Устройство для измерения высоковольтного напряжения постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к области электроизмерений И может быть использовано для измерения высокого напряжения постоянного тока.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы режимов работы устройства.

Устройство для измерения высоковольтного напряжения постоянного тока состоит из высоковольтного делителя 1 напряжения, активная часть которого содержит две идентичные спиралеподобные дорожки 2 и 3 из резистивного материала, начала которых соединены и имеют общую точку 4 для подключения к источнику измеряемого напряжения Уизм. Концы каждой из дорожек 2 и 3 подключены соответственно к низковольтным частям 5 и 6 из постоянных и переменных резисторов, выведенным на общую шину 7. Точки соединения активных частей дорожек 2 и 3 и низковольтных частей 5 и 6 подключены к входам первого 8 и третьего 9 электронных ключей. Входы второго 10 и четвертого 11 электронных ключей соединены с общей шиной, а выходы - соответственно с выходами первого 8 и третьего 9 электронных ключей и первым и вторым контактами подвижной части сдвоенного переключателя 12, первые контакты неподвижной части которого соединены с общей шиной, а вторые контакты неподвижной части - с первыми контактами неподвижной части третьего сдвоенного переключателя 13, контакты подвижной части которого соединены с концами спиралеподобных доро- жек 2 и 3, а вторые контакты его неподвижной части свободны. Устройство имеет также блок 14 управления. Управляющие входы электронных ключей 8,9,10 и 11 соединены соответственно с входами первого 15 и второго 16 повторителей. Выход первого повторителя 15 через первый резистор 17 соединен с вторым 18 и третьим 19 резисторами и входом пятого электронного ключа 20, выход которого соединен с выходом шестого электронного ключа 21 и с обкладкой запоминающего конденсатора 22, вторая обкладка которого соединена с инвертирующим входом операционного усилителя 23 и входом девятого электронного ключа 24. Устройство содержит также операционный усилитель 23 с потенциометром 25 смещения. Выход второго повторителя 16 соединен через четвертый резистор 26 с неинвертирующим входом операционного усилителя 23, с входом шестого электронного ключа 21, с пятым резистором 27, второй выход которого соединен с общей шиной и

с шестым резистором 28, второй вывод которого соединен с входом восьмого электронного ключа 29, вход которого соединен с выходом второго повторителя 16. Второй 5 вывод третьего резистора 19 соединен через седьмой электронный ключ 30 с выходом операционного усилителя 23, который соединен с выходом девятого электронного ключа 24, с вторым выводом второго рези0 стора 18, с выходом десятого электронного ключа 31, с одним из контактов подвижной части второго сдвоенного переключателя 32 и одним из контактов неподвижной части четвертого сдвоенного переключателя 33.

5 Один из контактов неподвижной части второго сдвоенного переключателя 32 соединен с входом седьмого электронного ключа 30, другой контакт - с входом восьмого электронного ключа 29, а второй контакт по0 движной части этого переключателя соединен с выходом второго повторителя 16. Другой контакт неподвижной части сдвоенного переключателя 33 соединен с точкой соединения выводов первого 17, вто5 рого 18 и третьего 19 резисторов, один кон- такт подвижной части соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 23, а другой - с выходом устройства Увых.

0

Блок 14 управления содержит тактовый генератор 34, делитель 35 частоты, первый 36 и второй 37 формирователи, при этом тактовый генератор 34 соединен с входом

5 делителя 35 частоты и вторым входом первого формирователя 36, первый вход которого соединен с выходом делителя 35 частоты, а выходы с первого по пятый - с управляющими входами электронных клю0 чей 8 - 11,20,21,24,29 - 31, а шестой - с вторым входом второго формирователя 37, первый вход которого соединен с входом десятого электронного ключа 31, а выход - с выходом устройства.

5 Устройство работает следующим образом.

При отключенном тактовом генераторе 34 переводят контакты сдвоенных переключателей 13 и 33 в положение 1 - 2, тем

0 самым устанавливают режим ручной работы. Измеряемое напряжение Уизм, подаваемое к точке 4 делителя 1 напряжения, преобразуется в два сигнала напряжения Ui и 1)2, снимаемых из низковольтных частей 5

5 и 6 и отличающихся между собой на дифференциальную составляющую Ли. Эти сигналы через переключатель 13 поступают на переключатель 12. В положении 1 - 2 сдвоенного переключателя 12 напряжение

общей шины подается через повторители 15

и 16, первый резистор 17, через контакты 1-2 переключателя 33 на инвертирующий вход операционного усилителя 23, с выхода которого снова через вторые контакты 1 - 2 переключателя 33 - на выход устройства. Получают в дифференциальном режиме (положение контактов 1 - 3 переключателя 32) смещение нуля.

