Вольтметр действующего значения

Вольтметр действующего значения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

i834528

Союз Советских

Социалистическин

Республик

Oll ИСАНИЕ

ИЗЬБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 03.05.79 (2I ) 276101 3/18- 21 (5l)M. Кл.

Ъ (л 01 Р L3/02

GI 01R 19/02 с присоединением заявки рв

Госудорствеииый комитет

{23)Приоритет оо делом изобретений и открытий с

Опубликовано 30.05.81. Бюллетень ¹ 20 (53) УДК 621.317..7(088.8) Дата опубликования описания 30.05.81

П. П. Першенков, Б. В. Султанов, Э. К. Шахово и В. М. Шляндин (72) Авторы изобретения

Пензенский политехнический институт (71) Заявитель (54) ВОЛЬТМЕТР ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при реализации цифрового, контроля переменного напряжения.

Известно устройство, обеспечивающее измерение действующего значения напря5 жения и содержащее, в частности, после довательно соединенные функциональные блоки квадратирования, усреднения и извлечения квадратного корня(1).

1О

Недостатки известного устройства заключаются в значительной инерционности и больших погрешностях измерения при контроле действующих значений напряжения в широком динамическом диапазоне.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является вольметр действующего значении, принлип действия которого основан на разновременном сравнении действующего значения измеряемого напряжения и постоянного компенсирующего напряжения, при котором процесс подбора компенсирукиде го напряжения, равного действующему

2 значению измеряемого напряжедия, осуществляется. во втором цикле функционирования устройства путем дискретного уравновешивания. Вольтметр содержит квад-ратичный преобразователь напряжения в частоту, выход которого через соответствующие ключи соединен со счетными входами двух счетчиков импульсов, блок сравнения кодов, информационные входы которого подключены к выходам счетчт ков импульсов, формирователь компенсирующего напряжения, переключатель, блок управления, один иэ входов которого соединен с общим входом устройства и первым входом переключателя, другой вход- с выходом блока сравнения кодов, а выходы - с управляющими входами ключей, счетчиков импульсов, формирователя компенсирующего напряжении и переключателя (21.

Недостатки известного устройства также связаны с существенной инерционюстью и ощутимыми погрешностями больmoN длительностью каждого такта функ834528

3 щюнирования устройства, а погрешнос ти- наличием дрейфа усилителя в преобразователе напряжения в частоту и имеющейся несимметрией опорных напряжений.

Цель изобретении - повышение быстродействия и точности.

Поставленная цель достигается тем, что в вольтметр действующего значения, содержащий квадратичный преобразова- 1О тель напряжения в частоту, выход которого через соответствующие ключи соединен со счетными входами двух счетчи ков импульсов, блок сравнения кодов, информационные входы которого подключены: к выходам счетчиков. импульсов, формиро ватель компенсирующего напряжения, переключатель, блок управления, один из входов которого соединен с общим входом устройства и первым входом пе- 2О реключателя, другой вход — с выходом блока сравнения кодов, а выходы — с управляющими входами ключей, счетчиков импульсов, формирователя компенсирующего напряжения и переключателя., вве — 25 дены блок предварительной оценки напряжения, блок изменения полярности, аналоговый сумматор и источник добавочного напряжения, причем вход блока предварительной оценки напряжения. подк- ро лючен к выходу одного из счетчиков импульсов, а выход — к управлякндему входу источника добавочного напряжения, сигнальный вход блока(изменения полярности соединен с соответствующим м выходом формирователя компенсирующего напряжения, управляклций вход - с соответствукипим выходом блока управленин, а.выход- со вторым входом переключателя, входы аналогового сум- 40 матора подключены к выходам ..переключателя и источника добавочного напряжения, а выход - ко входу квадратичного преобразователя напряжения в частоту.

На чертеже представлена функциональная схема вольтметра действующего зиачения.

