Устройство для измерения среднеквадратического значения напряжения Советский патент 1991 года по МПК G01R19/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в вольтметрах переменного напряжения для расширения области их применения за счет обеспечения работы в режиме калибратора напряжения сложной формы сигнала.

Цель изобретения - расширение области применения за счет обеспечения работы устройства в режиме калибратора напряжений.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

«

Устройство для измерения среднеквад- ратического значения напряжения содержит широкополосный усилитель 1 с программируемым коэффициентом усиления, на первый вход которого подается измеряемое напряжение, а второй вход соединен с первым выходом арифметического блока 2,с второго выхода которого снимается код измеряемого напряжения, источник 3 образцового напряжения, сравнивающий блок 4 для сравнения среднеквадратиче- ских значений напряжений, блок 5 определения кода экстремума сигнала и умножающий цифроаналоговый преобразователь б, первые входы которых соединены с выходом широкополосного усилителя 1 с программируемым коэффициентом усиления, второй вход умножающего цифроаналогового преобразователя 6 соединен с выходом реверсивного счетчика 7 и первым

О

VI о ск

(Ј

го

входом арифметического блока 2, второй вход которого соединен с выходом блока 5 определения кода экстремума сигнала, второй вход которого соединен с первым входом триггера 8, первый вход которого соединен с входом таймера 9, входом элемента 10 задержки и входом Пуск, второй вход триггера 8 соединен с выходом таймера 9, а второй выход триггера 8 соединен с третьим входом арифметического блока 2 и с первым входом логического блока 11, второй вход которого соединен с выходом срав- нивающего блока 4, первый выход логического блока 11 соединен с первым входом реверсивного счетчика 7, а второй вход - с четвертым входом арифметического блока 2, выход элемента 10 задержки соединен с вторым входом реверсивного счетчика 7, с третьим входом блока 5 определения кода экстремума сигнала, пятым входом арифметического блока 2 и третьим входом логического блока 11, первый вход блока 12 управления, соединенный с управляющим входом переключателя 13, соединен с первым выходом триггера 8, а второй вход блока 12 управления - с выходом сравнивающего блока 4, первый вход которого соединен с выходом вычитателя 14, а второй вход-с выходом переключателя 13, первый вход которого соединен с выходом источни- ка 3 образцового напряжения, входом усилителя 15 и первым входом второго умножающего цифроаналогового преобразователя 16, а второй вход переключателя 13 соединен с выходом умножающего циф- роаналогового преобразователя 6, выход блока управления 12 через второй реверсивный счетчик 17 соединен с вторым входом второго умножающего цифроаналогового преобразователя 16, выход которого соеди- нен с первым входом вычитателя 14, второй вход которого соединен с выходом усилителя 15, выход умножающего цифроаналогового преобразователя 6 соединен с информационным входом выходного масштабного пре- образователя 18. управляющий вход которого соединен с выходом регистра 19 памяти, выход выходного масштабного преобразователя 18 соединен с выходным зажимом устройства, вход сброса регистра 19 памяти соединен с выходом элемента 10 задержки, а вход записи и информационный вход регистра 19 памяти соединены с зажимами внешнего управления.

Устройство для измерения среднеквад- ратического значения напряжения работает следующим образом

Сигнал Пуск, который поступает на входы таймера 9, триггера 8 и элемента 10 задержки, включает в работу эти элементы.

Элемент 10 задержки формирует импульс сброса всего устройства, триггер 8 с первого выхода подает разрешающий потенциал в блок 5 определения кода экстремума сигнала, на первый вход блока 12 управления, включая его в работу, и на управление переключателем 13 так, чтобы он включился в первое положение (см.чертеж), при котором осуществляется коррекция дрейфа сравнивающего блока. Триггер 8 включается на время работы таймера 9. Период работы таймера 9 выбирается так, чтобы перекрывался по времени период наиболее низкой частоты измеряемого напряжения и за это время могло бы осуществиться не менее одного такта коррекции сравнивающего блока 4. Процессы определения экстремального значения сигнала в блоке 5 определения кода экстремума сигнала и процесс коррекции сравнивающего блока 4 протекают одновременно и независимо друг от друга. В работу включается блок 5 определения кода экстремума сигнала, который определяет и фиксирует код модуля глобального экстремума (наибольшего амплитудного значения измеряемого сигнала без учета его знака). При этом коэффициент усиления широкополосного усилителя 1 с программируемым коэффициентом усиления устанавливается арифметическим блоком 2 после сброса равным единице.

