Способ измерения среднеквадратических значений напряжений произвольной формы и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01R19/02 

тотный диапазон измеряемого напряжения за счет соответствующего выбора частоты тактовых импульсов по отно- i шению к частоте измеряемого напряже

Изобретение бтносится к электроизмерениям и может быть использовано в прибо6.ах для измерения эффективного значения переменного напряжения,

Цель изобретения - повьшение точности и помехоустойчивости и расшире ние частотного диапазона путем преоб разования среднеквадратического значения в начальную фазу первой гармо- ники напряжения, формируемого из опорного и измеряемого напряжений,.

На фиг. 1 приведена временная диаграмма напряжения, формируемого из опорного и измеряемого напряжений; на фиг, 2 - зависимость начальной фазы первой гармоники напряжения, приведенного на фиг. 1, от отношения частоты измеряемого сигнала к частоте первой гармоники; на фиг.3 функциональная схема устройства для измерения среднеквадратического значения повременного напряжения; на фиг. А - вр еменные диаграммы, пояс- нянлдие работу устройства; на фиг. 5- блок синхронизации.

: . .

Способ измерения cpeднeквaдpaти ческих значений напряжений произвольной формы заключается в том, что из опорного и измеряемого напряжений формируют периодическое напряжение, которое в течение трети его периода равно постоянному квадрату опорного напряжения, в течение второй трети периода - квадрату измеряемого напряжения и в течение .последней трети периода - нуль, после чего из него выделяют первую гармонику и измеряют его начальную фазу относительно начала последней трети периода формируемого напряжения,

Устройство для осуществления способа содержит источник 1 постоянного опорного напряжения, который через первый управляемый ключ 2 соединен с входом квадратора 3, к которому

ния. Способ и устройство могут быть использованй в случае отличия формы измеряемого напряжения от синусоидального, 2 .с.п. ф-лы, 5 ил.

5

через второй управляемый ключ 4 подключена входная шина. Выход квадратора 3 через фильтр 5 первой гармоники подключен к пербому входу фазо- измерительного блока 6, выход которого соединен с цифровым отсчетным- блоком 7. Управляющие входы управляемых ключей 2, 4 и фазоизмеритель- ного блока 6 подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам блока 8 синхронизации, вход которого соединен с выходом тактового генератора 9.

Сущность способа состоит в следующем. ..

Из опорного напряжения квадрата измеряемого напряжения формируют напряжение вида (фиг. 1)

20

(О

25

опорного импульса и импульса квадрата измеряемого напряжения в сформированном напряжении;

А - амплитуда импульса опорного напряжения и сформированном напряжении;

В- - амплитуда измеряемого напряжения ;

SI- частота измеряемого напряжения.

Если Т,

2

й

3

ТГ

ы

где т - период сформированного нап-, ряжения;

циклическая частота первой гармоники,

иОто можно определить коэффициенты .Фурье для первой гармоники функции (1)

U

2.

Ь 1

Q.-|f(t)coScJt-,(t). (2)

Т„.J.

. Ч

Начальная фаза первой гармоники

равна

Ъ.

.Ч arctq-1.Подставив в соотношения ния f(t) системы (1), ,преобразований

/.M..

.

em-e)--()

fToJ UoJ

-,)

( ..I i V

ч 3 i T 17

2 2 /Fsг:

ГА

чА-Y.uj

г.- /- Trsi

l-mr-j-CoSI

/ я ,

(

LXJ

В результате подстановки а., равенство (З), получаем

12477654

после чего ключи 2 и 4размыкаются, и до прихода следующего тактового импульса с генератора 9 напряя ение . на входе квадратора 3 равно нулю. 5 Выходное напряжение квадратора (фиг. 4, ж) поступает на фильтр 5 первой гармоники. Первая гармоника (фиг. 4, з) подается на фазоизмери- тельный блок 6, измеряющий начальную

10 фазу первой гармоники, которая фиксируется цифровым отсчетным блоком 7. Результаты экспериментов показывают, что предлагаемый способ измерения -среднеквадратических значений

15 переменного напряжения позволяет снизить погрешность до 0,005%, Фаза первой гармоники меньше подвержена влиянию помех, чем другие параметры сигнала. Кроме того, может быть распда-

20 . рен частотный диапазон измеряемого напряжения за счет соответствующего выбора частоты тактовых импульсов по отношению к частоте измеряемог о напряжения.

