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

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в вольтметрах напряжения произвольной формы со встроенным вычислительным блоком.

Цель изобретения - повышение.точности измерения напряжения с постоянной составляющей,

На чертеже представлена блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит первый, второй, третий и четвертый ключи 1,2,3 и 4, входы которых соединены соответственно с входом устройства, с выходом первого источника 5 опорного напряжения, с выходом второго источника 6 опорного напряжения

и с общей шиной, выходы ключей 1,2,3 и 4 объединены и соединены через последовательно включенные масштабирующий блок 7, квадратор 8, сумматор 9, усредняющий блок 10, пятый ключ 11, блок 12 преобразования, вычислительный блок 13, к входу от- счетыого блока 14. Выход блока 13 соединен также с входом блока 15 управления, первый вход которого соединен с управляющими входами ключей 1.2.3 и 4, второй выход - с управляющим входом делителя 16, третий выход - с управляющими входами пятого и шестого ключей 11 и 17. Вход делителя 16 соединен с выходом блока 7, а выход - с вторым входом сумматора 9. Вход ключа 17 соединен с выходом сумматора 9. а выход - с выходом ключа 11,

О

ю

00 00

о ел.

Способ осуществляют следующим образом.

В первом такте ключи 2 и 17 замыкаются. На вход масштабирующего блока 7 поступает напряжение U0 источника 5. 5 Выходное напряжение блока 7 равно

, Ui KMU0 + eM,(1)

где Км ем - коэффициент передачи и напряжение смещения блока 7. Выходное напряжение блока 7 квадрируется квадратором 8 10 и затем поступает на первый вход сумматора 9. Выходное напряжение сумматора 9 с учетом погрешностей квадратора 8 и корректирующего напряжения (выходного напряжения управляемого делителя 16) равно 15 Вii Kd (Кк(Км U0 + ем) 2+ (Кл (KMUo + ем) + ei) + Kc2 K(KMU0 + ем) +ес,(2)

где Кк,Кл, ек - коэффициенты передачи для квадратичной составляющей, линейной составляющей и напряжение смещения квад- 20 ратора 8;

КС1, КС2. ес - коэффициенты передачи по первому входу, по второму входу и напряжение смещения сумматора 9;

К - коэффициент передачи делителя 16. 25

Напряжение Вц поступает на вход блока 12, где преобразуется в форму, необходимую для дальнейшей вычислительной обработки, и запоминается в вычислительном блоке 13.30

Во втором такте ключ 2 размыкается, ключ 3 замыкается и на вход масштабирующего блока 7 поступает напряжение U0 ис- точника 6, равное по величине, но противопложное по знаку напряжению ис- 35 точника 5. При этом выходное напряжение сумматора 9 равно

B2f ММ-КмКо + ем) 2+ Кл(-Кми0 + ем)+ + ек) + KC2K(-KMUo + ем) + ес.(3)

Далее это напряжение преобразуется и за- 40 поминается. В вычислительном блоке 13 величины Bii и B2i сравниваются. С учетом выражений (2) и (3) имеем Bn - 821 2Кми0(2Кс1Ккем + KciKn +1,C2K). (4)

45

Выражение (4) отражает специфиче- . скую погрешность, вызванную наличием в выходном сигнале квадратора паразитных членов, линейно зависимых от Uo. Очевидно, что для ее устранения необходимо вы- 50 полнение равенства

К -|(2Ккем + Кл).

В зависимости от величины и знака разности (4) посредством блока 15 управления производится изменение коэффициента К пропорциональности в сторону уменьшения абсолютной величины разности (4). Процесс масштабирования и квадрирования

опорных напряжений, изменения величины коэффициента К повторяется. Изменение величины К производится по определенному алгоритму (например, последовательного приближения, поразрядного уравновешивания). При некотором j-м повторении величины Вц и B2j оказываются равными и обеспечивается выполнение равенства (5). Достигнутое значение коэффициента К пропорциональности запоминается и хранится.

