Изобретение относится к фаэометрии и может быть использовано как по прямому назначению, так и при измереНИИ активной и реактивной мощностей, мощности диэлектрических потерь, коэффициента мощности, коэффициента диэлектрических потерь и других векторных величин.
Цель изобретения - повышение точ- ности измерения.
На фиг. 1 приведены диаграммы напряжений, характеризующие способ; на фиг. 2 - блок-схема устройства,реализующего способ; на фиго 3 - схема фор мирователя временных интервалов; на фиг. А - схема формирователя опорных уровней.
Устройство содержит формирователь
1временных- интервалов, формирователь
2опорных уровней, задатчик 3 коэффициентов деления, нуль-орган 4, пер- вьй и второй триггеры 5 и 6, первый
и второй одновибраторы 7 и 8, первьй, второй, третий и четвертьй элементы И-НЕ 9-12, генератор 13 квантующих импульсов, первый и второй реверсивные счетчики 14 и 15 импульсов,«цифровой блок 16 деления, формирователь 17 импульсов, делитель 18 частоты , усилитель 19 мощности, кнопка 20 / Сброс регистр 21 числа, отсчетно- регистрирзпощий блок 22. При этом формирователь 1 временных интервалов состоит из первого, второго, третье- ,го и четвертого компараторов 23-26, Первого, второго и третьего элементов ИЛИ 27-29, третьего, четвертого, пятого и шестого триггеров 30-33,а. формирователь 2 опорных уровней со- держит первый и второй измерители ЗА И 35 амплитудных значений, первьш. Второй, третий и четвертый делители 36-39 напряжения.
Первый вход формирователя 1 вре- менных интервалов соединен с входом нуль-органа 4, первым входом формирователя 2 опорного уровня и с входной :клеммой опорного сигнала. Второй вход формирователя 1 временных интервалов соединен с вторым входом формирователя 2 опорного уровня и входной клеммой сдвинутого по фазе сигнала. Третий, четвертьй, пятьй и аестой входы формирователя 1 времен- )чых интервалов соединены соответственно с первым, вторым, третЬ|ИМ и чет зертым выходами формирователя 2 опор- мых уровней, а третий, четвертьй, пя
0
5 0 r 0
r
0
тьй и шестой входы последнего соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами задатчи- ка 3 коэффициентов деления. Седьмой вход формирователя 1 временных интервалов соединен с выходом второго од- новибратора 8,. вход которого через первьй триггер 5 соединен с выходом нуль-органа 4, второй вход которого соединен с земляной шиной.
Первьй, второй, третий и четвертьй выходы формирователя 1 временных интервалов соединены с первыми.входами соответственно элементов И-НЕ 12, 10, 9 и 11, вторые входы элементов И-НЕ 9-10 объединены и соединены с выходом генератора 13 квантующих импульсов и входом делителя 18 частоты, выход которого соединен с вторыми входами элементов И-НЕ 11 и 12. Выходы первого и второго элементов И-НЕ 9 и 10 соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами.первого реверсивного счетчика 14. Выходы третье го и четвертого элементов И-НЕ 11 и 12 соединены соответственно с суммирую- щим и вычитающим входами второго реверсивного счетчика 15. I
Входы установки нуля реверсивных счетчиков 1А и 15 объединены через усилитель 19 мощности и соединены с выходом второго одновибратора.8. Выходы первого и второго реверсивных счетчиков 14 и 15 соединены соответственно с входами Делимое и Делитель цифрового блока 16 деления, выходы которого через регистр 21 соединены с входами отсчетно-регистри- рующего блока 22. Управляющий вход регистра 21 соединен с выходом второго триггера 6, вход установки единицы которого соединен через первый одновибратор 7 с четвертым выходом формирователя 1 временных интервалов. Вход установки нуля второго триггера 6 соединен с выходом формирователя 17 импульсов, вход которого через кнопку 20 Сброс соединен с клеммой питания. В формирователе 1 временных интервалов первые входы первого и третьего, второго и четвертого компараторов 23 и 25, 24 и 26 объединены и являются соответственно первым и вторым входами формирователя 1 временных интервалов. Вторые входы первого, второго, третьего и четвертого компараторов 23-26 являются соответственно третьим, четвертым, пятым и шестым входами формирователя 1 временных интервалов.
