Устройство для измерения действующего значения переменного напряжения

Устройство для измерения действующего значения переменного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗШРЕНИЯ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее первый переключатель , сигнальные входы которого соединены со входом устройства и с выходом преобразователя код-напряжение , последовательно включенные термопреобразователь и преобразователь напряжения в частоту, реверсивный счетчик импульсов, суммирующий и вычитающий входы которого подключены к соответствукхцим выходам второго перекл очателя непосредственно и через делитель частоты, а выход соединен с сигнальными входами преобразователя код-напряжение и отсчетйЬго блока, третий переключатель, блок управления, первый, второй. третий и четвертьш выходы которого подключе}1ы к управляющим входам соответственно первого и второгопереключателей , третьего переключателя реверсивного счетчика импульсов, отсчетного блока, отличающеесятем, что, с целью paciuiiрепня частотного диапазона в сторону инфразвуковых частот, в пего введены стабилизированиый источник биений звуковых напряжепил и вычислительный блок, причем вход упомянутого источника биений соединен с входом устройства, подключенным к i первому входу блока управления, нервьш выход - с питающим входом пре (Л С образователя код - напряжение и с вторым входом блока управления, а второй выход - с одним из сигнальных входов третьего переключателя, другой сигнальный вход которого подключен к выходу первого переключателя, а выход - к входу термопреобразователя , сигнальный вход вычислительного блока соединен с выходом преоб | разователя напряжения в частоту, с управляющий вход - с пятым выходом блока управления, а выход - с сигОд нальным входом второго переключателя. го

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) (11) (5ц,1 G 01 R 19/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 и,г

ы":- .-; 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3717115/24-21 (22) 28,03.84 (46) 15.08.85. Бюл. У 30 (72) А.Г.Дорош, О.H.Ïàðôåíoâà, В.А.Мокрицкий и О,И,Чайкивский (53) 621. 317. 7 (088. 8) (56) Патент ФРГ Р 1814520, кл. 21е 19/02, 1970.

Авторское свидетельство СССР

У 209581, кл. G 01 К 19/1.55, 1966.. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ

ДЕЙСТВУ10ЦЕГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕ1БННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее первый переключатель, сигнальные входы которого соединены со входом устройства и с выходом преобразователя код-напряжение, последовательно включенные термопреобразователь и преобразователь напряжения в частоту, реверсив-. ный счетчик импульсов, суммирующий и вычитающий входы которого подключены к соответствую)цим выходам второго переключателя непосредственно и через делитель частоты, а выход соединен с сигнальными входами преобразователя код-напряжение и отсчетФэго блока, третий переключатель, блок управления, первый, второй, третий и четвертый выходы которого подключены к управляющим входам соответственно первого и второго. переключателей, третьего переключателя реверсивного счетчика импульсов, отсчетного блока, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона в сторону инфразвуковых частот, в него введены стабилизированный источник биений звуковых напряже1п.. и вычислительный блок, причем вход упомянутого источника биений соединен с входом устройства, подключенным к первому входу блока управления, первый выход — с питающим входом преобразователя код — напряжение и с вторым входом блока управления, а второй выход — с одним из сигнальных входов третьего переключателя, другой сигнальный вход которого подключен к выходу первого перек почателя, а выход — к входу термопреобразователя, сигнальный вход вычислительного блока соединен с выходом преобразователя напряжения в частоту, управляющий вход — с пятым выходом блока управления, а выход — с сигнальным входом второго переключателя. !

3332

1О

1 117

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при создании точных широкополосных вольтметров.

Целью изобретения является расши5 рение частотного диапазона устройства в сторону инфразвуковых частот при. сохранении высокой точности измерения.

