Устройство для измерения действующего значения переменного напряжения

Устройство для измерения действующего значения переменного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и служит для расширения частотного диапазона измерения в сторону инфранизких частот. Устройство содержит переключатель 1, термопреобразователь 2, преобразователь 3 напряжения в частоту, переключатель 24, делитель 25 частоты, реверсивный счетчик 26, цифроаналоговый преобразователь 28 и генератор 29 тактовых импульсов. В устройство введен широтно-импульсный прерыватель 4, включаюш.ий постоянный запоминающий блок 5, реверсивный счетчик 6, триггеры 9 и 16, элемент 10 задержки, элемент ИЛИ 12, элементы И 7, 8, 11, 15 и 18, счетчик 13 импульсов и одновибраторы 14 и 17. Кроме того, введены число-импульсный корнеизвлекаюш,ий блок 19, состоящий из счетчика 20 импульсов, элемента И-ИЛИ 21, триггера 22 и элемента И 23, и отсчетный блок 27. Устройство работает в § два цикла. Причем второй цикл используется для коррекции погрешности по мето- /Л ду итерации. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. F

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G 01 R 19/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4058136/24-21 (22 ) 17.04.86 (46) 07.06.88. Бюл. № 21 (72) М. М. До рож о ве ц, Н. И. Кал а ш н и ко в, В. И. Матвеев и В. А. Мокрицкий (53) 621.317.7 (088.8) (56) Данчеев В. П. Цифро-частотные вычислительные устройства. М.: Энергия, 1976, с. 23 — 26, 43, 44.

Орнатский П. П. Автоматические измерения и приборы. Киев: Вища школа, 1973, с. 350, 351, 507, 508.

Авторское свидетельство СССР № 1173332, кл. G OI R 19/02, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и служит для расширения частотного диапазона измерения в

„„SU„„1401388 д i сторону инфранизких частот. Устройство содержит переключатель 1, термопреобразователь 2, преобразователь 3 напряжения в частоту, переключатель 24, делитель 25 частоты, реверсивный счетчик 26, цифроаналоговый преобразователь 28 и генератор

29 тактовых импульсов. В устройство введен широтно-импульсный прерыватель 4, включающий постоянный запоминающий блок 5, реверсивный счетчик 6, триггеры 9 и 16, элемент 10 задержки, элемент ИЛИ

12, элементы И 7, 8, 11, 15 и 18, счетчик 13 импульсов и одновибраторы 14 и 17. Кроме того, введены число-импульсный корнеизвлекающий блок 19, состоящий из счетчика 20 импульсов, элемента И-ИЛИ

21, триггера 22 и элемента И 23, и отсчетный блок 27. Устройство работает в два цикла. Причем второй цикл используется для коррекции погрешности по методу итерации. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1401388

1О

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к измерению действующего напряжения в диапазоне инфранизких частот.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона измерения в сторону инфранизких частот.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения действующего значения переменного напряжения; на фиг. 2 — временные диаграммы сигналов, иллюстрируюгцие работу широтноимпульсного прерывателя.

Устройство (фиг. 1) содержит переключатель 1, термопреобразователь 2, преобразователь 3 напряжения в частоту, широтно-импульсный прерыватель 4, который включает в себя постоянный запоминающий блок 5, реверсивный счетчик 6, элементы И 7 и 8, триггер 9, элемент 10 задержки, элемент И 11, элемент ИЛИ 12, счетчик 13 импульсов, одновибратор 14, элемент И 15, триггер 16, одновибратор

17 и элемент И 18, число-импульсный корнеизвлекающий блок 19, состоящий из счетчика 20 импульсов, комбинационного элемента И-ИЛИ 21, триггера 22 и элемента И 23, переключатель 24, делитель 25 частоты, реверсивный счетчик 26, отсчетный блок 27, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 28, генератор 29 тактовых импульсов, входной зажим 30 устройства.

