Способ измерения амплитудного значения переменного напряжения Советский патент 1993 года по МПК G01R19/04 

управляющий выход которого соединен с управляющим входом регистра памяти 6. Клемма 8 служит для. задания коэффициента умножения т. Выходом устройства-служит выход вычислителя 7,

Способ осуществляется следующим образом,

Входной сигнал xi - А р , где А - амплитуда; ip- текущая фаза, сдвигается фазовращателем Т по фазе на УГОЛ Г п /2, Сигнал может быть сдвинут по фазе как в сторону опережения, так и отставания. Одновременно входной сигнал умножается в блоке 2 на постоянный коэффициент rn. Be-. личину коэффициента т выбирают равной .

m

tn 1э 4-. р .

где Р -- число, большее или меньшее единицы {Р 0,70938819, при котором т « 2; Р 1,6939549, при котором,m 0,5).

Сформированный , вспомогательный сигнал

Х2 - А msin p

сравнивается со сдвинутым сигналом хз--- А. si){ f -F)

в блоке А. В момент их равенства блок 4 Формирует сигнал разрешения. АЦП 5 преобразует мгновенное значение дополнительного сигнала. Результат преобразования, равный

хг А m sin f -f 6 А sin -jrrtr +&

(1)

где б -систематическая, погрешность мзме- ритепьной цепи, в форма цифрового эквивалента запоминается а регистре 6.

Сдвинутый сигнал хз А sin{ (f-- F) сравнивается с входным в блоке 3. В момент их равенства блок 3 формирует сигнал разрешения. АЦП 5 преобразует .мгновенное значение входного сигнала. Результат преобразования равный

. А sin (pi +. + д , (2)

-iЈгде б - систематическая погрешность измерительной цепи, в форме цифрового эквивалента запоминается в регистре С.

Вь числитель 7 считывает значения xi, Х2 из ячеек регистра 6 и определяет правильность значений xi и хз путем проверки условия

. (3)

где А-допускаемое отклонение. Еслиусло- 5 оие. выполняется, то вычислитель 7 определяет амплитуду А исследуемого сигнала по

формуле:

) ,(4)

где n Vifsin--.

ЕСЛИ указанное условие не выполняется, то вычислитель считывает из регистра 6

и определяет правильность последующих

результатов до тех пор, пока правильность

не будет установлена.

Повышение точности измерения дости- гается путем исключения влияния систематической погрешности д измерительной цепи на результат измерения амплитуды, Подставляя в формулу (4) значения и хг получим результат измерения амплитуды, -свободный от систематической погрешности

(5)

Погрешность б может возникать, например под воздействием факторов, опре- деляющмх условия выполнения измерений.

При отсутствии погрешности д сигналы x i изд равны своим истинным значением xi и хг соответственно. При этом

xi А sin p2,

где фаза р2 определяется из условия sin - sin( (р2 - F} 0.

После преобразования разности синусов получим

55

2 cos

F

(#Z 2) sin Y °

откуда

f+f

г. . яние правильности результатов измерения

При г - Tj- находимД ±005

В процессе измерения в ячейки памяти

Арегистра 6 были записаны цифровые эквиVjjT5 валенты результатов преобразования значений сигналов

Фаза для сигнала ха определяется из условияХ2 15,27 В; xi 26,95 В.

m sin p - sin( (p - F).ЮВычислитель 7 проверил выполнение

условия (3) Выразим р через F:

с .ЈЈ Q 0.567 0,541 ±0,05.

,/,, -- I 2695

1 2 2 Р - .15

Условие выполняется, результаты x;2,xi

тогдаправильны. Вычислитель 7 определил амплитуду согласно (.4)

m tg -2-т-р-:20А 2(15.27-26.95) ogc,

,541 -1-«В.

При F rj находим

Полученный результат равен истинному

Применение: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды электрических сигналов, в частности при наличии систематической погрешности средства измерений. Сущность изобретения: способ измерения амплитудного значения переменного напряжения, основанный на введении в него дополнительного фазоИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды электрических сигналов, в частности при наличии систематической погрешности средства измерений. Цель изобретения - повышение точности измерений. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг.2 - фазовая диаграмма, поясняющая сущность способа. Устройство, реализующее способ, содержит фазовращатель 1, блок 2 умножевого сдвига, сравнении мгновенных значений исследуемого и сдвинутого по фазе электрических сигналов, измерении в момент их равенства первого значения xi исс- ледуемого сигнала, определении амплитуды исследуемого сигнала путем расчета по формуле косвенного измерения, формируют вспомогательный сигнал умножением исследуемого сигнала на постоянный коэффициент т, сравнивают мгновенные значения вспомогательного и сдвинутого по фазе сигналов, измеряют в момент их равенства второе значение исследуемого сигнала, определяют амплитуду исследуемого сигнала при оптимальном фазовом сдвиге nil по формуле А V2 (и - x;i)/(n - 1), где п V2 sin л/4 Р ; Р - число, большее или меньшее единицы; причем величину коэффициента m рассчитывают по формуле m tg л /4 Р , а также тем, что величину коэффициента Р принимают преимущественно равной Р 0,70938819 или Р 1,6939549. 1 з.п.ф-лы, 2 ил,. сл с ния, блоки 3,4 сравнения, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5; регистр памяти 6, вычислитель 7. Вход устройства соединен с входом фазовращателя 1, входом блока 2 умножения, вторым входом блока 3, входом АЦП 5. Выход фазовращателя 1 соединен с первыми входами блоков 3,4, выход блока 2 умножения соединен со вторым входом блока 4. Выходы блоков 3,4 соединены с управляющим входом АЦП 5, выход которого соединен с входом регистра памяти 6. выход которого соединен с входом вычислителя 7, 00 со о J 00 XI

