Устройство для измерения действующего значения переменного напряжения Советский патент 1988 года по МПК G01R19/02 

4:

ОО

00

00

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к измерению действующего напряжения в диапазоне ин- франизких частот.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона измерения в сторону инфранизких частот.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения действующего значения переменного напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы сиг- налов, иллюстрирующие работу широтно- импульсного прерывателя.

Устройство (фиг. 1) содержит переключатель 1, термопреобразователь 2, преобра- зователь 3 напряжения в частоту, широт- но-импульсный прерыватель 4, который включает в себя постоянный запоминающий блок 5, реверсивный счетчик 6, элементы И 7 и 8, триггер 9, элемент 10 задержки, элемент И 11, элемент ИЛИ 12, счетчик 13 импульсов, одновибратор 14, элемент И 15, триггер 16, одновибратор 17 и элемент И 18, число-импульсный корнеизвлекающий блок 19, состоящий из счетчика 20 импульсов, комбинационного элемента И-ИЛИ 21, триггера 22 и элемента И 23, переключатель 24, делитель 25 частоты, реверсивный счетчик 26, отсчет- ный блок 27, цифроаналогоБый преобразователь (ЦАП) 28, генератор 29 тактовых импульсов, входной зажим 30 устройства,

Первый вход переключателя 1 соединен с входным зажимом 30 устройства, а второй вход с выходом ЦАП 28. Выход переключателя 1 соединен с входом термопреобразователя 2, последовательно с которым включен преобразователь 3 напряжения в частоту, выход которого соединен с вторым входом щиротно-импульсного прерывателя 4, соединенного с первым входом элемента И 18.

Первый вход широтно-импульсного прерывателя 4 соединен с первым входом элемента И 15 и с выходом генератора 29 тактовых импульсов. Выход элемента И 15 соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика 6, который своим суммирующим входом соединен с соот- ветствующим выходом постоянного запоминающего блока 5, а выход обнуления реверсивного счетчика 6 связан со своим управляющим входом, первым входом элемента И 7 и вторым входом элемента И 8, которые своими выходами соединены соответственно с первым установочным и счетным входами триггера 9, второй установочный вход которого соединен с выходом одновибратора 17 и четвертым выходом щиротно-импульсного прерывателя 4, кото

рыи соединен с управляющим входом реверсивного счетчика 26, вход одновибратора 17 соединен с вторым входом элемента И 7 и первым выходом второго

о

5

5 0

0

5

триггера 16, второй выход которого соединен с первым входом элемента И 8 и через второй выход широтно-импульсного прерывателя 4 - с управляющими входами переключателей 1 и 24 и отсчетного блока 27.

Второй выход триггера 9 соединен с первым входом элемента ИЛИ 12, а первый выход триггера 9 соединен с вторым входом пятого элемента И 18, входом элемента задержки 10 и управляющим входом постоянного запоминающего блока 5, вход которого соединен с выходом счетчика 13 импульсов. Первый и второй входы четвертого элемента И 11 подключены к выходам соответственно элемента И 7 и элемента 10 задержки, а его выход - к второму входу элемента ИЛИ 12, выход которого соединен с сигнальным входом первого счетчика 13 импульсов.

Выход переноса счетчика 13 импульсов через одновибратор 14 соединен с входом триггера 16, вторым входом элемента И 15 и через первый выход прерывателя 4 с управляющим входом ЦАП 28, третий выход широтно-импульсноцо прерывателя 4, соединенный с выходом элемента И 18, соединен с третьим входом число-импульсного корнеизвлекающего блока 19, соединенным с первым входом триггера 22. Второй вход триггера 22 соединен с выхо- до.м комбинационного элемента И-ИЛИ 21, входы которого соединены соответственно с младшими и старшими разрядами счетчика 20 импульсов, выход триггера 22 соединен с вторым входом элемента И 23, первый вход которого соединен с первым входом числоимпульсного корнеизвлекающего блока 19, который соответственно соединен с выходом генератора 29 тактовых импульсов.

Выход элемента И 23 соединен с входом счетчика 20 импульсов, выход и управляющий вход которого соединены соответственно через первый выход и второй вход блока 19 с входом и управляющим входом ЦАП 28. Второй выход числоимпульсного корнеизвлекающего блока 19 соединен с выходом элемента И 23, а также с входом переключателя 24, первый выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика 26, а второй выход переключателя 24 через делитель 25 частоты - с вычитающим входом реверсивного счетчика 26, выход которого соединен с входом отсчетного блока 27.