Первый вход переключателя 1 соединен с входным зажимом 30 устройства, а второй вход с выходом ЦАП 28. Выход переключателя 1 соединен с входом термопреобразователя 2, последовательно с которым включен преобразователь 3 напряжения в частоту, выход которого соединен с вторым входом широтно-импульсного прерывателя 4, соединенного с первым входом элемента И 18.

Первый вход широтно-импульсного прерывателя 4 соединен с первым входом элемента И 15 и с выходом генератора 29 тактовых импульсов. Выход элемента И 15 соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика 6, который своим суммирующим входом соединен с соответствующим выходом постоянного запоминающего блока 5, а выход обнуления реверсивного счетчика 6 связан со своим управляющим входом, первым входом элемента И 7 и вторым входом элемента

И 8, которые своими выходами соединены соответственно с первым установочным и счетным входами триггера 9, второй установочный вход которого соединен с выходом одновибратора 17 и четвертым выходом широтно-импульсного прерывателя 4, который соединен с управляющим входом реверсивного счетчика 26, вход одновибратора 17 соединен с вторым входом элемента И 7 и первым выходом второго

55 триггера 16, второй выход которого соединен с первым входом элемента И 8 и через второй выход широтно-импульсного прерывателя 4 — с управляющими входами переключателей 1 и 24 и отсчетного блока 27.

Второй выход триггера 9 соединен с первым входом элемента ИЛИ 12, а первый выход триггера 9 соединен с вторым входом пятого элемента И 18, входом элемента задержки 10 и управляющим входом постоянного запоминающего блока 5, вход которого соединен с выходом счетчика 13 импульсов. Первый и второй входы четвертого элемента И 11 подключены к выходам соответственно элемента И 7 и элемента 10 задержки, а его выход — к второму входу элемента ИЛИ 12, выход которого соединен с сигнальным входом первого счетчика 13 импульсов.

Выход переноса счетчика 13 импульсов через одновибратор 14 соединен с входом триггера 16, вторым входом элемента И 15 и через первый выход прерывателя 4 с управляющим входом ЦАП 28, третий выход широтно-импульсного прерывателя 4, соединенный с выходом элемента И 18, соединен с третьим входом число-импульсного корнеизвлекающего блока 19, соединенным с первым входом триггера 22. Второй вход триггера 22 соединен с выходом комбинационного элемента И-ИЛИ 21, входы которого соединены соответственно с младшими и старшими разрядами счетчика 20 импульсов, выход триггера 22 соединен с вторым входом элемента И 23, первый вход которого соединен с первым входом числоим пульсного корнеизвлекающего блока 19, который соответственно соединен с выходом генератора 29 тактовых импульсов.

Выход элемента И 23 соединен с входом счетчика 20 импульсов, выход и управляющий вход которого соединены соответственно через первый выход и второй вход блока 19 с входом и управляюшим входом ЦАП 28. Второй выход числоимпульсного корнеизвлекающего блока 19 соединен с выходом элемента И 23, а также с входом переключателя 24, первый выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика 26, а второй выход переключателя 24 через делитель 25 частоты — с вычитающим входом реверсивного счетчика 26, выход которого соединен с входом отсчетного блока 27.

Устройство работает в два цикла, причем второй цикл используется для коррекции погрешности по методу итерации. В начале первого цикла одновибратор 14 срабатывает и находится во временно устойчивом состоянии, характеризующемся низким выходным потенциалом соответствующим

1401388 состоянию логического нуля (напряжение

Ui4 на фиг. 2а). Низкие потенциалы установлены также на первых выходах триггеров 9 и 16 и на выходе триггера 22.

