УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Советский патент 1973 года по МПК G01R19/00 G01R21/06 

1

Изобретение относится к области электроизмерительной техники.

Известны электроизмерительные приборы переменного тока, содержащие последовательно включенные аттенюатор, входной коммутатор, повторитель, управляемый делитель напряжения, широкополосный усилитель, преобразователь переменного напряжения в постоянное, а также дифференциальный усилитель постоянного тока, источник напряжения переменного тока прямоугольной формы, запоминающее устройство, блок управления и индикатор.

Описываемый универсальный электроизмерительный прибор переменного тока, отличается от известных тем, что он снабжен дополнительной цепью, состоящей из источника напряжения постоянного тока, коммутатора, запоминающего устройства, управляемого делителя напряжения и модулятора, причем источник напряжения постоянного тока подключен ко входам дополнительного управляемого делителя напряжения и дифференциального усилителя постоянного тока, выход которого через коммутатор, запоминающее устройство и управляемый делитель подключен к модулятору, управляющий вход которого соединен с источником напряжения переменного тока прямоугольной формы, а выход - с входным коммутатором. Это повышает точность и расширяет функциональные возможности прибора. Универсальный электроизмерительный прибор переменного тока, кроме того, отличается тем, что он снабжен дополнительным идентичным каналом преобразования, содержащим аттенюатор, повторитель, управляемые делители напряжения, широкополосный усилитель, преобразователь переменного напряжения в постоянное, дифферспциальный усилитель постоянного тока, источники напряжения постоянного тока и переменного тока прямоугольной формы, запоминающие устройства, коммутаторы, блок управления и модулятор, а также согласующими

устройствами, фазосдвигающей цепью и тремя перемножающими устройствами, причем входы первого перемножающего устройства подключены к выходам управляемых делителей обоих каналов, входы второго перемножающего устройства через фазосдвигающую цепь и согласующие устройства подключены к выходам широкополосных усилителей обоих каналов, а выходы первого и второго перемножающих устройств соединены со входами третьего

перемножающего устройства, выход которого подключен к индикатору, что обеспечивает измерение активной и реактивной мощности в цепях переменного тока, синфазной и квадратурной составляющих напряжения, параметров четырехполюсников.

Ыа чертеже представлена блок-схема описываемого прибора и приняты следующие условные обозначения:

Он содержит аттенюаторы 1, /; коммутаторы 2, и , J; входные повторители if, 4; управляемые делители 5, 6 и 5, Ь; широкополосные усилители /, 7; преобразователи папряжения переменного тока (действующего, среднего или амплитудного значения) в постоянный 8, 8; дифференциальные усилители постоянного тока У, У; запоминающие устройства Ш, 10 и 11, 11; источники напряжения постоянного тока Г2, 12; симметричные модуляторы 1,, источники напряжения переменного тока прямоугольной формы 14, 14 (обозначения без штрихов- относятся к блокам i-ro канала, обозначения со штрихами - к блокам kl-ro канала); согласующего устройства 15, 16; квадратурную фазосдвигающую цепь 17, перемножающие устройства 18, Ш, ключ 21 синфазного и квадратурного выходов; индикатор 22; измеряемый четырехполюсник 23; устройство управления 24.

Ui, Uz - входные напряжения каналов; Uo, ио - опорные напряжения каналов, фиксированные по действующему, среднему или амплитудному значению; UQ, Uo - соответствующие опорные напряжения постоянного тока; Ki, Ai, А, |i, v - коэффициенты преобразования параметров на выходах а, б, в, г, д соответственно; uj, Uz - действующее, среднее или амплитудное значение входных напряжений Ui, Uz соответственно; К. - коэффициент передачи измеряемого четырехполюсника по действующему, среднему или амплитудному значению; А, Ь - входной и выходной зажимы четырехполюсника; ф - сдвиг фаз между входными напряжениями Ui, L/z, UK, UK - компенсирующие напряжения; е, к - положения коммутаторов, соответствующие двум различным тактам преобразования (подключению измеряемого и компенсирующего напряжений соответственно).

Рассмотрим работу схемы при выполнении различных видов измерений.

