Устройство для измерения коэффициента гармоник Советский патент 1989 года по МПК G01R23/20 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может использоваться при исследовании характеристик электрических сигналов.

Целью изобретения является повышение точности измерения коэффициента гармоник и уменьшение аппаратурных чатрат.

На чертеже представлена структурная схема измерителя коэффициента гармоник.

Устройство содержит пропускающий полосно-пропускающий фильтр 1, выход которого соединен с сигнальным входом преобразователя 2 сигнала, выход которого соединен с одним вхо- дом первого переключателя 3, другой вход которого объединен с входом пропускающего фильтра 1, соединен с клеммой 4 входного сигнала. Выход первого переключателя 3 соединен через заграждающий полосно-заграждаю- щий фильтр 5 с входом измерителя 6 действующего значения, выход которого подключен к входу второго переключателя 7, один выход которого подключен к первому входу блока 8 сравнения, а второй выход через за

поминающий блок 9 - к второму входу блока 8 сравнения, выход которого через интегратор 10 соединен с управляющим входом преобразователя 2 сигнала . Блок 11 управления соединен с управляющими входами переключателей 3 и 7. Преобразователь 2 сигнала содержит соединенные последовательно преобразователь 12 сигнала основной гармоники в пропорциональный по действующему значению сигнал высших гар моник (например двухполупериодный выпрямитель) и делитель 13 переменного напряжения с регулируемым калиброванным значением коэффициента деления, выход которого соединен с одним входом сумматора 14, второй вход которого соединен с входом преобразователя 12, а выход сумматора 14 является выходом преобразователя 2. Управляющий вход делителя 13 напряжения является управляющим входом преобразователя 2.

Устройство работает в два такта. Работой ключей 3,7 управляет блок 11 управления. В исходном состоянии переключатели 3,7 находятся в положени « и исследуемый входной сигнал U дх преобразуется заграждающим фильтром 5 и измерителем 6 действующего значе

ния. Результат этого преобразования U. запоминается запоминающим блоком 9.

u,(i +#) кХ+ к«и

8и9

(О

0

0

5

К

о

где U0,US - действующее значение

соответственно основной и высших гармоник исследуемого сигнала U6x; коэффициенты преобразования заграждающего фильтра 5 соответственно на частотах основной и высших гармоник; относительная погрешность измерителя 6 действующего значения.

сигналу с блока 11 управления переключатели 3,7 переводятся в положение J и исследуемый сигнал U6x преобразуется пропускающим фильтром 1, на выходе которого образуется сигнал основной гармоники

U-j К п о

К(Г

f Затем по

(2)

где К п - коэффициент преобразования пропускающего фильтра 1 на частоте основной гармоники.

Полученный сигнал основной гармоники U1 преобразуется в преобразователе 2 сигнала преобразователем 12 во вспомогательный сигнал высших гармоник

U3 КПр1Ч

(3)

причем коэффициент преобразования преобразователя 12 выбирают равным 1,при этом обеспечивается равенство действующих значений сигналов Us,

U7

U3 Ui(4)

В качестве такого преобразователя может использоваться, например, двухполупериодный выпрямитель, который преобразует синусоидальный сигнал основной гармоники в сигнал высших гармоник такого же действующего значения и не содержащего основной гармоники, затем сигнал U3 преобразуется делителем 13 с коэффициентом деления К а, на выходе которого сигнал

равен

о.

и«

ОД

(5)

В сумматоре 14 складывается сигнал основной гармоники U и сигнал

высших гармоник U4. Поэтому на выходе сумматора 14 преобразователя 2 действующее значение сигнала равно

U5

-VJT;

и;

После преобразования этого сигнала в заграждающем фильтре 5 и преобразователе действующего значения на первый д вход блока 8 сравнения поступает сигнал

u4 (i+«f) K.VKopKX,

(7) 15

а на второй вход блока 8 сравнения - выходной сигнал U, запоминающего блока 9, полученный в первом такте. Выходной сигнал блока сравнения, пройдя через интегратор 10, изменяет ко- 0 эффициент деления К делителя 13 до достижения равенства напряжений на обоих входах блока 8 сравнения, т.е. до выполнения условия.

д

15

Таким образом, результат измерения Кг исследуемого сигнала отсчитывается по значению Kg делителя 13 или( в случае линейного закона управления коэффициентом К j делителя 13 выходным сигналом U В4,к интегратора 10 результат измерения К г пропорционален выходному сигналу Uftblx интегратора 10.