Устройство работает Б два цикла, причем второй цикл используется для коррекции погрешности по методу итерации. В начале первого цикла одновибратор 14 срабатывает и находится во временно устойчивом состоянии, характеризующемся низким выходным потенциалом соответствующим

состоянию логического нуля (напряжение LJi4 на фиг. 2а). Низкие потенциалы установлены также на первых выходах триггеров 9 и 16 и на выходе триггера 22. В соответствии с этим элементы И 7, 11, 15, 18 и 23 заперты. Элемент И 8 открыт за счет высокого потенциала (состояния логической единицы) на втором выходе триггера 16. Счетчик 13 импульсов и реверсивный счетчик 26 обнулены. На выходах постоянного запоминающего блока 5 в соответствии с состояниями логического нуля на его входах установлен код, соответствующий максимальному двоичному числу, т. е. характеризующийся состоянием логической единицы на всех выходах постоянного запоминающего блока 5. Такой же код записан в реверсивный счетчик 6. Переключатели 1 и 24 находятся в первом (верхнем на фиг. 1) положении за счет высокого потенциала на втором выходе триггера 16 (напряжение фиг. 26). На вход термопреобразователя 2 через переключатель 1 поступает измеряемое напряжение Ux.

Термо-электродвижущая сила, пропорциональная квадрату действующего значения напряжения Ux, с выхода термопреобразователя 2 подается на вход линейного преобразователя 3 напряжения в частоту, где преобразуется в частоту импульсов. Выходные импульсы преобразователя 3 напряжения в частоту подаются на первый вход элемента И 18 широтно-импульсного прерывателя 4. Такое состояние схемы сохраняется до окончания импульса задержки одновибратора 14, когда потенциал на его выходе возрастает до уровня логической единицы. Возникающий на выходе одно- вибратора 14 положительный перепад напряжения сбрасывает счетчик 20 импульсов в ноль. За счет появления высокого потенциала на втором входе элемент И 15 открывается. Импульсы с выхода генератора 29 тактовых импульсов поступают через элемент И 15 на вычитающий вход реверсивного счетчика 6, в результате чего записанное в нем число постепенно умень- щается. В момент обнуления реверсивного счетчика 6 на его выходе обнуления появляется импульс, который, пройдя через открытый элемент И 8 на счетный вход триггера 9, первым фронтом опрокидывает его в состояние логической единицы на первом выходе. С первого выхода триггера 9 высокий потенциал передается на второй вход элемента И 18, разрешая тем самым прохождение импульсов с выхода преобразователя 3 напряжения в частоту на вход число-импульсного корнеизвлекающего блока 19. Подготовительный интервал, в течение которого устанавливается тепловой режим термопреобразователя 2, заканчивается и начинается измерительный интервал первого цикла.

0

Продолжительность подготовительного интервала определяется длительностью импульса задержки одновибратора 14 и временем первого обнуления реверсивного

счетчика 6 и выбирается исходя из тепловой постоянной времени термопреобразователя 2. Одновре.менно с установкой в состояние логической единицы по первому выходу триггера 9 увеличивается на единиQ цу номер кода на входе постоянного запоминающего блока 5, в связи с чем на выходе последнего появляется новый код.

Воздействуя на управляющий вход реверсивного счетчика 6, импульс обнуления,

5 вызвавщий опрокидывание триггера 9, своим задним фронтом переписывает информацию с выходов постоянного запоминающего блока 5 в реверсивный счетчик 6. Начинается процесс второго обнуления двоичного реверсивного счетчика 6, продолжительностью которого определяется длительность первого положительного импульса на первом выходе триггера 9, т. е. время в течение которого широтно-импульс- ный прерыватель 4 с помощью элемента

5 И 18 пропускает импульсы преобразователя 3 напряжения в частоту на вход число- импульсного корнеизвлекающего блока 19. В момент обнуления реверсивного счетчика 6 на его выходе обнуления появляется следующий импульс, который через эле0 мент И 8 попадает на счетный вход триггера 9, вызывая его повторное опрокидывание, т. е. возврат в состояние логического нуля. В результате элемент И 18 запирается и прохождение импульсов на кор- неизвлекающий блок 19 прекращается.

