Способ измерения синусоидального напряжения и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электро- измерительной технике и может быть использовано для точного измерения величины синусоидального напряжения компенсационным способом. Известен способ измерения синусоидального напряжения, заключающийся в том, что измеряемое напряжение сра нивают с образцош 1М калиброванным, поочередно изменяют фазу и амплитуду калиброванного напряжения до выполнения условий установления калиброванного напряжения в противофазе измеряемому и установления равенства их амплитуд, после чего по амплитуде и фазе кабиброванного напряжения судят об амплитуде и фазе измеряемого . Известно устройство для измерения , синусоидального напряжения, содержащее последовательно соединенные реостат, калиброванные регулируемый делитель напряжения с выводами, ампер- . метр и фазорегулятор с калиброванной шкалой, на вход которого подключен источник переменного напряжения питания, выводы делителя напряжения равновесия подключены к входным клеммам устройства Ш Недостатками способа и устройства являются невысокая точность} обусловленная погрешностями установки фаз и амплитуд, неравенством частот и неидентичностью формы сравниваегФ1х напряжений, а также низкое быстродействие процесса измерения, обусловленное большим количеством операций поочередного уравновешивания фаз и амппитуд сравниваемых напряжений. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения синусоидального напряжения, заключающийся в том, что между сравниваеьыми измеряемым и образдовым калиброванным напряжением устанавливают фазу (( - , вычитают из измеряемого напряжения калиброванное, и:эменяют амплитуду калиброванногэ напряжения и в момент, когда разность фаз между измеряемым и калиброванным напряжениями достигнет V лГ судят об амплитуде изме ряемого напряжения по амплитуде кали брованного. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения синусоидального напряжения, содержащее сумматор алгебраического сложения, один вход которого подключен к входной клемме, а второй вход через фазовращатель и регулируемый делитель напряжения подключен к формирователю образцового напряжения, индикаторфазометр, переключатель, первый контакт которого подключен к входу сумматора, второй - к одному из входов индикатора, третий - к выходу сумматора, четвертый и шестой - к второму входу индикатора-фазометра 2j . Недостатками способа и устройства является невысокая точность, обусловленная погрешностями установки фаз и амплитуд, неравенством частот и неидентичностью формы сравниваемь1х напряжений, а также погрешностью формтфования образцового напряжения. Цель изобретения - повышение точности .измерений. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения синусоидального напряжения, заключающемуся в формировании образцового напряжения и сравнении образцового и измеряемого напряжений, образцовое напряжение формируют прямоугольной формы типа меандр, при этом синхронизируют его с измеряемым напряжением, устанавливают измеряемое и образцовое напряжения в квадратуре и суммируют их, деля образцовое напряжение, если его амплитуда больше амплитуды измеряемого напряжения, или деля измеряемое напряжение, если его амплитуда больше амплитуды образцового, устанавливают разность фаз между измеряемьш и суммарным напряжениями равной заданной, по. которой с учетом значения коэффициента деления судят об амплитуде измеряемого напряжения, Поставленная цель достигается также тем, что в устройство для измерения синусоидального напряжения, содержащее.формирователь образцового напряжения, фазовращатель, регулируемый делитель напряженияj выход которого подключен к первому входу сумматора, первый переключатель, индикатор-фазометр и входную клемму, введен второй переключатель, первый выход которого подключен к второму входу сумматора, второй выход - к входу делителя напряжения. объединенные первый и четвертый вхо подключены к выходу формирователя Iобразцового напряжения, а объединенные второй и третий входы - к входной системе устройства, к котор подключены также вход фазовращателя и первый вход индикатора-фазометра, второй вход которого подключен к вы ходу фазовращателя и входу формирователя образцового напряжения, при этом выход сумматора подключен к од ной из клемм первого переключателя. В качестве формирователя образцо вого напряжения используется преобразователь постоянного напряжения в переменное, например, импульсное на пряжение .типа меандр.На фиг. 1 приведены диаграммы -напряжений, поясняющие предлагаемый способ измерения; на фиг. 2 - функционалъная схема устройства для реа лизации способа. Способ осуществляется следующим образом. Пусть измеряемое напряжение есть U.)t (17. , Сдвинем это напряжение с помощью фазовращателя на qi . и сформируем импульсыпрямоугольного напряжения типа меандр с той же частотой (О, что и измеряемое. На фиг. 1 видно, что измеряемое напряжение переходит через нулевое значение снизу вверх при О 2ii, ...., сверху вниз при обх , 3ii,.... а прямоугольное сдвинуто на 90 , со ответственно при 11/2, 511/2 и при , 7ir/2. .Суммарное же напряжение (2) переходит вверх и вниз через нулевые значения в моменты (jg arcsin этт (3), что не трудно показать, используя уравнение (2) при условии-и О. Соотношение (3) можно принципиально принять любым в области , т.е. О , Зна чит уравнение (З) имеет смысл лишь при U,U;j, при и,и, | 1 всегда, т.е. в этом случае получаем импульсное напряжение, у которого вместо плоской части будет часть, модулированная синусоидой. ( нужно выбирать в промежутке 1/3-2/3 от диапазона 0-90 , учитывая, что измерения будут не точны. а) при (д близким к 0. из-за ма лости угла; б) при .