В состав устройстВа Входят переключа» gp тель 1, аналоговый сумматор 2, блок 3 управления, квадратичный преобразователь

4 напряжения в частоту, ключи 5 и 6, счетчики 7 и 8 импульсов, блок 9 сравнения кодов, блок 10 предварительной ss оценки напряжения, источник 11 добавочного напряжения, блок 12 изменении полярности и формирователь 13 компенсирующего напряжения.

Алгоритм функционирования предлагаемого вольтметра действующего значения основан на резковременном сраВнвнии действующего значения измеряемого напряжения и постоянного компенсирующего напряжения, причем процессу измерения предшествует предварительный такт, в течение которого осуществляется предвари тельная оценка напряжения. Если действующее значение напряжения принадлежит нижней части шкалы прибора, то в следующем такте квадратируется, усредняется, и запоминается сумма измеряемого и некоторого постоянного добавочного напряжений, а дискретное уравновешивание,.а последующих тактах производится суммой компенсирующего и добавочного напряжений с изменением полярности компенсирующего напряжения в середине каждого такта. Если же действующее значение измеряемого нап- ряжения принадлежит верхней части шкалы прибора, то процесс преобразования производится аналогично, однако добавочное напряжение во всех тактах полагается равным нулю.

Работа устройства происходит в три цикла. В первом цикле переключатель

1 находится в верхнем положении, ключ

5 открыт, а ключ 6 закрыт. На вход преобразователя 4 напряжения в частоту. поступает измеряемое напряжение Ых.

3а время первого цикла Т. в счетчике

7 импульсов накапливается число импульсов N соответствующее гдв U - действующее значение измеряемого напряжения, iVp H f(t+ опорное напряжение и частота : феобразователя 4 напряжения в частоту, - коэффициент, определяемый также параметрами преобразователя 4 .

Задача првдварительной оценки в блоке

lO предварительной оценки напряжения состоит в выявлении факта, превышает или нет V половину динамического диапазона прибора Ч

По формуле (1 ) можно зараннее на этапе проектирования вычислить число

N„„, соответствующее значению Ц, При этом блок 10 будет определять соотношение чисел М„и Мщ . Если

N yК, значит V (Чх,. и надо вво+ н дйть добавочное напряжейие QA>g, если же N<(N<,значит V<) Ч ц и вводить Upped нет необходимости.

4528 6 ратсв, зафиксированных в счетчике 7 и

8 импульсов что осуществляется с помощью блока 9 сравнения кодов. В за5

16

20 о

МнаЧ NOH=2, В зависимости от результата предварительноЯ оценки блоком 10 выдается сигнал на источник добавочного напряжения

11 для подключения или неподключения добавочного напряжения VAog . По окон25 чании первого цикла счетчик 7 импульсов сбрасывается на нуль.

Во втором цикле, длительность которо-.. з го также равна Тт, положение пе— реключателя 1 и состояние ключей 5 и 6.. не меняются, но ко второму входу анало. гового сумматора подводится ЧдЯ. (рас= сматриваем случай, когда измеряемое напряжение принадлежит нижней части

:шкалы). На вход подается сигнал Vy(t) + Ч,(Ь) + V+>g. По окончании второго цикла в счетчике 7 фиксируется число Й< равное о

5 83

При практической реализации прибора удобно перед началом измерения устанавливать в счетчике 7 импульсов такое число Ч„С,, чтобы выполнялось равенство где Йо - емкость счетчика 7.

Тогда случают/„(Ч будет соответст вовать единичное состояние триггера старшего разряда счетчика 7, а случаю

1 х)Чхн- нулевое. Таким образом, блок

10 предварительной оценки напряжения, .представляет собой логический элемент, определяющий состояние триггера старшего разряда счетчика 7 и выдакипий соответствующий сигнал.

В третьем цикле, состоящем из нескольких тактов, длительность каждого иэ которых соответствует Т.„, переключатель 1 переводится в нижнее положение, ключ 5 закрывается, а ключ 6 открывается. Ссуществляется процесс подбора компенсирующего напряжения Ч, равного действующему значению напряжения Ях.