5 Под действием положительного перепада напряжения, возникающего на втором выходе триггера 9 и передающегося через элемент ИЛИ 12 на вход счетчика 13 импульсов, последний увеличивает значение за0 писанного в нем числа на единицу. Новое значение кода на входе постоянного запоминающего блока 5 приводит к новому значению кода на его выходе. Задним фронтом импульса обнуления, возникающего на выходе реверсивного счетчи5 ка 6, выходной код постоянного запоминающего блока 5 переписывается в реверсивный счетчик 6. Указанный код определяет продолжительность очередного обнуления реверсивного счетчика 6, т. е. дли-, тельность паузы, в течение которой эле0 мент И 18 заперт.

В дальнейшем в течение первого цикла схема устройства работает аналогично. Каждое обнуление реверсивного счетчика С 6 приводит к опрокидыванию триггера 9, а каждый возврат по первому выходу триггера 9 в состояние логического нуля увеличивает на единицу число, записанное в счетчике 13 импульсов. Логическое сое5 1401388

тояние первого выхода триггера 9 и выхо-ратора, то это значит что суммарное чис- да счетчика 13 импульсов задают код нало импульсов на выходе квадратора равно входе постоянного запоминающего блока 5.суммарному числу импульсов на входе чис- Следовательно, каждое обнуление двоичноголо-импульсного корнеизвлекающего блока 19 реверсивного счетчика 6 увеличивает на еди-5 Из этого также следует, что число импуль- ницу адресный номер на входе постоянно-сов на сигнальном входе квадратора (счет- го запоминающего блока 5. Кодовые ком-чика 20 импульсов) и на выходе чис- бинации на выходе постоянного запоми-ло-импульсного корнеизвлекающего блока 19 нающего блока 5 задаются при его прог-пропорционально квадратному корню из чис- раммировании таким образом, чтобы в пер-ла импульсов, поступающих на его вход, вом цикле -в процессе поочередного уве-Поскольку счетчик 20 импульсов одновремен- личения его адресного номера на первомно является преобразователем последова- выходе триггера 9 формировалась в видетельногО число-импульсного кода в парал- широтно-модулированных импульсов весоваялельный двоичный, то на выходе счетчика функция g(t). Умнолсение этой функции20 импульсов существует двоичный код, на частоту преобразователя 3 напряжения с значение которого пропорционально квадрат- в частоту, осуществляемое с помощьюному корню из числа импульсов, поступив- элемента И 18, позволяет за сравнитель-ших в течение цикла на вход корне- но короткий промежуток времени выделитьизвлекающего блока 19. постоянную составляющую квадратично преобразованного измеряемого напряжения. Ин-В момент переполнения счетчика 13 формация об этой постоянной составляю-20 импульсов первый цикл заканчивается и на- щей заключена в число импульсов, про-чинается подготовительный интервал второго щедших за время первого цикла черезцикла измерения. Отрицательный переэлемент И 18 ни вход число-импульсно-пад напряжения, возникающий на выходе го корнеизвлекающего блока 19.переноса счетчика 13 импульсов, запускает Работа число-импульсного корнеизвле-25 одновибратор 14. В результате выходной кающего блока 19 происходит следующим об-потенциал одновибратора 14 скачкообразно разом. Первый же импульс, прощедший че-понижается. Возникающий отрицательный рез элемент И 18 с выхода преобразова-перепад напряжения, поступающий на вход теля 3 напряжения в частоту на пер-триггера 16, опрокидывает его, в связи вый вход триггера 22, устанавливает этотс чем на первом выходе устанавливается триггер в состояние логической единицы,зо высокий потенциал, а на втором - низ- В результате элемент И 23 открывает-кий. Элемент И 7 открывается, а эле- ся и выходные импульсы генератора 29мент И 8 закрывается. Кроме того, бла- тактовых импульсов поступают на входгодаря отрицательному перепаду напряже- счетчика 20 импульсов и через переклю-ния на выходе одновибратора 14, воздейст- чатель 24 - на суммирующий вход ре-вующему на управляющий вход ЦАП 28, версивного счетчика 26. Счетчик 20 импуль-35 информация с выхода счетчика 20 импульсов совместно с комбинационным элемен-сов переносится в регистр ЦАП 28. Ука- том И-ИЛИ 21 образует число-импульсныйзанная цифровая информация, представляю- квадратор, при этом в нем число импуль-щая собой результат измерения действую- сов на выходе комбинационного элементащего значения напряжения Ux в первом цик- И-ИЛИ 21 пропорционально квадрату числа-. ле, с помощью ЦАП 28 преобразуется импульсов на входе счетчика 20 импульсов.в аналоговое напряжение UK. Во время Первый же импульс, появивщийся на выхо-существования низкого потенциала на выходе комбинационного элемента И-ИЛИ 21,де одновибратора 14 элемент И 15 за- воздействуя на второй вход триггера 22,перт, в связи с чем импульсы с выхода возвращает его в исходное состояние, чтогенератора 29 тактовых импульсов на вход приводит к запиранию элемента И 23.45 вычитания реверсивного счетчика 6 не пос- Частота генератора 29 тактовых импульсовтупают. На выходе счетчика 13 импуль- выще максимальной частоты преобразовате-сов, первом выходе триггера 9 и входе ля 3 напряжения в частоту. Поэтомупостоянного запоминающего блока 5 уста- после каждого импульса, поступающего нановлены низкие потенциалы. Переключате- первый установочный вход триггера 22, вли 1 и 24 во втором цикле находятся квадраторе формируется ответный импульс,50 во втором (нижнем на фиг. 1) положе- поступающий на второй вход триггера 22.нии благодаря низкому потенциалу на втором В результате возврата триггера 22 в состоя-выходе триггера 16. На вход термо- ние логического нуля работа число-им-преобразователя 2 подается компенсирую- пульсного корнеизвлекающего блока 19 за-щее напряжение UK, снимаемое с выхода тормаживается до прихода следующего им-ЦАП 28, причем оно близко к деист- пульса с выхода элемента И 18. Так55 вующему значению измеряемого напряже- как каждому входному импульсу числония Ux.

