Устройство для измерения амплитуды напряжения переменного тока Советский патент 1986 года по МПК G01R19/25 G01R13/02 

Изобретение относится к электрои мерительной технике.

Цель изобретения - повышение точности измерения амплитуды напряжения переменного тока путем учета его формы.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для измерения напряжения переменного тока; на фиг.2 - эпюры напряжений, поясняющие принцип его работы.

Устройство содержит последовательно соединенные переключатель 1, преобразователь 2 переменного напряжения в постоянное, преобразователь 3 напряжения в частоту, ключ 4, реверсивный счетчик 5, блок 6 памяти, цифровой управляемый делитель 7 напряжения, блок 8 управления, выходы которого соеди- нены с управляющими входами переключателя 1, преобразователя 2 переменного напряжения в постоянное, ключа 4, реверсивного счетчика 5 и блока памяти, выходы которого подключены к блоку 9 индикации и последовательно соединенным цифроаналоговому преобразователю Ю, делителю 51, умножителю 12 и амплитудному ограничителю 13, выход которого подключен к входу цифрового управляемого делителя 7 напряжения, выход которого сединен с первым входом переключателя 1, второй вход которого соеднен с вторым входом умножителя 12 и входной шиной 14.

Предлагаемое устройство для измерения амплитуды напряжения переменого тока обеспечивает формирование опорного напряжения, подаваемого на вход цифрового управляемого д елителя 7 напряжения и по форме и частоте совпадающего с измеряемым напряжением на шине 14, что позволяет повысить точность измерения.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально переключатель I по сигналу (фиг.2а) от блока 8 управления подключает измеряемое напряжение (фиг.2б) на вход преобразователя 2 переменного напряжения в постоянное, где входное переменное напряжение преобразуется в постоянное (фиг.2в), при этом на управляющий вход преобразователя 2 переменного напряжения

в постоянное импульс обнуления (фиг.2е) от блока 8 управления не поступает. Полученное постоянное напряжение преобразуется в частоту

при помощи преобразователя 3 напряжения в частоту. Далее блок 8 управления формирует импульс (фиг. 2г) постоянной длительности, воздействующий на управляющий вход ключа 4, в результате чего импульсы с преобразователя 3 напряжения в частоту записываются в реверсивный счетчик 5, работающий в режиме прямого счета. В реверсивном счетчике 5 получается число

Ад, пропорциональное амплитуде сигнала на входной шине 14. Связь между результатом измерения и истинным значением амплитуды сигнала

определяется вьфажением

А А, к,,(1) .

5

0

5

0

где Ад - результат грубого измере. ния амплитуды входного сиг- I

нала;

, А - истинное значение амплитуды входного сигнала; Kg - коэффициент передачи преобразователя 2 переменного напряжения в постоянное ().

По спаду импульса постоянной длительности (фиг.2г) блок 8 управления формирует импульс записи показаний реверсивного счетчика 5 {фиг.2д) в блок 6 памяти. На время действия импульса записи на выходах блока 6 памяти появляется код, соответствующий минимальному коэффициенту передачи цифрового управляемого делителя 7 напряжения, в результате чего исключается пёрегружение цифрового управляемого делителя 7 напряжения на период действия импульса обнуления (фиг.2е).Одновременно с импульсом записи блок 8 управления производит переключение переключателя 1 (фиг.2а. Через промежуток ti, равный времени переключения переключателя 1, от спада импульса постоянной длительности (фиг.2г) блок 8 управления формирует импульс обнуления (фиг.2е), по которому напряжение на выходе преобразователя 2 переменного

5 напряжения в постоянное становится ., равным нулю. По спаду импульса за- |писи (фиг.2д) на выходах блока 6 {памяти появляется код, соответствую-..