Потенциометром 25 возвращают смещение линии на нулевое положение. Затем переводят переключатель 12 в положение 1 - 3. Теперь уже сигналы с делителей через сдвоенный переключатель 13 и повторители 15 и 16 аналогично проходят на выход устройства. Замечают, в каком направлении (вниз или вверх от нулевой линии) и на сколько произошло смещение + A U. Переводят сдвоенные переключатели 12 и 32 в положение 1 - 2, тем самым получают на выходе устройства в режиме синфазной составляющей смещение нуля. Возвращают нуль на нулевую линию, а затем проводят перемещение запомненного смещения Д U в обратном направлении. Переводят сдвоенный переключатель 12 в положение 1 - 3 и получают на выходе в режиме с синфазной составляющей вычитание из полного сигнала его нестабильности AU.

Производят подготовку к автоматическому режиму измерения. Переводят переключатель 12 вновь в положение 1 - 2 (переключатель 32 находится в положении 1 -2) и вновь потенциометром 25 устанавливают смещение нуля в режиме синфазной составляющей. При включенном тактовом генераторе 34 переводят контакты сдвоенных переключателей 13 и 33 в положение 1 - 3, тем самым устанавливают автоматический режим устройства.

На временной диаграмме режимов работы устройства (фиг.2) показаны форма уп- равляющих сигналов первого формирователя 36: с первого выхода на управляющие входы электронных ключей 10 и 11 (в), с второго выхода на управляющие входы электронных ключей 20 и 3.1 (г), с третьего выхода на управляющие входы электронных ключей 20 и 30(д), с четвертого выхода на управляющие входы электронных ключей 21 и24(е), с пятого выхода на управляющие входы электронных ключей 8 и 9 (ж), с шестого выхода - строб на второй вход второго формирователя 37 (з), а также форма сигналов на выходе тактового генератора 34 (а), форма сигналов на выходе делителя частоты (б) и форма измеряемого сигнала на выходе второго формирователя (к).

Измеряемое напряжение Уизм, подаваемое к точке 4 делителя 1 напряжения, преобразуется в два сигнала напряжения Ui и U2, снимаемых с низковольтных частей 5 и

6 и отличающихся между собой на дифференциальную составляющую AU. Эти сигналы подаются на ключи 8 и 9. В исходном состоянии в момент времени t 0 (фиг.2), когда тактовый генератор 34 выключен, все

десять электронных ключей замкнуты. В момент времени to электронные ключи 10 и 11, 20 и 31, 29 и 30 открываются под действием управляющих сигналов, идущих от первого, второго и третьего выходов первого формирователя 36. Напряжение общей шины в дифференциальном режиме проходит на выход операционного усилителя 23, что обеспечивает обнуление устройства. В момент времени, ti ключи 20 и 31 .закрываются, а ключи 21 и 24 открываются управляющими сигналами формирователя 36. Устройство переходит в состояние запоминания, в напряжение с выхода операционного усилителя 23 переключается на

обкладку запоминающего конденсатора 22. В момент времени t2 ключи 10 и 11 закрываются, а ключи 8 и 9 открываются, и сигналы Ui и U2 поступают на повторители 15 и 16. При этом ключи 29 и 30 продолжают

быть открытыми, так как продолжает действовать дифференциальный режим, обеспечивающий фиксирование сигнала A U, и устройство из состояния запоминания переходит в состояние прохождения, при этом

ключи 21 и 24 закрываются, а ключи 20 и 31 открываются.:

В момент времени ta вновь наступает состояние запоминания, и разница сигналов U2 - LH запоминается на конденсаторе

22 с обратным знаком вместе с нестабильностью и дрейфом нуля,

В момент времени t4 закрываются ключи 29 и 30, наступает режим с синфазной составляющей, причем на выходе операционного усилителя 23 фиксируется вычитание от полного сигнала предыдущего значения Аи.

Поскольку на общем выходе устройства должен быть результат вычитания, сигнал с

выхода операционного усилителя 23 подается через ключ 31 на первый вход второго формирователя 37, и на выходе его будет измеряемый сигнал (фиг.2к) при наличии строба от первого формирователя 36

(фиг.2з).