На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства для измерения действующего значения переменного напряжения; на фиг. 2 — схема стабилизированного источника биений звуковых напряжений; на фиг. 3 — вре-15 менные диаграммы сигналов, иллюстри-< рующие работу устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит стабилизированный источник биений звуковых напряжений, блок 2 управления, переключатели 3 и 4, термопреобразователь 5, преобразователь 6 напряжения в частоту, вычислительный блок

7, переключатель 8, делитель 9 частоты (на два)„ реверсивный счетчик

10 импульсов, отсчетный .блок 11 и преобразователь 12 код — напряжение.

Сигнальные входы переключателя 3 соединены с входом устройства и с выходом преобразователя 12 код — нап-30 ряжение. Термопреобразователь 5 и преоб. >азователь 6 напряжения в частоту включены последовательно. Суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика 10 импульсов подключе- 35 ны к соответствующим выходам переключателя 8 непосредственно и через делитель частоты 9, а выход соединен с сигнальными входами преобразователя 1" код — напряжение и отсчетного 40 блока 11. Вход стабилизированного источника 1 биений звуковых напряжений соединен с входом устройства, подключенным к первому входу блока

2 управления, первый выход — с пи- 45 тающим входом преобразователя 12 код — напряжение и с вторым входом блока 2 управления, а второй выход— с одним из сигнальных входов переключателя 4, другой сигнальный 50 вход которого подключен к выходу переключателя 3, а выход — к входу термопреобразователя 5. Сигнальный вход вычислительного блока 7 соединен с выходом преобразователя 6 55 напряжения в частоту. Выходы блока 2 управления подключены к управляющим входам переключателей 3, 4 и 8, вычислительного блока 7, реверсивного счетчика 10 импульсов и отсчетного блока 11.

Стабилизированный источник 1 биений звуковых напряжений (фиг. 2) содержит генератор 13 опорной частоты, управляющий узел 14, управляемый делитель 15 частоты, делитель 16 частоты, управляемые аттенюаторы

17 и 18, избирательные фильтры 19 и 20, блоки 21 и 22 сравнения действующих значений переменного и постоянного напряжений, источник 23 опорного постоянного напряжения и аналоговый сумматор 24. Выход генератора

13 опорной частоты соединен с информационными входами управляемого делителя 15 частоты и делителя 16 частоты, выходы которых соединены с сигнальными входами управляемых аттенюаторов 17 и 18. К выходам управляемых аттенюаторов 17 и 18 подключены входы соответственно избирательных фильтров 19 и 20, которые своими выходами соединены с входами аналогового сумматора 24 и первыми входами блоков 21 и 22 сравнения действующих значений переменного и постоянного напряжений, подключенных вторыми входами к выходу источника

23 опорного постоянного напряжения.

Выходы блоков 21 и 22 сравнения соединены с управляющими входами соответствующих управляемых аттенюаторов 17 и 18. Управляющий вход управляемого делителя 15 частоты подключен к выходу управляющего узла 14, вход которого является управляющим входом стабилизированного источника 1 биений звуковых напряжений. Выход сумматора 24 и выход избирательного фильтра 20 являются соответственно первым и вторым выходами стабилизированного источника 1 биений звуковых напряжений.

Работа устройства для измерения действующего значения переменного напряжения происходит в два цикла, каждый иэ которых состоит из двух тактов. Длительность циклов и тактов задается блоком 2 управления с помощью переключателей 3, 4 и 8.

При этом первому циклу соответству— ют положения переключателей 3 и 8, при которых замкнуты первые -(верхние на фиг. 1) контактные группы, а второму циклу — положения лереклю3 11733 чателей 3 и 8, при которых замкнуты вторые контактные группы. Первому такту измерения соответствует положение переключателя 4, при котором замкнута первая (верхняя на фиг. 1) контактная группа, а второму такту— положение, при котором замкнута вторая контактная группа.

