Способ измерения действующего значения переменных напряжений Советский патент 1992 года по МПК G01R19/02 

сл

с

Использование: измерение действующих значений переменных напряжений, содержащих четные гармоники. Сущность изобретения: выпрямляют измеряемое напряжение, масштабируют с коэффициентом Ki - Кф1Кф2(Ка1 - Кз2)/Кф1.Ка1 - Кф2.Ка2, Где Ка1, Ка2, Кф1, Кф2 - соответственно коэффициенты амплитуды и формы двух заданных напряжений, определяют модуль суммы амплитуд полуволн измеряемого напряжения, масштабируют сумму с коэффициентом К2 Кф1 - Кф2/2.(Кф1.Ка1 - Кф2.Ка2), масштаби- руют алгебраическую сумму полуволн измеряемого напряжения с коэффициентом Кз S , S -1 - 2 Ki.(S - 1) - K2.S2/S:(S - 2). где S - скважность заданного напряжения, суммируют и усредняют результаты масштабных преобразований.4 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении несинусоидальных переменных напряжений в электрических цепях,

Известен способ измерения действующего значения переменного напряжения, заключающийся в возведении в квадрат, усреднении и извлечении корня и позволяющий определять действующее значение переменных напряжений любой формы.

Недостатком данного способа является сложность операции возведения в квадрат и корнеизвлечения.

Известен способ измерения действующего значения переменного напряжения, заключающийся в термоэлектрическом преобразовании с последующим измерением температуры нагрева термоэлемента и имеющий широкий частотный диапазон, но погрешность измерения за висит от температуры окружающей среды.

Известен способ измерения действующего значения переменного синусоидального напряжения, заключающийся в линейном выпрямлении, масштабном преобразовании и усреднении измеряемого напряжения.

Недостаток способа - наличие методической погрешности при измерении действующих значений несинусоидальных напряжений,

Наиболее близким к предлагаемому по сущности и достигаемому положительному эффекту является способ измерения действующего значения переменного напряжения, заключающийся в линейном выпрямлении, первом масштабном преобразовании с коэффициентом KI, выделения амплитуды сигнала, втором масштабном преобразовании с коэффициентом Кг, сумVI

Ю

сл

S о

мировании и усреднении полученного результата. При относительной простоте способа возможно измерение действующего значения переменных несинусоидальных напряжений с нечетными гармониками.

Недостатком известного способа является то, что при измерении действующего значения несинусоидальных напряжений, содержащих четные гармоники, из-за отличия амплитудных значений полуволн измеряемого напряжения вносится значительная методическая погрешность.

Цель изобретения - повышение точности измерения действующего значения переменных напряжений, содержащих четные гармоники.

Поставленная цель достигается тем, что при способе измерения действующего значения переменных напряжений, основанном на первом линейном выпрямлении измеряемого напряжения, первом масштабном преобразовании с коэффициентом

Сср( (Ка,-Каг1

К, г.j

ка,-к

сргКа2

где Kai, Ka2, Кф1, Кф2 - соответственно коэффициенты амплитуды и формы двух заданных симметричных относительно оси времени напряжений, отличающихся друг от друга формой, одновременно с линейным выпрямлением измеряют значение амплитуд положительной и отрицательной полуволн измеряемого напряжения, суммируют значения амплитуд положительной полуволны с инвертированным значением амплитуды отрицательной полуволны, осуществляют масштабное преобразование полученной суммы с коэффициентом Kq,,

К Л -

2-(Kqj, Ксц-Кф Ко,,,}

суммируют значения амплитуд положительной и отрицательной полуволн, осуществляют линейное выпрямление полученной суммы с последующим масштабным преобразованием выпрямленного значения с коэффициентом п

s irr-g K.-fs-O-kys4 S-(s-a)

кэ

где S - скважность заданного несимметричного () прямоугольного напряжения с нулевой постоянной составляющей, затем осуществляют суммирование результатов масштабных преобразований и усреднение полученной суммы.

На фиг.1 показана структурная схема устройства, реализующего способ измерения действующего значения переменных

напряжений; на фиг.2 - эпюры напряжений; на фиг.З и 4 - график и схема, поясняющие предлагаемый способ, соответственно. Устройство для измерения действующего значения переменных напряжений содержит последовательно включенные первый измерительный выпрямитель 1, первый масштабный преобразователь 2, первый аналоговый сумматор 3 и индикатор 4

среднего значения, два пиковых детектора 5 и 6, последовательно включенные второй аналоговый сумматор 7 и второй масштабный преобразователь 8, последовательно включенные третий аналоговый сумматор 9,

второй измерительный выпрямитель 10 и третий масштабный преобразователь 11, причем входы пиковых детекторов 5 и 6 соединены с входом измерительного выпрямителя 1 и являются входом устройства,

выход первого пикового детектора 5 подключен к неинвертирующему входу второго аналогового сумматора 7нпервому входу третьего аналогового сумматора 9, выход второго пикового детектора 6 подключен к

инвертирующему входу второго аналогового сумматора 7 и второму входу третьего аналогового сумматора 9, выходы второго 8 и третьего 11 масштабных преобразователей подключены к соответствующим входам

первого аналогового сумматора 3.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

Измеряемое переменное напряжение (фиг.2а) подается на входы измерительного выпрямителя 1 и пиковых детекторов 5 и 6, выпрямленное напряжение(фиг.2б), получаемое с выхода измерительного выпрямителя 1, масштабно преобразуется с коэффициентом К первым масштабным преобразователем 2 (фиг.2в) и подается на первый вход аналогового сумматора 3. На выходах пиковых детекторов 5 и 6 появляются постоянные положительное и отрицательное напряжения, по величине равные амплитудам нижней и верхней полуволн входного несинусоидального напряжения (фиг.2г, д), которые подаются на входы второго 7 и третьего 9 аналоговых сумматоров, на выходах которых соответственно получаются постоянные напряжения, равные размаху и разности амплитуд положительной и отрицательной полуволн входного напряжения (фиг.2е, ж). Равное размаху входного сигнала напряжение с выхода второго аналогового сумматора 7 масштабируется с ко- эффициентом К вторым масштабным преобразователем 8 и подается на второй

вход первого аналогового сумматора 3.