3

щий числу Ад, который через цифро - аналоговый преобразователь 10, осуществляющий согласование аналогового делителя с цифровым блоком памяти, поступает на делитель 11, выходное напряжение которого обратно пропорционально Ад.Одновременно с этим блок 8 управления формирует им- |пульс переключения (фиг.2ж) ревер- сивного счетчика 5 на обратный счет. Результат вычисления велнчииы .обратной Ад, поступает на первый вход умножителя 12, на второй вход которого поступает измеряемый сигнал с входной шины 14. &)1кодной сигнал умножителя i 2 описывается выражением

Лс Vit)

А R:

в

(2)

где р (t) - функция, описывающая

изменение сигнала во времени;

В - постоянная величина. Таким образом, сигнал на выходе умножителя 12 имеет форму измеряемого напряжения на шине 14, не зависит от амплитуды измеряемого напряжения, но является функцией коэффициента гфеобразованйя преобразователя 2 переменного напряжения в постоянное от формы измеряемого напряжения. Для устранения этой зависимости используется амплитудный ограничитель 13. Сигнал с выхода амплитудного ограничителя 13, ограниченный по уровню, поступает на шину питания цифрового управляемого елителя 7 напряжения. Коэффициент в выражении (2) выбирают из условия, чтобы Кд I выходной сигнал умножителя 22 имел максимально возможную величину, при которой амшштудный ограничитель 13 еще не вносит ограничений по амплитуде. Коэффициент передачи цифрового управляемого делителя 7 напряжения определяется кодом на выходах блока 6 памяти и пропорционален числу А. Напряжение с выхода цифрового управляемого делителя 7 напряжения при помо1ци пepeкJяoчaтeля J через преобразователь 2 переменного напряжения в постоянное подключается к входу преобразователя 3 натфяжения в частоту.

Далее блок 8 управления формирует ,импуль9 постоянной длитель15038

ности (фиг.2г), воздействующий на вход управления ключа 4. В результате импульсы с выхода преобразователя 3 напряжения в частоту начина- 5 ют поступать на реверсивный счетчик 5, работающий в режиме обратного счета. В реверсивном счетчике 5 получается первая разность между ре- - зультатом грубого измерения входного

10 напряжения; на шине 14 и выходным напряжением цифрового управляемого делителя 7 напряжения. Цосле получения первой разности блок 8 упраг вления вновь подключает измеряемое

15 напряжение через переключатель 1 к входу преобразователя 2 переменного напряжения в постоянное и переключает режим работы реверсивного рчетчика 5 на прямой счет. Затем

20 блок 8 управления формирует импульс постоянной длительности {фиг.2г), ко- рый воздействует на управляющий вход ключа 4, и импульсы с выхода преобразователя 3 напряжения в час- 25 тоту начинают поступать на вход реверсивного счетчика 5 и суммируются с кодом первой разности. В итоге получается первый скорректиро- ваншлй результат А, измерения ампхшJQ туды входного сигнала, причем , а следовательно, и К, К . По спаду импульса постоянной длительности (фиг.2г) блок 8 управления вновь фор 4ирует импульс записи (фиг.2д) показаний реверсивного

35 счетчика 5 в блок 6 памяти. На время- действия импульса записи на выходах блока 6 памяти появляется код, соответствующий минимальному коэффициенту передачи цифрового управляемого де лителя 7 напряжения. Одновременно с импульсом записи блок 8 управления производит переключение переключателя 5 {фиг.2а). Через промежуток времени t от спада импульса посто45 янной длительности блок 8 управления форьмрует импульс обнуления (фиг.2е), по которому напряжение на выходе преобразователя 2 перемен- iHoro напряжения в постоянное ста50 новится равным нулю. По спаду импульса записи (фиг.2д) блок 8 управления производит изменение направле- |Ния счета реверсивного счетчика 5 (фиг.2ж).Одновременно с этим на выхо55 дах блока б памяти появляется код, соответствующий числу А, который через цифроаналоговый преобразо- ; ватель 10 поступает на вход делителя 11, где происходит вычисление величины, обратной А), Результат вычисления поступает на первый вход умножителя 12, ;на.второйi вход j которого поступает измеряемый сигнал с входной шины 14. Так как К 7 .о то UB ,, у„н , Uj,,,j,, а поскольку уровень ограничения амплитудного ограничителя 13 10 постоянен, то сигнал на выходе амплитудного ограничитепя 13 после первой коррекции более близок по форме к напряжению на входной шине 14, чем до коррекции. Полученный 15 сигнал поступает на шину питания ци4г рового управляемого делителя 7 напряжения, коэффициент передачи которого определяется кодом на выходах блока 6 памяти, пропорцио- .20 нальным числу А. Напряжение с выхода цифрового управляемого делителя 7 напряжения через переключатель 1 и преобразователь 2 переменного напряжения в постоянное, поступает на 25 вход преобразователя 3 напряжения в частоту.

