Устройство для измерения напряжения постоянного тока Советский патент 1984 года по МПК G01R19/20 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначен для измерения напряжения постоянного тока с высокой точностью как в низкормных, так и в высокоомных электрических цепях.

Известно устройство.для измерения напряжения постоянного тока, содержащее магнитный компаратор токов с двумя основньми обмотками: измерительной - с фиксированным количеством витков и обратной связи со ступенчато-регулируемым, детектор баланса магнитодвижущих сил (НДС) указанных обмоток, блок резисторов, усилитель постоянного тока, источник стабильного тока, включенный на обмотку обратной связи, и блок цифровой индикации, соединенный с блоком управления, осуществляющим переключение витков обмотки Обратной связи, причем измерительная обмотка включена между выходом детектора баланса НДС и входом усилителя постоянного тока, соединенного также с входом блока резисторов, выход усилителя постоянного тока соединен с блоком управления, блок резисторов соединен с коммутатором резисторов, а выход коммутатора резисторов соединен с выходной клеммой устройства.

Работа устройства основана на преобразовании- измеряемого напряжения в ток, протекающий через измерительную обмотку, и автоматическом уравновешивании МДС этой обмотки МДС обмотки обратной связи с регулируемым числом витков, обтекаемой стабильным .постоянным током 1. Недостаток этого устройства большая по.грешность измерения при работе с высокоомными источниками i напряжении, обусловленная тем, что их внутреннее сопротивление и входное сопротивление устройства образуют делитель напряжения, а также влиянием внешних паразитных магнитных полей на работу магнитного компаратора.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения напряжения постоянного тока, содержащее магнитомодуляционный преобразователь, выполненный на двух магнитопроводах с обмотками возбуждения измерительной, индикаторной и обратной связи, последовательно включенные между двумя последними обмотками селективный фазочувствительный усилительпреобразователь и блок обратной связи, задающий генератор, соединенный ; с последовательно включенными обмотками возбуждения и управляющим входом фазового детектора схемы селективного фазочувствительного усилителя-преобразователя, последовательно соединенные блок цифровой индикации и цифровое вычислительное устройство, включенное на выход аналогоцифрового преобразователя, источник образцового тока, соединенный через первый ключ с дополнительной обмоткой, расположенной на магнитомодуляционном преобразователе, блок управления коммутацией, связанный с двумя ключами и двумя переключателями, установленными в цепях источника образцового тока, измерительной и второй дополнительной обмоток, а также блок, управления, выходы которого соединены с управляющими входами аналого-цифрового преобразователя, цифрового вычислительного устройства, блоков цифровой индикации и управления коммутацией, причем вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом селективного фазочувствительного усилителяпреобразователя, одна входная клемма устройства соединена с первьм выводом измерительной обмотки, а второй вывод измерительной обмотки соединен с второй входной клеммой как через балластный резистор и второй переключатель, так и через вторую дополнительную обмотку, второй ключ и второй переключатель С 2 J.

Недостатком данного устройства при использовании его в качестве измерителя напряжений является относительно большая методическая погpeuiHocTb измерения, обусловленная тем, что внутреннее сопротивление источника сигнала и входное сопротивление устройства образуют делитель напряжения.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем что в устройство дЛя измерения напряжения постоянного тока, содержащее магнитомодуляционный преобразователь, выполненный на двух магнитопроводах с обмотками возбуждения, измерительной, индикаторной и обратной связи, последовательно включенные между двумя последними обмотками селективный фазочувствительный усилитель-Преобразаватель, аналого-цифровой преобразователь и блок обратной связи, задающий генератор, соединенный с обмотками возбуждения, включенными последовательно, и управляющим входом селективного фазочувствительнрго усилителя-преовраэователя, последовательно соединенные блок цифровой индикации и цифровое вычислительное устройство, включенное на выход аналого-цифрового преобразователя, источники образцового и измеряемого иапр5икений, блок управления коммутацией, а также блок управления,, выходы которого соединены с управляккцими входами аналогоцифрового преобразователя, цифрового

вычислительного устройства, блока цифровой индикации и блока управления коммутацией, введены блек резисторов, коммутатор резисторов и два переключателя полярности, причем входные клеммы первого переключател полярности соединены с источником измеряемого напряжения, входные клеммы второго переключателя полярности - с источником образцового напряжения, одна выходная клемма второго переключателя полярности через измерительную обмотку соединена с входом блока резисторов, выходы которого соединены с входами коммутатора резисторов, выход коммутатора резисторов соединен с одной из выходных клемм первого переключателя полярности, вторая выходная клемма которого соединена с второй выходной клеммой второго переключателя полярности, а управляющие входы переключателей полярности соединены с выходами блокауправления коммутацией,

