Способ измерения действующего значения напряжения

 

ОЛ ИСАЙ ИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВМДА ТЕЛЬСТВУ

Союз Советсини

Соцналнстнчеснни

Республик ()918866 (61) Дополн1ттельное к авт. санд-ву (22) Заявлено 03. 09. 80 (21) 2974989/18-21 с присоединением заявки М% (23) Приоритет (5I)M. Кл.

С 01 В. 19/02

)аоуааротваииый комитет:.

СССР по делом изобротеиий и открытий (53) УДК 621. 317. ..7(088.8) Опубликовано 07.04 ° 82 ° Битллетень ре 13

Дата опубликования описания 07; 04.82 (54), СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЦЕНИЯ

НАПРЯЖЕНИЯ ния $1) .

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при реализации вольтметров и амперметров переменного .тока, обеспечивающих контроль высокочастотных сигналов с искаженной формой кривой.

Известен способ измерения действующего значения напряжения (способ взаимообратного преобразования), предусматривающий преобразование конт-. ролируемого и выходного напряжений в ° изменении температуры резистивных элементов, а изменений температурыв электрические сигналы на выходах термопреобразователей, сравнение . электрических сигналов по величине и усиление напряжения рассогласоваНедостаток известного способаузкий динамический диапазон конт ролируемого напряжения, ограниченный снизу чувствительностbh) термообразователя,а сверху - его .перегрузочной способностью.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ измерения действую5 щего значения напряжения, основанный на преобразовании контролируемого и опорного напряжений в изменения температуры резистивных элементов, 10 а изменений температуры — в электрические сигналы на выходах термоэлектрических преобразователей, сравнении электрических сигналов по величине, регулировке опорного напряжения до

15 . устранения разбаланса сравниваемых сигналов и фиксации искомого действующего значения Ilo итоговой величине опорного напряжения lZ) ..

Недостаток указанного способа за20 .ключается в низкой точности измерения, особенно при значительных вариациях частоты контролируемого напряжения. Погрешности в определении дей. 9188 ствующего значения объясняются неиден" тичност ью характеристик термоэлектрических преобразователей, наличием паразитных емкостей между термоэлект« рическими преобразователями и резис" тивными элементами, а также неравномерным разогревом резистивных лементов в процессе преобразования электрических сигналов в изменения температуры, Цель изобретения - повышение точнос- ти измерения действующего значения в широком частотном диапазоне контролируемого напряженил.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения дейст- 1й вуюцего значения напряженил, основанному на преобразовании контролируемого и опорного напряжений в изменения температуры резистивных элементов, реГулировании опорного напряжения и фик- о сации искомого действующего Значения, по величине опорного напряжения после окончания. процесса регулирования, в резистивных элементах возбуждают ультра" звуковые колебания, определяют разность скоростей распространения ультразвуко- > вых колебаний и прекращают регулирование опорного напряжения по достижении указанной разностью нулевого значения.

Выполнению поставленной цели способствует также то, что разность скоростей распространения ультразвуковых колебаний в резистивных элементах определяют по сдвигу фаз между ними, либо по разности времен распростра- з3 нения или, наконец, по отношению их частот.

На чертеже приведена функциональная схема одного из возможных устройств, реализующих предложенный спо- 40 соб.

В данном случае разность скорос. тей распространения ультразвуковых колебаний в резистивных элементах оп- ределяется по сдвигу фаз между ними. 43

Устройство содержит резистивные элементы 1 и 2, возбудители 3 и 4 ультразвуковых колебаний, приемники

5 и 6 ультразвуковых колебаний, генератор 7 электрических колебаний, 3р усилители для электрических сигналов, измеритель 10 сдвига фаз электрических сигналов и источник 11.опорного напряжения.

Резистивные элементы 1 и 2 могут выполняться, например, в виде металлических проволочек, но обязательно должны быть конструктивно идентичны66 4 ми и из одного материала, 6 качест.ве возбудителей 3 и 4 ультразвуковых колебаний могут использоваться пьезоэлектрические резонаторы. Приемниками 5 и 6 ультразвуковых колебаний могут являться пьезоэлектрические ,резонаторы. Усилители 8 и 9 могут быть выполнены в виде высокочастотных усилителей переменного тока. Измеритель 10 сдвига фаз представляет собой стандартный измеритель сдвига фаз электрических сигналов. В качестве источника 11 опорного напряжения может быть применен стабилизатор постоянного напряжения с регулируемым выходным напряжением, а генератор

7 может быть построен как автоколебательllblH генератор.