В соответствии с этим элементы И 7, 11, 15, 18 и 23 заперты. Элемент И 8 открыт за счет высокого потенциала (состояния логической единицы) на втором выходе триггера 16. Счетчик 13 импульсов и реверсивный счетчик 26 обнулены. На выходах постоянного запоминающего блока 5 в соответствии с состояниями логического нуля íà его входах установлен код, соответствующий максимальному двоичному числу, т. е. характеризующийся состоянием логической единицы на всех выходах постоянного запоминающего блока 5. Такой же код записан в реверсивный счетчик 6.

Переключатели 1 и 24 находятся в первом (верхнем на фиг. 1) положении за счет высокого потенциала на втором выходе триггера 16 (напряжение U I; на фиг. 2б).

На вход термопреобразователя 2 через переключатель 1 поступает измеряемое напряжение U..

Термо-электродвижущая сила, пропорциональная квадрату действующего значения напряжения Ux, с выхода термопреобразователя 2 подается на вход линейного преобразователя 3 напряжения в частоту, где преобразуется в частоту импульсов.

Выходные импульсы преобразователя 3 напря>кения в частоту подаются на первый вход элемента И 18 широтно-импульсного прерывателя 4. Такое состояние схемы сохраняется до окончания импульса задержки одновибратора 14, когда потенциал на его выходе возрастает до уровня логической единицы. Возникающий на выходе одновибратора 14 положительный перепад напряжения сбрасывает счетчик 20 импульсов в ноль. За счет появления высокого потенциала на втором входе элемент И 15 открывается. Импульсы с выхода генератора 29 тактовых импульсов поступают через элемент И 15 на вычитающий вход реверсивного счетчика 6, в результате чего записанное в нем число постепенно уменьшается. В момент обнуления реверсивного счетчика 6 на его выходе обнуления появляется импульс, который, пройдя через открытый элемент И 8 на счетный вход триггера 9, первым фронтом опрокидывает

его в состояние логической единицы на первом выходе. С первого выхода триггера 9 высокий потенциал передается на второй вход элемента И 18, разрешая тем самым прохождение импульсов с выхода преобразователя 3 напряжения в частоту на вход число-импульсного корнеизвлекающего блока 19. Подготовительный интервал, в течение которого устанавливается тепловой режим термопреобразователя 2, заканчивается и начинается измерительный интервал первого цикла.

Продолжительность подготовительного интервала определяется длительностью импульса задержки одновибратора 14 и временем первого обнуления реверсивного счетчика 6 и выбирается исходя из тепловой постоянной времени термопреобразователя 2. Одновременно с установкой в состояние логической единицы по первому выходу триггера 9 увеличивается на единицу номер кода на входе постоянного запоминающего блока 5, в связи с чем на выходе последнего появляется новый код.

Воздействуя на управляющий вход реверсивного счетчика 6, импульс обнуления, вызвавщий опрокидывание триггера 9, своим задним фронтом переписывает информацию с выходов постоянного запоминающего блока 5 в реверсивный счетчик 6.

Начинается процесс второго обнуления двоичного реверсивного счетчика 6, продолжительностью которого определяется длительность первого положительного импульса на первом выходе триггера 9, т. е. время в течение которого широтно-импульсный прерыватель 4 с помощью элемента

И 18 пропускает импульсы преобразователя 3 напряжения в частоту на вход числоимпульсного корнеизвлекающего блока 19.

В момент обнуления реверсивного счетчика 6 на его выходе обнуления появляется следующий импульс, который через элемент И 8 попадает на счетный вход триггера 9, вызывая его повторное опрокидывание, т. е. возврат в состояние логического нуля. В результате элемент И !8 запирается и прохождение импульсов на корнеизвлекающий блок 19 прекращается.

Под действием положительного перепада напряжения, возникающего на втором выходе триггера 9 и передающегося через элемент ИЛИ 12 на вход счетчика 13 импульсов, последний увеличивает значение записанного в нем числа на единицу. Новое значение кода на входе постоянного запоминающего блока 5 приводит к новому значению кода на его выходе. Задним фронтом импульса обнуления, возникающего на выходе реверсивного счетчика 6, выходной код постоянного запоминающего блока 5 переписывается в реверсивный счетчик 6. Указанный код определяет продолжительность очередного обнуления реверсивного счетчика 6, т. е. дли-, тельность паузы, в течение которой элемент И 18 заперт.