В первом такте первого цикла измеряемое напряжение И (фиг. 3,3 ) через переключатели 3 и 4 подается на вход термопреобразователя 5, который преобразует действующее значение измеряемого напряжения в термоэлектродвижущую силу. При измерении

1 ( где (K ), и (K ) — коэффициенты передачи преобразователей 5 и 6 во втором такте первого цикла (их значения могут отличаться от значений в первом такте вследствие частотной неравномерности) действующее значение опорного звукового напряжения на втором выходе стабилизированного источника 1.

U а звукового напряжения термоэлектродвижущая сила на выходе термопреобразователя 5 представляет собой постоянное напряжение, а при измерении инфразвукового напряжения электро- 20 движущая сила состоит из двух составI ляющих: постоянной е, несущей информацию о действующем значении Uq H

I переменной е, частота которой равна удвоенной частоте измеряемого напря- 25 жения U„ (фиг. 3, e ). С помощью преобразователя 6 напряжения в частоту термоэлектродвижущая сила преобразуется в частоту импульсов. С задержкой по отношению к началу каждого 30 такта, необходимой для установления выходной термоэлектродвижущей силы термопреобразователя 5, по команде блока 2 управления включается вычислительный блок 7. В первом такте вычислительный блок 7 выполняет функцию интегратора. Время интегрирования задается блоком 2 управления и, с целью исключения методической погрешности на инфразвуковых частотах, вы- 40 бирается равным целому числу периодов измеряемого напряжения U . Количество периодов выбирается в зависимости от частоты измеряемого напряжения U. и с учетом обеспечения макси- 45 мальной точности вычислений в вычислительном блоке 7. К концу первого такта первого цикла в вычислительном блоке 7 записывается число .I

В, = (К,), (К. (U„+ И)пх„, (>) где (

1- x — действующее значение измеряемого напряжения

4 действующее значеа ние напряжения аддитивного шума, приведенного к входу устройства

n — число периодов измеряемого напряжеи

Т вЂ” период измеряемого

Х напряжения

Во втором такте переключатель 4 по команде блока 2 управления подключает к входу термопреобразователя.

5 второй выход стабилизированного источника 1 биений звуковых напряжений, на котором действует постоянное по действующему значению напряжение .фиксированной звуковой частоты. Включаемый блоком 2 управления с задержкой вычислительный блок 7 во втором такте выполняет функции делительного и корнеизвлекающего узлов. Во втором такте вычислительный блок

7 производит деление числа импуль1 сов 11 записанного в нем в первом

/ такте, на число импульсов, поступающих на его вход с выхода преобразователя 6 напряжения в частоту во втором такте. Одновременно с операцией деления производится операция извлечения квадратного корня. Поскольку во втором такте вычислительный блок 7 включен на протяжении времени,равного времени его включения в первом такте, на его вход за время второго такта поступает число импульсов (1 ) (К6) (+ 3 )п Тх, (2) 1173332

15

20 ц

Uz о ультипликативная погрешность коэффициента преобразования прямого канала, (U <сБ

1 02

6 2П

Х аддитивная погрешность коэффициента преобразования прямого канала;

21, (1 + 3пкн) и (4) Пк

1 где 2 н

$ пкн

B результате операций деления и извлечения квадратного корня за время второго такта первого цикла с выхода вычислительного блока 7

I через переключатель 8 на суммирующий вход реверсивного счетчика 10 поступает число импульсов

"х ("+ За1

= т(" 1 0 = " х(< 3 м1"

U о,г о (1у,l(1«3 l, где 2К = К /Б — номинальное значение коэффициента передачи прямого канала в первом цикле измерения, К7 — коэффициент передачи вычислительного блока 7, 25

1 (К э) (К6) (К ) г (Кб) г тотная погрешность 40 коэффициента преобразования прямого канала в первом цикле измерения.

С разрядных выходов реверсивного 45 счетчика 10 информация передается на разрядные входы преобразователя

12 код — напряжение, на выходе которого к концу первого цикла устанавливается напряжение 50 — коэффициент преобразования преобразователя 12 код напряжение, причем К н = К; — погрешность преобразователя 12 код — напряжение.

