Устройство для измерения эффективного значения напряжения или тока Советский патент 1990 года по МПК G01R19/03 

315

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в вольтметрах и амперметрах переменного тока, работающих в широком диапазоне частот с сигналами синусоидальной и сильно искаженной формы.

Цель изобретения - упрощение устройства.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит терморезистор 1 косвенного подогрева, который совместно с резисторами 2-4 образует четырехплечнй резистивный мост, усилитель 5 разбаланса, входы которого подключены к выходной диагонали моста, первый и второй коммутаторы 6 и 7 запоминающие блоки 8 и 9, подогре- ватель 10, блок 11 управления. Вход блока 8 соединен с размыкающим контактом коммутатора 7„ а выход - с питающей диагональю моста, подключенной с другой стороны к общей шине. Вход блока 9 соединен с замыкающим контактом коммутатора 7, а выход - с замыкающим контактом коммутатора. 6 и выходом устройства, размыкающий контакт коммутатора 6 соединен с входом устройства5 а переключающий контакт - с одним выводом подогревателя 10, другой вывод которого подключен к шипе. Переключающий контакт коммутатора 7 соединен с выходом усилителя 5. Выходы блока 11 управления подключены к управляющим входам коммутаторов 6 и 7. Терморезистор 1, резисторы 2 - 4 и подогреватель 10 образуют электротепловой преобразователь.

Коммутаторы 6 и 7 могут быть выполнены ип базе электромагнитных реле,. а блок 11 - на базе мультивибратора, работающего в автоколебательном или ждущем режимах.

Устройство работает следующим образом.

Цикл измерения состоит из двух татов, Б первом такте на вход устройства подается измеряемая величина (например, напряжение) и запоминается отклик усилителя 5, соответствующий моменту равновесия измерительного моста. Во втором такте измерения производится замещение измеряемого напряжения на равное по тепловому дейсвию постоянное напряжение, величина которого служит искомым эквивалентом

0

5

5

0

0

35

40

45

50

55

входного напряжения. При измерении действующего значения переменного тока во втором такте производят измерение величины постоянного тока в цепи подогревателя 10, являющейся эквивалентом входного тока.

Положение контактов коммутаторов 6 и 7 на чертеже соответствует первому такту измерения. Входной сигнал (напряжение) поступает через размыкающие контакты коммутатора 6 на подогреватель 10, выход усилителя 5 разбаланса подключен к входу блока 8. Через некоторое время, определяемое тепловой инерцией терморезистора 1, измерительный мост приходит к положению равновесия. Балансировка моста происходит автоматически за счет изменения напряжения на питающей диагонали, поступающего с выхода запоминающего блока 8. Для нормальной работы устройства необходимо выполнение начальных условий

R1 io -|5 и TKCR1 0,

где R1Ј - сопротивление термозерис- тора 1 при температуре окружающей среды; R2, R3,

R4 - сопротивления резисторов 2,3 и ;

TKCR1 - температурный коэффициент сопротивления терморезистора 1,

т.е. необходимо, чтобы по мере разогрева терморезистора 1 измерительный мост приближался к положению равновесия. Во втором такте происходит переключение переключающих контактов коммутаторов 6 и 7 в нижнее по схеме положение. При этом питающая диагональ измерительного моста остается под напряжением, поступающим с выхода блока 8, выход усилителя 5 соединяется с входом блока 9. Подогреватель 10 отключается от входной клеммы и подключается к выходу блока 9. Измерительный мост автоматически балансируется.

В течение одного цикла измерения, включающего чва такта, температуру окружающей среды, а также характеристики элементов схемы можно считать постоянными. Баланс моста означает, что сопротивление и температура терморезистора 1 в обоих тактах одинакова. Это, в свою очередь, позволяет сделать вывод о равенстве суммарных теп51580269

.ловых мощностей, подводимых к термо м

резистору 1 в первом и втором тактах измерения.

Для первого, и второго тактов измерения можно записать следующие выражения .

иг

R1;

.А+И2i x-LI

RH IJ n(R1t+R2)2

P2J Lft+U2 Rli

7Z RH P U(R1t+R2)2

де Р1 и Р2 - суммарные тепловые мощности, подводимые к терморезистору 1 в пер-)5 вом и во втором тактах измерения;

U, - эффективное значение входного напряжения;

R - сопротивление подогревателя 10; ft - коэффициент передачи электротеплового преобразователя ;

U п - напряжение на выходе блока 8, приложенное к питающей диагонали измерительного моста в конце обоих тактов измерения;

R1i - сопротивление терморезистора 1, соответствующее моменту баланса измерительного моста R2

личина, определяемая напряжением смещения усилителя 5 разбаланса, одинаковая в обоих тактах);

U - постоянное напряжение на выходе блока 9 в конце второго такта измерения.

Из равенства суммарных мощностей следует, что эффективное знаение входного переменного напряжения оответствует постоянному напряжению, нимаемому с выхода блока 9 во втоом такте измерения. Это напряжение змеряется вольтметром постоянного тоа (не показан).

R1j

-+AR CAR - ве-35

0

20

25

30

40

45

50

5

5

Устройство сочетает в себе преимущества метода замещения и мостового метода измерений. Работа мостовой схе- мы в точке равновесия позволяет тер- мостабилизировать рабочую точку терморезистора, что обеспечивает высокую линейность характеристики измернтел,ь- ного преобразования и максимальную

0 чувствительность мостовой измерительной схемы. Реализация метода замещения делает работу устройства инвариантной к медленному изменению характеристик всех элементов схемы и температуры окружающей среды. Это позволяет полностью отказаться от термоста- тирования- элементов схемы, снижает требования к метрологическим характеристикам последних и исключает не0 обходимость калибровки устройства. Формула изобретения

Устройство для измерения эффективного значения напряжения или тока, содержащее электротепловой преобразо5 ватель, выход которого через усилитель разабаланса подключен к переключающему контакту второго коммутатора, размыкающий контакт, которого соединен с входом первого запоминающего блока,

0 а замыкающий контакт - с выходом устройства через -второй запоминающий блок, размыкающий контакт первого коммутатора подключен к входу устройства, управляющие входы коммутаторов подключены к выходам блока управления, отличающееся тем, что, с целью упрощения электротеплсвой преобразователь выполнен на резистив- ном мосте, в одно из плеч которого

0 включен резистор косвенного подогрева, и подогревателе, питающая диагональ резистивного моста подключена между выходом первого запоминающего блока и общей шиной, а выходная диагональ яв5 ляется выходом электротеплового преобразователя, один вывод подогревателя является входом электротеплового преобразователя и подключен к переключающему контакту первого коммутатора,

0 а. другой вывод подключен к общей шине, замыкающий контакт первого коммутатора соединен с выходом второго запоминающего блока.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения сигналов синусоидальной и сильно искаженной формы в широком диапазоне частот. Цель изобретения - упрощение устройства. Устройство содержит усилитель 5 разбаланса, коммутаторы 6 и 7, запоминающие блоки 8 и 9, блок 11 управления. Выполнение электротеплового преобразователя на резистивном мосте, в одно из плеч которого включен терморезистор 1 косвенного подогрева, и подогревателе 10, а также введение новых связей обеспечивают исключение из схемы сложных прецизионных блоков. 1 ил.