Способ получения квадрата среднеквадратического значения переменного напряжения и устройство для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК G01R19/02 

1 Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в вольтметрах среднеквадратического значения переменног напряжения. Целью изобретения является повышение точности. На фиг. 1 и 2 представлены време ные диаграммы, поясняющие сущность предлагаемого способа , на фиг.З функциональная схема устройства, реализующего предлагаемьй способ} на фиг. 4 - временные диаграммы поясняющие работу устройства. Устройство содержит выпрямитель дополнительный интегратор 2, схему 3 сравнения генератор 4 циклов, импульсный генератор 5, логическую схему 6 совпадений, схему7 задержк первый 8 и второй 9 цифроаналоговые преобразователи, сумматор 10, основ ной интегратор 11. Вход 12 устройства подключен к входу вьшрямителя выход которого соединен с входом дополнительного интегратора 2, выхо последнего подключен к первому сигнальному входу схемы 3 сравнения, в ход импульсного генератора 5 соединен с вторым входом логической схем 6 совпадений, к третьему входу кото рой подключен выход генератора 4 ци лов, соединенный также с управляющим входом схемы 3 сравнения. Выход схемы 3 сравнения соединен с управляющими входами цифроаналогрвых пре образователей 8.и 9 и с первым входом схемы 6 совпадений, выход котор подключен к сигнальному входу первого цифроаналогового преобразовате ля 8 и через схему 7 задержки к cигнaльнo гy входу второго цифроаналогового преобразователя 9. Выход последнего соединен с вторым вх дом Ъумматора 10,к второму входу ко торого подключен выход первого цифр аналогового преобразователя 8, соединенный также с вторым сигнальным входом схемы 3 сравнения, выход сумматора 10 подключен к входу осно ного интегратора 11, выход которого является вькодом 13 устройства, Способ осуществляется следующим образом. Контролируемый сигнал U(t) (фиг. 1 а) подвергается линейному детектированию, которое может быть однополупериодным или двухполуперио ным (фиг. 1 б). Для упрощения форми 8 рования ступенчатого, напряжения (фиг. 1 г) с амплитудой, пропорциональной продетектированному контролируемому напряжению, это продетектированное напряжение может быть подвергнуто интегрированию (фиг. 1 в). Амплитуда первого из ступенчато изменяющихся напряжений (фиг. 1 г) устанавливается пропорциональной предетектированному контролируемому напряжению или, если оно проинтегрировано, получейному постоянному напряжению (фиг. 1 в) Амплитуда второго ступенчато из- меняющегося напряжения (фиг. 1 д) на одну ступеньку меньше амплитуды первого ступенчатого напряжения. Эти два ступенчато изменяющихся напряжения суммируются (фиг. 1 е), а Затем суммарное напряжение подвергается интегрированию (фиг. 1 ж). При изменении контролируемого сигнала в К раз вольтсекундная площадь су 1марного ступенчатого напряжения, а следовательно, и получен-ного после интегрирования этого ступенчато изменяющегося напряжения постоянного напряжения изменится в К раз. Пусть, например, контролируется напряжение U(t), амплитуда которого показана на фиг. 2 а сплощной линией. Это напряжение преобразуется в пульсирзпощее напряжение U2(t) (фиг. 2 б), а затем в постоянное напряжение Uj(t) (фиг. 2 в). По величине постоянного напряжения ия(1) формируются ступенчатое напряжение U4(t) (фиг. 2 г), амплитуда которого равна или в общем случае пропорциональна этому постоян ному напряжению, а также второе ступенчато изменяющееся напряжение U5(t) (фиг. 2 д), количество ступенек в котором или амплитуда которого на одну ступеньку меньше амплитуды первого из сформированных ступенчато изменяющихся напряжений. Если, например, первое ступенчато изменяющееся напряжение U(t) имеет четыре ступеньки, то второе VgM - три (фиг. 2 г и 2 д) . Затем эти два ступенчато изменяющихся напряжения суммируются, таким обоязом получается суммарное напряжение Ug(t) (фиг. 2 е), которое затем подвергается интегрированию, преобразовывая это ступенчатое суммерное напряжение в постоянное напряжение ) (фиг. 2 ж). Если амплитуда контролируемого напряжения U(t) изменяется, например, уменьшается в два раза, т.е составляет величину 4-U(t) (показано штриховой линией на фиг. 2 а), величина пульсирующего напряжения составляет ), а величина постоянного напряжения - (t) (фиг. 2 б и 2 в). Величина ступенчатого напряжения 1)4(1) также уменьшается в два раза, т.е. вместо четырех ступенек сформировано только две ступеньки (заштрихованы на фиг. 2 г) а ступенчатое напряжение Uj-(t) состоит только из одной ступеньки (фиг. 2 д). В результате суммирования этих двух ступенчатых напряжений уменьшенных амплитуд сформируется суммарное ступенчатое напряжение (заштриховано на фиг. 2 е), вольтсекундная площадь которого равна - первоначально сформированного ступенчатого напряжения U(t). Следовательно, величина постоянного напряжения и (t) уменьшится в четыре раза при уменьшении амплитуды входного контролируемого напряжения в два раза. Это квадратичное соотношение межд входным переменным и йьссодным постоя ным напряжениями сохраняется при любых изменениях контролируемого переменного напряжения. Например, если переменное напряжение составляет от исходного напряжения (фиг. 1 а), то в таких же пропорциях изменяются напряжения U,j(t) и U3(t) (фиг. 16 и 1 в), первое из .ступенчатых напряжений имеет три ступеньки (фиг. 1 г) а второе - две ступеньки (фиг. 1 д) Вольтсекундная площадь суммарного ступенчатого напряжения (фиг. 1 е) составляет (t), а проинтегриро ванное постоянное напряжение (фиг, 1 ж) уменьшается до величины (t). Таким образом и в этом случае проинтегрированное после квадратичного преобразования напряжение U(t) также изменяется про порционально квадрату изменения контролируемого переменного напряжения . Устройство (фиг. 3) работает сле дующим образом. Входное контролируемое напряжени ид(фиг. А) преобразуется в пульсирующее и линейным выпрямителем 1 (фиг. 4), а затем в пропорциональное ему постоянное напряжение Uj (фиг.4) дополнительным интегратором 2. Это постоянное напряжение U, пропорциональное входному контролируемому пере менному напряжению , подается на первьш сигнальный вход схемы 3 сравнения. Генератор 4 циклов генерирует импульсное напряжение U (фиг. 4), частота которого значительно меньше частоты импульсного напряения U5-, генерируемого генератором 5 -(фиг. 4). В исходном состоянии напряжение Ug на выходе схемы 3 сравнения равно логической единице (фиг. 4), поэтому импульсное напряжение с выхода импульсного генератора 5 проходит на выход схемы 6 совпадений и поступает на сигнальный вход первого цифроаналогового преобразователя 8, запуская его. На каждый импульс, поступа1рщий на сигнальный вход цифроаналогового преобразователя 8, преобразователем формируется ступенька напряжения. Это ступенчатое напряжение Ug (фиг.4. поступает на второй сигнальный вход схемы 3 сравнения, с помощью которой производится сравнение амплитуды ступенчатого напряжения Ug с величиной постоянного напряжения 02. В момент достижения равенства этих напряжений схема 3 сравнения срабатывает и на ее выходе появляется сигнал логического нуля, который поступает на управляющий вход цифроаналогового преобразователя 8, сбрасывая напряжение на его выходе до нуля. Одновременно сбрасывается и напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 9, импульсы на вход которого поступают с выхода схемы 6 совпадений через схему 7 задержки, вследствие чего напряже.ние на его выходе нарастает с задержкой на один импульс относительно входа цифроаналогового преобразователя 8 поэтому ступенчатое напряжение UQ имеет на одну ступеньку меньше, чем ступенчатое напряжение Ug. Напряжением логического нуля с выхода схемы 3 сравнения, поступающим также после ее срабатывания на первый вход схемы 6 совпадений, запрещается дальнейшее прохождение импульсов с импульсного. генератора 5 на выход схемы совпадений в данном цикле работы устройства. IIosTONfy р дальнейшем в течение этого цикла работы устройства напряжения U« и U на выходах цифроаналоговых преобразователей В и 9 остаются равными нулю.

