Способ измерения квадрата эффективного значения переменного напряжения произвольной формы Советский патент 1990 года по МПК G01R19/02 

Изобретение относится к технике электроизмерений и может быть использовано в устройствах для измерения эффективных значений переменных напряжений произвольной формы, в частности квадрата эфЛективного значения

сигналов произвольной формы, например, несимметричных сигналов.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет учета погрешности формы входного напряжения.

31

На фиг. 1 представлены временные диаграммы; на фиг. 2-4 показаны примеры устройств для реализации предлагаемого способа.

Сущность способа заключается в следующем.

Измеряемое напряжение сравнивают с треугольным, амплитуда которого превышает амплитуду входного напря- жения. По результатам сравнения из входного напряжения формируют импульсные последовательности. Последовательность формируют так, что в моменты времени, когда входное напря жение больше треугольного, напряжение последовательности повторяет входное и, когда входное напряжение меньше треугольного, напряжение посл

cpt-) Ti

овательности равно нулю, и наоборот. 20 - J f nO Uf

При этом среднее значение после- 2Т J овательности сформированных импуль- ов на интервалах времени, когда изеряемое напряжение превышает мгноенные значения треугольного напря- 25 ения, составляем (фиг. 1d):U-.

i1

Усреднение отрицательной

Т,

РИ

сР(т, 2TlWc

2Т о

де Т

j U4t)Jt

-т

1

j U(t)cJt,

(1)

30

и

и

т и

тмакс

длительность периода измеряемого напряжения; длительность положительной области значений измеряемого напряжения; амплитудное значение переменного треугольного сигнала;U(t)- измеряемое напряжение.

Среднее значение импульсной послеовательности, сформированной на инервалах времени, когда измеряемое апряжение меньше треугольного:

Т, к1

PW 2ТП7М(т Т(о

cpW

35

40

f U2 (t)tJt +

45

1

Тг

u(t)d

t.

(2)

Напряжение

период Т:

т.е. пропорци тивного значе

В случае д рования измер рации преобра с учетом зерк противоположн Совместная об инверсного си чить количест

Таким обра местного прео инверсного си формируемых им ностей напряж усреднении ра

Т, определяетс

Усреднение текущей разности по положительной области дает

V. -tbJ0 u (t)dt (3

Для отрицательной области значений измеряемого напряжения среднее значение последовательности сформированных импульсов на интервалах времени, когда измеряем превышает мгновенные угольного напряжения

1

ср(- 1

TI

2TU I U2Z1UTMO|KC J

(t)dt,

Т,

где

Tiдлительность отрицательной области значений измеряемого напряжения.

Среднее значение последовательности сформированных импульсов на интервалах времени, когда измеряемо напряжение меньше мгновенных значений

треугольного напряжения: Т2

1

cpt-) Ti

2TU.

- J f nO Uf

TWCUC

j U(t)dt (5)

2Т J 5 U-.

Усреднение текущей разности по отрицательной области дает

Тг

РИ

-тВГ ((tWt

1Мтмаке Ч

(6)

0

и

и

cpW

V)

1 т и,

маис

5

0

45

0

Напряжение, получаемое за весь

период Т:

т

- 1 j u4t)c)t,

0 (7)

т.е. пропорционально квадрату эффективного значения.

В случае дополнительного инвертирования измеряемого напряжения операции преобразования остаются те же с учетом зеркального отображения в противоположную знаковую область. Совместная обработка измеряемого и инверсного сигналов позволяет увеличить количество преобразований.

Таким образом, в результате совместного преобразования входного и инверсного сигналов с учетом знаков формируемых импульсных последовательностей напряжение, получаемое при усреднении разностей за весь период

Т, определяется как

т 2

U

ср

TIL

u4t)dt.

(8)

5

ТМРКС

о

Устройство (фиг. 2) содержит инверторы 1, 2 и 3, компараторы 4 и 5, ключи 6, 7, 8 и 9, генератор 10 переменного треугольного напряжения, усредняющие блоки 11 и 12 и суммирующий блок 13. Вход инвертора 1, первый вход компаратора 4 и сигнальные входы ключей 6 и 7 соединены с входной шиной. Выход инвертора 1 соединен с первым входом компаратора 5 и сигнальными входами ключей 8 и 9. Вторые входы компараторов 4 и 5 соединены с выходами генератора 10 переменного треугольного напряжения, La выходы - с управляющими входами ключей 6, 7 и 8, 9 соответственно. Выходы ключей 6 и 8 соединены с первыми входами усредняющих блоков 11 и 12 соответственно, а выходы ключей 7 и 9 - с входами инверторов 2 и 3 соответственно, выходы которых соединены с вторыми входами усредняющих блоков 11 и 12 соответственно. Выходы усредняющих блоков 11 и 12 соединены

вого компаратора 25, а также сигнал ные входы первого 27 и второго 26 ключей соединены с входной шиной. Первый вход второго компаратора 30, сигнальные входы третьего 28 и чет вертого 29 ключей соединены с выходом инвертора 24. Выход первого ком паратора 25 соединен с управляющими входами первого 27 и третьего 28 кл чей. Выход второго компаратора 30 соединен с управляющими входами вто рого 26 и четвертого 29 ключей. Выход генератора 31 переменного треугольного напряжения соединен с вто рыми входами первого 25 и второго 3 компараторов. Выходы первого 27 и третьего 28 ключей соединены с соот ветствующими входами первого усредн

10

15

с соответствующими входами суммирующе-20 ющего блока, а выходы второго 26 и

четвертого 29 ключей - с соответствующими входами второго усредняющего блока 33. Выходы усредняющих бло ков 32 и 33 соединены с соответству ющими входами суммирующего блока 34 выход которого является выходом пре образователя.