(J близким к 90° из-за малой крутизны функции при переходе через нулевое значение и возможности: попадания в область U.j.,,p,. Необходамо также, чтобы значения и и, были соизмериг с единицей масштаба, т.. е. чтобы они были целыми числами, при этом (f выражались в градусах без дольных частей (минут, секунд. Всем этим условиям отвечает, например, значение- этуп .Uxm Т т.е. W /6. Следовательно, если мы сравниваем измеряемое и образцовое напряжения, то можем утверждать, что в момент, когда разно сть фаз между ними достигнет значения ( ||/6, имеет место равенство 2U , и;тг.и,:,(А). Устройство Д11Й измерения синусоидального напряжения (фиг. 2) содержит входную кпемму 1, через фазовращатель 2 подключенную к входу формирователя 3 образцового напряжения, сумматор 4, первый вход которого подключен к выходу регулируемого делителя 5 напряжения, первый и второй переключатели 6 и 7 и индикатор-фазометр 8, выход фазовращателя подключен к входу переключателя 6, другой вход.которого подключен к выходу сумматора 4, а выход - к .второму входу индикатора-фазометра 8, к первому входу которого подключены входная клемма устройства, второй и третий входы переключателя 7, первый и четвертьш входы которого подключены к выходу формирователя 3, первый UMXOII к второму входу сумматора 4, а второй выход - к входу делителя 5. В качестве формирователя образцового напряжения используется преобразователь постоянного напряжения в импульсное напряжение типа меандр. Устройство работает следующим образом. Установив переключатель 6 в поло- .жение d с помощью фазовращателя 2 добиваются, чтобы сдвиг фаз между сигналами Ux и Uyi (с фазовращателями) был Cf (контроль по фазометру 8). С помощью формирователя 3 формируются раз нопапярные импульсы, прямоугольного напряжения с высокостабильной амплитудой U.j. (суммарный размах ,j) .и частотой Ы, равной частоте измеряемого сиг- нала, т.е. напряжение U( является управляющим. С формирователя 3 импульсы напряжения поступают через переключатель 7 либо на делитель 5 напряжения, тогда и подается на сумматор 4 (нижнее положение переключателя Т), либо на сумматор 4, тогда И подается на делитель (верхнее положение переключателя 7), Это обусловлено величиной образцового и измеряемого напряжений, т.е. их соотношением: а) ,,; б) ,U,Th,. Пусть U,,,2U5T,,,00 В, соответственно, устройство предназначает ся для измерения на:пряжений а) боль ших, или б) меньпшх 2В. Возможны два случая работы устройства. Случай К При измерении Uj(U, переключатель 7 устанавливают в нижнее положение. Переключив переключатель 6 в положение S , изменяем амплитуду импульсов эталонного напря жения с помощью регулируемого делите ля до тех пор, пока фа13ометр 8 не по кажет выбранного значения if , например, Г/б. В этот момент делаем вывод о TOMj что измеряемое напряжение равно строго определенной части и„„и|тп, Например, если и 2,00 В, шкалу делителя можно градуировать либо в Вольтах, либо разбив, например, на 100 равных /по сопротивлению участков. Тогда, если допустим, что движки делителя указывают 73 деления, то можем утверждать,, что в момент if /6, Uj,0,73-U,,46 в Если не уда- ется получить Ц)д 11/6 при максимуме делителя Sj значит U,.j и следует перебросить 7 в верхнее положение. Случай 2, При измерении U.,,U, переключатель 7 находится в верхнем положении, измеряемое напряжение подключено к делителю 5, U- - к сумматору 4. В этом случае порядок рабо- ты такой же, как и ранее, но изменяется напряжение-аналог измеряемого U (, которое снимается с регулируемого делителя 5 . Достигнув величины ф 11/6 по фазометру, делают вывод, что tiacTb измеряемого напряжения Ц„„д, lu,U,, 2и, т.е. строго определена, следовательно, может быть определена и величина U т.е. целое. Предлагаемое изобретение обеспечивает повышение точности измерения синусоидального напряжения за счет исключения погрешностей от неравенства частот, неидентичности формы сравниваемых напряжений и погрешности формирования образцового напряжения .

1. Способ измерения синусоидального напряжения, заключающийся в формировании образцового напряжения и сравнении образцового и измеряемого напряжений, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерений, образцовое напряжение формируют прямоугольной формл типа меандр, при этом синхронизируют его с измеряемым напряжением, устанавливают измеряемое и образцовое напряжения в квадратуре и суммируют их, деля образцовое напряжение, если его амплитуда больше амплитуды измеряемого напряжения, или деля измеряемое напряжение, если его амппитуда больше амплитуды образцового, уста-j навливают разность фаз между измеряемым и суммарным напряжениями равной заданной,по которой с учетом значения коэффициента деления судят об амплитуде измеряемого напряжения. 2.Устройство для измерения синусоидального напряжения, содержащее формирователь образцового напряжения, фазовращатель, регулируемый делитель напряжения, выход которого подключен к первому входу сумматора, первый переключатель, индикатор-фазометр и входную клемму., отличающееся тем, что в него введен второй .переключатель, первый выход которого подключен к второму входу сумматора, второй выход - к входу делителя напряжения, объедиi ненные первый и четвертый /входы О) подключены к выходу формирователя образцового напряжения, а объединенные второй и третий входы - к входной клемме устройства, к-которой подключены также вход фазовращателя и первый вход индикатора-фазометра, второй вход которого подключен к выходу фазовращателя и входу формиро:АЭ вателя образцового нащ)яжения, при этом выход сумматора подключен к одЭО ной из клемм первого переключателя. 3.Устройство по п. 2, отлиО 9 чающееся тем, что в качестве формирователя образцового напряжения используется преобразователь постоянного напряжения в переменное, например, импульсное напряжение типа меандр.