.. 25 Можно показать математически, что предлагаемые способ и устройство могут быть использованы в отли- и Ъ, в чия формы измеряемого напряжения от синусоидальной.

(3)

(2) эначе- получаем после

icJ /

ATrS2i

л т,1 А-В(-.

-

, 2 ) 4 -arctg -j------ .

А.В(.ц-|,.,) .

EcлиЙ oJ, что определяется выбором периода сформированного найряжения (фиг. 1), то можно показать,

g2

что , т.е. начальная фаза сформированного напряжения пропорциональ на среднеквадратичному значению измеряемого напряжения. Из фиг. 2 видно, что необходимо, чтобы ,

Устройство для осуществления способа работает следующим образом.

Генератор.9 формирует тактовые импульсы (фиг. 4, а), поступающие на блок 8 синхронизации, состоящий, например, из трех D-триггеров (фиг. 5), Блок 8 синхронизации фор- ФIpYeт на первом и втором вы.ходах . . импульсы, управляющие ключами 2 и 4 а также фазоизмерительным блоком (фиг, 4 б, в, г). На вход квадратора подаются поочередно через ключ 2 опорные напряжения от источника 1 (фиг. 4, д), через ключ 4-измеряемое напряжение с входной шины (фиг. 4, е

icJ /

Формула и з,о бретения

1. Способ измерения среднеквадра- тических значений напряжений произвольной формы, заключающийся в по- .

очередном квадратировании опорного и измеряемого напряжения в течение одинаковых интервалов времени, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, помехоус- тойчивости и расширения частотного диапазона, в качестве опорного напряжения используют постоянное напряжение в течение интервала времени, равного интервалам времени квадратирования опорного и измеряемого напряжения, формируют нулевой уровень, напряжения, из результата квадратирова- ния выделяют первую гармонику и измеряют ее начальную фазу.

2. Устройство для измерения сред- неквадратических значений напряжений произвольной формы, содержащее квадратор, к входу которого подключены первый и второй управляемые ключи,

с входом второго ключа соединена входная шина, к управляющим входам ключей, подключены выходы блока синхронизации, вход которого соединен с

выходом тактового генератора и так же цифровой отсчетный блок, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, помехоустойчивости и расширения частотного диапазона, в него дополнительно вве ден источник постоянного опорного напряжения, соединенный с входом

первого управляемого ключа, фильтр первой гармоники,, включенный между выходом квадратора и первым входом фазоизмерительного блока, второй Вход которого соединен с дополнительным выходом блока синхронизации, а выход - с входом цифрового отсчет- ного блока.

Изобретение может быть использовано в приборах для измерения эффективного значения переменного напряжения. Цель изобретения - повышение точности, помехоустойчивости и расширение частотного диапазона. Поочередно квадратируют опорное, в качестве которого используют постоянное напряжение, и измеряемое напряжение. Квадратирование осуществляют в течение одинаковых интервалов времени, равных времени квадратирования. При этом формируют нулевой уровень напряжения, из результата квадратирования выделяют первую гармонику и измеряют ее начальную фазу. Устройство, реализующее способ, содержит управляемые ключи 2 и 4, квадратор 3, фа- зоизмерительный блок 6,отсчетный блок 7, блок 8 синхронизации и тактовый генератор 9. Реализация изобретения позволяет снизить погрешность до 0,005%. При зтом фаза первой гармоники меньше подвержена влиянию помех, чем другие параметры сигнала, Кроме того, может быть расширен часс (Л (PU8. 3

-Ти/2

9u8. 1

О

Ти/2

3 «,5 6. 7,5 9 10,5 f2 S2/Uf

Физ. 2