Выходы первого, второго, третьего и четвертого компараторов 23-26 соединены с входами установки единицы третьего, четвертого, пятого и шестого триггеров 30-33 соответственно. Выходы триггеров 30-33 являются пер- вым, вторым, третьим и четвертым выходами формирователя 1 временных интервалов. Первые входы элементов ИЖ 27-29 соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего компараторов 23-25. Вторые входы элементов ИЛИ 27-29 объединены и являются седьмым входом формирователя временных интервалов. Выход первого элемента ИЛИ 27 соединен с входами установки нуля пятого и шестого триггеров 32 и 33. Выходы второго и третьего элементов ИЛИ 28 и 29 соединены с входами установки нуля соответственно третьего 30 и четвертого 31 триггеров.
В формирователе 2 опорных уровней входы первого и второго измерителей 34 .и 35 амплитудных значений являютс соответственно первым и вторым входа ми формирователя 2 опорных уровней. Прямой и инверсньш выходы первого и второго измерителей 34 и 35 амплитудных значений соединены с сигнальными входами соответственно, первого и третьего, второго и четвертого делителей 36 и 38, 37 и 39 напряжения. Выходы первого, второго, третьего и четвертого делителей 36-39 напряжения являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым выходами формирователя 2 опорных уровней. Управляющие входы первого, второго, тртьего и четвертого делителей 36-39 напряжения являются соответственно третьим, четвертым, пятым и шестым входами формирователя 2 опорных уровней.
Сущность способа заключается в слдующем .
В каждьй полупериод электрических сигналов
U,(t) U,sinnt
UjCt) (nt -tf,) (2)
одним из известных методов измеряют амплитудные.значения этих сигналов.
В результате измерений получают сигналы и, и и, равные амплитудным значениям исследуемых сигналов.
Опорные уровни U, и Формируют путем деления в п раз значений амплитуд электрических сигналов
+Uon, ±и„,/т ±и„, ±и„,/т.
(3) (4)
Затем сигналы (3) и (4) сравнивают с мгновенными значениями сигналов U(t) и UjCt). В моменты времени t,, t, t, и t их равенства формируют короткие импульсы (фиг. 1)
t, -ji-arcsin-i-;
m
(5)
t -(arcsin- +4);(6)
tj -(arcsin- + K ); -(7)
t --(arcsin--- +Q x + ir).(8) it m
Выделяют два основных интервала времени
ut, t - t, --(arcsin--- +cfj - r -jj-arcsin--- UfJfl (9)
и
it, tj - t, (arcsin- - ) 1 . , - - -arcsin- - II /iZ
(10)
JQ ,- д
50
55
(фиг. 1), которые измеряют, а результаты измерений запоминают. Допустим, что в результате измерений временных интервалов (9) и (10) получены их следующие значения
N, N(1 +y)+uN, ,(H-f) + + uc-oj, - ,(11)
где N , - истинное значение временного интервала (9); UN, - аддитивная составляющая
погрешности измерения временного интервалд (9); N( у - мультипликативная составляющая погрешности измерения временного интервала
(9); , аддитивная составляющая
погрешности формирования
временного интервала it,; погрешность квантования
временного интервала &t, ; - частота квантования,
N;(I+J)+ UN f,, ut,(i +j) +
t е N uN
I
2
Л С
Кв2 t
(12)
-истинное значение времен- с ного интервала (10);
-аддитивная составляющая погрешности измерения;
N у - мультипликативная составляющая погрешности изме- 20 рения;
аддитивные погрешности
формирования временного интервала &t,j;
квг погрешность квантования
25
Результаты измерений (11) и (12) запоминают.
Затем в добавление к двум основным интервалам времени (9) и (10) формируют два дополнительных интервала вре- on мени
ut
5, t,-t. -l-(arcsin-l- 1Г) - -i-(arcsin-i- +q,) 0,5Т
Я.
- At, И &t,
1
(13)
, -::,-(arcsin+Cf, + ТГ)m
iT+q y
- - -arcsin-4- 0,,, (14)
ограниченные моментами времени t и tj, t, и t4 перехода исследуемых сиг налов через опорные уровни +Uon , опг Upn, -Uon в противоположных направлениях (фиг, 1).
Полученные дополнительные интервалы времени (13) и (14) измеряют, а результаты измерений запоминают. Допустим, что в результате измерений получены следующие значения первого и второго дополнительных интервалов
времени At a, и
N
3
+ uT
Ni(Uj)+uN, -b f.,
3
N, N d+p+uN, f,, utg, (t + f )
+ , где N
(yt
Ife4
(16)
И N
0 uN иьN
с
0
5
n
5
- истинные значения дополнительных интерва- лова времени 6 t, и ;
- аддитивные составляющие погрешности измерения дополнительных интервалов времени ut, .