Контролируемое напряжение 1 подводится к выводам резистивного элемента 1. тепловая мощность P>,, выделяемая в резистивном элементе 1,определяется как

P т„р„ (R - сопротивление резистивного элемента 1). Эта тепловая мощность разогревает резистивный элемент 1. Таким образом, имеет место преобразование контролируемого напряжения V в изменение температуры резистивного элемента b. порное напряжение l источни"а ка 11 подается на выводы резистивного элемента 2. Тепловая мощность P выделяемая в резистивном элементе 2, определяется как 1 о

Рт

2. R

I (R - сопротивление резистивного элемента 2). Эта тепловая мощность разогревает резистивный элемент 2. Таким образом, осуществляется преобразованием опорного напряжения V в изменение температуры оезистивного элемента 2

С помощью генератора 7 электрических колебаний и возбудителей 3 и 4 ультразвуковых колебаний возбуждают в резистивных элементах 1 и 2 ультразвуковые колебания, Ультразвуковая волна проходит по резистивному элементу 1 и достигает приемника 5 ультразвуковых колебаний, который преобразует ультразвуковые колебания в электрические. Аналогичным образом приемником 6 преобразуется в электрический сигнал ультразвуковая вол918866 на, проходящая по резистивному элементу 2. Электрические сигналы с выхода приемников 5 и 6 поступают на входы усилителей 8 и 9 и после усйления направляются на входы измерите- 5 ля сдвига фаз 10.

Поскольку в начальный момент

1 времени напряжения 7„ и У не равны между собой, то не равными оказываются и температуры резистивных элементов 1 и 2. Скорость: распространения ультразвуковых колебаний в резистивных элементах 1 и 2 зависит от материала, из которого изготовлены эти элементы и от температуры резистивных элементов. Так как резистивные элементы 1 и 2 выполнены конструктивно идентичными и из одного материала, то скорость распространения. ультразвуковых колебаний в них зависит толь-20 ко от их температуры. При неравенстве температур резистивных элементов и 2 между собой возникает сдвиг фаз распространяющихся по ним ультразвуковых колебаний, а следовательно, 25 и сдвиг по фазе между электрическими колебаниями на входе измерителя 10.

Регулируя величину опорного напряжения источника 11, можно добиться, чтобы показание измерителя 10 стало рав- 30 ным нулю. При этом скорости распространения ультразвуковых колебаний в резистивных элементах 1 и 2 окажутся одинаковыми. Вследствие равенства температур резистивныХ элементов 1 З5 и 2 будут равными тепловые мощности, рассеиваемые в этих элементах контролируемым и опорным напряжениями, т.е.

UP UФ

R(й,.

Из последнего равенства можно заключитb, что при й„, = R U„= 0

Изменение температуры окружающей среды вызывает одинаковые изменения температуры резистивных элементов 1 и 2 и поэтому не влияет на результат измерения.

Таким образом, по величине опорно-. го напряжения можно определить действующее значение контролируемого напряжения.

При реализации предложенного спо.соба приемники ультразвуковых коле55 баний выполняют из неэлектропроводного материала, например из кварца, причем достаточно больших размеров, чтобы паразитная емкость между элект; родами возбудителей, приемников и резистивными элементами была мала, Увеличение размеров возбудителей и приемников ультразвуковых колебаний не отражается на чувствительности, обеспечиваемой предлагаемым способом измерения.

Однако при этом исключается погрешность из-за наличия паразитной емкости между резистивным элементом и чувствительным блоком, При осуществлении предложенного способа ультразвуковая волна распространяется по всему объему резистивного элемента, поэтому скорость распространения волны зависит от интегрального значения температуры резистивного элемента. В связи с этим неравномерный разогрев резистивного элемента в его отдельных точках вследствие эффектов Пельтье и Томсона не приводит к погрешности контроля электрических напряжений, содержащих переменную и постоянную составляющую.

Таким образом, предложенный способ позволяет повысить точность измерения действующего значения напряжения с искаженной формы кривой, при" чем в широком частотном диапазоне. формула изобретения

1. Способ измерения действующего значения напряжения, основанный на преобразовании контролируемого и опорного напряжений в изменения температуры резистивных элементов, регулирования опорного напряжения и фиксации искомого действующего значения по величине опорного напряжения после окончания процесса регулирования, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения

s широком частотном диапазоне контролируемого напряжения, в резистивных элементах возбуждают ультразвуковые колебания, определяют разность скоростей распространения ультразвуковых колебаний и,прекращают регулирование опорного напряжения по достижении указанной разностью нулевого значения.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что разность скоростей распространения ультразвуковых колебаний в резистивных элементах определяют по сдвигу фаз между ними.

7 918866 8

3, Способ по и. 1, о т л и ч а ю- колебаний в резистивных элементах шийся тем, что разность скорос- определяют по отношению их частот. тей распространения ультразвуковых колебаний в резистивных элементах Источники инФормации определяют по разности времен распро- 5 принятые во внимание при экспертизе странения. 1.Патент ФРГ М 1814520, кл. 21 е 19/02, 4. Способ по п.1, о т л и ч а ю - 1970. шийся тем, что разность скорос- 2. Патент США 32 1663, кл.324-99, тей распространения ультразвуковых 1965.

Составитель Л. Морозов

Техред M. Гергель Корректор М. Иароши

Редактор A. Козориз

Заказ 2131/28 Тираж 719 Подписное

ВПИ1И!И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 осква И- " Ра шская наб. . 4/5

1 3035, М, 3, у д

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