Поскольку на выходе вычислительйого блока 7 во время первого такта обоих циклов импульсы отсутствуют, то состояния, которые установились в реверсивном счетчике 10 и преобразователе 12 код — напряжение во втором такте, сохраняются без изменений в течение первого такта последующе- . го цикла измерений.

Во втором цикле измерений предложенное устройство работает аналогично. Однако в первом такте к входу термопреобразователя 5 покдлючается вместо измеряемого напряжения выхоцное напряжение преобразователя 12 код — напряжение, а во втором такте выходные импульсы вычислительного блока 7 поступают не на суммирующий вход, а через делитель 9 частоты на вычитающий вход реверсивного счетчи ка 10. Продолжительность работы вычислительного блока 7 в каждом из тактов втррого цикла одинакова и составляет целое число периодов биений звуковых напряжений, информация о которых на блок 2 управления подается с первого выхода стабилизированного источника 1 биений звуковых напряжений. Для нормальной работы предложенного устройства необхо— димо, чтобы действующее значение сигнала на каждом из выходов источника

1 было постоянным. Кроме этого„ частота биений должна быть равна удвоенной частоте измеряемого напряжения при измерении инфразвукового напряжения, т. е. когда тепловая постоянная времени термопреобразо— вателя 5 соизмерима или меньше периода измеряемого напряжения U„ .

При измерении же звукового напряжения частота биений должна быть звуковой, однако при этом она может быть фиксированной, поскольку в этом случае обеспечивается такой же статический режим работы термопреобразователя 5, который имеет мес-, то при подаче на него постоянного напряжения. !

Таким образом, для обеспечения идентичности режимов работы термо— преобразователя 5 в первых тактах обоих циклов измерения стабилизированный источник 1 биений звуковых напряжений должен обеспечивать получение частоты биений, равной уд— военной частоте измеряемого иапря1173332 жения LI<, при измерениях в диапазоне инфразвуковых частот и фиксированной звуковой .частоты биений при измерениях в диапазоне звуковых частот.

Фиксированная частота звуковых биений при измерениях звуковых напряжений выбирается равной удвоенной верхней частоте инфразвукового диапазона, т. е. около 40 Гц.

30

Стабилизированный источник 1 биений звуковых напряжений представляет собой двухканальный генератор синусоидальных колебаний, на выходе которого включен аналоговый сумматор 24. Частоты обоих синусоидальных сигналов являются производными частоты генератора 13 опорной часто20 ты. Высокая частота с выхода генератора 13 поступает »а входы управляемого делителя 15 частоты и делителя

16 частоты. На выходе делителя 16 создается прямоугольное напряжение типа меандр фиксированной звуковой частоты.

Управляющий узел 14 благодаря информации о частоте измеряемого сигнала Ux поступающей на управляющий вход, устанавливает такой коэффициент деления управляемого делителя 15, при котором его выходная частота (сигнал прямоугольной формы типа меандр) отличается от частоты на выходе делителя 16 частоты на удвоенное значение частоты измеряемого напряжения UX в случае измерения инфразвукового напряжения. Если измеряется звуковое напряжение, то коэффициент деления устанавливается фиксированным и таким, чтобы выходная частота управляемого делителя 15 отличалась от выходной частоты делителя частоты 16 примерно на 40 Гц. При этом значения частот выходных сигналов делителей 15 и 16 выбираются на нес- 45 колько порядков выше верхней частоты инфразвукового диапазона. Выходные сигналы делителей 15 и 16 подаются на входы соответствующих управляемых аттенюаторов 17 и 18, где происходит нормирование их уровней. С выходов управляемых аттенюаторов 1? и 18 сигналы поступают на входы избирательных фильтров 19 и 20. В результате г избирательных свойств фильтров 1.9 и

20 сигналы 0 g Ugg (фиг. 3) на их выходах представляют собой синусоидальны» к.лебания, частоты которых равны частотам прямоугольных сиг на— лов на выходах делителей 15 и 16.