N V и N J - мультипликативные составляющие погрешности измерения первого и второго дополнительных интервалов времени uta, и 61,
b(
3. I г ,
- аддитивные составляю- . щие погрешности формирования интервалов времени utn, и U tqi соответственно j
KB-J 4 погрешности квантования интервалов времейи
bt, Hbtg,.
Затем определяют значения временного сдвига электрических сигналов как разность результатов измерений второго основного и первого дополнительного интервалов времени, т.е. как разность выражений (12) и (15) ,
Nit, N,-N, f,, fit,,, )(1+у)
)-(&
9
КВ2
,). (17)
Значение полупериода определяют как разность результатов измерений второго дополнительного интервала времени и временного сдвига электрических сигналов, т.е. выражений (16) и
N
05. N, -N, f.J(btg,-it,)(Ui) +. + (uTaa, -u E aa, )-( - ).
.8 .J.(g
По полученным значениям (17) и (18) вычисляют искомый фазовый сдвиг по выражению
N N N
05Т
(19)
где N 180 - постоянное число. Подставим в (19) выражения (17) и (18) с учетом (9), (10), (13) и (14). Тогда
18П° (9.i I i -L t L±L JJLl Li
f,B(0,5T+iitJ-4tJ(1+jJ+( -u,, )-(u
iVfce , )
iVfce , )
Изобретение относится к области фазометрии. Способ измерения мгновенных значений фазового сдвига электрических сигналов (ЭС) состоит в следующем. В каждый полупериод ЭС одним из известных методов измеряют их амплитудные значения, формируют опорные уровни путем деления в m раз зна чений этик амплитуд и сравнивают их с мгновенными значениями ЭС. В моменты времени t,...t их равенства формируют короткие импульсы, выделяют два-основных интервала времени (ив), которые измеряют а результаты запоминают. Формируют два дополнительных ИВ, о граниченные моментами времени t и t,, t , и t перехода исследуемых ЭС через опорные уровни в противоположных направлениях. Полученные дополнительные ИВ измеряют и запоминают, Определяют значение временного сдвига ЭС как разность результатов измерений второго основного и первого дополнительного ИВ. Значение полупериода определяют как разность измерений второго дополнительного ИВ и временного сдвига ЭС, вычисляют искомый фазовый сдвиг о Результат измерения не содержит аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности измерения, то есть по вышается точность измерения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил: (С (Л со 00 О) СО
isn АьЛ11У).1(.,-Лкв2 э) . .on°- iHl2;iiAl
0,5T(1+i:)+(&,j,, -Д,в4. )0,5T(1 + y) +&41
Запишем выражение (20) в виде
м 180° i ti-iAl -/il±JlI
« 0,5Т+ Л„/(1+у)
4
- 1 о о I -ГТ7Т -ТТ
L
&tx, 23/(). .
5T+ U4./(1+|) 075Т+БФ7(1 + У)
(21)
.
Если аддативные составляющие погрешностей измерения осневных и до- полнительньк интервалов времени равны между собой,,т.е.
UN, AN, ЛМ, AN, (22) f.f /
+ uU;, и„„,. и„„,+ u
Л ааг б азэ 82-b t ifsa
./Ч.О .3 « ..-
л - aq 1 - Л (
аЧ1 irei.
- йГ
KBI
или ut aji i Kez
.0-0 . с- .-:-о .0 aji-ub g At.Qg,-i(,
KBl
то u,j О и Л 41 О
(20) примет вид
а выражение
N, 180,
Как видно из выражения (27), результат измерения мгновенных значений фазового сдвига электрических сигналов не содержит аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности измерения. В частности, например, условия (24) могут быть обеспечены пу- тем введения временной поправки в результат формирования временных интервалов ut, , itx, At tj- t., 0,5T, Ato, t,-t2 0,5T-it, ;
At
91
t4-t 0,5T + &t,
Это достигается тем, что опорные уровни формируют перестраиваемыми в „интервале значений, не превьшгающих
(20)
10-20% от первоначально полученных. Действительно, изменение значений или смещение опорных уровней приведет к смещению моментов времени t, , tj, t, и t равенства мгновенных значений исследуемых сигналов и смещенных опорных уровней. Изменение значений (или перестройка) опорных уровней может быть осуществлена двояко:
Путем суммирования их со стабиль- ным напряжением uU;, перестраиваеым в заданном интервале значений
) f.f /
on 11
и
0(J1
25
30
35
40
45
55
+ uU;, и„„,. и„„,+ uU; .
