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

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использова- но 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 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, усредняющий блок 9, пятый ключ 10, блок 11 преобразования, вычислительный блок 12с входом отсчетного блока 13. Выход блока 12 соединен также с входом отсчетного блока 14 управления, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с управляющими входами ключей 1,2,3 и 4 с управляющим входом источника 15 корректирующего напряжения и с управляющими входами пятого и шестого ключей 10 и 16. Выход источника 15 соединен с вторым входом квадратора 8. Вход ключа 16 соединен с выходом квадратора 8, а выход - с выходом пятого ключа 10.

О

ю

00 00 О

о

Способ осуществляют следующим образом.

В первом такте ключ 2 и ключ 16 замыкаются. На вход масштабирующего блока 7 поступает напряжение U0 источника 5. Выходное напряжение масштабирующего блока 7 равно

Ui KMU0 + eM,(1)

где Км ем - коэффициент передачи и напряжение смещения блока 7. Выходное напряжение квадратора 8 с учетом корректирующего напряжения UK управляемого источника 15 равно

Вii Кк (KMU0 + ем + UK) + Кл (Км U0 + ем+

+UK) + ек(2)

где Кк,Кл,ек - коэффициенты передачи для квадратичной составляющей, линейной составляющей и напряжение смешения квадратора 8. Напряжение Вц поступает на вход блока 11, где преобразуется в форму, необходимую для дальнейшей вычислительной обработки и запоминается в вычислительном блоке 12.

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 противоположное по знаку напряжению источника 5. При этом выходное напряжение квадратора 8 равно

B2i Кк (-KMU0 + ем + Uk)2 + Кл (-KMU0 + ем + UK)+eK .(3)

Далее это напряжение преобразуется и запоминается. В вычислительном блоке 12 величины Вц и B2i сравниваются. С учетом выражений (2) и (3) 2 A ii - A2i 2KMUOP (2Kk(eM + UK)+ Кл) (4)

Выражение (4) отражает специфическую погрешность, вызванную наличием в выходном сигнале квадратора паразитных членов, линейно зависимых от U0. Для ее устранения необходимо выполнение равенства

Кл

UK ем -

2 Кк

(5)

В зависимости от величины и знака раз- ности (4) посредством блока 14 управления и источника 15 производится изменение корректирующего напряжения UK в сторону уменьшения абсолютной величины разности (4). Процесс масштабирования и квадри- рования опорных напряжений, изменения величины корректирующего напряжения повторяется. Изменение величины UK производится по определенному алгоритму (например, последовательного приближения, поразрядного уравновешивания). При некотором j-м повторении величины Btj и B2j сравняются и обеспечится выполнение равенства (5). Достигнутое значение корректи0

5

0

5

0

5

рующего напряжения запоминается и хранится.

В третьем такте ключ 3 и ключ 16 размыкаются, ключ 2 и ключ 10 замыкаются. На/ вход масштабирующего блока 7 поступает) опорное напряжение U0 источника 5. Выходное напряжение усредняющего блока 9 по окончании интервала времени Т усреднения с учетом выражений (2) и (5) равно

Ai /т 9 (T-t) Ky(Kk(K2MU20 +e2M + U2K +2eMUk)+

+Kn(eM + Uk) + eic)dt + ey,(6)

где Ку ву - коэффициент передачи и напряжение смещения усредняющего блока 9;

9(t) - импульсная характеристика (весовая функция) усредняющего блока 9. Значение Ai запоминается.

В четвертом такте ключ 3 размыкается, ключ 1 замыкается. На вход масштабирующего блока 7 поступает измеряемое напряжение .U. Выходное напряжение усредняющего блока 9 по окончании интервала времени усреднения равно

А2 Sl (T-t) Ky(Kk(K2MU2-e2M + U2K +2eMUK)+К„(ем+

+Uk) + ек) dt + еу .(7)

Значение Аз запоминается.

В пятом такте ключ 1 размыкается, ключ 4 замыкается. Вход масштабирующего блока 7 подключается к общей шине. Выходное напряжение усредняющего блока 9 по окончании интервала времени усреднения равно

Аз fl 9 (T-t) Ky(Kk(eMUk2 + 2eMUk)+

+ Кл(ем + UK) + ек dt + ey.(8)

Значение Аз запоминается, в блоке 12 производится вычисление по формуле

-И /А2 A3

-МАГНАТ

(9)

В случае достаточного подавления пульсаций напряжений усредняющим блоком выполняется равенство

9 (T-t) U2 dt О2 Si 9(T-t)dt. (10)

Из выражений (6) - (10) следует, что искомое среднеквадратическое значение напряжения равно

UcK3 Uot//(T--t)l/dt J

f/;g(T-t)U&dt

Таким образом, за счет применения автоматической подстройки корректирующего напряжения Uk, суммирующего с квадрируемыми напряжениями, удалось устранить влияние напряжения смещения масштабирующего блока и погрешности квадратора, связанной с линейным пролезанием квадрируемых сигналов. Вследствие этого точность измерения сигналов с постоянной составляющей существенно повышается.

Формула изобретения Способ измерения среднеквадратиче- ского значения напряжения, заключаю щи flea в том, что последовательно масштабируют, квадрируют и усредняют первое опорное напряжение Uo, измеряемое напряжение и нулевое напряжение и запоминают полученные результаты усреднения Ai, A2, Аз соответствен но, вычисляют среднеквадратическое напряжение по формуле, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения напряжения с постоянной составляющей, формируют второе опорное напряжение, равное по величине и противоположное по знаку пер0

вому опорному напряжению, каждое из упомянутых квадрируемых напряжений предварительно суммируют с корректирующим напряжением постоянного тока, которое формируют в несколько тактов, в каждом из которых регулируют величину корректирующего напряжения, последовательно масштабируют, суммируют с корректирующим напряжением и квадрируют первое и второе опорные напряжения, сравнивают полученные в этом такте результаты квадрирования, заканчивают формирование корректирующего напряжения при установлении равенства указанных результатов квадрирования. а среднеквадратическое значение напряжения UCKS вычисляют по формуле

и ,, |/ Аа - Аз UcK3-UoTAi-A3

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, квадрируюти усредняют опорное напряжение Uo, измеряемое и нулевое напряжения и по полученным резутатам вычисляют среднеквадратическое значениеь Предварительное суммирование упомянутых квад- рируемых напряжений с корректирующим напряжением U«, которое формируют в несколько тактов, в каждом из которых регулируют UK, последовательно масштабируют, суммируют с UK и квадрируют опорные напряжения U0 и -Uo, а заканчивают формирование UK при установлении равенства результатов квадрирования, устраняют линейное пролезание квадрируемых сигналов. 1 ил. сл С