импульсного корнеизвлекающего блока 19В момент окончания импульса задержки

соответствует один выходной импульс квад-одновибратора 14 потенциал на его выходе

повышается до уровня логической единицы. Возникающий при этом положительный перепад напряжения сбрасывает в ноль счетчик 20 импульсов. Одновременно открывается элемент И 15 и выходные импульсы генератора 29 тактовых импульсов начинают поступать на вычитающий вход реверсивного счетчика 6 аналогично описанному. В момент первого обнуления двоичного реверсивного счетчика 6 его выходной импульс проходит через элемент И 7 на первый установочный вход триггера 9 и своим передним фронтом устанавливает на втором выходе указанного триггера состояние логической единицы, в результате чего элемент И 18 открывается. Подготовительный интервал второго цикла заканчивается и начинается его измерительный интервал. Благодаря элементу 10 задержки повышение потенциала на втором входе элемента И 11 до уровня логической единицы происходит с задержкой, превышающей длительность выходного импульса обнуления реверсивного счетчика 6, в связи с чем первый во втором цикле выходной импульс реверсивного счетчика б через элемент И 11 не проходит, и счетчик 13 импульсов сохраняет на выходе состояние логического нуля. С выхода число-импульсного корнеизвлекающего блока 19 на второй вход переключателя 24 во втором цикле поступает число импульсов, пропорциональное действующему значению компенсирующего напряжения UK. Указанные импульсы с выхода переключателя 24 через делитель 25 частоты, обеспечивающий коэффициент деления, равный двум, подаются на вычитающий вход счетчика 26. Если коэффициент передачи прямого канала преобразования выбрать таким, чтоб в первом цикле измерений в счетчик 26 был записан результат, численно равный удвоенному значению измеряемого напряжения, то за счет итерационной коррекции погрешности к концу второго цикла измерения в реверсивном счетчике 26 будет записано число, представляющее действующее значение измеряемого напряжения.

Конец второго цикла, как и первого, наступает в момент переполнения счетчика 13 импульсов, вызывающего срабатывание одновибратора 14. Отрицательный перепад выходного напряжения одновибратора 14 опрокидывает триггер 16.

Положительный перепад напряжения, возникающий на втором выходе триггера 16, воздействуя на управляющий вход отсчет- ного блока 27, переписывает в него результат измерения, полученный в двоично- десятичном реверсивном счетчике 26, при этом одновибратор 17 вырабатывает импульс, приводящий устройство в исходное состояние.

