Цифровой измеритель напряжения Советский патент 1981 года по МПК G01R19/25 

1

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может найти применение при построении измерителей среднего и действующего значений напряжений, а также коэффициента формц кривой переменного напряжения, лИзвестен измеритель напряжения, содержащий два измерительных преобразователя, один из которых преобразует измеряемое переменное напряжение в постоянное, пропорциональное среднему з.начению измеряемого, а другой - в постоянное, пропорциональное среднеквадратическому значению измеряемого. Напряжения с выходов преобразователей поступают на катушки электромеханического логометра, шкапа которого проградуирована в единицах коэффициента Щ.

Недостатком этого устройства является его низкая точность, обусловленная влиянием на результат измерения коэффициентов передачи преобразователей среднего и действующего значений напряжений, а также влиянием коэффициента передачи электромеханического логометра. Вследствие применения квадратичного детектора и детектора средних значений измерение

среднего и действующего значений напряжений в широком диапазоне частот возможно лишь при больших погрешностях.

Цель изобретения - повышение точности измерения напряжения и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель напряже0ния, содержащий .первый интегратор, счетчик, блок управления, генератор импульсов, селектор, источник опорного напряжения, блок сравнения, причем выход первого интегратора через

5 блок сравнения связан с первым входом селектора, второй вхЬд которого подключен к выходу блока управления, третий вход - к выходу генератора импульсов, а первый выхсл соединен со входом счетчика, шина вхсд. ного сигнала подключена ко входу блока управления, введены два переключателя, ключ, квадратор, реверсивный счетадк, группа элементов И,

