего сумматора

10 напряжение 0, управляющее коэф1 фициентом масштабного преобразоваПНЧ, такими как узкий частотный диапазон, ограниченный сверху значеннием килогерц, и малое быстродействие, Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения переменного напряжения, который заключается в том, что входное напряжение возводят в квадрат, выделяют среднее и сравнивают его с опорным линейно изменяющимся напряжением, измеряют интервал времени в момент равенства этих напряжений, по величине которого определяют среднеквадратическое значение входного напряжения(3!

° °

Основные недостатки указанного способа заключаются в узком диапазоне измерений, ограниченном динамическим диапазоном операции возведения в квадрат, и малом быстродействии.

Цель изобретения — расширение диапазона измерений и повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения среднеквадратических значений переменного напряжения, заключающемся в том, что входное напряжение возводят в квадрат, выделяют среднее значение и сравнивают его с опорным линейно изменяющимся напряжением, измеряют интервал времени в момент равенства этих напряжений, по величине которого определяют среднеквадратическое значение напряжения, входное напряжение перед возведением в квадрат модулируют убывающим по экспоненте напряжением, причем постоянную времени модулирующей экспоненты выбирают равной удвоенной постоянной времени усреднения.

На фиг. 1 приведены диаграммы зависимости измеряемого, например синусоидального, напряжения от времени, получаемые в результате производимых над ним операций по предлагаемому способу; на фиг ° 2 — устройство для реализации способа.

На фиг. по оси абсцисс отложены текущие значения аргумента, в качестве которого принято отношение t/ С, где C- постоянная времени усреднения. Входное синусоидальное напряжение (фиг. lа) ампли тудой U и частотой щ)) — модулируют убывающим по экспонейте напряжением (фиг. !б), затем возводят в

f0 !

4 квадрат (фиг. lв),усредняют и сравни вают с опорным линейно изменяюпимся напряжением (фиг,!г), причем постоянную времени усреднения берут равной половине постоянной времени модулирующей экспоненты.

Устройство, реализующее способ, содержит последовательно соединенные управляемый масштабный преобразова- тель 1, аналоговый квадратор 2., первый ключ 3, первый фильтр 4 нижних частот, сравнивающий блок 5 и блок

6 управления, последовательно соединенные источник 7 опорного напряжения, второй ключ 8, второй фильтр

9 нижних частот и вычитающий сумматор !О, интегратор 11, входом подключенный к выходу ключа 8, abizoдом соединенный со вторым входом сравнивающего блока 5, а также последовательно соединенные генератор 12 счетных импульсов, логический вентиль 13, счетчик 14 импульсов и цифровой отсчетный блок 15, причем второй вход вычитающего сумматора 10 подключен к источнику 7 опорного напряжения, а выход - к управляющему входу масштабного преобразователя выходы блока 6 управления соединены с управляющими входами ключей 3 и

8, фильтров 4 и 9 и интегратора 11, логического вентиля 13 со входом сброса в нуль счетчика 14 импульсов.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом. ния масштабного преобразователя 1 по экспоненциально убывающему закону.

1$

Ы» е (е)=uo "и <

Ц="o

5 894582 б

Напряжение на выходе фильтра 4 нижних частот описывается выражением (фиг. 1г)

О, =О„е ; К (0 )=КЕ, 0 =0 = -" К "

-а (Г .

1

4 где К.- коэффициент передачи масштаб- " (" 6<" 2® )

- 2ЦГ о ного преобразователя 1, соот- 1

"Ь6 ветствующего управляющему !4 где Мй2Ю =& - динамическая напряжению U-, Г9 - постоянная времени фильтра 9 нижних частот.

В момент сравнивания ф

Напряжение на выходе интегратора (»м),= (Ф, ), т,е, ll описывается выражением где ь — постоянная времени интегратор ра 11.

Преобразованное масштабным преобразователем 1 измеряемое напряже» ние возводится в квадрат квадратором

2 и через открытый ключ 3 поступает на фильтр 4 нижних частот, постоянная времени которого равна половине постоянной времени фильтра 9

4 . 912

Напряжение с выхода фильтра 4 нижних частот поступает на сравнивающий блок 5, где сравнивается с линейно изменяющимся напряжением с выхода . интегратора 11 . В момент времени t> равенства сравниваемых напряжений, сравнивающий блок 5 вырабатывает сигнал, поступающий в блок 6 управления, по которому в блоке 6 управления формируются сигналы, закрывающие логический вентиль 13 и ключи

3 и 8, прекращая тем самым поступление на счетчик 14 счетных импульсов частотой f . Количество импульсов й, зафиксированное счетчиком 14, равно й=tg %. (2)

Это количество импульсов пропорционально логарифму среднеквадратического значения измеряемого напряжеHHs °

Пусть измеряемое напряжение представляет собой гармонический сигнал вида (фиг. 1а)

Q =@1 81ИЖ

На выходе масштабного преобразователя напряжение имеет вид (фиг. lб)

О„=ОК„=О K е- 1и ф

Учитывая (I ), получаем

t,= =as» e» ((о / И " ()

1Я Vg Up

Так как среднеквадратическое напряжение Равно (4) Ч то; подставив (3) и (4) в (2), получаем количество импульсов N, зафиксиj4 рованное счетчиком 14, пропорционально логарифму среднеквадратического значения измеряемого напряжения

Н-т Ь ОК, -.-1= 3% .Таким образом, предлагаемый спо,соб позволяет расширить диапазон измерений благодаря тому, что динами ческий диапазон напряжений, подвергаемых операции возведения в квадрат, находится в логарифмической зависимос- ти от диапазона измеряемых значений напряжения, и повыси ь быстродействие

1 .за счет компенсации постоянной составляющей процесса усреднения. Кроме тог6, предлагаемый способ позволяет при сохранении диапазона измерений известного способа повысить точность измерений за счет сужения диапазона значений напряжения, возводимого в квадрат.

Формула изобретения

Способ измерения среднеквадратических значений переменного напря1жения, заключающийся в том, что ирсодное напряжение возводят в квадрат, 894582

1выделяют среднее значение и сравнивают его с опорным линейно изменяющимся напряжением, измеряют интервал времени в момент равенства этих напряжений, по величине которого определяют среднеквадратическое значение напряжения, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений и повышения быстродействия, входное напряжение перед возведением в квадрат модулируют убывающим по экспоненте напряжением, причем постоянную времени модулирующей экспоненты выбирают равной удвоенной постоянной времени усреднения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе !. Авторское свидетельство СССР

9 252464, кл. G 01 R 19/26, 1968, 2. Мартяшин А. И. и др. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения О М., "Энергия", 1976, с. 180-181, рис. 333.

3, Авторское свидетельство ЛНР

У 87906, кл. G 01 R 19/02, 1976, 894582

Составитель Н. Чистякова

Техред А, Ач Корректор С. Щомак

Редактор И. Михеева

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 11478/72 Тираж 735

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

Il.3035, Москва, Ж-35, Рауяская наб., д. 4/5