В дальнейшем в течение первого цикла схема устройства работает аналоги ч но.

Каждое обнуление реверсивного счетчика

6 приводит к опрокидыванию триггера 9, а каждый возврат по первому выходу триггера 9 в состояние логического нуля увеличивает на единицу число, записанное в счетчике 13 импульсов. Логическое сос1401388

35

55. тояние первого выхода триггера 9 и выхо да счетчика 13 импульсов задают код на

, входе постоянного запоминающего блока 5.

Следовательно, каждое обнуление двоичного реверсивного счетчика 6 увеличивает на единицу адресный номер на входе постоянного запоминающего блока 5. Кодовые комбинации на выходе постоянного запоминающего блока 5 задаются при его программировании таким образом, чтобы в первом цикле -в процессе поочередного увеличения его адресного номера на первом выходе триггера 9 формировалась в виде широтно-модулированных импульсов весовая функция д(() . Умножение этой функции на частоту преобразователя 3 напряжения в частоту, осуществляемое с помощью элемента И 18, позволяет за сравнительно короткий промежуток времени выделить постоянную составляющую квадратично преобразованного измеряемого напряжения. Информация об этой постоянной составляющей заключена в число импульсов, прошедших за время первого цикла через элемент И 18 ни вход число-импульсного корнеизвлекающего блока 19.

Работа число-импульсного корнеизвле кающего блока 19 происходит следующим об разом. Первый же импульс, прошедший через элемент И 18 с выхода преобразователя 3 напряжения в частоту на первый вход триггера 22, устанавливает этот триггер в состояние логической единицы.

В результате элемент И 23 открывается и выходные импульсы генератора 29 тактовых импульсов поступают на вход счетчика 20 импульсов и через переключатель 24 -- на суммирующий вход реверсивного счетчика 26. Счетчик 20 импульсов совместно с комбинационным элементом И-ИЛИ 21 образует число-импульсный квадратор, при этом в нем число импульсов на выходе комбинационного элемента

И-ИЛИ 21 пропорционально квадрату числа импульсов на входе счетчика 20 импульсов.

Первый же импульс, появившийся на выходе комбинационного элемента И-ИЛИ 21, воздействуя на второй вход триггера 22, возвращает его в исходное состояние, что приводит к запиранию элемента И 23.

Частота генератора 29 тактовых импульсов выше максимальной частоты преобразователя 3 напряжения в частоту. Поэтому после каждого импульса, поступающего на первый установочный вход триггера 22, в квадраторе формируется ответный импульс, поступающий на второй вход триггера 22.

В результате возврата триггера 22 в состояние логического нуля работа число-импульсного корнеизвлекающего блока 19 затормаживается до прихода следующего импульса с выхода элемента И 18. Так как каждому входному импульсу число импульсного корнеизвлекающего блока 19 соответствует один выходной импульс квад5

25 ратора, то это значит что суммарное число импульсов на выходе квадратора равно суммарному числу импульсов на входе число-импульсного корнеизвлекающего блока 19

Из этого также следует, что число импульсов на сигнальном входе квадратора (счетчика 20 импульсов) и на выходе число-импульсного корнеизвлекающего блока 19 пропорционально квадратному корню из числа импульсов, поступающих на его вход.

Поскольку счетчик 20 импульсов одновременно является преобразователем последовательного число-импульсного кода в параллельный двоичный, то на выходе счетчика

20 импульсов существует двоичный код, значение которого пропорционально квадратному корню из числа импульсов, поступивших в течение цикла на вход корнеизвлекающего блока 19.