Формула изобретения

1.Устройство для измерения действующего значения переменного напряжения,

содержащее два переключателя, цифроана- логовый преобразователь, термопреобразователь, выход которого соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, реверсивный счетчик, делитель частоты,

генератор тактовых импульсов, причем первый вход первого переключателя соединен с входным зажимом устройства, второй вход соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, выход первого переключателя через термопреобразователь соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, первый выход второго переключателя соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, второй выход второго переключателя через делитель частоты соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, управляющие входы обоих переключателей объединены, отличающееся тем, что, с целью расширения частотного диапазона измерения в сторону инфранизких частот, в него дополнительно введены широтно-импульсный прерыватель числоим- пульсный корнеизвлекающий блок и отсчет- ный блок, причем первые входы широтно-им- пульсного прерывателя и числоимпульсного корнеизвлекающего блока объединены и соединены с выходом генератора тактовых импульсов, первый выход широтно-импульсного прерывателя соединен с управляющим входом цифроаналогового преобразователя и вторым входом числоимпульсного корнеизвлекающего блока, первый выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя, второй выход широтно-импульсного прерывателя соединен с управляющими входами обоих переключателей и отсчет- ного блока, третий выход широтно-импульсного прерывателя соединен с третьим входом числоимпульсного корнеизвлекающего блока, второй выход которого соединен с входом второго переключателя, выход преобразователя напряжения в частоту соединен с вторым входом широтно-импульсного прерывателя, четвертый выход которого соединен с управляющим входом реверсивного счетчика, выход которого соединен с входом отсчетного блока.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что число-импульсный корнеизвлекающий блок содержит элемент И, комбинационный элемент И-ИЛИ, триггер и счетчик импульсов, причем первый вход элемента И является первым входом блока, выход эле.мента И соединен с входом

счетчика импульсов и является вторым выходом блока, информационный выход счетчика импульсов является первым выходом блока, управляющий вход счетчика является вторым входом блока, первый вход тригге

pa является третьим входом блока, второй вход триггера соединен с выходом комбинационного элемента И-ИЛИ, входы которого соединены соответственно с выхо-. дами старшего и младшего разрядов счетчика импульсов, выход триггера соединен с вторым входом элемента И.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что широтно-импульсный прерыватель содержит постоянный запоминаюший блок, реверсивный счетчик, счетчик импульсов, два триггера, пять элементов И, два одновибратора и элемент ИЛИ, причем первый вход первого элемента И является первым входом прерывателя, выход первого элемента И соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, суммируюш.ий вход которого соединен с выходом постоянного запоминающего блока, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, выход переноса которого соединен с входом первого одновибратора, выход которого соединен с входом первого триггера, вторь м входом первого элемента И и является первым выходом прерывателя, второй вход прерывателя соединен с первым входом пятого элемента И, выход которого соединен с третьим выходом прерывателя, второй выход первого триггера соединен с вторым выходом прерывателя и первым входом третьего элемента И, второй вход

которого соединен с первым входом второго элемента И, выходом обнуления реверсивного счетчика и его управляющим входом, второй вход второго элемента И соединен с первым выходом первого триггера и входом второго одновибратора, выход которого является четвертым выходом прерывателя и соединен с первым входом установки второго триггера, счетный вход которого соединен с выходом третьего элемента И, второй вход установки второго

триггера соединен с выходом второго элемента И и первым входом четвертого элемента И, второй вход которого через элемент задержки соединен с первым выходом второго триггера, вторым входом пятого элемента И и управляющим входом постоянного запоминающего блока, второй выход второго триггера соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, выход элемента ИЛИ соединен с входом счетчика импульсов.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и служит для расширения частотного диапазона измерения в сторону инфранизких частот. Устройство содержит переключатель 1, термопреобразователь 2, преобразователь 3 напряжения в частоту, переключатель 24, делитель 25 частоты, реверсивный счетчик 26, цифро- аналоговый преобразователь 28 и генератор 29 тактовых импульсов. В устройство введен широтно-импульсный прерыватель 4, включаюш.ий постоянный запоминающий блок 5, реверсивный счетчик 6, триггеры 9 и 16, элемент 10 задержки, элемент ИЛИ 12, элементы И 7, 8, 11, 15 и 18, счетчик 13 импульсов и одновибраторы 14 и 17. Кроме того, введены число-импульсный корнеизвлекаюш,ий блок 19, состоящий из счетчика 20 импульсов, элемента И-ИЛИ 21, триггера 22 и элемента И 23, и от- счетный блок 27. Устройство работает в § два цикла. Причем второй цикл исполь- зуется для коррекции погрешности по мето- /Л ду итерации. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. F