Способ измерения напряжения в области инфразвуковых частот Советский патент 1991 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании точных средств измерения напряжения в области ин- фразвуковых частот.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг. 1 представлено устройство, реализующее способ измерения; на

фиг. 2 - временные диаграммы сигналов, поясняющие сущность способа; на фиг. 3 - формирователь коммутирующих функций.

Устройство содержит формирователь 1 вспомогательного напряжения, выполненный с применением регулируемого по уровню двухфазного генератора 2 равных по амплитуде синусоидальных

форми

колебаний, фазовый сдвиг между которыми можно установить 0 или 90 рователя 3 коммутирующих функций и двух коммутаторов 4 и 5 напряжения, частотомер 6, переключатель 7, термопреобразователь 8, измеритель 9 постоянной составляющей напряжения, выполненный с применением преобразователя 10 напряжения в частоту, ши- ротно-импульсного аппроксиматора 11 весовой функции, элемента И 12 и цифрового отсчетного устройства 13, а также калибратор 14 напряжения постоянного тока.

Вход устройства соединен с частотомером 6 и первым неподвижным контактом переключателя 7, второй и третий неподвижные контакты которого соединены соответственно с выходом формирователя 1 вспомогательного напряжения и выходом калибратора 14 напряжения постоянного тока, а подвижный контакт через термопреобразователь 8 подключен к измерителю 9 посто янной составляющей напряжения. Сигнальные выходы двухфазного генератора 2 подключены к сигнальным входам коммутаторов 4 и 5 напряжения, выходы которых объединены и образуют выход формирователя 1 вспомогательного напряжения.

Управляющие входы коммутаторов 4 и 5 напряжения соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя 3 коммутирующих функций, который своими первым и вторым выходами подключен к соответствующим синхрони

Фазовый сдвиг ме ми U| и U2 устанав да выходное напряже теля 1 вспомогатель

;чг(ад+

зирующим выходам двухфазного генератора 2. Входом измерителя 9 постоян- Q имеет вид (фиг. 2д) ной составляющей напряжения является ..../« - . - « т, вход преобразователя 10 напряжения в частоту, выход которого подключен к первому входу элемента И 12, второй вход которого соединен с первым выхо- 45 дом широтно-импульсного аппроксиматора 11 весовой функции, а выход - с информационным входом цифрового отсчетного устройства 13, которое своим установочным входом подключено к вто1- JQ рому выходу широтно-импульсного аппроксиматора 11 весовой функции.

Un,2F4)

+ O+Ju)Fe sin2t Um,

+JUUm,F2sinCt где

-, -Hng-Urm

J

о х на Установив перекл вое (верхнее) полож измерение квадрата кого значения напря ряемое напряжение ty термопреобразовател зуется в Ч ермоэлект пропорциональную кв го напряжения. Выде составляющей ехо те щей силы, несущей и

На временных диаграммах приняты следующие обозначения: U (фиг.2а) и U (фиг. 26) - исходные синусоидальные напряжения на первом и втором фазных выходах двухфазного генератора 2, при этом U и U2 предетав0

5

5

ляют собой напряжение U при его фазовом сдвиге относительно U, равном соответственно 0 и 90°, т.е. на пер- е вом и втором этапах измерения; F (фиг.2в) и F2 (фиг. 2г) - единичные коммутирующие функции соответственно на первом и втором выходах формирователя 3 коммутирующих функций; U1 (фиг. 2д) - вспомогательное напряжение на выходе формирователя 1 вспомогательного напряжения при фа-«- зовом сдвиге между исходными напряжениями U и U2, равном 0, U (фиг. 2е) - вспомогательное напряжение на выходе формирователя 1 вспомогательного напряжения при фазовом сдвиге между напряжениями U( и U, равном 90°.

Формирователь 3 коммутирующих функций.(фиг. 3) содержит триггер 15, одновибратор 16 и элементы И 17 и 18.

Способ измерения реализуется следующим образом.

Измерение среднеквадратического значения исследуемого напряжения U, осуществляется в два этапа.

На первом этапе с помощью частотомера 6 определяют частоту $2jc измеряемого напряжения U, после чего на двухфазном генераторе 2 устанавливают частоту Я. исходя из условияЙ-52,.