В момент переполнения счетчика 13 импульсов первый цикл заканчивается и начинается подготовительный интервал второго цикла измерения. Отрицательный перепад напряжения, возникающий на выходе переноса счетчика 13 импульсов, запускает одновибратор 14. В результате выходной потенциал одновибратора 14 скачкообразно понижается. Возникающий отрицательный перепад напряжения, поступающий на вход триггера 16, опрокидывает его, в связи с чем на первом выходе устанавливается высокий потенциал, а на втором — низкий; Элемент И 7 открывается, а элемент И 8 закрывается. Кроме того, благодаря отрицательному перепаду напряжения на выходе одновибратора 14, воздействующему на управляющий вход ЦАП 28, информация с выхода счетчика 20 импульсов переносится в регистр ЦАП 28. Указанная цифровая информация, представляющая собой результат измерения действующего значения напряжения Ux в первом цикле, с помощью ЦАП 28 преобразуется в аналоговое напряжение U.. Во время существования низкого потенциала на выходе одновибратора 14 элемент И 15 заперт, в связи с чем импульсы с выхода генератора 29 тактовых импульсов на вход вычитания реверсивного счетчика 6 не поступают. На выходе счетчика 13 импульсов, первом выходе триггера 9 и входе постоянного запоминающего блока 5 установлены низкие потенциалы. Переключатели 1 и 24 во втором цикле находятся во втором (нижнем на фиг. 1) положении благодаря низкому потенциалу на втором выходе триггера 16. На вход термопреобразователя 2 подается компенсирующее напряжение U., снимаемое с выхода

ЦАП 28, причем оно близко к действующему значению измеряемого напряжения Ux.

В момент окончания импульса задержки одновибратора 14 потенциал на его выходе

1401388

Формула изобретения

55 повышается до уровня логической единицы. Возникающий при этом положительный перепад напряжения сбрасывает в ноль счетчик 20 импульсов. Одновременно открывается элемент И 15 и выходные импульсы генератора 29 тактовых импульсов начинают поступать на вычитающий вход реверсивного счетчика 6 аналогично описанному. В момент первого обнуления двоичного реверсивного счетчика 6 его выходной импульс проходит через элемент И 7 на первый установочный вход триггера 9 и своим передним фронтом устанавливает на втором выходе указанного триггера состояние логической единицы, в результате чего элемент И 18 открывается. Подготовительный интервал второго цикла заканчивается и начинается его измерительный интервал. Благодаря элементу 10 задержки повышение потенциала на втором входе элемента И 11 до уровня логической единицы происходит с задержкой, превышающей длительность выходного импульса обнуления реверсивного счетчика 6, в связи с чем первый во втором цикле выходной импульс реверсивного счетчика 6 через элемент И 11 не проходит, и счетчик 13 импульсов сохраняет на выходе состояние логического нуля. С выхода число-импульсного корнеизвлекающего блока 19 на второй вход переключателя 24 во втором цикле поступает число импульсов, пропорциональное действующему значению компенсирующего напряжения U.. Указанные импульсы с выхода переключателя 24 через делитель 25 частоты, обеспечивающий коэффициент деления, равный двум, подаются на вычитающий вход счетчика 26. Если коэффициент передачи прямого канала преобразования выбрать таким, чтоб в первом цикле измерений в счетчик 26 был записан результат, численно равный удвоенному значению измеряемого напряжения, то за счет итерационной коррекции погрешности к концу второго цикла измерения в реверсивном счетчике 26 будет записано число, представляющее действующее значение измеряемого напряжения.

Конец второго цикла, как и первого, наступает в момент переполнения счетчика

13 импульсов, вызывающего срабатывание одновибратора 14. Отрицательный перепад выходного напряжения одновибратора 14 опрокидывает триггер 16.