При измерении действующих, средних или амплитудных значений входных напряжений L/1, Uz работа обоих каналов аналогична и происходит синхронно благодаря одновременному управлению коммутаторами 2, 2 и 3, 3 в обоих каналах устройством управления 24.

В качестве примера рассмотрим работу первого канала. Когда коммутатор 2 находится в положении е (1-й такт преобразования), входное напряжение Ui через аттенюатор 1, коммутатор 2 и входной повторитель 4 поступает на управляемый делитель 5 и затем на широкополосный усилитель 7. С выхода усилителя 7 сигнал поступает на преобразователь 8, с выхода которого напряжение постоянного тока поступает на один из входов дифференциального усилителя 9, на второй вход которого поступает опорное напряжение постоянного тока UQ. С выхода усилителя 9 через коммутатор 3 напряжение поступает на

запоминающее устройство 10, вь1ходное напряжение которого управляет делителем 5. Коэффициент передачи делителя 5 изменяется до тех пор, пока напряжения на входах дифференциального усилителя 9 не станут равными, при этом напряжение на выходе широкополосного усилителя 7 фиксируется по действующему, среднему или амплитудному значению (в зависимости от типа преобразоп

вателя 8) на уровне «о - , где Ко -

.

коэффициент передачи преобразователя и. Когда коммутатор 2 и, соответственно, коммутатор 3, находятся в положении к. (2-й такт преобразования), выход усилителя У отключается от запоминающего устройства 10 и подключается к запоминающему устройству 11. При этом коэффициент передачи тракта

1-2-4-5-7-8 не изменяется в связи с тем, что запоминающее устройство W во время 2-го такта преобразования сохраняет управляющий сигнал практически неизменным. Одновременно с подключением устройства 11

к выходу усилителя 9 коммутатор 2 отключает измеряемое напряжение Ui и включает компенсирующее напряжение . Компенсирующее напряжение получают делением выходного напряжения источника постоянного

тока 12 с помощью делителя 6 и последующей модуляцией с помощью симметричного модулятора 13, управляемого источником напряжения переменного тока прямоугольной формы. Выходное напряжение усилителя 9 изменяет состояние делителя 6 (и, следовательно, коэффициент деления постоянного напряжения) до тех пор, пока напряжения на входах усилителя 9 снова не станут равными. При этом напряжение на выходе щирокополосного

усилителя 7 фиксируется на том же уровне Uo, что и в 1-м такте преобразования, и, следовательно, компенсирующее напряжение UK равно соответствующему значению измеряемого напряжения на выходе аттенюатора /.

Папряжение на выходе а (напряжение постоянного тока до модулятора) однозначно связано с коэффициентом UK передачи модулятора 13, и, следовательно, пропорционально

соответствующему значению Ui.

При измерении коэффициента передачи четырехполюсника его вход Л подключают к выходу широкополосного усилителя 7, т. е. подают на него фиксированное по действующему, среднему или амплитудному значению

опорное напряжение MO; выходное напряжение четырехполюсника, равное КдИо, где Кп -

его коэффициент передачи, подают на вход

2-го канала, на выходе б которого считывают

результат - напряжение, пропорциональное Кп.

При измерении cos ф или sin ф, где ф - сдвиг фаз между напряжениями Ui, Uz, к выходам опорных напряжений через согласующие устройства 15, 16 подключают перемножающее устройство 18 (например, термоэлектрическое) . Поскольку напряжения на входах перемножающего устройства /8 фиксированы и близки по величине (при использовании одного общего источника напряжения Ыо, «о постоянного тока Uo f/o, а в случае симметрии характеристик преобразователей 8, 8 в соответствующей точке и «о о ) перемножение дает достаточно высокую точность, причем в случае совпадения фазовых сдвигов в обоих каналах и согласующих устройствах 15, 16 напряжение на выходе устройства 18 в замкнутом положении ключа 21 пропорционально «о «о cos ф, а в разомкнутом положении ключа 21, благодаря введению квадратурной фазосдвигающей цепи 17, пропорционально Uo Uo sin ф. Преобразование cos ф (sin ф) выполняется только в 1-м такте, так как во 2-м такте преобразования фазовые соотношения Ui и UK не фиксируются и не связаны однозначно с фазовыми соотнощениями i/i, t/a/ соответствующая коммутация (отключение выхода устройства 18 во 2-м такте) выполняется устройством управления 24; в случае необходимости получения непрерывного аналогового сигнала на выходе устройства 18 может быть включено дополнительное запоминающее устройство. Если Ui, L/z - входное и выходное напряжения четырехполюсника, измерение cosф или sinф дает информацию о вносимом четырехполюсником фазовом сдвиге.