За счет использования таких значений коэффициентов деления ампли туд исследуе1 1х сигналов га, -m±Am jinj, т±йт, га, ratum, и га m± лт, коФорые обеспечивают смещение моментов времени t,, t, t, и t на наперед заданное значение влево или вправо по оси времени. В этом случае ,; и,/(п.± т;), а (ra ± т;).
Повышение точности измерения достигается за счет уменьшения: аддитивных составляющих погрешностей формирования интервалов времени , , ь t , utg, и bt, погрешностей квантования и мультипликативных составляющих погрешностей измерения интервалов времени t, , ut, , , ut. Возможность введения временной поправки, например, путем изменения значений коэффициентов деления амплитуд существенно повышает точность измерения
предложенным способом. I
Устройство, реализующее способ,
работает следующим образом.
Исследуемые сигналы поступают на первый и второй входы формирователя 1 временных интервалов и формиров.ате- ля 2 опорных уровней. Одновременно опорный сигнал поступает на вход нуль органа 4, которьш формирует короткие импульсы в моменты времени перехода сигнала через нуль. Эти импульсы с частотой следования 2 f2 поступают на счетный вход первого триггера 5. С помощью триггера 5 формируется периодическая последовательность пря91386940
моугольньтх импульсов с частотой следования и 21ГР. Каждым передним фрон- том выходных импульсов триггера 5 осуществляется запуск одновибратора 8. Последний формирует короткие импульсы, соответствующие логическому нулю
, длительность кбторых достаточна для установки в нуль триггеров и счетчиков устройства.
С выхода одновибратора 8 импульсы поступают на седьмой вход формирователя 1 временных интервалов, устанавливая, тем самым, третий, четвертьш, пятый и шестой триггеры 30-33 в
нуль, т.е. в исходное состояние. Причем сигнал установки нуля поступает н.а триггеры 30 и 31 через элементы ИЛИ 28 и 29, а на триггеры 32 и 33 - через элемент ИЛИ 27. Выходной сигнал одновибратора 8 поступает через усилитель 19 мощности и на входы установки нуля реверсивных счетчиков 14 и 15. Последние также обнуляются,перед началом каждого измерения. Необходимо отметить, что при нажатии кнопки 20 Сброс формирователь 17 импульсов формирует импульс, устанавливающий второй триггер 6 в нуль. В результате на Управляющий вход регистра 21 поступает .сигнал, запрещающий прохождение кода
35
40
числа N с выхода цифрового блока 16 деления на отсчетно-регистрирующий блок 22.
ИсследуемЬ1е сигналы поступают на формирователь 2 опорных уровней, входами которого являются входы изме- рителей 34 и 35 амплитудных значений. С их помощью осуществляется измерение амплитурньк значений U, и U,TI-Z. исследуемых сигналов На выходах +Umi первого измерителя 34 амплитудных зна чений появляются сигналы и -и, , которые поступают на сигнальные входы соответственно первого и третьего делителей 36 и 38 напряжения. На выходах второго измерителя 35 амплитудных значений появляются сигналы +U и -и, которые поступают на сигналь- ные входы соответственно второго и четвертого делителей 37 и 39 напряжения. Коэффициенты деления делителей 36-39 напряжения устанавливают зара45
нее равными т. В результате на выходах первого и второго, третьего и четвертого делителей 36 и 37, 38 и 39 напряжений формируются опорные уровни .+Uon, и +Uert -Uoni и -UCM,,., которые
10
поступают- на вторые входы одноименных компараторов 23 и 24, .23 и 26 формирователя 1 временньк интервалов.
Необходимо отметить, . что опорные уровни перестраиваемые в интервале значений, не превьпаающих 10-20% от первоначально полученных. В форми- рователе 2 опорных уровней это достигается путём изменения в этих пределах коэффициентов деления делителей 36-39 напряжений. Перестройка осуществляется с помощью задатчика 3 коэффициентов деления в пределах О,1-0,2т при настройке и отлаДке устройства. Это необходимо для введения временной поправки во временные интервалы с целью исключения аддитивных составляющих погрешностей формирования и измерения (квантования) временных интервалов.