значению амплитуды при отсутствии по- -msin i Asin-T .25 грешности

(13.77-25.45) 36 р

При отсутствии погрешности о резуль-мо,54Г-1

тат измерения амплитуды равен истинному

значению30 где учтена xi 25,45 В; х2 - 13,77 В.

,Под действием погрешности сигналы Ti

(х2-хг)и «искажены.

xi xi + б 25,45 + 1,5 26,95 В,

V5T. /Asln-г н---4)-35

4 Х2+ б 13,77+1,,278,

vT-sin- rr-1

4 кгде б 1,5 В.

Для известного способа результат изме- sin и о--1 рения амплитуды равен

)А

V у.81ПтДгг-1 7

pr-l7A V5.Јr v5.. 26,95 38,1 В.

Этот же результат получен согласно (4)45 ПрИ ЭТОМ относительная погрешность

и (5) для сигналов и ад при наличии по-равна

грешности д.- чя г-46

Следовательно, предложенный способЈА .9% обеспечивает получение истинного значения результата измерения амплитуды приссу „ наличии систематической погрешностиП Р и м е р 2 реализации способа. д измерительной цепи.Фазовращатель 1 обеспечивает фазо- Пример 1 реализации способа.вый сдвиг F -п в сторону опережения. Вы- Фазовращатель 1 обеспечивает фазо-бранй р ш 0(1 при которой m .

вый сдвиг F 2 в сторону отставания. Вы-55 3.c учетом величины тнастрабрана величина Р - 2, при которой m иваютВтж 2. Выбрано допускаемое значе tg -а 0,414. С учетом величины т настра-ние правильности результатов измерения

Д + П OS

ивают блок 2. Выбрано допускаемое значе-

8 процессе измерения в ячейки памяти регистра б были записаны цифровые эквиваленты результатов преобразования значений сигналов0

),18B;x2 9,43B.

Вычислитель 7 проверил выполнение условия (3)

126 ± ° 05

/.

Условие выполняется, результаты. 1,Х2 правильны,

Вычислитель 7 определил амплитуду согласно (4)

У(9.43-7.18) ,26-1-12В.

Полученный результат равен истинному значению амплитуды при отсутствии погрешности, т.е., когда хг 8,48 В;

Х2 Х2 10,73 В.

При 6 0 находим

А, (10.73-8.48), в А-, 26 - 11ХВ

При д - 1,3 В значения сигналов равны xi 8.48-1,3 7,18 В; За. - 10,73-1,3-9,43 В.

Для известного способа результат измерения амплитуды равен

А - Vif /2 7,18 10,15 В.

При этом относительная погрешность равна

ЈA 10-1Vt2 ЮО-15.4%.

Таким образом; предложенный способ обеспечивает повышение точности измерений при наличии систематической погрешности измерительной цепи. Достигаемый выигрыш в точности измерений возрастает с увеличением систематической погрешно- сти.

Устройство, реализующее способ, обладает высокой надежностью благодаря простоте структуры и состава.

Формула из обретения

1,Способ измерения амплитудного значения переменного напряжения, заключающийся в том, что формируют дополнительное напряжение путем введения фазового сдвига

в исследуемый сигнал, сравнивают мгновенные значения исследуемого и дополнительного сигналов, измеряют в момент их равенства мгновенное значение xi исследуемого сигнала, определяют амплитуду исследуемого сигнала по расчетной формуле, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, формируют вспомогательный сигнал умножением исследуемого сигнала на постоянный козффициент т, сравнивают мгновенные значения вспомогательного и дополнительного сигналов, измеряют в момент их равенства мгновенное значение xz дополнительного сигнала, причем при формировании дополнительного напряжения используют фазовый сдвиг тс 12, а амплитудное значение рассчитывают по формуле:

35

5Ti) ,

где

п 2 sin

я

4 Р

Р - постоянный коэффициент, который удовлетборяет условию 0 Р 1 или Р 1, коэффициент m рассчитывают по формуле:

гл tg

у (if)

фие.2.