Цифровое электроизмерительное устрой ство переменного тока Советский патент 1975 года по МПК G01R13/02 

Изобретение этносится к цифровой электооизмерительЕюй технике. Известны Ш1фровые электроизмеритепьные устройства переменного тока, содержащие преобразователь эф4)ективног-о значения напряжения переменного тока в постоянное напряжение, выход которого подключен к первому входу первого вибропреобразователя; нуль-орган с запоминающим конденсатором, первый вход которого соединен с подвижным контактом первого вибропреобразователя, второй вход . г- с первой обкладкой конденсатора и через резис-тор с первым неподвижным контактом второго вибропреобразователя, третий и четвертый входы - с общей шиной, а выход - с подвижным контактом второго вибропреобразователя; переключатель, подвижный контакт которого под ключен ко входу преобразователя, а первый нег одвижный контакт - к источнику измеряемого переменного напряжения; источник компенсирующего напряжения с двумя выходами, первый из которых подключен ко второму пд подвижному контакту первого виб (шпреобразователя, и блок управления. Такое устройство характеризуется невысокой точностью, так как в суммарную погрешность устройства uejujKOM входит погр( ность упомянутого преобразователя. Цель изобретения - повыщение точности быстродействия, упрощение устройства и облегчение синхронизации его работы, Это достигается тем, что устройство снабжено дополнительным переключателем, подвижный контакт которого соединен со второй обкладкой конденсатора, первый неподвижный контакт - с общей щи ной, вч-орои неподвижный контакт - со вторым выхо-дом псточника компенсирующе1 о нап{)Я)кения, а второй неподвижный контакт перво о переключателя подключен ко второму неподвижному контакту первого Bn6poiipeoGjiii зователя. Для облегчения синхронизации рабигы устройства между конденсатором и вторым переключателем включен третий вибропреобразователь, подвижный коптакт которого подключен ко второй обкладке конденсачорп, первый неподвижный контгжт - к подвижному контакту второго переключателя, второй неподвижный контакт - к общей шине. На фиг. 1 приведена принципиальная схе ма цифрового электроизмерительного устройства переменного тока; на фиг. 2 - вре менные диаграммы работы переключателей и вибропреобразователей. Устройство состоит из преобразователя эффективного значения напряжения переменкого тока в постоянное, нуль-рргана 2, запоминающего конденсатора 3, зарядного ре зистора 4, источника 5 компенсирующего напряжения с двумя выходами, образованного преобразователем 6 код-напряжение и делителем напряжения на одинаковых резисторах 7, 8 блока управления 9, вибропреобразователей 1О, Ц, 12, работающих обычно с частотой 50 гц, и переключателей 13, 14, работающих с частотой 0,5 ГЦ (см. фиг. 2). (Узлы 2-11 входят Б цифровой вольтметр поразрядного уравновешивания). и - эффективное значение измеряемого напряжения; U-- постоянное напряжение на выходе преобразователя 1; (J - компенсирующее напряжение, вырабатываемое источником 5; и - напряжение на конденсаторе 3; цифры в кавычках - номера входов и выходов узлов. Вход блока 9 может быть подключен не к контакту вибропреобразователя 11, а не посредственно к выходу нуль-органа 2 (эт возможная свяеь псказана пунктиром). При значительной инерционности преобразовате- jiH 1 целесообразно управлять работой переключателей 13 и 14. Для этого должна быть предусмотрена соответствующая связь с блоком управле шя 9 (пунктирная связь на фиг. 1). Работа устройства состоит в следующем В обесточенном состоянии переключате- JUI и вибропреобразовате/ш находятся в неопределенном положении, потенциалы на входах и выходах всех узлов равны нулю. При подаче на схему питания вибропреобразователи 1О-12 начинают работать с частотой 5О ГЦ, а переключатели 13-14 - с частотой 25 гц. За исходное принимают положение, соответствующее моменту i: (см. фиг. 2), г. е. такое, при котором все подвижные контакты переходят в положение I. Предположим, что ко входу устройства (переключател, 14) приложено измеряемое переменное напряжение с эффективным значением и, а преобразователь 1 является безыне|1и11инпым и чсфез промежуток времани, меньщий 10 мсек, на его выходе появляется постоянное напряжение, равное и,(5.) где (J -статическая погрещность преобразования переменного напряжения в постоянное,, вносимая преобразователем 1 (влияние динамической погрещности, обусловленной инерционностью преобразователя 1, рас- : сматривается далее). Через один из неподвижных контактов вибропреобразрвателя 1О напряжение подается на пер выйвход нуль-органа 2. Конденсатор 3 заряжается через резистор 4 и один из неподвижных контактов вибро- , преобразователя 11) выходным сигналом нуль-органа 2. В момент t (см. фиг. 2) напряжение на конденсаторе равно UC ,(2), где Д - напряжение дрейфа нуля нуль-органа 2. При этом заканчивается первый период (Коррекция), длившийся 10 мсек. Подвижные контакты вибропреобразователей 1О, 11, 12 переходят во второе положение и начинается второй период работы устройства (Уравновешивание ), который также длится 10 мсек (см. фиг. 2). Блок 9 управляет источником 5 по обычному для поразрядного уравновешивания алгоритму : включается очередная ступень компенсирующего напряжения U , нуль-орган сравниваег напряжение U с напряжением и , если окажется, что У U , то данСКСная ступень выключается, в противном случае - остается включенной.: В результате уравновешивания компенсирующее напряжение будет связано с напряжением на конден-саторе зависимостью U , U Д. Ок Следовательно. с учетом формул 2 и 1 ,и + (5(3). Таким образом, первый такт (Измерение переменного напряжения) оканчивается и в момент i, (см, ф1П. 2) начинается второй такт (Измерение постоянного напряжения), подвижные контакты переключателей 13 и 14 переходят в положение П, а вибропреобразователей 1О-12 - в положение I. Теперь на вход преобразователя 1 подается напряжение и (через один из неподвижных контактов переключателя 14), а на вторую обкладку конденсатора - апряжение 2 и (через оряч из неподвижных конгактов переключателя 13 и один из неподвижных контактов вибропреобразователя 12 Новое значение напряжения на выходе преобразователя 1 будет равно ,-«-(, но так как У U (см. формулу 3), то можно принять, что погрешности, вносимые преобразователем 1 при преобразовании (J и У одинаковы, т. е. 5 (J и и . + d . Следовательно, учитывая выражение 3, .26 По истечении 10 мсек оканчивается период Коррекш1я и динамическое равновесие напряжений на первом и втором выходах 1ул1 органа 2 и. д - и + 2 и . -ск Подставив в последнее выражение значение У и и из формул 3 и 4, получают и 2(У +Д и + 2(11 + (J). rvс J Следовательно, конденсатор заряжается до напряжения и. в момент t (см. фиг. 2) подвижные контакты вибропреобразователей 1О-12 пе реходяг в положение И и начинается перио Уравновешивания. По окончании поразряд ного уравновешивания новое значение компенсирующего напряжения будет связано со значением напряжевщя на конденсаторе зависимостьюкс Согласно выражениям 5 и 6 окончатель но имеют к Таким образом, компенсируюЕ1ее напряжение и, следовательно, число, зафиксированное в блоке 9, по абсолюггной величине соответствуют эффективному значению измеряемого напряжения (без погрешностей о II Д ). Необходимо отметить, что при переходе от переменного напряжения U к ПОСТОЯЕ1НОМУ и преобразователем 1 вносится некоторая дополнительная погрешность, поэтому эти преобразователи целесообразно выполнять на термопреобразователмх. И.чкестшле преобразователи переменного 1ип11)Яжеи(1я в послоянное являются инерцио (5) ными со временем установления порядка нескольких секунд, что обуславливает значительную динамическую погрешность. Для ее устранения необходимо исключить возможность выдачи результата измерения до окончания переходного процесса в преобразователе 1. (Эта же проблема исключения динамической погрешности характерна и для прототипа). Можно, например, осуществлять работу блока 9 так, чтобы результат измерения индицировался на табло (на чертежах не показан) лишь по прошествии заранее заданного отрезка времени и производилось принудительное управление переключателями 13 и 14 (последние остаются в положении I до окончания переходного процесса, после чего их работа осуществляется в соответствии с временной диаграммой на фиг. 2). Так как U и(формула 3), то при переходе подвижного контакта переключателя 14 из положения I в положение Hi длительность переходного процесса незначительна (менее 10 мсек), и дополнительной потери времени не происходит. Следовательно.выполнение устройства по предлагаемой схеме позволяет использо вать цифровой вольтметр поразрядного уравновешивания для лзмерения переменных на. пряжений с высокой точностью без существенного усложнения устройства и увехшчения времени измерения. Формула изобретения 1. Цифровое электроизмерительное устройство переменного тока, содержащее преобразователь эффективного значения нап1:)я жения переменного тока в постоянное напряжение, выход которого подключен к первому входу первого вибропреобразователя, нуль-орган с запоминаюыщм конде 1сатором, первый вход которого соединен с подвижным контактом первого вибропреобразова- теля, второй вход - с первой обкладкой конденсатора и через резистор с первым неподвижным контактом BTopoio вибропреобразователя, третий и четвертый входы - с обшей шиной, а выход - с подвижным контактом второго вибропреобразователя, переключатель, подвижный ксжтакт которого подключен ко входу преобразователя, а первый неподвижный контакт - к источнику измеряемого переменного напряжения, источник компенсирующего напряжения с двумя выходами, первый из которых подключен ко второму неподвижному контакту первого вибропреобразователя, и блок унравления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, б1)1строд(; Йствия|

и упрощения устройства, оно снабжено допопнительнь1м переключателем, подвижный контакт которого соединен со второй обкладкой конденсатора, первый неподвижньй контакт - с общей шиной, второй неподвижный контакт - со вторым выходом источника компенсирующего напряжения, а второй каподвижный контакт первого переключателя подключен ко второму неподвижному кон такту первого вибропреобразователя,

2, Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью упрощения синхронизации его работы, между конденсатором и вторым переключателем включен третий вибропреобразователь, подвижный контакт которого подключен ко второйобкладке конденсатора, первый неподвижный контакт - к подвижному контакту второго переключателя, а второй неподвижный контакт - к общей щине.

Риг. 1

Измерение пере/генного

floppehiiu j a f o eu/uffaw

J J

ю

J 1

11

J J

12

I Ж

73

J I

/4

измерение rгocf7}oя/i/i0гo /fanp efff

Норреаци pa /it} ei//uffa ije

(to}