Устройство для измерения среднеквадратического значения напряжения Советский патент 1992 года по МПК G01R19/02 

(Л

С

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в вольтметрах переменного напряжения и мультиметрах. Цель изобретения - повышение точности измерений. Устройство содержит ключи 1, 2, 14, линейный преобразователь 3 напряжения переменного тока в постоянное, делитель 5 напряжения, аналоговый запоминающий блок 4, аналого- цифровой преобразователь 6, блок 8 задержек, элемент ИЛИ 7, регистры 9-11 памяти, цифровые умножитель 12 и делитель 13. Перечисленные блоки реализуют алгоритм устранения влияния внешних воздействий на стабильность коэффициента усиления и обратной связи в устройстве. 2 ил.

4 СЛ 00 СЛ ON 00

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для цифрового измерения среднеквадратиче- ского значения (СКЗ) переменного напряжения.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - пример построения блока задержек.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 ключи, линейный преобразователь 3 напряжения переменного тока в постоянное, вход которого соединен с первым выходом первого ключа 1, вход которого соединен с источником измеряемого напряжения, аналоговый запоминающий блок А, вход которого соединен через второй ключ 2 с выходом линейного преобразователя 3 напряжения переменного тока в постоянное, а выход блока 4 через делитель 5 напряжения соединен с вторым входом первого ключа, аналого-цифровой преобразователь 6, управляющий вход которого через элемент ИЛИ 7 соединен с первым, вторым и третьим выходами блока 8 задержек, первый 9, второй 10 и третий 11 регистры памяти, информационные входы которых соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя 6, управляющие входы соединены соответственно с четвертым, пятым и шестым выходами блока 8 задержек, а выходы регистров 9-11 памяти соединены соответст- венно с первым входом цифрового умножителя 12, первым входом цифрового делителя 13 и с вторым входом цифрового умножителя 12, выход которого соединен с вторым информационным входом цифрового делителя 13, управляющий вход которого соединен с седьмым выходом блока 8 задержек, первый выход - с первым входом блока 8, второй выход которого является входом Пуск, а второй выход цифрового делителя 13 соединен с выходной клеммой устройства, восьмой выход блока 8 задержек соеди- нен с клеммой устройства Конец измерений, девятый выход блока 8 задержек соединен с управляющими входами первого 1 и второго 2 ключей, а десятый выход блока 8 соединен с управляющим входом третьего ключа 14, вход которого соединен с выходом преобразователя 3, второй вход - с выходом делителя 5, а выход -с входом аналого-цифрового преобразователя б.

Блок 8 задержек (фиг. 2) состоит из элементов времени 15...30, осуществляющих последовательное формирование сигналов и задержку их по времени. На вход элемента 15 времени приходит сигнал Пуск с входа

устройства. На вход элемента 28 времени приходит сигнал Конец деления из делителя 13, на выходе элемента 28 времени формируется сигнал Конец измерения.

Все элементы времени, кроме 18, 28, 29 и 30, соединены последовательно друг за другом согласно возрастанию их номеров. Входы элементов 18, 19, 30 времени включены параллельно.

Принцип действия устройства заключается в определении в процессе измерения коэффициента преобразования линейного преобразователя 3 напряжения переменного тока в постоянное и коэффициента передачи аналогового запоминающего блока 4 с делителем 5 напряжения и использовании найденных коэффициентов для коррекции результата измерения.

Указанные коэффициенты изменяются

во времени и от воздействия изменения температуры окружающей среды.

Блок 4 и делитель 5 дрейфуют во времени и от изменения температуры и тем самым изменяют свои коэффициенты передачи напряжения.

Для исключения погрешностей преобразователя 3 блока 4 и делителя 5 проводятся три измерения.

Измеряется напряжение Ui на выходе

линейного преобразователя 3 при подаче на его вход измеряемого напряжения Ux.

Измеряется напряжение 11з на выходе делителя 5 напряжения при подаче на вход аналогового запоминающего блока 4 напряжения Ui.

Измеряется напряжение U2 на выходе линейного преобразователя 3 при подаче на его вход напряжения Us, получаемого на выходе делителя 5 при подаче на вход блока

4 напряжения Ui.

Предварительные результаты измерения, получаемые с аналого-цифрового преобразователя 6, записываются в регистры 9-11 памяти, а конечный результат вычисляется блоками 12 и 13 по формуле

N1 N3 NxNT

, так как коэффициент передачи преобразователя 3 равен Uz/Ua и равен Ui/Ux, где NI, Ма и № - результат аналого- цифрового преобразования напряжений U ь U2 и Уз.

Устройство работает следующим образом.

На входе линейного преобразователя 3 напряжения переменного тока в постоянное устанавливается поданное через ключ 1 измеряемое напряжение Ux.

Первый цикл измерения напряжения Ui начинается после подачи сигнала Пуск на

второй вход блока 8 задержек. В течение первого цикла измерения контакты ключей 1, 2 и 14 находятся в положении, указанном на фиг. 1.

Управляет работой всего устройства блок 8 задержек, устройство которого показано на фиг, 2.

Блок 8 задержек на первом цикле формирует нулевой потенциал на девятом управляющем выходе, который соединен с входами управления ключей 1 и 2, От сигнала Пуск с первого выхода блока 8 поступает сигнал на вход элемента ИЛИ 7, через который осуществляется запуск аналого- цифрового преобразователя 6.

С задержкой на время аналого-цифрового преобразования с четвертого выхода блока 8 следует сигнал записи кода NI в первый регистр 9 памяти.

