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

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения среднеквадратичного значения (СКЗ) переменного напряжения.

Целью изобретения является повышение точности в начале диапазона измеряемых напряжений.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства,; на фиг. 2 - пример построения вычислительного устройства.

Устройство содержит первый 1 и второй

2ключи, управляющие входы которых соединены с первым и вторым выходами блока

3задержек, а первый вход первого ключа 1 соединен с входным зажимом, линейный преобразователь 4 напряжения переменного тока в постоянное, выход которого соединен с входом аналогового запоминающего блока 5 и первым входом второго ключа 2, управляющий вход аналогового запоминающего блока 5 соединен с первым выходом блока 3 задержек, управляющим первым ключом 1, выход второго ключа 2 соединен с входом аналого-цифрового преобразователя б, управляющий вход которого соединен с третьим выходом блока 3 задержек, а выход кода соединен с первым входом вычислительного блока 7, первый выход которого соединен с первым входом блока 3 задержек, второй вход которого соединен с входом Пуск, а четвертый выход соединен с вторым входом вычислительного блока 7, второй выход которого соединен с выходом устройства, вход блока 8 делителей соединен с выходом аналогового запоминающего блока 5, а выход - с первым входом второго блока ключей 9, выход которого соединен с вторыми входами первого 1 и второго 2 ключей, а второй вход-с выходом дешифратора 10 и первым входом первого блока 11 ключей, второй вход которого соединен с выходом блока 12 усилителей, вход которого соединен с выходом первого ключа 1, выход первого блока 11 ключей соединен с входом линейного преобразователя 4 напряжения переменного тока в постоянное, выход которого соединен с первым входом порогового блока 13, второй вход которого соединен с выходами источника 14 опорных напряжений, а выход соединен с первым входом логического блока 15, второй вход которого соединен с пятым выходом блока 3 задержек, третий вход соединен с выходом генератора 16, вход которого соединен с первым выходом логического блока 15, второй выход которого соединен с входом реверсивного счетчика 17, выход которого соединен с вторым входом вычислительного блока 7 и входом дешифратора 10.

Вычислительный блок 7, пример построения которого показан на фиг. 2, состоит из цифрового умножителя 18, цифрового делителя 19, регистров 20 - 22 памяти, сдвитающих регистров 23 и 24, цифрового компаратора 25, элемента И 26 и тактового генератора 27.

Устройство работает следующим образом.

0 На входе блока 12 усилителей устанавливается поданное через размыкающие контакты ключа 1 измеряемое напряжение Ux. В блоке 12 находятся несколько усилителей (например, с коэффициентами усиле5 ния 1, 2 и 2 и т. д.), которые одновременно усиливают измеряемое напряжение Ux так, что часть из них может быть даже перегружена. После сброса, следующего вместе с сигналом пуск, в первом блоке ключей 11

0 и втором блоке ключей 9 так осуществляется коммутация каналов блока 12 дешифратором 10 и кодом реверсивного счетчика 17, что включается коэффициент усиления - единица в блоке 12 усилителей и соответст5 вующий ему коэффициент деления - единица в блоке делителей 8. Соответствующая включенному коэффициенту усиления величина измеряемого напряжения Ux с выхода блока 11 поступает на вход линейного пре0 образователя 4 напряжения переменного тока в постоянное, с выхода которого постоянное напряжение поступает на входы аналогового запоминающего блока 5, второго ключа 2 и на входы порогового блока 13.

5 Уровни пороговых напряжений на блок 13 поступают от источника 14 опорных напряжений. Эти уровни определяют минимальное и максимальное напряжения срабатывания порогового блока 13 и тем

0 самым минимальное допустимое для преобразователя 4 выходное напряжение и напряжение перегрузки преобразователя 4. При последующих операциях должен автоматически быть выбран коэффициент усиле5 ния блока 12 (коэффициент деления блока 8), при котором выходное напряжение преобразователя 4 укладывалось бы в заданные границы, например, от 0,4 шкалы до 1, определяемые в блоке 13 уровнями блока 14.