Фазовый сдвиг между напряжениями U| и U2 устанавливают Ф 0 °« Тогда выходное напряжение формирователя 1 вспомогательного напряжения

0

0

Q имеет вид (фиг. 2д) ..../« - . - « т, 45 JQ

;чг(ад+

имеет вид (фиг. 2д) ..../« - . - « т,

Un,2F4)sin9t UOM F,

+ O+Ju)Fe sin2t Um, (F +F2)sinat+

+JUUm,F2sinCt где

-, -Hng-Urm

J

относительное расхождение амплитуд напряжений U и Ug. Установив переключатель 7 в пер- , вое (верхнее) положение, производят измерение квадрата среднеквадратячес- кого значения напряжения Ux . Измеряемое напряжение ty .подается на вход термопреобразователя 8, где преобразуется в Ч ермоэлектродаижуцую силу а,, пропорциональную квадрату измеряемо- го напряжения. Выделение постоянной составляющей ехо термоэлектродвяжу- щей силы, несущей информацию о квад

эГрате среднеквадратического значения Ux, и ее измерение осуществляется в цифровом виде методом весового интегрирования с помощью измерите- ля 9 постоянной составляющей напряжения. Для этого термоэлектродвижущая сила термопреобразователя 8 подается на вход преобразователя 10 напряжения в частоту, где преобразуется в частоту импульсов. Определение среднего значения частоты fnHt( преобразователя 10 напряжения в частоту и тем самым выделение постоянной составляющей ву0 термопреобразователя 8 производится путем умножения частоты fflnv на значение весовой функции g(t), которую формируют в виде последовательности ииротно-моду- лированных импульсов. Формирование последовательности широтно-модулиро- ванных импульсов, аппроксимирующих весовую функцию g(t), осуществляется с помощью широтно-импульсного аппрок- симатора 11, который может быть выполнен на базе последовательного соединения генератора тактовых импуль-- сов и широтно-импульсного прерыва- -теля.

йнротно-импульсный аппроксиматор Т весовой функции работает в два цикла. В первом цикле на его первом выходе формируется последовательность широт- но-модулированных импульсов, аппроксимирующих весовую функцию g(t). Указан ные импульсы подаются на первых входа элемента И 12. В результате импульсы преобразователя 10 напряжения в частоту, поступающие на второй вход элемента И 12, проходят на выход по- следнего только во время существования импульсов на первом выходе аппроксиматор а 11.

Таким образом, элемент И 12 выполняет функцию умножения частоты f „Hl4 на весовую функцию g(t). Количество импульсов на выходе элемента И 12 в первом цикле пропорционально постоянной составляющей е хо термоэлектродвижущей силы термопреобразователя 8. Благодаря применению весового интегрирования выделение постоянной составляющей ехо производится за сравнительно короткое время, избегая операции деления на период. I

Во время первого цикла на втором

выходе широтно-импульсного аппрокси- матора 11 существует высокий потенци5

0

5

12

$ 0

5 0

5 0 5

19°

ал, который, воздействуя на управляющий вход цифрового отсчетного устройства 13, обеспечивает в нем режим счета. В результате количество импульсов, прошедших с выхода элемента И 12 на информационный вход цифрового отсчетного устройства 13, фиксируется в последнем. В течение второго цикла на втором выходе широтно-импульсного аппроксиматора 11 установлен низкий потенциал, обеспечивающий в цифровом отсчетном устройстве 13 режим хранения, при котором осуществляется индикация результата измерения, полученного в первом цикле. В момент окончания второго цикла возникающий на втором выходе широтно-импульсного аппроксиматора 11 положительный период напряжения сбрасывает цифровое отсчетное устройство 13 в нулевое состояние, после чего в нем снова устанавливается режим счета, обеспечивая тем самым повторное измерение.

Полученный результат измерения квадрата среднеквадратического значения напряжения U запоминают, после чего переключатель 7 переводят во второе положение, при котором на вход термопреобразователя 8 подается вспомогательное напряжение 1JB. Производят уравновешивание напряжения Uj( напряжением U. С этой целью измеряют квадрат среднеквадратического значения вспомогательного напряжения U и сравнивают его с ранее зафиксиро-- ванным результатом измерения их. Одинаково регулируя амплитуды выходных напряжений IIj) и U двухфазного генератора 2, изменяют уровень Ug, так, чтобы получить показания цифрового отсчетного устройства 13 такие, какие зафиксированы при измерении 1ТХ. Так как вспомогательное напряжение Ue по своей форме представляет собой амплитудно-импульсную аппроксимацию синусоидального инфразвукового напряжения и принимая во внимание, что термопреобразователь на частоту импульсов не реагирует вследствие тепловой инерции, то пульсации температуры нагревателя термопреобразователя при подключении к нему измеряемого напряжения Ux и вспомогательного напряжения U& практически не отличаются. Это значит, что низкочастотная погрешность первхода при замещении напряжения Uj, напряжением III незначительна. Следовательно, на первом этапе измерений обеспечивается равенство