С переключателя 13 на второй вход сравнивающего блока 4 приходит напряжение источника 3 образцового напряжения. Это же напряжение приходит на вход усилителя 15 и первый вход умножающего цифро- аналогового преобразователя 16, который под воздействием управляющих сигналов с дополнительного реверсивного счетчика 17 делит напряжение Uo и выдает на первый вход вичитателя 14 сигнал CHU0, где Сн 1 - коэффициент пропорциональности. На второй вход вычитателя 14 приходит усиленный сигнал CTU0, где Ст 1 - коэффициент усиления усилителя 15. На выходе вычитателя 14 формируется напряжение U0 CrUo - CnUo, которое по величине среднеквадрати- ческого значения может быть больше или меньше величины среднеквадратического значения напряжения Uo, для того, чтобы скомпенсировать напряжение дрейфа сравнивающего блока 4. Компенсация дрейфа осуществляется при работе блока 12 управления и реверсивного счетчика 17. Блок 12 управления на второй вход получает сигналы от сравнивающего блока 4, которые оказывают .управляющее воздействие на код реверсивного счетчика 17. В случае равенства Uo Uo1 - UAP где идр - напряжение дрейфа сравнивающего блока 4, следящая

система коррекции приходит в равновесие и флуктуирует с напряжением дискретности блока 16q, умноженным на коэффициент пропорциональности Си. Такое равновесие наступает после нескольких циклов коррекции, и код дополнительного реверсивного счетчика 17 не сбрасывается от измерения к измерению, а только уточняется.

После срабатывания таймера 9 переключается триггер 8, который выключает из работы блок 5 определения экстремума и систему коррекции дрейфа сравнивающего блока 4 и включает в работу по третьему входу арифметический блок 2 и логический блок 11 по первому входу. При этом для последующего измерения Ux в качестве об- разцового источника напряжения используется величина U0 Uo 4 а на второй вход- сравнивающего блока ч в результате последующего измерения вместо образцового напряжения Do от источника 13 посту- пает через переключатель 13 измеряемое напряжение с умножающего цифрозналого- вого преобразователя 6, величина i o oporo как можно точнее должна быть равна i гчпря жению Uo.

Арифметический блок 2 на второй чход принимает код экстремума измеряемого напряжения, фиксирует его по команде от триггера 8 и производит нормирование по амлитуде выходного сигнала широкополое- ного усилителя 1 с програмируемым коэффициентом усиления по формуле

Кн

и„

U

хмакг

где Кн - коэффициент усиления широкополосного усилителя 1, необходимый для того, чтобы амплитуда его выходного напряжения равнялась бы заданной величине;

DH - заданная величина амплитуды выходного сигнала широкополосного усилителя 1 с программируемым коэффициентом усиления при нормировании сигнала по амплитуде;

ихмакс экстремальное значение выходного сигнала, зафиксированное блоком 5 определения кода экстремума сигнала.

Код нормализации, соответствующий величине коэффициента усиления широкополосного усилителя 1 с программируемым коэффициентом усиления Кн, с первого выхода арифметического блока 2 подается на второй вход широкополосного усилителя 1 с программируемым коэффициентом усиления. На выходе широкополосного усилителя 1 с программируемым коэффициентом усиления устанавливается величина среднеквадратического значения напряжения Ux1 KUx с амплитудой, близкой к заданной величине UH. С выхода широкополосного усилителя 1 с программируемым коэффициентом усиления напряжение Ux1, нормированное по амплитуде, подается на умножающий цифроаналоговый преобразователь 6. который управляется реверсивным счетчиком 7 и сравнивающим блоком 4 через логический блок 11. Напряжение Ux делится умножающим цифроаналоговым преобразователем 6 так, чтобы на его выходе установилось среднеквадратическое значение напряжения, равное по величине среднеквадратическому значению U0 - U04 + идр, которое в качестве образцового установлено на первом входе сравнивающего блока 4 с выхода вычитателя 14. На выходе реверсивного счетчика 7 устанавливается код, соответствующий этому коэффициенту деления

N

| цап умн

иТ

Uo

где N цап умн - максимальное значение кода умножающего цифроаналогового преобразователя 6;

Do - среднеквадратическое значение образцового напряжения источника 3.