Следовательно, измеряемый сигнал получен в автоматическом режиме со значительным быстродействием, проходя последовательно режим обнуления, режим

запоминания дифференциальной составляющей и режим вычитания от полного сигнала его нестабильности.

Формула изобретения 1. Устройство для измерения высоко- вольтного напряжения постоянного тока, содержащее два повторителя, операционный усилитель, два сдвоенных переключателя, высоковольтный делитель напряжения, активная часть которого содержит две иден- тичные спиралеподобные дорожки из рези- стивного материала, нанесенные на внешнюю поверхность полого цилиндра из изоляционного материала, начала которых соединены с источником измеряемого на- пряжения, а концы каждой из дорожек соединены с соответствующей низковольтной частью, контакты подвижной части первого сдвоенного переключателя соединены с входами первого и второго повторителей, а первые контакты неподвижной части - с общей шиной, выход первого повторителя через первый резистор соединен с первыми выводами второго и третьего резисторов, второй вывод третьего резистора соединен с первым контактом подвижной части второго сдвоенного переключателя, первый контакт неподвижной части которого через шестой резистор соединен с первыми выводами четвертого и пятого резисторов и не- инвертирующим входом операционного усилителя, второй вывод четвертого резистора соединен с выходом второго повторителя и вторым контактом подвижной части второго сдвоенного переключателя, выход операционного усилителя соединен с вторым выводом третьего резистора, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, дополнительно введены третий и четвертый сдвоенные переключа- тели, запоминающий конденсатор, десять электронных ключей, блок управления, вход которого соединен с подвижным контактом десятого электронного ключа, а первый выход блока управления соединен с вторым контактом подвижной части четвертого сдвоенного переключателя и выходом устройства, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входа- ми пар ключей . второго и четвертого, пятого и десятого, шестого и девятого, первого и третьего, седьмого и восьмого, вторые контакты неподвижной части первого сдвоенного переключателя соединены с контактами неподвижной части третьего сдвоенного переключателя, контакты подвижной части которого соединены с концами спиралеподобных дорожек и входами первого и третьего электронных ключей, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым контактами подвижной части первого сдвоенного переключателя, с входами первого и второго повторителей и выходами второго и четвертого электронных ключей, входы которых соединены с общей шиной, второй вывод первого резистора соединен с входом пятого электронного ключа, выход которого соединен с выходом шестого электронного ключа и первой обкладкой.запоминающего конденсатора, вторая обкладка которого соединена с входом девятого электронного ключа, первым контактом подвижной части четвертого сдвоенного переключателя и инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с входом шестого электронного ключа, а выход операционного усилителя соединен с выходами седьмого, девятого и десятого электронных ключей и вторым контактом неподвижной части четвертого сдвоенного переключателя, первый контакт неподвижной части которого соединен с входом пятого электронного ключа, выход второго повторителя соединен с выходом восьмого электронного ключа, вход которого соединен с вторым выводом шестого резистора, первый неподвижный контакт второго сдвоенного переключателя соединен с входом восьмого электронного ключа.

2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что блок управления содержит тактовый генератор, делитель частоты, два формирователя, выход тактового генератора соединен с входом делителя частоты и вторым входом первого формирователя, первый вход которого соединен с выходом делителя частоты, выходы с первого по пятый первого формирователя являются выходами блока управления, а шестой выход соединен с вторым входом второго формирователя, первый вход которого является первым входом блока управления, а выход является выходом блока управления.

AimjmjTiuiJiiWL

п

ллгшпяплгиг

Р

лги1гигл шигг

п

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для S измерения высоковольтного напряжения постоянного тока; Цель изобретения - повышение быстродействия измерений, которая достигается за счет введения повторителей 15 и 16, операционного-усилителя 23, двух переключателей 12 и 13, высоковольтного делителя 1 напряжения, в состав которого входят резисторы 2, 3,5 и 6, шины 7, вход 4. Устройство содержит также электронные ключи 8-11,20,21.24,29-31, резисторы 17- 19, запоминающий конденсатор 22, потенциометры 25 смещения, резисторы 26 - 28, переключатели 32 и 33, блок 14 управления, который содержит тактовый генератор 34, делитель 35, формирователь 36 и 37.1 з.п.ф- лы, 2 ил.

tottti ts

- LLrTLL J l

Риг.2