При измерении полной мощности па входы подают напряжения Ui, L/z, пропорциональные соответственно напряжению и току в нагрузке, а параметр, пропорциональный полной мощности, получают на выходе перемножающего устройства 19, входы которого подключены к выходам управляемых делителей 6, 6.

При измерении активной или реактивной мощности синфазной и квадратурной составляющих напряжения Ui по отношению к напряжению f/2, индикатор 22 подключают к выходу д перемножающего устройства 20, входы которого подключены к выходам перемножающих устройств 18, 19.

При подаче на вход 2-го канала опорного напряжения «о фиксированного уровня на выходе д получают параметры cos ф и vMo«i sin ф, пропорциональные соответственно синфазной и квадратурной составляющим напряжения t/i относительно опорного напряжения Hz. Очевидно, что при этом открывается возможность измерения активной и реактивной составляющих комплексных сопротивлений.

Универсальный электроизмерительный прибор позволяет также получить точное преобразование измеряемого напряжения во временной интервал путем подключения к выходу источника напряжения переменного тока прямоугольной формы интегратора, выход которого соединяется с одним из входов сравнивающего устройства, другой вход которого подключается к выходу модулятора, благодаря

тому, что во временной интервал преобразуется не напряжение постоянного тока, а напряжение, снимаемое с выхода модулятора, устраняется погрешность, вызванная нестабильностью коэффициента передачи модулятора. Время-импульсный выход позволяет использовать время-импульсные перемножающие устройства. Повышение точности универсального электроизмерительного прибора

определяется тем, что в обоих тактах преобразования измеряемый и компенсирующий сигналы проходят по общему тракту 4-5-7-8, благодаря чему влияние ряда погрешностей указанных блоков (например, шумов широкополосного усилителя 7) значительно снижается.

Предмет изобретения

1- Универсальный электроизмерительный прибор переменного тока, содержащий последовательно включенные аттенюатор, входной коммутатор, повторитель, управляемый делитель напряжения, щирокополосный усилитель,

преобразователь переменного напряжения в постоянное, а также дифференциальный усилитель постоянного тока, источник напряжения переменного тока прямоугольной формы, запоминающее устройство, блок управления

и индикатор, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности и расширения функциональных возможностей прибора, он снабжен дополнительной цепью, состоящей из источника напряжения постоянного тока, коммутатора, запоминающего устройства, управляемого делителя напряжения и модулятора, причем источник напряжения постоянного тока подключен ко входам дополнительного управляемого делителя напряжения и дифференциального усилителя постоянного тока, выход которого через коммутатор, запоминающее устройство и управляемый делитель подключен к модулятору, управляющий вход которого соединен с источником напряжения переменного тока прямоугольной формы, а выход -с входным коммутатором.

2. Универсальный электроизмерительный прибор переменного тока по п. 1, отличающийся тем, что, с целью измерения активной и

реактивной мощности переменного тока, он снабжен дополнительным идентичным каналом преобразования, содержащим аттенюатор, повторитель, управляемые делители напряжения, щирокополосный усилитель, преобразователь переменного напряжения в постоянное, дифференциальный усилитель постоянного тока, источники напряжения постоянного тока и переменного тока прямоугольной формы, запоминающие

устройства, коммутаторы, блок управления и модулятор, а также согласующими устройствами, фазосдвигающей цепью и тремя перемножающими устройствами, причем входы первого перемножающего устройства

подключены к выходам управляемых делите-j

лей обоих каналов, входы второго перемножающего устройства через фазосдвигающую цепь и согласующие, устройства подключены к выходам широкополосных усилителей обоих

каналов, а выходы первого и второго перемножающих устройств соединены со входами третьего перемножающего устройства, выход которого подключен к индикатору.