5 элемент ИЛИ, второй интегратор и второй счетчик, вход которого связан со вторым выходом селектора, а его информационные выходы подключены ко входам группы элементов совпаде0 ния, вторые входы которых соединены с информационными выходами первого счетчика, а выходы через элемент ИЛИ подключены к суммирующему входу реверсивного счетчика, вычитающий вход которого связан с третьим выходом селектора, а выход подключен к его четвертому входу, при этом первые входы переключателей связаны с шиной входного сигнала, вторые входы - с выходом источника опорного напряжения, а выход первого переключ теля через последовательно включенны .квадратор, второй интегратор и ключ единен с выходом первого переключате и со входом первого интегратора,а вх ды управления переключателей второго интегратора и ключа связаны с соЬтве ствующими выходами блока управления. На чертеже .представлена структурная схема цифрового измерителя напря жения. Цифровой измеритель напряжения содержит первый и второй переключате ли 1 и 2, первый и второй интеграторы 3 и 4, блок 5 сравнения, блок б управления, селектор 7, первый и вто рой счетчики 8 и 9, квадратор 10, ключ 11, генератор 12 импульсов, гру пу элементов 13 совпадения, элемент ИЛИ 14, реверсивный счетчик 15, источник 16 опорного напряжения и шину 17 входного сигнала. Устройство работает следующим об.разом. . В исходном состоянии переключател 1 и 2 находятся в нейтральном положе нии, ключ 11 закрыт, а счетчики 8,9 и 15 сброшены в нулевое состояние. Как известно, коэффициент формы Кдэ определяется как отношение действ ющего значения напряжения к его сред нему по модулю значению К u.cp (ticit. ucp.b J ilidt где - деистйующее значение измеряемого напряжения, Ucp.b среднее выпрямленное значение измеряемого напряже ния. Из этого соотношения видно, что такое устройство должно обеспечивать также возможность измерения действую щего значения напряжения, а также его среднего значения, т.е. в общем, оно должно быть многофункциональным. При измерении значения коэффициен та форм KCD в первом такте сигналов с блока б управления переключатель 2 переводится в положение 1 на время Т/2 периода Т напряжения U(t). При этом напряжение U(t) поступает на вход интегратора 3, вследствие чего напряжение на его выходе возрастает, до значения Л r . т/г UHHT. ut-tldt -ус.ср.ь; jrJT/ -i - r-. где - постоянная времени интегратора 3. Во втором т&кте преобразования блок 6 переводит переключатель 2 в положение 2 и открывает селектор 7 по второму выходу. Напряжение U0 источника 16.интегрируется в интеграторе до момента равенства нулю напряжения и инт1 jj:, Ucp. 5 Uolt)dt-o Отсюда cp.ь , a в счетчике 8 зафиксируется код чиса« -гNl iot .b,. (2) Где f0 - частота следования импульсов генератора 12i В третьем такте блок 6 переводит переключатель 2 в нейтральное положение, переключатель 1 - в положение 1 И закрывает селектор 7. На выходе квадратора 10 имеем напряжение где К - коэффициент передачи квадратора 10. Напряжение иингг на выходе интегратора 4 при нахождении переключатея 1 в положение 1 в течение времени Т принимает значение UHHT..I U,di ,u%) 1Н, гг где ti - постоянная времени интегратора 4. Затем переключатель 1 переводится в нейтральное положение, интегратор 4 запоминает напряжение (4), а ключ 11 замыкается на время Т сигналом с блока 6. В интеграторе интегрируется постоянное напряжение UHHTI в течение времени Т u-Hr.,..lПосле окончания интегрирования блок 6 управления разряжает интегратор 10 и переводит его в режим инверсного интегрирования, а переводит переключатель 1 в положение 2. При этом напряжение UKD KU() на выходе квадратора 10 интегрируется в последовательно включенных интеграторах 3 и 4 до момента равенства нулю напряжения (5) ,S Suodt o. taT 00° Откуда KTUJ: KUot Tjt: ru В момент t равенства нулю напряже ния (5) блок 5 сравнения закрывает селектор 7. При этом с первого выхода селектора 7 на вычитающий вход реверсивного счетчика 15 поступает число импульсов . С6) пропорциональное действующему значению напряжения U(t). Сигналом с блока б управления селектор 7 открывает ся по третьему выходу, и импульсы с частотой следования fg поступают н вход счетчика 8, который вместе со счетчиком 9, группой элементов 13 совпадения и элементом ИЛИ 14 образу ет двоичный умножитель частоты. Поэт му на выходе элемента ИЛИ 14 появляются импульсы с частотой следования i-fo-N-1 NT где N., - число, зафиксированное в счетчике 8; NP - информационная емкость счет чиков 8 и 9. С приходом на вход счетчика 15 N2 импульсов он переходит в исходное состояние, а сигнал с его выхода зак рывает селектор 7. Время открытого состояния селектора 7 на основании (6) и (7) ). При этом в счетчике 8 зафиксирует ся код числа.. пропорционального значению коэффициента формы исследуемого напряжения, так как Vs NQ const и не зависит от значения постоянных времени -, и . интеграторов 3 и 4, коэффициента передачи К. квадратора 10, стабильности напряжения UQ источника 16 и частоты fQ генератора 12 импульсов Это позволяет осуществить высокоточные измерения. В случае необходимости получения среднего значения входного напряжения Ucp. блок управления на время пТ длительности первого такта интегриро вания открывает селектор 7 по второму выходу, вследствие чего в счетчике 9 зафиксируется код числа Ыз 1опТ, 9) где п 1, 2, 3, ..., а в течение дли тельности второго такта интегрирования на вычитающий вход реверсивного счетчика 15 поступает число импульсовN,.lajirucp. При открытии селектора по третьему выходу в счетчике 8 получаем чисJH .о(- )NO .O) ioli i,NO io пропорциональное среднему значению UCP напряжения U(t) при Ng/U const. Результат измерения не зависит от частоты колебаний переменной составляющей в напряжении U(t). В случае измерения действующего значения напряжения в .счетчике 9 фиксируется код числа Nj (9) в течение первого или второго тактов интегрирования. При этом, на вычитающий вход реверсивного счетчика поступает число Nj, (6) импульсов. При открытии селектора 7 по третьему выходу в счетчике 8 пол у ч а:ем с учетом (б) и (9) число импульсовNaNpVI,, . -NOпропорциональное действующему значению Uo, напряжения при .« UQ Таким образом, при измерении среднего Ug, и действующего Ug значений напряжения UQ погрешность измерений определяется в основном стабильностью источника 16 опорного напряжения UQ. В случае из ерения коэффициента формы Кф исследуемого напряжения параметры UQ, Т., , Т, , fo к узлов, входящих в состав преобразо-. вателя, должны быть стабильными лишь на время измерения, что дает возможность осуществления высокоточных измерений в тяжелых производственных условиях. Поскольку в предложенном устройстве обеспечена возможность измерения коэффициента формы напряжения, значения среднего и действующего значений напряжения в широком частотном диапазоне, его функциональные возможности значительно шире, чем в известных устройствах, что и соответствует выполнению поставленной цели. Формула изобретения Цифровой измеритель напряжения, содержащий первый интегратор, блок сравнения,. счетчик, с.електор, генератор импульсов, источник опорного напряжения, блок управления, причем выход первого интегратора через блок сравнения связан с первым входом сеектора, второй вход которого подключен к выходу блока управления, третий вход - к выходу генератора импульсов, а первый выход соединен со входом счетчика, шина входного сигнаа подключена ко входу блока управения, отличающийся тем.

что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, в него введены два переключателя, ключ, квадратор, реверсивный счетчик, группа элементов И, элемент ИЛИ, второй интегратор и второй счетчик, вход которого связан со вторым выходом селектора, а его информационные выходы подключены ко . входам группы элементов совпадения, вторые входы которых соединены с информационными выходами первого дчетчика, а выходы через элемент ИЛИ подключены к суммирующему входу реверсивного счетчика, вычитающий вход которого связан стретьим выходом селектора, а выход подключен к его четвертому входу, при этом первые входы (переключателей связаны с шиной входного сигнала, вторые входы - с выходом источн 1ка опорного напряжения, а выход первого переключателя через последовательно включенные квадратор, второй интегратор и ключ соединен с выходом первого .переключателя и со входом первого интегратора, а входы управления переключателей второго интегратора и ключа связаны с соответствующими выходами блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ЧССР № 126871, кл, 21е, 5 28/01.