Положительный перепад напряжения, возникающий на втором выходе триггера 16, воздействуя на управляющий вход отсчетного блока 27, переписывает в него результат измерения, полученный в двоичнодесятичном реверсивном счетчике 26, при этом одно вибратор 17 вырабатывает импульс, приводящий устройство в исходное состояние.

1. Устройство для измерения действующего значения переменного напряжения, содержащее два переключателя, цифроаналоговый преобразователь, термопреобразователь, выход которого соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, реверсивный счетчик, делитель частоты, генератор тактовых импульсов, причем первый вход первого переключателя соединен с входным зажимом устройства. второй вход соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, выход первого переключателя через термопреобразователь соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, первый выход второго переключателя соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, второй выход второго переключателя через делитель частоты соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, управляющие входы обоих переключателей объединены, отличающееся тем, что, с целью расширения частотного диапазона измерения в сторону инфранизких частот, в него дополнительно введены широтно-импульсный прерыватель числоимпульсный корнеизвлекающий блок и отсчетный блок, причем первые входы широтно-импульсного прерывателя и числоимпульсного корнеизвлекающего блока объединены и соединены с выходом генератора тактовых импульсов, первый выход широтно-импульсного прерывателя соединен с управляющим Входом цифроаналогового преобразователя и вторым входом числоимпульсного корнеизвлекающего блока, первый выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя, второй выход широтно-импульсного прерывателя соединен с управляющими входами обоих переключателей и отсчетного блока, третий выход широтно-импульсного прерывателя соединен с третьим входом числоимпульсного корнеизвлекающего блока, второй выход которого соединен с входом второго переключателя, выход преобразователя напряжения в частоту соединен с вторым входом широтно-импульсного прерывателя, четвертый выход которого соединен с управляющим входом реверсивного счетчика, выход которого соединен с входом отсчетного блока.

2. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что число-импульсный корнеизвлекающий блок содержит элемент И, комбинационный элемент И-ИЛИ, триггер и счетчик импульсов, причем первый вход элемента И является первым входом блока, выход элемента И соединен с входом счетчика импульсов и является вторым выходом блока, информационный выход счетчика импульсов является первым выходом блока, управляющий вход счетчика является вторым входом блока, первый вход тригге1401388

Составитель В. Смирнов

Редактор A. Ворович Техред И. Верес Корректор В. Бутяга

Заказ 25!7/44 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий !! 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ра является третьим входом блока, второй вход триггера соединен с выходом комбинационного элемента И-ИЛИ, входы которого соединены соответственно с выходами старшего и младшего разрядов счетчика импульсов, выход триггера соединен с вторым входом элемента И.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что широтно-импульсный прерыватель

, содержит постоянный запоминающий блок, реверсивный счетчик, счетчик импульсов, два триггера, пять элементов И, два одновибратора и элемент ИЛИ, причем первый вход первого элемента И является первым входом прерывателя, выход первого элемента И соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с выходом постоянного запоминающего блока, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, выход переноса которого соединен с входом первого одновибратора, выход которого соединен с входом первого триггера, вторым входом первого элемента И и является первым выходом прерывателя, второй вход прерывателя соединен с первым входом пятого элемента И, выход которого соединен с третьим выходом прерывателя, второй выход первого триггера соединен с вторым выходом прерывателя и первым входом третьего элемента И, второй вход

5 которого соединен с первым входом второго элемента И, выходом обнуления реверсивного счетчика и его управляюшим входом, второй вход второго элемента И соединен с первым выходом первого триггера и входом второго одновибратора, выход которого является четвертым выходом прерывателя и соединен с первым входом установки второго триггера, счетный вход которого соединен с выходом третьего элемента И, второй вход установки второго

15 триггера соединен с выходом второго элемента И и первым входом четвертого элемента И, второй вход которого через элемент задержки соединен с первым выходом второго триггера, вторым входом пятого элемента И и управляющим входом постоянного запоминающего блока, второй выход второго триггера соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, выход элемента ИЛИ соединен с входом счетчика импульсов.