0 Автоматическое определение требуемого коэффициента усиления в блоке 12 в зависимости от измеряемого напряжения осуществляется следующим образом.

Логический блок 15 из блока 3 задержек

5 получает на второй вход сигнал разрешения работы, по которому от него включается тактовый генератор 16 и вслучае срабатывания порогового блока 13 при Ui Un, где Ui - напряжение на выходе преобразователя 4, Un - минимальное напряжение на выходе

источника 14, изменяется (увеличивается) код реверсивного счетчика 17, который через дешифратор 10 воздействует на первый 11 и второй 9 блоки ключей. Блоки 9 и 11 включают соответствующие параметры делителя и усиления. При этом на вход преоб- разователя 4 поступает большее напряжение, следовательно, через время установления на выходе преобразователя 4 также оказывается большее напряженней. При этом, если не срабатывает пороговый блок, то выходной сигнал преобразователя 4 находится в заданном диапазоне напряжений, который гарантирует достаточное петлевое усиление и отсутствие разброса напряжений на выходе преобразователя 4. Если срабатывает пороговый блок 13, то процесс изменения коэффициентов усиления и давления продолжается. Система должна быть реверсивной, так как может сказаться перегрузка тракта в процессе определения коэффициента усиления из-за переходных процессов и требуется его уменьшение.

По истечении заданного времени с пятого выхода блока 3 задержек в логический блок 15 на второй вход поступает сигнал, который блокирует его работу и выключает генератор 16. С третьего выхода блока 3 задержек на вход аналого-цифрового преобразователя 6 поступает сигнал первого запуска. С задержкой на время аналого- цифрового преобразования с четвертого выхода блока 3 задержек следует сигнал записи кода NI и записи кода Npc в вычислительный блок 7. Код NI с выхода преобразователя 6 записывается в первый регистр памяти вычислительного блока 7, На этом заканчивается первый цикл измерения входного напряжения. В течение первого цикла напряжение Ui отслеживается аналоговым запоминающим блоком 5, так как на его управляющий вход приходит сигнал, отпирающий его ключи.

Второй цикл измерения начинается с того, что от заднего фронта импульса записи кода NI в блоке 3 задержек формируются сигналы переключения ключей 1, 2 и блока 5. При этом в блоке 5 запоминается напряжение Ui, а на вход АЦП 6 через ключ 2 поступает выходное напряжение Уз с блока 8 делителей, которое через ключ 1, блок 12 усилителей с установленным коэффициентом усиления блоком 11 поступает на вход преобразователя 4 и формирует на его выходе напряжение U2. С третьего выхода блока 3 задержек на вход АЦП 6 подается сигнал запуска. С задержкой на время аналого-цифрового преобразования, формируемой блоком 3 задержек, следует сигнал

записи кода N3 в третий регистр памяти вычислительного блока 7. После записи кода Ыз в регистр памяти на втором выходе блока задержек формируется сигнал, который переключает ключ 2 в исходное состояние. При этом на вход АЦП б с выхода преобразователя 4 подается напряжение 1)2. После установления напряжения IJ2 на выходе преобразователя 4 блок 3 задержек формирует на третьем выходе последний

0 третий импульс запуска аналого-цифрового преобразователя 6. С задержкой на время аналого-цифрового преобразования с четвертого выхода блока 3 задержек следует сигнал записи кода N2 во второй регистр

5 памяти вычислительного блока 7. В блоке 7 цифровой умножитель перемножает коды NI и Ыз без сигналов управления. Произведение кодов NI N3 поступает на вход делителя как делимое. На другой вход

0 делителя в качестве делителя подается код N2. От заднего фронта импульса записи кода N2 в блоке 3 задержек формируется сигнал начала деления, который с его четвертого выхода поступает в еычислитель5 ный блок 7. По этому сигналу осуществляется деление и получается промежуточный результат

-N3 Nx N2

0Процесс деления заканчивается и формируется импульс конца деления, который с первого выхода вычислительного блока 7 поступает на первый вход блока 3 задержек. С четвертого выхода блока 3 задержек

5 при этом формируется следующий импульс на второй вход вычислительного блока 7, от которого осуществляется процесс второго деления промежуточного результата Nx на код Npc реверсивного счетчика 17, который

0 поступает на второй вход блока 7.