При поступл.ении сигналов на первые входы компараторов 23 и 25, 24 и 26 на выходах последних появятся короткие импульсы в моменты времени
0
5
0
t,, t,.
t, и t4 (фиг. 1), определяемые выражениями (5)-(8). Выходные импульсы компараторов 23-26 управляют работой триггеров 30-33 таким образом, что на выходах последних { формируются в каждом периоде опорного сигнала временные интервалы, определяемые выражениями (9), (10),
(13)и (14).
На первые входы элементов И-НЕ 9 и 10 с третьего и второго выходов формирователя 1 временных интервалов поступают соответственно импульсы согласно (10) и (13). На вторые входы элементов И-НЕ 9 и 10 поступают квантующие импульсы с частотой следования , формируемые генератором 13. На первые входы элементов И-НЕ 11 и 12 с четвертого и первого выходов 5 формирователя 1 временных интервалов поступают соответственно импульсы
(14)и (9). На вторые входы элементов И-НЕ 11 и 12 с выхода делителя 18 частоты поступают квантующие импульсы с частотой следования fxei где Ng 180 - коэффициент деления делителя 18 частоты.
Б результате на суммирующие входы реверсивных счетчиков 14 и 15 поступают
NS (0,5T-At,)f,g, (28) N, (0,5T+btJf ei /NO (29)
11
импульсов соответственно. На вычитающие входы реверсивных счетчиков 14 и 15 поступают
138
N, 0,5Tf
KBl
Ng fst
VBa
/N,
импульсов соответственно.
Общее число импульсов, записанных в первый реверсивный счетчик 14, будет
N, N, - N,
,
а во второй N,0
N,-Ng 0,5Т,„ /N. (32)
С помощью цифрового блока 16 де осуществляется деление числа N N,Q . В результате на выходе бло деления появится код числа
N,
N
9
N,,
N
bt,f
К81
О П ciTf
N.
Nit N,
0,5 т
180
t,,
0,5Т
(33)
равного мгновенному значению фазового сдвига исследуемых сигпалов. Задним фронтом импульса (14) запускается nej5Bbm одновибратор 7, выходной сигнал которого устанавливает триггер 6 в единицу. В результате N запи
шется в регистр 21 и индицируется с помбщью отчетно-регистрирующего блока 22.
В предлагаемом способе измерения повьшение точности достигается за счет обеспечения информационной избыточности процесса измерения фазового сдвига и такой обработки результатов измерения, которая обеспечивае уменьшение аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности измерения фазового сдвига. Кроме того, повышение точности измерения достигается за счет минимизации погрешности формирования дополнительных време ных интервалов с использованием тех же коротких импульсов, что и при формировании основных временных интервалов.
Получение результатов измерений временного сдвига и полупериода отличными от известных предложенным спсообом - как разность результатов
таю4
(30)
138694012
измерений второго основного и первого дополнительного, второго дополнительного и первого основного временных интервалов - обеспечивает автоматическое уменьшение аддитивной составляющей погрещности выделения и формирования временных интервалов, а также снижение погрешности квантования.
10
15
20
25
30
35
40
45
-
55
Введение временной поправки в результат формирования временных интервалов путем перестройки опорных уровн ей в интервале 10-20% от .первоначально полученных позволяет дополнительно уменьшить аддитивнзто состав- лякицую погрешности измерения фазового сдвига. Реализация операции деления при окончательной обработке полученных значений временного сдвига и полупериода обеспечивает уменьшение мультипликативной составл5пощей погрешности измерения фазового сдвига исследуемых сигналов.
Формула изобретения
первого и второго дополнительных временных интервалов, затем вычисляют значение временного сдвига исследуемых сигналов как разность результатов измерений второго основного и первого дополнительного временных интервалов, значение полупериода исследуемых сигналов определяют как разность результатов измерений второго, дополнительного и первого рс07 -./
новного временных интервалов и по отношению значения временного сдвига к значению полупериода исследуемых сигналов судят о величине искомого фазового сдвига.
Сброс
Л
Pwe.4
ОЛ7
д/1окаЗ
| Способ измерения фазового сдвига гармонических сигналов | 1980 |
|
SU922658A1 |
| Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
| Способ измерения фазового сдвига электрических сигналов | 1980 |
|
SU949536A1 |
| Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