Таким образом, исключается погрешность от дрейфа сравнивающего блока 4. Указаные операции нахождения кода реверсивного счетчика 7 осуществляются с тактовой частотой логического блока 11, который в зависимости от выходного сигнала сравнивающего блока 4, формирует на суммирующий или вычитающий входы реверсивного счетчика 7 импульсы, которые изменяют его код Npc до тех пор, пока не наступит равенство напряжений на входах сравнивающего блока 4.

После прохождения цикла работы логического блока 11 по уравновешиванию напрял- ений на входах сравнивающего блока 4 и получения кода реверсивного счетчика 7 логический блок 11с второго выхода формирует сигнал на четвертый вход арифметического блока 2, по которому код Npc записывается в арифметической блок 2.

Далее арифметический блок 2 вычисляет код величины среднеквадратического значения измеряемого напряжения по формуле

N

цап умн

Uo

Кн Npc

и устанавливает это значение кода на втором выходе, который является выходом устройства.

На выходе умножающего цифроанало- гового преобразователя 6 при любой вели- чине (в пределах диапазона измерения) измеряемого напряжения устанавливается напряжение измеряемого сигнала, равное по среднеквадратическому значению напряжению источника 3 образцового напря- жения. Это позволяет использовать это напряжение сигнала как образцовое и подать его на вход выходного масштабного преобразователя 18.

Выходной код с второго выхода арифме- тического блока 2 сопровождается строб- импульсом, который поступает во внешнее устройство управления. Этот импульс может быть использован для формирования управляющего сигнала для записи кода вы- ходного напряжения и регистр 19 памяти, если требуется использовать устройство в качестве калибратора напряжения. Код из регистра 19 памяти поступает на выходной масштабный преобразователь 18 иуправля- ет выходным напряжением устройства, которое поступает на его аналоговый выход.

Одному измеренному значению входного сигнала может соответствовать множество кодов, записываемых в регистр 19 памяти. Каждому коду соответствует свое калиброванное значение напряжения, по

частоте и форме совпадающее с измеряемым сигналом на входе устройства.

Новый цикл измерения осуществляется подачей следующего сигнала Пуск.

Таким образом, устройство может быть использовано как калибратор для аттестации вольтметров, измеряющих напряжение сложной формы, что расширяет область его применения.

Формула изобретения

Устройство для измерения среднеквад- ратического значения напряжения по авт.св. №,1582140, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет обеспечения работы устройства в режиме калибратора напряжений, в него введены регистр памяти и выходной масштабный преобразователь, дополнительный выходной зажим и зажимы внешнего управления, информационный вход выходного масштабного преобразователя соединен с выходом первого умножающего цифроана- логового преобразователя,управляющий вход выходного масштабного преобразователя соединен с выходом регистра памяти, а выход выходного масштабного преобразователя соединен с дополнительным выходным зажимом, вход сброса регистра памяти соединён с выходом элемента задержки, вход записи и информационный вход регистра памяти соединены с зажимами внешнего управления.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использоваться в вольтметрах переменного напряжения для расширения их функций и осуществления в их структуре калибратора напряжений сложной формы сигнала. Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения работы устройства в режиме калибратора напряжений. Измеряемый сигнал обрабатывается широкополосным усилителем 1 с программируемым коэффициентом усиления, управляемым арифметическим блоком 2 и сравнивающим блоком 4. Сравнение осуществляется с сигналом источника образцового напряжения 3 при помощи блока 5 определения кода экстремума сигнала и умножающего цифроаналогового преобразователя 6. В устройстве имеется система уменьшения погрешностей сравнения, содержащая реверсивные счетчики 7 и 17, триггер 8, таймер 9, элемент задержки 10, логический блок 11, блок 12 управления, переключатель 13, вычитатель 14, усилитель 15, умножающий цифроаналоговый преобразователь 16. Для обеспечения режима калибратора введены выходной масштабный преобразователь 18 и регистр 19 памяти. 1 ил.