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Схема содержит магнитомодуляционный преобразователь (ММП) 1, выполненный на двух магнитопроводах 2 и 3 с обмотками 4 и 5 возбуждения измерительной обмоткой 6, обмоткой обратной срязи и индикаторной обмоткой 8, задающий генератор 9, основной выход которого - с основной частотой - соединен с последовательно включенными обмотками 4 и 5 возбуждения, а дополнительный - с удвоенной частотой с управляющим входом селективного фазочувств.итёльного усилителя-преобразователя (СФУП) 10 соединенным с содержащемся в нем фазовьм детектором,- Вход СФУП 10 соединен с индикаторной обмоткой 8, а выход через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 11 и блок 12 обрат ной связи - с обмоткой 7 обратной связи. Выход АЦП 11 включен на последовательно соединенные цифровое вычислительное устройство (ЦВУ) 13 и .блок 14 цифровой индикации (БЦИ). .Управление работой блоков и элементов устройства осуществляется блоко 15 управления (БУ), выходы которого соединены с управляняцими входами блоков АЦП 11, ЦВУ 13, БЦИ 14, а также блока 16 управления коммута:цией- (БУК) . Правый по чертежу вывод измерительной обмотки 6 соединен с входом блока 17 резисторов содержащим набор резисторов, одни выводы которых.соединены с входом этого блока, а другие - с его выхо;(ами, соединенными с входами коммутатора 18 резисторов. Последний представляет собой набор ключей, одни клеммы которых соединены с его входгши, а другие- с его выходом.

Выход коммутатора 18 резисторов соединен с первой выходной клеммой первого переключателя 19 полярности, вторая выходная клемма которого соединена с второй выходной клеммой

второго переключателя 20 полярности. Первая выходная клемма переключателя 20 полярности соединена с левым по чертежу выводом измерительной обмотки 6, входные клеммы первого пеQ реключателя 19 полярности соединены с источником 21 измеряемого напряжения, а второго переключателя.20 полярности - с источником 22 образцового напряжения (ИОН).

Предлагаемое устройство работает в полуавтоматическом режиме, при котором выбор предела измерений - начальная установка чувствительности ММП 1 - производится оператором, а дальнейшая работа происходит автома0 тически - циклами из четырех тактов. в основе функционирования устройства лежит тестовый метод повышения точности измерения.

Ус -ройство работает следующим об5 разом.

В первом такте - такте начальной установки чувствительности Ю1П 1 .с помощью БУ 15 и БУК 16 устанавливают переключатели 19 и 20 в такое

0 положение, которое соответствует

подключению измеряемого напряжения (J источника 21 измеряемого напряжения и образцового - LL ИОН 22 к измерительной обмотке Ь в одинаковой по5 лярности. Коммутатором 18 резисторов включают в цепь этой обмотки резистор из блока резисторов с максималь. ной величиной сопротивления. Ток возбуждения с основного выхода задающего гечера тора 9 подают на обмотки 4 и 5 возбуждения ММП 1, причем такой величины, чтобы дважды за период насытить его магнитопроводы 2 и 3.

С помощью ММП 1 постоянное маг нитное поле, создаваемое обмотками 6 и 7, преобразуют в ЭДС четных гармоник индикаторной обмотки 8. Посред-. ством СФУП 10, содержащего селективный усилитель постоянного тока, на0 строенный на удвоенную частоту задающего генератора., фазовый детектор, управляемый сигналом с дополнительного выхода задающего генератора, а также усилитель постоянного

5 тока, указанную ЭДС преобразуют.в постоянное напряжение. Выходное напряжение блока СФУП 10 подают на АЦП 11 и вход блока 12 обратной связи, с помощью которого преобразуют