Ступенчатые напряжения Ug и Ug суммируются в сумматоре 10 устройства, а суммарное ступенчатое напряжение , с выхода сумматора 10 подвергается затем усреднению с помощью основного интегратора 11. Выходное постоянное напряжение U устройства с выхода интегратора 11 (фиг. 4) пропорционально квадрату

,ii)

з/ци)

АААА/ .

среднеквадратического значения входного переменного напряжения устройства. На фиг. 1, 2 и 4 для наглядности ступенчатые напряжения показаны с малым количеством ступенек. С увеличением числа ступенек ступенчато изменяющихся напряжений точност квадратичного приближения увеличивается. Однако при десяти ступеньках в первом из ступенчато изменяющихся напряжений погрешность квадратичног приближения из-за дискретности ступенчато изменяющихся напряжений составляет менее 1%,а при пятнадцати - менее 0,5%.

1. Способ получения квадрата среднеквадратического значения переменного напряжения, заключающийся в линейном детектировании кон- тролируемого сигнала, квадратичном преобразовании предетектированного напряжения и интегрировании результата преобразования, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности, подынтегральную функцию составляют из суммарного напряжения двух ступенчато изменяющихся напряжений, амплитуда первого из которых устанавливается пропорциональной амплитуде продетектированного напряжения, а амплитуда второго ступенчатого напряжения меньше на одну ступеньку амплитуды первого ступенчатого напряжения. 2. Устройство для получения квадрата среднеквадратического значения переменного напряжения, содержащее вьшрямитель, соединенный с входом устройства, первый цифроаналоговый преобразователь и последовательно соединенные включенные на выходе устройства сумматор и интегратор, о тличающееся тем, что, с целью повьшения точности, в него введены второй цифроаналоговый преобразователь, дополнительньй интегратор, импульсный генератор, генератор циклов, схема сравнения, схема задержки и логическая схема совпадений, при этом выход вьтрямителя через дополнительный интегратор подключен к первому сигнальному входу схемы сравнения, к второму (Л сигнальному входу которой подключен выход первого цифроаналогового преобразователя, соединенный также с первым входом сумматора, к второму входу которого подключен выход второго цифроаналогового преобразователя, сигнальный вход которого соеО) динен через схему задержки с выхо00 00 дом логической схемы совпадения, к которому подключен также сигнальО5 00 ный вход первого цифроаналогового преобразователя, управляющие входы цифроаналоговых преобразователей соединены с выходом схемы сравнения, к которому подключен также первый вход логической схемы совпадения, к второму входу которой подключен импульсный генератор, а третий вход логической схемы совпадений соединен с выходом генератора циклов и с управляющим входом схемы сравнения.

/ V« )

rd. /

гЛ

s

гЛ

фид.1

.h

/ML/i M

..jL.

I

w

JJ

(J,

Чг

и

и,, «г

MlllllinillHIHIIIIIIIIIIIIIIHIIIIIIIill J

nil

5 3

A

в (is

л

ю п

IXJ

и:

nil

/

/L

Фмг.