СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕВЫПРЯМЛЕННОГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК G01R19/00 

Способ относится к измерительной технике и может быть использован при измерении средневыпрямленного значения переменного напряжения.

Известен способ измерения средневыпрямленного значения путем выпрямления переменного напряжения, сглаживание выпрямленного сигнала с помощью фильтра и измерения постоянной составляющей. См. описание к а.с. СССР №2093842 МКИ G 01 R 19/00

Недостаток данного способа - большая постоянная времени измерения за счет операции сглаживания.

Указанный выше недостаток отсутствует в способе измерения средневыпрямленного значения переменного напряжения, включающем операции выпрямления и цифрового осреднения. См. описание к а.с. 1725140, МКИ G 01 R 19/04.

В данном способе через равные промежутки времени Δ t → 0 измеряют мгновенные значения амплитуды, полученные значения измеренных мгновенных значений амплитуд суммируют, определяют число замеров, затем делят сумму измеренных мгновенных значений амплитуд на число замеров.

Недостатком способа являются операции вычисления средневыпрямленного значения напряжения, требующие сложных средств измерения мгновенного значения амплитуд и суммирования чисел.

Целью изобретения является упрощение измерения среднего значения входного переменного напряжения.

Поставленная цель достигается преобразованием ограниченной полуволной выпрямленного входного напряжения площади в количество вольт-секундных площадок заданной величины с последующим делением количества вольт-секундных площадок на измеренное значение полупериода входного напряжения. Полученное частное умножают на коэффициент заданной величины одной вольт-секундной площадки, вычисленное значение соответствует средневыпрямленному значению входного переменного напряжения.

На чертеже представлено устройство, реализующее предложенным способ. Устройство содержит: 1 - выпрямитель, 2 - преобразователь напряжение частота, 3 - формирователь интервала, 4 и 5 - счетчики, 6 - вычислитель.

Устройство работает следующим образом. Входное переменное напряжение, например U_m sin ω t подается на входы выпрямителя 1 и формирователя временного интервала 3. На выходе выпрямителя 1 формируются однополярные полуволны входного напряжения | U_m sin ω t| . На выходе формирователя 3 формируется временной интервал, равный длительности полупериода входного переменного напряжения. Сигнал | U_m sin ω t| с выхода выпрямителя 1 подается на вход преобразователя напряжения частота (ПНЧ) 2, на выходе которого формируется последовательность импульсов, частота которых пропорциональна мгновенному значению входного напряжения.

где t_ui - период выходной частоты (длительность одного i^го цикла преобразования вольт-секундной площадки);

S₀=U₀Т₀ - образцовые величины напряжения и времени, образующие вольт-секундную площадку заданной величины.

См. В.Д.Махнанов и др. Устройства частотного и время импульсного преобразования. МЭ 1970 г., глава 3, § 8, с.53-60.

Выражение (1) можно переписать в виде

где | U_m sin ω t_i|_{- i вольт-секундная площадка, равная, S0, и является частью-дискретом площади, ограниченной выпрямленным входным напряжением | Um sin ω t| и временем .}

В предложенном способе задача вычисления средневыпрямленного значения напряжения сводится к вычислению количества калиброванных вольт-секундных площадок. Количество калиброванных вольт-секундных площадок определяется путем подсчета числа импульсов с ПНЧ 2 за время, равное в счетчике 4, первый вход которого соединен с выходом ПНЧ 2, а второй вход счетчика 4 соединен с выходом формирователя 3. В счетчик 4 запишется количество калиброванных площадок

Сформированный временной интервал, равный половине полупериода переменного напряжения с формирователя 3, измеряется с помощью счетчика 5. Его первый вход соединен с шиной частоты f_T, а второй вход счетчика 5 соединен с выходом формирователя 3. В счетчике 5 запишется число , откуда

Выходы счетчиков 4 и 5 соответственно соединены с входом вычислителя 6, в котором вычисляется величина среднего значения переменного напряжения согласно формуле

где k=S₀f_T -постоянный коэффициент, имеющий размерность [вольт];

n - количество вольт-секундных площадок заданной величины число, записанное в счетчике 4;

n_t - число, записанное в счетчике 5.

Выражения (2), (3), (4) позволяют выразить выражение (5) через параметры входного переменного напряжения.

Использование при измерении средневыпрямленного значения переменного напряжения. Технический результат заключается в упрощении измерения среднего значения входного переменного напряжения. Способ заключается в том, что преобразуют ограниченную полуволной выпрямленного переменного напряжения площадь в количество вольт-секундных площадок заданной величины с последующим делением количества вольт-секундных площадок на измеренное значение полупериода переменного напряжения, полученное частное умножают на постоянный коэффициент заданной величины вольт-секундной площадки, вычисленное значение соответствует средневыпрямленному значению входного переменного напряжения. Устройство для осуществления способа содержит выпрямитель, вычислитель, преобразователь напряжение-частота, два счетчика, формирователь интервала времени и генератор стабильной частоты. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ измерения средневыпрямленного значения переменного напряжения, включающий выпрямление переменного напряжения, отличающийся тем, что преобразуют ограниченную полуволной выпрямленного переменного напряжения площадь в количество вольт-секундных площадок заданной величины, с последующим делением количества вольт-секундных площадок на измеренное значение длительности полупериода переменного напряжения, полученное частное умножают на постоянный коэффициент заданной величины вольт-секундной площадки, вычисленное значение соответствует средневыпрямленному значению переменного напряжения.2. Устройство для осуществления способа измерения средневыпрямленного значения переменного напряжения, содержащее выпрямитель, соединенный с входной шиной устройства, и вычислитель, соединенный с выходной шиной устройства, отличающееся тем, что в него введен преобразователь напряжение-частота, входом соединенный с выходом выпрямителя, а выходом - с первым входом первого счетчика, второй вход первого счетчика соединен с вторым входом второго счетчика и через формирователь интервала времени - с входной шиной устройства, первый вход второго счетчика соединен с генератором стабильной частоты, а выходы счетчиков соединены соответственно с входами вычислителя, в котором вычисляется значение средневыпрямленного переменного напряжения согласно выражению

где k - постоянный коэффициент, В;

n, N_T - показания первого и второго счетчика.