0 это напряжение в пропорциональный ему ток в обмотке 7 обратной связи. На выходе АЦП 11 получают цифровой код, пропорциональный МДС измерительной обмотки б, и отображают его на

c табло БЦИ 14, Затет коммутатором 18 резисторов переключают резисторы в блоке 17 резисторов до тех пор, пок показание на табло БЦИ 14 не будет равно 75:100% от максимально возмож ной величины. .Далее переводят устройство в а.втоматический режим работы. При этом цифровой код N / полученный в перво такте, записывают в ЦВУ 13 и осущес вляют оставшиеся три такта, Во втором такте по команде с БУ через БУК 16 вторым переключателем 20 полярности реверсируют полярност включения ИОН 22. Затем путем преоб разований, аналогичных описанным, МДС измерительной обмотки преобразу ют в цифровой код N на выходе АЦП 11 и записывают его в ЦВУ 13. В третьем такте по команде с БУ 15 через БУК 16 первым переключателем 19 полярности реверсируют полярность включения источника 21 измеряемого напряжения, а вторь переключателем 20 полярности - полярность включения ИОН 22. Затем пу тем преобразований, аналогичных пре образованиям первого такта, МДе измерительной обмотки 6 преобразуют в цифровой код Ng на выходе АЦП 11 и згшйсывают его в ЦВУ 13. В четвертом такте в ЦВУ 13 по ко манде с БУ 15 производят цифрбвую обработку результатов преобразоваНИИ, полученных в предыдущих тактах а именно -.из результата первого такта вычитают результаты третьего и второго тактов и первую разность делят на вторую. Частное записывают в ЦВУ 13 и индуцируют на табло БЦЙ 14 как результат измерения. Ток :}, протекаквдий через измерительную обмотку 6 в первом такте равен 3,, (U,-Uo)/Ri где.RX RO - внутренние сопротивлени источников 21 и 22 изме ряемого и образцового н пряжений; R - сопротивление измерительной обмотки 6; i - сопротивление включенного резистора блока 17 резисторюв. Токи через измерительную обмотку 6 во втором и третьем тактах равны X2 ()/«i Jx3 ()/- (3 Ток J, через обмотку 7 обратной связи определяется выражением 1 «12,0(4) коэффициент передачи блока 12 обратной связи; - выходное, напряжение блока СФУП 10. оки в измерительной обмотке и тке обратной связи, а также зитное внешнее магнитное поле, ают в сердечниках ММП 1 напряостьW, Wy - количество витков оСмогток 6 и 7 соответственно; f - длина средней магнитной линии сердечников 2 и 3 ЙН- - член, учитывающий влияние внешнего магнитного . поля. оэффициент передачи ММП 1 опреется выражением «в А --.ч. Ч L tg - ЭДС четных гармоник, наводимая в индикаторной обмотке 8; 5 - площадь поперечного сечения магнитного сердечника; U,j 4 -10 IY4/M - магнитная постоянная;t/dti B/SH - дифференциальная магнитная проницаемость сердечника;В,Н - индукция и напряженность поля возбуждения в сердечниках. оэффициент передачи блока 10 равен 0 10/в(6) и {7} имеем г да с учетом (4) и (5) получаем f( , (9) Км-К о угтг--; K,jW,-« ыходное напряжение блока . 10 преобразуют в цифровой код авный. N V iTPxV b ( з формулы (10) с учетом выразке(1)-(3) получаем следующие цифе коды для трех тактов /и„+и. ( / rt I VSiT -V %-dHf/,- (12}

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащее магнитомодуляционный преобразователь , выполненный на двух магнитопроводахс обмотками возбуждения, измерительной, индикаторной и обратной связи, последовательно включенные мезкду двумя последними обмотками селективный фазочувствительный усилитель-преобразователь, аналогоцифровой преобразователь и блок обратной связи, задающий генератор, соединенный с обмоткс1ми возбуждения, включенными последовательно, и управляющим ,входом селективного фазочувствительнрго усилителя-преобразователя, последовательно соединенные блок цифровой индикации и цифровое вычислительное устройство, включенное на выход аналого-цифрового преобразователя, источники образцового и измеряемого напряжений, блок управления коммутацией, а также блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами аналогоцифрового преобразователя, цифрового вычислительного устройства, блока цифровой индикации и блока управления коммутацией, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено блоком резисторов коммутатором резисторов и двумя переключателями поляр-j ности, причем входные клеммы первого W переключателя полярности соединены с источником измеряемого напряжения, входные клеммы второго переключателя полярности,с источником образцового напряжения, одна выходная клемма второго переключателя полярности через измерительную обмотку - с вХодом блока резисторов, выходы которого соединены с входами коммутатоФ QO ра резисторов, выход коммутатора резисторов соединен с одной из выходных клемм первого переключателя оо полярности, вторая выходная клемма которого соединена с второй выход1чЭ ной клеммой второго переключателя О5 полярности, а управляющие входы переключателей полярности - с выходами блока управления коммутацией.