,

где U - среднеквадратическое значение напряжения U. На втором этяпе измерений ка двухфазном генераторе 2, не изменяя уров- ня ранее выставленных напряжений Uy и Uг устанавливают фазовый сдвиг . При этом вспомогательное на- пряжение (фиг. 2е) принимает вид

U0eUtoiF sinQt+ uJH UPi FVcosS2t Во втором положении переключателя производят измерение квадрата средне- квадратического значения напряжения U. Результат измерения, индицируемый цифровым отсчетньм устройством 13, запоминают. Установив переключатель 7 в третье положение, производят уравновешивание напряжения U постоянным напряжением К0, поступающим на вход термопреобразователя 8 с выхода калибратора 14 напряжения постоянного тока. С этой целью измеряют квадрат значения напряжения UQ и сравнивают его с ранее зафиксированным реэуль- татом измерения иЈ. Регулируя уровень напряжения калибратора 14, добиваются такого же показания цифрового отсчеткого устройства 13, как зафиксировано при измерении Ug. Следова- тельно, на вторам этапе измерения обеспечивается равенство

v uSСреднеквадратическое значение U измеряемого напряжения равно значе- кию U0 напряжения, выставленного на выходе калибратора 14 на втором

этапе измерений и отсчитывается непосредственно со шкалы последнего.

1

Формула изобретения

Способ измерения напряжения в области инфразвуковых частот, основанный на разновременном сравнении с помощью термопреобразователя измеряемого напряжения с равным или близким по частоте вспомогательным напряжением, отличающийся тем, что, с целью повышения его точности, вспомогательное напряжение формируют путем поочередной периодической коммутации стабильных и равных по амплитуде синусоидальных напряжений двухфазного генератора, частоту которого устанавливают в соответствии с частотой измеряемого напряжения, при этом отношение частоты коммутации к частоте коммутируемых напряжений выбирают кратным четырем, а период коммутации - не менее чем на порядок меньшим тепловой постоянной времени термопреобразователя, изменение осуществляют в два этапа; сначала, установив фазовый сдвиг между коммутируемыми напряжениями, равным 0 , путем одновременного одинакового регулирования амплитуд коммутируемых напряжений производят уравновешивание измеряемого напряжения - вспомогательным напряжением, затем,установив фазовый сдвиг, равным 90, производят уравновешивание выставленного вспомогательного напряжения известным постоянным напряжением, по значению которого определяют среднеквадратическое значение измеряемой величины.

1

С; i

00

Ю

С

I

0

ЈП

г

Л

Изобретение может быть использовано в точных средствах измерения напряжения. Цель изобретения - упрощение и повышение точности измерений. Указанная цель достигается путем формирования вспомогательного напряжения посредством поочередной коммутации стабильных и равных по амплитуде синусоидальных напряжений двухфазного генератора, частоту которого устанавливают в соответствии с частотой измеряемого напряжения, при этом отношение частоты коммутации к частоте коммутируемых напряжений выбирают кратным четырем, а период коммутации - не менее чем на порядок меньшим тепловой постоянной времени термопреобразователя. Измерение осуществляют в два этапа: сначала, установив фазовый сдвиг между коммутируемыми 0°. равным путем од- напряже ниями новременного одинакового регулирования амплитуд коммутируемых напряжений производят уравновешивание измеряемого напряжения вспомогательным напряжением, затемаустано- вив фазовый сдвиг равным 90°, производят уравновешивание выставленного вспомогательного напряжения известным постоянным напряжением, по значению которого судят о среднеквадратическом значении измеряемого напряжения. 3 ил. О С

Редактор Н.Бобкова

Составитель Е.Илюшкин

Техред м.Моргентал Корректор М.Самборская

Заказ 1604

Тираж 428

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР НЭСП5, Мо кип, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Фи&Ъ

Подписное