Циврофой измеритель действующего значения напряжения Советский патент 1980 года по МПК G01R19/02 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при построении вольтметров и ги перметров, реагирующих на напряжения и токи произвольной формы.

Известен цифровой измеритель действующего значенид напряжения, осуществляющий равномерное сравнение измеряемого- напряжения с напряжением обратной связи и предусматривающий применение в качестве блока сравнения электротеплового преобразователя с квадратичной характеристикой 13 .

Недостаток известного устройства заключается в значительной инерционности, поскольку для обеспечения точности измерения напряжения с искаженной формой кривой приходится использовать термопреобраэователь с большой постоянной времени.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой измеритель действующего значения напряжения, содержащий коммутатор, один их входов которого соединен со входом устройства, а выход через широкополосный усилитель - со входом квадратичного детектора, частотный преобразователь, выход которого подключен ко входу реверсивного счетчика и.через частотяый детектор - к другому входу коммутатора, блок отсчета, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 2.

Недостаток указанного устройства также связан с существенной инерционностью, обусловленной свойствами

fO квсщратичного детектора.

Цель изобретения - превышение быстродействия измерительного устройства.

Поставленная цель достигается тем,

15 что в цифровой измеритель действующего значения напряжения, содержащий коммутатор, один из входов которого соединен со входом устройства, а выход через широкополосный уси20литель - со входом квадратичного детектора, частотный преобразователь, выход которого подключен ко входу реверсивного счетчика и через частотный детектор - к другому входу ком25мутатора, блок отсчета, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, введены первый нелинейный элемент с характеристикой вида у х (х), второй нелинейный элемент с характеристикой вида у и блок диференцирования, причем входы первого елинейного элемента и блока диффеенцирования подключены к выходу вадратичного детектора, выход блока ифференцирования соединен со входом торого нелинейного элемента, а выхоы обоих нелинейных элементов подлючены ко входу частотного преобраователя.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного цифрового измерителя действующего значения напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие переходный процесс в устройстве при скачкообразном измерении измеряемого напряжения.

В состав измерителя (фиг.1) входят коммутатор 1, широкополосный усилитель 2, квадратичный детектор 3, блок 4 дифференцирования, нелинейный элемент 5 с характеристикой вида у ± ч/Гх) , частотный преобразователь б, нелинейный элемент 7 с характеристикой вида у х Сх), частотный детектор 8, реверсивный счетчик 9, цифровой блок 10 отсчета. Кроме того, на схеме отмечены управляющий генератор 11 и делитель 12 частоты, определяющий время интегрирования в блоке 10 отсчета.

Работа устройства происходит следующим образом.

Измеряемое напряжение J и напряжение Ucc обратной связи поочередно через коммутатор 1 и широкополосный усилитель 2 поступают на вход квадратичного детектора 3 (например, на нагреватель термопреобразователя). Переменная составляющая выходного напряжения квадратичного детектора 3 частоты коммутации, пропорциональная разности квадратов действующих значений напряжения Ux и Uoc. через блок 4 дифференцирования и нелинейный элемент 5 воздействуют на вход частотного преобразователя 6. Эта же переменная составляющая через . нелинейный элемент 7 также поступает на вход частотного преобразодателя 6 с неподавленной начальной частотдй.

Нелинейный элемент 5 имеет характеристику вида у ±УГхТ а нелинейный элемент 7 - характеристику вида у X (х). Нелинейный элемент 5 может быть выполнен, например, в виде усилителя, который при больших сигналах на входе заходит в область насыщения, а нелинейный элемент 7 - в виде двух диодов, включенных встречно-параллельно.

Частота выходного напряжения частотного преобразователя 6 оказывается прсилодулированной частотой коммутации. Выходное напряжение частотного преобразователя б поступает на частотный детектор 8, выделяющий переменноа напряжение частоты коммутации, которое и используется в устройстве в качестве напряжения обратной

связи UQJ,.

Одновременно выходное частотномодулированное напряжение частотного преобразователя 6 поступает на реверсивный счетчик 9, выход которого связан с блоком 10 отсчета.

Повышение быстродействия предложенного измерителя по сравнению с известными устройствами объясняется следующим образом. Рассмотрим процес установления напряукения и„р на входе частотного преобразователя 6 в случае скачкообразного изменения измерямого напряжения Uj{ (фиг. 2). В результате такого измерения выходной сигнал квадратичного детектора изменяется по экспоненциальному закону с постоянной времени, определяемой его инерционными свойствами. Для распространенных квадратичных детекторов постоянная времени весьма существенна, поэтому показания блока отсчета в известных устройствах устанавливаются не сразу после изменения напряжения DX. а через некоторый промежуток времени t (кривая ся ) .

Аналогичное скачкообразное изменение напряжения U в случае применения предложенного измерителя приводи также к экспоненциальному изменению выходного сигнала квадратичного дехектора. При этом на вход частотного преобразователя 6 воздействуют через нелинейный элемент 7 выходное напряжение квадратичного детектора 3 и выходное напряжение нелинейного элемента 5, определяемое скоростью изменения выходного сигнала, квадратичного детектора 3.

При больших значениях разности большее влияние на частотный пр18Образователь 6 оказывает производная выходного сигнала квадратичного детектора 3, что обеспечивается применением в цепи блока 4 дифференцирования нелинейного элемента 5.

При относительно малых значениях ,( , большее влияние на частотный преобразователь 6 оказывает сам выходной сигнал квадратичного детектора 3, что обеспечивается нелинейным элементом 7.

Подобное воздействие на частотный преобразователь 6 приводит к уменьшению времени переходного процесса в предложенном измерителе до значения t, t (кривая в ) .

Формула изобретения

Цифровой измеритель действующего значения напряжения, содержащий коммутатор, один из входов которого соединен со входом устрой ства, а выход через широкополосный усилитель - со входом квадратичного детектора, част тотный преобразователь, выход которого подключен ко входу реверсивного

счетчика и через частотный детектор к другому входу коммутатора, блок отсчета, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, о т- личающийся тем,что, с целью повыщения быстродействия, в него введены первый нелинейный элемент с характеристикой вида у х (х) , второй нелинейный элемент с характеристикой вида у ) и блок дифференцирования, причем входы первого нелинейного элемента и блока дифференцирования подключены к выходу квадратич 1Ого детектора, выход блока

дифференцирования соединен со входом второго нелинейного элемента, а выходы обоих нелинейных элементов подключены ко входу частотного преобразователя .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Волгин Л.И. Линейные электрические преобразователи для измерительных приборов и систем. М., Советское радио, 1971, с. 192-193.

2.Авторское свидетельство СССР 216135, кл. G 01 R 19/02, 1967.