При этом,приняв за единицу коэффициент преобразования аналого-цифрового преобразователя 6, получаем Ni kUx, где к - коэффициент передачи преобразователя 3. В течение времени первого цикла напряжение Ui отслеживается аналоговым запоминающим блоком 4, так как ключ 2 замыкает вход делителя 5 с выходом преобразователя 3.

Второй цикл начинается с того, что от заднего фронта импульса записи кода в регистр 9 памяти в блоке 8 задержек формируются сигналы единица на девятом и десятом выходах, которые одновременно переключают ключи 1, 2 и 14. При этом блок 4 запоминает напряжение Ui и после преобразования его блоком 4 и делителем 5 формирует напряжение Us koc Ui, которое подается на вход преобразователей 3, 6 (koc - коэффициент передачи блока 4 и делителя 5).

На втором выходе блока 8 задержек формируется нулевой сигнал, который через элемент ИЛИ 7 запускает аналого-цифровой преобразователь 6 на преобразование напряжения Уз. С задержкой на время аналого-цифрового преобразования с шестого выхода блока 8 задержек следует сигнал записи кода N3 в третий регистр 11 памяти.

После записи кода Na в регистр 11 памяти на десятом выходе блока 8 задержек управляющий потенциал изменяется и становится нулевым. При этом третий ключ 14 переключается в исходное положение, подключая на вход АЦП 6 выходной зажим преобразователя 3.

К этому моменту на выходе преобразователя 3 устэнавливается напряжение Uz

кос

0

5

0

5

k koc Ui k- U koc k k

ell -k2 , II -N3 Ux-K Ux -щ .

На третьем цикле блок 8 задержек формирует на третьем выходе сигнал запуска аналого-цифрового преобразователя 6, который через элемент ИЛИ 7 подается на его управляющий вход и запускает его.

С задержкой на время аналого-цифрового преобразования с пятого выхода блока 8 задержек следует сигнал записи кода N2 во второй регистр 10 памяти.

При этом получаем в регистре 10 число N3 МГ

Имея числа NI и N2 и формулу вычислеN

определяем величину

N2 k2

ii J Ux ТГ-.

ния NX

М

N2

N2

k2ui

откуда Ux Ni N3

. N3 . .. NT Ux Ui -U3

Ux N N3

U2

или что эквивалентно

0

5

0

5

0

5

Устройство переходит к цифровой обработке результатов измерения с использованием этой формулы.

Цифровой умножитель 12 перемножает коды NI и N3, произведение которых поступает на второй вход цифрового делителя 13 как делимое.

На первый вход цифрового делителя 13 приходит код N2 в качестве делителя.

От заднего фронта импульса записи кода в регистр 10 памяти в блоке 8 задержек формируется сигнал деления, который с его седьмого выхода поступает на управляющий вход цифрового делителя 13. В результате деления формируется код Nx.

Сигнал конца деления с выхода цифрового делителя 13 поступает на первый вход блока 8 задержек. От заднего фронта этого сигнала .формируется сигнал Конец измерения, который с восьмого выхода блока 8 задержек поступает на выход устройства, сопровождая передачу кода результата измерения NX во внешнее устройство на индикацию или регистрацию. На девятом выходе блока 8 задержек формирование сигнала единица прекращается до прихода сигнала Конец деления, и ключи 1 и 2 до сигнала Конец измерения переходят в исходное положение, показанное на фиг. 1.

От заднего фронта импульса Конец измерения внутри блока 8 задержек формируется задержка, в течение которой блокируется вход сигнала Пуск. Эта задержка необходима для установления напряжения на выходе преобразователя 3 после переключения его входа на измеряемое напряжение. По истечении времени этой задержки устройство снова может принять сигнал Пуск.

В устройстве результат измерения не зависит от величины изменения коэффициента k преобразования линейного преобразователя напряжения переменного тока в постоянное, а также от величины изменения коэффициента 1/kH передачи цепи обратной связи, что позволяет существенно повы- ситьточностьизмерения

среднеквадратического значения напряжения.

Формула изобретения Устройство для измерения среднеквадратического значения напряжения, содержащее первый и второй ключи, линейный преобразователь напряжения переменного тока в постоянное, вход которого соединен с выходом первого ключа, первый вход первого ключа соединен с входной клеммой устройства, аналоговый запоминающий блок, вход которого через второй ключ соединен с выходом линейного преобразователя напряжения переменного тока в постоянное, выход аналогового запоминающего блока через делитель напряжения соединен с вторым входом первого ключа, аналого-цифровой преобразователь, управляющий вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, причем входы элемента ИЛИ соединены с первым, вторым и третьим выходами блока задержек, четвертый и пятый выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго регистров памяти, информационные входы которых соединены с информационным выходом аналого- цифрового преобразователя, а

информационные выходы первого и второго регистров памяти соединены соответственно с первыми входами цифрового умножителя и цифрового делителя, причем выход цифрового умножителя соединен с вторым

информационным входом цифрового делителя, управляющие входы первого и второго ключей соединены с шестым выходом блока задержек, седьмой выход которого соединен с управляющим входом цифрового делителя, первый выход цифрового делителя соединен с входом блока задержек, второй выход цифрового делителя соединен с выходной клеммой устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения

точности, в него дополнительно введены третий ключ и третий регистр памяти, информационный вход третьего регистра памяти соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, информационный выход третьего регистра памяти соединен с вторым информационным входом цифрового умножителя, первый вход третьего ключа соединен с выходом линейного преобразователя напряжения

переменного тока в постоянное, второй вход третьего ключа соединен с выходом делителя напряжения, выход третьего ключа соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, а управляющий вход

третьего ключа соединен с восьмым выходом блока задержек, девятый выход которого соединен с управляющим входом третьего регистра памяти.

Фиг. 2