Определим результирующую погрешность измерения коэффициента гармоник К г с учетом неточного выполнения условий настройки, т.е. с учетом относительных погрешностей j-n , уп соответственно преобразователя и пропускающего фильтра 1. В этом случае

1

2V

К

1 + п

(12)

Относительная погрешность результата измерения с учетом (10) равна

1

р

I+-J&- 0-к,)-1

N г

(13)

Изобретение может быть использовано при исследовании характеристик электрических сигналов, например коэффициенты гармоник. Устройство содержит полосно-пропускающий фильтр 1, преобразователь 2 сигнала, полосно-заграждающий фильтр 5, измеритель 6 действующего значения, блок 8 сравнения, интегратор 10, преобразователь 12 сигнала, переключатели 3,7 запоминающий блок 9, блок 11 управления, делитель 13 переменого напряжения и сумматор 14, являющихся выходом преобразователя 2 сигнала. Устройство работает в два такта. Погрешность измерителя 6 действующего значения не входит в результат измерения коэффициента гармоник Кг, а влияние параметра λ - коэффициента основной гармоники полосно-заграждающего фильтра 5 можно существенно уменьшить за счет выполнения условия настройки Кп = 1, где Кп - коэффициент преобразования пропускающего фильтра на частоте основной гармоники. Поэтому устройство позволяет получить высокие показатели точности и чувствительности. 1 ил.

т.е. значение коэффициента К делителя 13 напряжения численно равно значению измеряемого коэффициента гармоник Кг исследуемого сигнала. Причем погрешность с измерителя 6 действующего значения и параметр заграждающего фильтра 5 не влияют в этом случае на результат измерения.

Подставляя (12) в (13), и после несложных преобразований, пренебрегая членами второго порядка малости, получаем

ТР

Упр

+ in к г

(14)

5

0

5

0

5

составляющая погТаким образом, решности

jЈ J n

содержащая параметр заграждающего фильтра 5 (коэффициент подавления основной гармоники ), в выражении (14) для погрешности результата измерения входит сомножителем -JV и при выполнении условия К л , т.е. iпри уп 0, параметры рекекторного фильтра 5 не влияют на погрешность результата измерения. В этом случае можно обходиться без режекторного фильтра 1. Однако равенство К „ 1 в реальных устройствах выделения основной гармоники (пропускающей фильтр 1) выполняется с погрешностью уя, поэтому для получения высокой точности измерения коэффициента гармоник необходимость в фильтре 1 остается, но в этом случае влияние коэффициента подавления А заграждающего фильтра 5 на погрешность результата измерения уменьшается благодаря множителю у„.

Минимальное значение измеряемого коэффициента гармоник (чувствительность) в устройстве-прототипе ограничивается селективными свойствами (коэффициента ) заграждающих фильтров, т.е. прототип не позволяет измерять значения коэффициента гармоник меньше, чем коэффициент подавления из-за наличия при этол в выходном сигнале заграждающего фильтра основной гармоники по уровню, превышающему высшие гармоники, и погрешность измерения в этом случае превышает 100%. В предлагаемом устройстве как следует из (14), при fp 100%, |-п 1%, пренебрегая

,01 + ---.К

гГпр получаем 0,01,(15)

откуда

Д 10 Кг

или К г ---(16)

Следовательно, по сравнению с прототипом в этом случае в десять раз снижаются требования к селективности (коэффициенту подавления основной . гармоники А) заграждающего фильтра или при одинаковой селективности в десять раз повышается чувствительность измерения К г.

Таким образом, как видно из (10), (14), погрешность измерителя 6 действующего значения не входит в результат измерения Кг, а влияние параметра Л заграждающего фильтра 5 может быть существенно уменьшена за

счет выполнения условия настройки К „ 1. Поэтому устройство позволяет получить более высокие показатели точности и чувствительности.

5

0

5

Формула изобретения

Устройство для измерения коэффициента гармоник, содержащее полос- но-пропускающий фильтр, преобразователь сигнала, полосно-заграждающий фильтр, выход которого соединен с входом измерителя действующего значения, блок сравнения, выход которого соединен с входом интегратора,выход которого подключен к управляющему входу преобразователя сигнала, отличающееся тем, что,с целью повышения точности измерения, дополнительно введены первый и второй переключатели, запоминающий блок и блок управления, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго ключей, выход пропускающего фильтра соединен с сигнальным входом преобразователя сигнала, выход которого соединен с одним входом первого переключателя, другой вход которого объединен с входом пропускающего фильтра 0 и соединен с клеммой входного сигнала, а выход - с входом заграждающего фильтра, выход измерителя действующего значения соединен с входом второго переключателя, один выход которого подключен к первому входу блока сравнения, а второй выход через запоминающий блок - к второму входу блока сравнения.

5