Устройство для измерения частоты Советский патент 1987 года по МПК G01R25/04 

112

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при разработке регуляторов частоты электрических станций, а также регуляторов скорости враще- НИН турбогэнергоблоков, систем регулирования и автоматики электроприводов.

Целью изобретения- является повышение точности измерения за счет устранения амплитудной погрешности выходной характеристики и повышение надежности за счет упрощения настрой .ки при изменении добротности резонансного контура.

На фиг,1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - векторная диаграмма, поясняющая работу предлагаемого устройства..

Устройство содержит первый усилитель-ограничитель 1, первый буферный каскад 2, блок 3 преобразования частоты в фазу, второй усилитель-ограничитель 4, второй буферный каскад 5, сумматор 6, вычитатель 7, первый и второй блоки выпрямления 8 и 9, аналоговый вычитатель 10, сглаживающий фильтр 11 и выходной блок 12. Входом устройства является вход первого усилителя-ограничителя 1, выход которог соединен с входом первого буферного каскада 2, первый выход которого соединен с первыми входами сумматора 6 и вычитателя 7, а второй вход через последовательно соединенные блок 3 .преобразования частоты в фазу, вто- рой усилитель-ограничитель 4 и второ буферный каскад 5 соединен с вторыми входами сумматора 6 и вычитателя 7, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго блоков выпрямления 8 и 9, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами аналогового вычитателя 10, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра 11, выход которого соединен с входом выходного блока 12.

Устройство ра-ботает следующим образом.

Напряжение Ug произвольной формы и амплитуды измеряемой-частоты подается на вход усилителя-ограничителя 1 , который формирует примоугольньй сигнал, поступающий на буферный каскад 2, который формирует из прямоугольного сигнала сигналы для сумматора 6

8 .2 и вычитателя 7 и блока 3 преобразования частоты, выполненного на последовательном резонансном контуре с одновременным сдвигом фазы на 90 за счет включения емкости в обратную связь усилителя. На выходе блока 3 формируется сигнал «синусоидальной формы, амплитуда которого определяется АЧХ блока 3. Для устранения неравномерности АЧХ в измеряемом диапазоне частот этот сигнал поступает на второй усилитель-ограничитель 4 и через буферньй каскад 5 стабильный сигнал прямоугольной формы подается на сумматор б и вычитатель 7. С выходов сумматора 6 и вычитателя 7 сигналы поступают на входы двухполупе- риодных блоков выпря тения 8 и 9, после которых поступают на аналоговый вычитатель 10, а затем через фильтр 11 на выходной блок 12, представляющий собой повторитель тока, выходной ток которого не зависит от величины нагрузки.

Если рассмотреть сигнал на выходах сумматора 6 и вычитателя 7, то, исходя из векторной диаграммы для первой гармоники (фиг.2), будем иметь

v,

Vj. 4vT+V, +2V,,

гдед) --Cf (w) ; Cf(w)arctg

oc.;

RX

|f, Cj., R| - параметры последовательного резонансного контура.

Так как V, , то

& Vp-|2+2coscp V - j +coscf 2V„

45

50

Vj. V - 242coscf V-j24 -c.o7t7 2Vp .

Эти сигналы подаются на входы аналогового вычитателя 10, сигнал на выходе которого равен

U, ц,

V -V Г 9У Cf,,-,qJ. Qln-W

(о й г: v cos2 ,(р)21,(|-|) 2V,42sin(|-f.M);

. Q (w) Mr, ,где V - стабилизированное значение

У,„ -2 У„з1п 5,

напряжения, не зависящее от частоты;

12

- в общем случае

нелинейная зависимость от частоты. Для диапазона частот +йсо вблизи

Ь(.) резонансной Q при

ъ:/ ч . (f (u)arctp(---Q) ,

Ыо

-Г

i(0 Обозначим . Тогда

Wo

sin tp (Lo)sin arctg a; a

arctp a arcsin

f .a sin c (.w)sin arcsin

4(«)

2Sin-j;Для случая iO}/Wo« 1

. «(w) „ucj . s,,

Итак, в заданном диапазоне

V

BblX

242V/r.

°Ып

Чтобы оценить погрешность за счет

. Ч (ш) нелинейности, выразим через

АСО

г- без допущенийО,

лМ.

а1

,l- --. -А„

Определим погрешность за счет нелинейности при измерении величины отклонения частоты от номинального значения.

8 %

А,

5 %

рцах эта k-f

погрешность

lii (Тп ) 100%

, Ь &f

Ir -- - - -

uf.

оэ„

Погрешность за счет нелинейности при измерении абсолютного значения частоты можно определить как погрешность в герцах S , отнесенная к измеряемому значению частоты

й

1

287П38 8

S %k f,, fi % kfv. 5

00% (fl fH 100Г

и соответственно %. При добротности контура ,1 будет соответственно S ,S% 0,1%- максимальное значение погрешности на границе диапазона. Внутри диапазона измерения отклонений частоты от номинального значения погрешность за счет нелинейности S %;«0,1%. В реальном устройстве Q -1,5 и погрешность за счет нелинейности в узком диапазоне оказывается в зоне нечувст- 15 вительности прибора (меньше 0,06%).

Формула изобретения

10

0

Устройство для измерения частоты, содержащее первый усилитель-ограничитель, вход которого является входом устройства, блок преобразования частоты в фазу и последовательно соединенные сглаживающий фильтр и

5 выходной блок, отл:Ичающе- е с я тем, что, с целью повьшгения точности измерения и надежности устройства, введены первый буферный каскад, последовательно соединенные вто0 рой усилитель-ограничитель и второй буферный каскад, сумматор, вычита- тель, первый и второй блоки выпрямления и аналоговый вычитатель, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра, а первый и второй входы соединены соответственно с выходами первого и второго блоков выпрямления, входы которых соединены соответственно с выходами сумматора и вьгчитателя, первые входы которых соединены с пер- BbiM выходом первого буферного каскада, а вторые входы - с выходом второго буферного каскада, причем вход первого буферного каскада соединен с выходом первого усилителя-ограничителя, а второй выход первого буферного каскада соединен с входом блока преобразования частоты в фазу, выход которого соединен с входом втррого усилителя-ограничителя.

5

0

5

ВНИИПИ Заказ 7711/46 Тираж 730

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Подписное

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при разработке регуляторов частоты электрических станций, скорости вращения турбоэнергоблоков, а также систем регулирования и автоматики электроприводов. Цель изобретения - повышение точности измерений - достигается за счет устранения амплитудной погрешности выходной характеристики, а повышение надежности - за счет упрощения настройки при изменении добротности резонансного контура. Устройство содержит усилители-ограничители 1 и 4, буферные каскады 2 и 5, блок 3 преобразования частоты в фазу, сумматор 6, вычита- тель 7, блоки 8 и 9 выпрямления аналоговый вычитатель 10, сглаживающий фильтр 11, выходной блок 12. Погрешность за счет нелинейности в узком диапазоне оказывается в зоне нечувствительности прибора меньше 0,06%. 2 ил. (О фиг.