Далее блок 8 управления .формирует импульс постоянной длительности ((|иг.2г), в результате чего че- ЗО рез ключ 4 начинают проходить импульсы с выхода преобразователя 3 напр.яжения в частоту на вход реверсивного счетчика 5, работающего в режиме обратного счета. В результате 35 получается вторая разность между первым скорректированным результатом и выходным напряжением цифрового управляемого делителя 7 напряже- . ния. Далее блок 8 управления выра- 40 батывает импульс (фиг.2а), осуществляет подключение измеряемого напряжения {входная шина 14) через переключатель 1 к входу преобразователя 2 переменного напряжения в постоянное и переключает режим работы реверсивного счетчика 5 на прямой счет (фиг.2ж). После этого блок 8 управления формирует импульс постоянной длительности (фиг.2г) , 50 который воздействует На управляющий вход ключа 4, и импульсы с выхода преобразователя 3 напряжения в частоту поступают на вход реверсивного счетчика 5, где суммируются 55 с кодом второй разности, в результате чего получается второй скорректированный результат А- измерения

амплитуды напряжения на входной шине 14. Аналогично продолжая измерительный процесс, за .счет коррекции коэффициента преобразования преобразователя 2 переменного напряжения в постоянное и преобразователя 3 напряжения в частоту можно получить N-и скорректированный результат, который свободен от погрешное тей, вносимых преобразователем 2 переменного напряжения в постоянное и преобразователем 3 напряжения в частоту, вследствие того, что форма Напряжения на выходе цифрового управляемого, делителя 7 напряжения приближается к форме напряжения на входной шине 14.

Учет формы измеряемого переменного Напряжения путем введения аналогового умножителя уменьшает погрешность, обусловленную влиянием формы измеряемого напряжения на преобразователь переменного напряжения в постоянное.

Коррекция результата измерения как в известном, так и в предлагае- MCW устройстве заканчивается при выполнении равенства

и.

ер. оя

(3)

где Uf. 1, - среднее напряжение на Накопительной емкости амплитудного детектора для измеряемого напряжения j

.оа среднее напряжение на накопительной емкости амплитудного детектора для опорного напряже- . . ния.

Причеми,р.„,„ -А. К,(К,-коэффициент передачи амплитудного детектора для измеряемого напряжения ,Ас -истинное значенее амплитуды измеряемог напряжения . АС { откорректированный Коэффициент передачи амплитудного детектора для измеряемого сигнала, - коэффициент передачи амплитудного детектора для опорного напряжения).

Формула изобретения

Устройство для измерения амплитуды Напряжения переменного тока, содержащее последовательно соединенные переключатель, первый вход которого

соединен с выходной шиной, преобразователь переменного напряжения в постоянное, преобразователь напряжения в частоту, ключ, реверсивный счетчик, блок памяти и цифровой управляемый делитель напряжения, выход которого соединен с вторым входом переключателя, а также блок управления, соответствующие выходы которого подключены к управляющим входам переключателя, ключа, реверсивного счетчика и блока памяти, и блок индикации, входы которог подключены к выходам блока памяти.

отличающееся тем, что, с целью повьшения точности, к вы- ходам блока- памяти дополнительно

подключены соединенные последовательно цифроаналоговый преобразователь, делитель, умножитель, второй вход которого подключен к вход- . ной шине, и амплитудный ограничитель, подключенный к входу цифрового управляемого делителя напряжения, при этом дополнительный выход блока управления соединен с управляющим входом преобразователя переменного напряжения в постоянное.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерения амплитуды W напряжения переменного тока путем учета его формы. Устройство содержит переключатель 1, преобразователь 2 переменного напряжения в постоянное, преобразователь 3 напряжения в частоту, ключ 4, реверсивный счетчик 5, блок 6 памяти, цифровой управляемый делитель 7 напряжения, блок 8 управления и блок 9 индикации, цифрозналоговый преобразователь 10, делитель 11, умножитель 12, амплитудный ограничитель 13 и входную шину 14. В описании даны выражения, определякшще связь между результатом изменения и истинным значением амплитуды сигнала и выходной сигнал умножителя 12. Кроме того, изображены зпюры напряжения, поясняющие принцип работы устройства ил. i (Л

а

8. 2