Подбор необходимого .значения напряжения Vx осуществляется поразрядно путем пос щдрвательного подключения значений нав емя Т ко входу преобразоваК Т теля 4 напряжения в частоту. Оценка соотношения Yх и Y производится на основе сопоставления их усредненных квмвисимости от соотношения дискретно набранного напряжения Ч и напряжении

Ч„блок 9 дает сигнал о необходимооти уменьшения или увеличения V . В каждом такте уравновешивания на входе преобразователя 4 действует сигнал

Ч +VApg, причем в момент времени, соответствуклцый середине такта, происходит изменение знака компенсирую щего напряжения VX. Но окончании каж-.

garo такта в счетчике 8 импульсов 4mсируется число

Ы =6Ч Т-ЬЧ Т 6Ч б „. (4), Процесс измерения заканчивается, @or. да подбирается такое значение Чк при котором Й = М . Тогда, приравнивая правые части равенств (3) и (4), п луУправляющий код формирователя 13 компенсирующего напряжения оказывается пропорциональным действующему значению измеряемого напряжения.

Можно показать, что с осуществлением изменения полярности компенсирующего напряжения Yg, осуществляемым блоком 12 в середине каждого такта в третьем цикле, обеспечивается линейность функции преобразования вольтметра. Целесообразность изменения полярности именно У<, а не Y>gобусловлeна имеющей при этом место коррекцией погрешностей, вызываемых влиянием аддитивного смещении нуля усилители и несимметрии опорных напряжений в преобразователе 4 напряжения в частоту.

Процесс измерения предлагаемым устройством состоит, как уже отмечалось, из трех циклов, причем длительносчь первого и второго циклов в сумме не превышает 2Т, а в третьем цикле необходимо такое же число тактов, как и в известном устройстве. 3а счет того, что длительность каждого такта в предлагаемом вольтметре резко уменьшается, достигается увеличение быстродействия прибора.

И предлагаемом устройстве корректиру ются как мультипликатявные, так и аддитивные составляющие погрешности преобразователя 4, в связи с- этим повышается точность измерения действующего значения напряжения.

7 8345 2

Увеличение быстродействия и точности прибора расширяет динамический диапазон измеряемых напряжений .

Формула изобретения

Вольтметр действующего значения, содержащий квадратичный преобразователь напряжения в частоту, выход кото- 10 рого через соответствующие ключи соединен со счетными входами двух счетчиков импульсов,. блок сравнения кодов, информашвнные входы которого подключены к выходам счетчиков импульсов, формирователь компенсируклпего нап— ряжения, переключатещ., блок управления, один из входов которого соединен с общим входом устройства и первым входом переключателя., другой вход — с выходом >о блока сравнения кодов, а выходы — с управляющими входами ключей, счетчиков импульсов, формирователя компенсирующего напряжения и переключателя, отличающийся тем, чта, с налью повышения быстродействия и точ8 8 ности, в него введены блок предварительной опенки напряжения, блок изменения полярности, аналоговый сумматор и источ ник добавочного напряжения, причем вход блока предварительной опенки напряжения подключен к выходу одного из счетчиков импульсов, а выход - к управляющему входу источника добавочного напряжения, сигнальный вход блока изменения полярности соединен с соответствующим выходом формирователя компенсирующего напряжения, управляющий вход - с соот ; ветствующим выходом блока управления, а выход — со вторым входом переключателя, входы аналогового сумматора подключены ..к выходам переииочателя, и источника добавочного напряжения, а выходко входу квадратичного преобразователя напряжения в частоту.

Источники информадии, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 222735, кл. Н 03 К 13/20, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР № 367389, кл.601Я 19/26, 1971.

&34828

Составитель Л. Морозов

Редактор М. Лысогорова Техред М.Гопника Корректор М. немчик

Заказ 4094/67 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.Фнлнел ППП Патент, г. Уягороа, ул. Проектная, 4