Указанные синусоидальные сигналы подаются «а первые входы соответствующих блоков 21 и 22 сравнения действующих значений переменного и постоянного напряжений, на вторые входы которых подается напряжение с выхода источника 23 опорного постоянного напряжения.В зависимости от соотношения действующих значений синусоидального и постоянного напряжений на выходе каждого из блоков 21 и 22 сравнения образуются такие управляющие сигналы, которые, воздействуя на управляющие входы управляемых аттенюаторов 17 и 18, обеспечивают постоянство действующих значений синусоидальных напряжений на выходах избирательных фильтров 19 и 20. Оба указанных стабилизированных по действующему значению синусоидальных напряжения подаются на суммирующие входы аналогового сумматора 24. Выходное напряжение Б, (фиг. 3) сумматора 24 представляет собой стабилизированные по действующему значению биений звуковых напряжений. Оно снимается с первого выхода стабилизированного источника 1. На втором выходе источника 1 существует стабилизированное по действующему значению выходное синусоидальное напряжение избирательного фильтра 20 фиксированной частоты. Исходя из того, что во втором цикле измерений предложенное устройство для измерения действующего значения переменного напряжения работает так же, как в первом число импульсов, зафиксированное в вычислительном блоке 7 в конце первого такта второго цикла, записывается следующим образом: (K )" (К )", (UÐ + И )пТ (5) где (К ) и (К ) — коэффициенты пре1 II

5q 6) образования преобразователей 5 и 6 в первом такте втор ого цикла, U — действующее значение напряжения на выходе преобразователя 12 код — напряжение в первом так". те второго цикла; (у — у ) + ( (14) и =gпкк + 2у )., где = /

„к частотная пог0"1 решность прямого канала.

В предложенном устройстве частотная погреыность g влияет на результат измерений значительно частот вследствие своей инерционнос-! ти не реагирует на мгновенные значе- ния звуковых составляющих, а реагирует на изменения действующего значения суммы звуковых составляющих, образующих биения, и только в том случае, если период биений соизмерим или больше тепловой постоянной времени термопреобразователя 5.

При измерении инфразвукового напряжения режим работы термопреобразователя 5 в первых тактах обоих циклов динамический, а при измерении звукового. напряжения — статический. Из этого слует, что частот1 и ные погрешности и, обусловленные термопреобразователем 5 и включенным после него преобразователя 6 напряжения в частоту, одинаковы в обоих циклах измерения вне зависимости от частоты измеряемого напряжения Б„. С учетом изложенного выражения (13) упрощается и принимает вид

12

73332 меньше, чем в известном, поскольку в результате умножения на $ + 2 „ становится величиной второго порядка малости. Остальные составляющие суммарных погрешностей / и являются величинами одинакового по. рядка малости ..

Расширение частотного диапазона в сторону инфразвуковых частот в

10 предложенном устройстве оказывается возможным в результате применения вычислительного блока 7, выполняющего функции цифрового интегрирования, деления и извлечения квадрат15 ного корня. Вычислительный блок 7 совместно с преобразователем 6 напряжения в частоту, подключенным к выходу термопреобразователя 5, позволяет производить необходимые

2п для определения действующего значения напряжения операции интегрирования, деления на период и извлечения квадратного корня практически с одинаковой точностью вне зависи25 мости от частоты измеряемого напряжения Uк . При этом благодаря применению стабилизированного источника 1 биений звуковых напряжений удается существенно уменьшить влияние частотной погрешности прямого ,канала. Последнее обстоятельство позволяет достичь расширения частотного диапазона, при этом сохраняется высокая точность измерений.

II73332

1173332

Тираж 748 Подписное

ВН16П1И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

4,5

Заказ 5046/44

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

Составитель Л.Морозов

Редактор Т.Веселовская Техред А.Бабинец Ко ектор Г.Решетник