Разностное напряжение с выхода третьего аналогового сумматора 9 выпрямляется вторым измерительным выпрямителем 10, масштабируется с коэффициентом Кз третьим масштабным преобразователем 11 и подается на третий вход первого аналогового сумматора 3. Суммарный сигнал с выхода первого аналогового сумматора 3 (фиг.2з) подается на индикатор средневып- рямленного значения, который, в свою оче- редь, усредняя поданный на его вход сигнал, индицирует действующее значение измеряемого напряжения.

Таким образом, действующее значение в предлагаемом устройстве определяется из выражения .UcB+K2.(Ua, Ua)+K3.(Ua, Ua.), (1)

где Uca - средневыпрямленное значение напряжения;

Ua . и амплитуды положительной и отрицательной полуволн исходного напряжения;

KL К2- весовые коэффициенты, которые выбираются из расчета ликвидации методи- ческой погрешности при измерении действующих значений двух заранее выбранных различных по форме переменных напряжений, не содержащих четные гармоники;

Кз - весовой коэффициент, который вы- бирается из расчета исключения методической погрешности при измерении действующего значения переменного прямоугольного напряжения с заранее заданной скважностью.

Исходя из того, что погрешность измерения действующего значения для двух вы- бранных напряжений, не содержащих четные гармоники, с различными коэффициентами формами должна быть равна нулю, и, учитывая то, что для сигналов, не содержащих четные гармоники

Ua+ Ua-,(2)

подставив известные соотношения

исв ид/Кф;(3)

Ua UA.Ka(4)

ввыражение(1)для первого и второго переменных напряжений, получают систему уравнений

иД1 К1(иД1/Кф1 + 2.K2(Kal.UAi);

UA2 К1(1)д2/Кф2 + 2.K2(Ka2).Ufl2. (5)

Решая систему уравнений (5), получают

. (Кае-КоЛКф.КчЧ .

Kt

KQ Кф, KQl

P4

О- . Ко fc)

Исходя из того, что при измерении действующего значения переменного прямоугольного напряжения с заранее заданной скважностью методическая погрешность должна быть равна нулю, и подставив известные для переменного прямоугольного напряжения соотношение

U0+llq UA

и„-ип-и,

5-а .

fk

лГ

ж выражение (1), получают уравнение

MS-OS5-2

-l

Решив (12) относительно Кз, получают лПГТ-2.-К1(5-)/5-К а,.5

;: ,

IS-fcl

Учитывая, что для переменных прямоольных напряжений с соотношением важностей

Sl-T

(13)

значение коэффициента Кз получается одинаковым, то можно ограничиться множеством переменных прямоугольных напряжений со скважностью S 2. В результате окончательно получают выражение для вычисления коэффициента Кз:

К

5-1-2 Кг(5-0/5-кУ5 S-C. .

В качестве двух переменных напряжений с различными коэффициентами формы, не содержащими четных гармоник, имеет смысл выбрать синусоидальное напряжение, для которого

Кфт л II . 2; Ка1 - 2,

и двуполярный меандр, для которого

Кф2 1; КФ2 1.

Подставив значения Кф1, Кф2, Kai, Ka2 в (6) и (7), получают

Ki 0,8; К2 0,1.

Третье переменное прямоугольное напряжение с заранее заданной скважностью, при измерении действующего значения которого методическая погрешность отсутствует, выбирают из соображений уменьшения методической погрешности измерения для определенного класса сигналов. Если, например, задаться скважностью

5 3.

то, подставив значения Ki. Ка, в (14), получают

Кз 0,047 0,05.

При таком выборе значений коэффициент Ki, K2, Кз исключается методическая погрешность при измерении трех видов переменных напряжений различной зара- нее заданной формы и снижается до 1,5% методическая погрешность при измерении действующего значения переменных несинусоидальных напряжений, содержащих четные гармоники с Ки 40%.

Формула изобретения Способ измерения действующего значения переменных напряжений, основанный на линейном выпрямлении измеряемого напряжения, масштабном преобразовании с коэффициентом

,-Кфг-(Ка(-Каг}

К, j Kqj, Кд(- КаЈ

где Ка;, Ка..,, Кфч, Кф„ - соответственно коэф- фициенты амплитуды и формы двух заданных симметричных относительно оси времени напряжений, отличающихся друг от друга формой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измере- ния действующего значения переменных напряжений, содержащих четные гармониФиг.1

ки, одновременно с линейным выпрямлением измеряют значение амплитуд положительной и отрицательной полуволн измеряемого напряжения, суммируют значения амплитуд положительной полуволны с инвертированным значением амплитуды отрицательной полуволны, осуществляют масштабное преобразование полученной суммы с коэффициентом

kKyrkyg

Ј-(Kq, kQ kcpj-kp y

суммируют значения амплитуд положительной и отрицательной полуволн, осуществляют линейное выпрямление полученной суммы с последующим масштабным преобразованием выпрямленного значения с коэффициентом

5т|1Г7-2-Кг(5- 1-Кг-5г S-(5-i)

Vгде S - скважность заданного несимметричного () прямоугольного напряжения с нулевой постоянной составляющей, затем осуществляют суммирование результатов масштабных преобразований и усреднение полученной суммы.

г

д

е

ж

Фиг. 2

Фаг.З