В третьем такте ключ 3 и ключ 17 размыкаются, а ключ 2 и ключ 11 замыкатюся. На вход масштабирующего блока 7 поступает опорное напряжение Uo источника 5. Выходное напряжение усредняющего блока 10 по окончании интервала времени усреднения с учетом выражений (2) и (5) равно

(Kc (К (К„2 Uo2 + ем2) + К„ ем + ek) + КС2 Ке„+ ес) +еу, (6)

где Ку, еу - коэффициент передачи и напряжение смещения блока 10. Значение AI запоминается,

В четвертом такте ключ 3 размыкается, а ключ 1 замыкается. На вход масштабирующего блока 7 поступает измеряемое напряжение U. Выходное напряжение усредняющего блока 10 по окончании интервала времени усреднения, при условии достаточного подавления пульсаций напряжения U , равно

А2-Ку{Кс1 ( Кс ( Ки2 U2 + ем2) + Кл ем + + Кс2 Кем + ес 3 +еу, (V)

Значение А2 запоминается.

В пятом такте ключ 1 размыкается. Ключ 4 замыкается, Вход масштабирующего блока 7 подключается к общей шине. Выходное напряжение усредняющего блока 10 по окончании интервала времени усреднения равно

Аз-Ку{Кс ИМ Kk ем2 + Кл вм+ец) -1- Кс2 К вм + ес) +еу , (8)

Значение Аз запоминается и в блоке 13 производится вычисление по формуле

40

45

. 50

55

Uc

4

А2 -АЗ

(9)

AI - Аз

Из выражений (6) - (9) следует, что искомое среднеквадратическое значение напряжения равноЈ.-,

UcK3 vtj2.(10)

Таким образом, за счет применения автоматической подстройки корректирующего напряжения, связанного линейной зависимостью с квадрируемыми напряжениями с коэффициентом К пропорциональности и суммируемого с квадрированными напряжениями, осуществляемой путем изменения коэффициента К пропорциональности, удалось устранить влияние 2 апряжения смещения масштабирующего

блока 7 и погрешности квадратора 8, связанной с линейным пролезанием квадри- руемых сигналов. Вследствие этого точность измерения сигналов с постоянной составляющей существенно повышается. Формула изобретения Способ измерения среднеквадратиче- ского значения напряжения, заключающийся в том, что последовательно масштабируют, квадрируют и усредняют первое опорное напряжение U0, измеряемое напряжение и нулевое напряжение, за- поминают полученные результаты усреднения Ai,Aa и Аз соответственно, вычисляют среднеквадартическое значение напряжения по формуле, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности измерения напряжения с постоянной составляющей, формируют второе опорное напряжение, равное по величине и противо- положное по знаку первому опорному напряжению, каждое из упомянутых усредняемых напряжений предварительно суммируют с соответствующим корректирующим напряжением, пропорциональным с коэффициентом К соответствующему квал.рируе- мому напряжению, причем коэффициент К формируют в несколько тактов, в каждом из которых изменяют значение коэффициента К, последовательно масштабируют, квадрируют и суммируют с соответствующим корректирующим напряжением первое и второе опорные напряжения, сравнивают полученные в этом такте результаты суммирования, прекращают изменение коэффициента К и запоминают его значение при установлении равенства сравниваемых значений, а среднеквадратическое значение напряжения вычисляют по формуле

Uc

Ai -Аз

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в вольтметрах напряжения произвольной формы. Цель изобретения - повышение точности измерения напряжения с постоянной составляющей. Согласно способу последовательно масштабируют, квадрируют и усредняют первое опорное .напряжение Uo, измеряемое и нулевое напряжения и по полученным результатам усредняют, вычисляют среднеквадратическое значение напряжения,формируют второе опорное напряжение, противоположное по знаку первому. Предварительно суммируют упомянутые усредняемые напряжения с соответствующим корректирующим напряжением UK, пропорциональным с коэффициентом К квадрируемому напряжению, причем коэффициент К формируют в несколько тактов, в каждом из которых его изменяют, последовательно масштабируют, квадрируют и суммируют с UK опорные напряжения U0 и -U0, а прекращают формирование при установлении равенства результатов суммирования. 1 ил.