При этом КЬ

Nx

N

рс

5

5

От заднего фронта импульса конца второго деления в блоке 3 задержек формируется сигнал Конец измерения, который с шестого выхода блока 3 поступает на выход устройства и сопровождает код NX с выхода вычислительного блока 7 на индикатор. От переднего фронта импульса Конец измерения ключ 1 и ключ блока 5 переходят в исходное состояние, показанное на фиг. 1. От заднего фронта импульса Конец измерения в блоке 3 задержек формируется задержка, в течение которой блокируется вход сигнала Пуск, Эта задержка необходима для установления переходного процесса на выходе преобразователя 4 после переключения на его входе напряжения U2 на измеряемое Ux. По истечении времени этой задержки устройство готово к следующему измерению и принятию сигнала Пуск.

В примере построения вычислительного блока на фиг, 2 второе деление осуществляется путем параллельного сдвига кодов NX и Npc. Сдвиг осуществляется по команде от блока 3 задержек, Цифровой компаратор разрешает работать элементу И 26, если код Npc с выхода сдвигающего регистра 24 не равен нулю. Сдвигающие импульсы поступают на регистры 23 и 24 до обнуления регистра 24. На этом процесс второго деления заканчивается, и на выходе регистра 23 фиксируется код измеряемого напряжения NX. Формула изобретения Устройство для измерения среднеквадратичного значения напряжения, содержащее первый и второй ключи, управляющие входы которых соединены с первым и вторым выходами блока задержек, а первый вход первого ключа соединен с входным зажимом, линейный преобразователь напряжения переменного тока в постоянное, выход которого соединен с входом аналогового запоминающего блока и первым входом второго ключа, управляющий вход аналогового запоминающего блока соединен с первым выходом блока задержек, управляющим первым ключом, выход второго ключа соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, управляющий вход которого соединен с третьим выходом блока задержек, а выход соединен с первым входом вычислительного блока, первый выход которого соединен с первым входом блока

задержек, второй вход которого соединен с входом Пуск, а четвертый выход соединен с вторым входом вычислительного блока, второй выход которого соединен с выходом

устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены источник опорных напряжений, пороговый блок, логический блок, генератор, блок усилителей,

первый и второй блоки ключей, дешифратор, реверсивный счетчик и блок делителей, вход которого соединен с выходом аналогового запоминающего блока, а выход - с первым входом второго блока ключей, выход

которого соединен с вторыми входами первого и второго ключей, а второй вход - с выходом дешифратора и первым входом первого блока ключей, второй вход которого соединен с выходом блока усилителей, вход

которого соединен с выходом первого ключа, выход первого блока ключей соединен с входом линейного преобразователя напряжения переменного тока в постоянное, выход которого соединен с первым входом

порогового блока, второй вход которого соединен с выходами источника опорных напряжений, а выход соединен с первым входом логического блока, второй вход которого соединен с пятым выходом блока задержек, третий вход соединен с выходом генератора, вход которого соединен с первым выходом логического блока, второй выход которого соединен с входом реверсивного счетчика, выход которого соединен с третьим входом вычислительного блока и входом дешифратора.

Вкл.Ч

8ыкл. Упр.„

ТГ8ЛУ15 КЛ.1Упр.

ЛЗУКЛ2

Пуск 2

Вход о т

КЛ.2

Jl код рс 17

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в вольтметрах переменного напряжения, а также мультиметрах. Цель изобретения - повышение точности измерений - достигается дополнительным введением источника 14 опорных напряжений, порогового блока 13, логического устройства 15, генератора 16, блока 12 усилителей, первого и второго блоков 9,11 ключей, дешифратора 10, реверсивного счетчика 17, блока 8 делителей. Устройство содержит также блок 3 задержки, преобразователь 4 переменного напряжения в постоянное, аналоговое запоминающее устройство 5, аналого-цифровой преобразователь 6, вычислительное устройство 7. 2 ил.

01/8.2