го блока 13, выход которого является выходом устройства.

Устройство (Лиг, 3) содержит инвертор 14, вход которого, а также сигнальный вход первого блока 15 ключей и первый вход первого компаратора 16 соединены с входной шиной, а выходы инвертора 14 соединены с первым и сигнальным входами вторых компараторов 17 и блока 18 ключей соответственно. Вторые входы первого и второго компараторов 16 и 17 соединены с выходом генератора 19 переменного треугольного напряжения. Выходы первого и второго компараторов 16 и 17 соединены с управляющими входами первого и второго блоков 15 и 18 ключей соответственно. Первый и второй выходы первого блока 15 ключей соединены с первыми входами сумматора 20 и сумматора-инвертора 21 соответственно, а первый и второй выходы второго блока 18 ключей - с вторыми входами первого сумматора 20 и сумматора-инвертора 21 соответственно. Выходы первого сумматора 20 и сумматора-инвертора 21 соединены с соответствующими входами второго сумматора 22, выход которого соединен с входом усредняющего блока 23.

Устройство (фиг. 4) содержит инвертор 24, первый компаратор 25, второй ключ 26, первый ключ 27, третий ключ 28, четвертый ключ 29, второй компаратор 30, генератор 31 переменного треугольного напряжения, первый усредняющий блок 32, второй усредняющий блок 33 и суммирующий блок 34. Вход инвертора 24, первый вход пер

5433506

вого компаратора 25, а также сигнальные входы первого 27 и второго 26 ключей соединены с входной шиной. Первый вход второго компаратора 30, сигнальные входы третьего 28 и четвертого 29 ключей соединены с выходом инвертора 24. Выход первого компаратора 25 соединен с управляющими входами первого 27 и третьего 28 ключей. Выход второго компаратора 30 соединен с управляющими входами второго 26 и четвертого 29 ключей. Выход генератора 31 переменного треугольного напряжения соединен с вторыми входами первого 25 и второго 30 компараторов. Выходы первого 27 и третьего 28 ключей соединены с соответствующими входами первого усредня10

15

0 ющего блока, а выходы второго 26 и

0

5

четвертого 29 ключей - с соответствующими входами второго усредняющего блока 33. Выходы усредняющих блоков 32 и 33 соединены с соответствующими входами суммирующего блока 34, выход которого является выходом преобразователя.

Устройство, представленное на фиг. 2, работает следующим образом.

Компаратор 4, ключи 8 и 9, инвертор 2 и блок 11 образуют канал преобразования измеряемого сигнала, а инвертор 1, компаратор 5, ключи 6 и 7 и блок 12 - инверсного.

Измеряемое напряжение инвертируется инвертором 1. Измеряемое и инверсное напряжения сравниваются на соответствующих компараторах 4 и 5 с треугольным напряжением, формируемым генератором 10 переменного треугольного напряжения. По результатам сравнения компараторы 4 и 5 выдают управляющие сигналы на соответствующие входы ключей 8, 9 и 6, 7 , так, что ключи, образующие соответствующую пару, открываются и закрываются попеременно.

Измеряемое напряжение преобразуется следующим образом. Как только мгновенные значения входного напряжения превысят мгновенные значения треугольного напряжения, компаратор 4 подает отпирающий сигнал на ключ 8, который подключает входное напряжение к первому входу усредняющего блока 11. Этот же отпирающий сигнал для ключа 9 является запирающим. Когда мгновенные значения входного напряжения становятся меньше мгновенных значений

5

0

0

5

N. ИII

фиг1а ft)

Utoft}

i i i

.

(риг 1 f

Изобретение относится к электроизмерительной технике и решает задачу измерения квадрата эффективного напряжения произвольной формы. Цель изобретения - повышение точности за счет учета погрешности формы входного напряжения. Способ измерения заключается в формировании переменного треугольного напряжения с амплитудой, большей амплитуды входного напряжения, сравнении мгновенных значений входного и треугольного напряжений, формировании из входного напряжения одной из двух видов последовательности импульсов с длительностью, равной интервалам времени, в течение которых мгновенные значения входного напряжения либо превышают мгновенные значения треугольного напряжения, либо меньше этих значений, усреднении сформированной последовательности. Обе последовательности формируют параллельно, одну в паузе другой, определяют их текущую разность в каждой знаковой области измеряемого напряжения и суммируют полученные результаты, дополнительно инвертируют измеряемое напряжение, из которого формируют две последовательности, одну в паузе другой, а текущие разности последовательностей измеряемого и инверсного напряжений суммируют в каждой знаковой области измеряемого и инверсного напряжений. Квадрат эффективного значения определяют суммированием полученных сумм за период. Приведены варианты устройств для реализации способа, в состав которых входят инверторы, ключи, генератор треугольного напряжения, компараторы, сумматоры, усредняющие блоки. 4 ил.

J

11

Фиг. I