Способ измерения действующего значения напряжения Советский патент 1981 года по МПК G01R19/02 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использова но в вольтметрах и амперметрах переменного тока. Известны способы измерения действующего значения напряжения, основанные на разновременном или одновременном компарировании измеряемого и опорного напряжений, при которых измеряемое напряжение преобразуют в тетшовой поток путем нагревания измеряемым напряжением резисторного элемента, преобразуют опорное напряжение в тепловой поток путем нагревания опорным напряжением резист1 ного элемента, затем преобразуют тепловые потоки в электрические сигналы с помощью термоэлектрических преобразователей и сигналом рассогласования регупирукгг опорное напр11жение до достижения состояния равновесия Ul3. Недостатки таких способов состоят в низкой точности измерения. При использовании способа равновременного компарирова ния это объясняется наличием в цепи измеряемого сигнала коммутационных элементов, вносящих значительные погрешности при работе в широком частотном диапазоне измеряемых сигналов. .При использовании метода одновременного компарирования низкая точность объясняется неидентичностью элементов, применяемых в каналах преобразования измеряемого и опорного напряжений. Наиболее близок к предлагаемс лу способ измерения действующего значения напряжения, заключакмиийся в преобразовании измеряемого напряжения в тепловой пог ток, преобразовании опорного напряжения в охлаждающий поток, компенсации теплового потока, вызванного измеряемым напряжением, путем его поглощения охлаждающим потоком опорного натфяжения С23. Этот способ измерения не дает необходимой точности, что обусловлено нестабв льностью характеристик термоэлектрических охладителей, используемых для преобразования опорного напряжения в охлаждающий поток. Целью изобретения является повышение точности измерения действующего значени напряжения. Поставленная цель достигается тем, что при измерении Действующего значения напряжения способом, заключающимся в преобразовании измеряемого напряжения в тепловой поток, его компенсации охлаждающим потоком охладителя путем регулирования тока питания охладителя и его регистрации в момент компенсации, вводят опорное напряжение, которое преобразуют в тепловой поток, складывают тепловые потоки изм€ ряемого и опорного напряжений, компенсируют этот суммарный тепловой поток охлаждающим потоком охладителя путем регулирования его тока питания и регистрируют ток питания охладителя и значение опорного напряжения в момент компенсации, а значение напряженгш определяют по формуле п. fti (Цп - сопротивление нагревательных резисторных элементов; Upn - опорное напряжение; П,3у- значение токов питания охладителя, причем в процессе комленсации суммарного теплового потока регулируют величину опорного напряжения так, чтобы ток питания охладителя в момент компенсации суммарного теплового потока был равен удвоенному значению тока питания охладителя в момент компенсации теплового потока измеряемого напряжения, а значение напряжения определяют по значению опорного напряжения. На чертеже приведена структурная схема устройства для измерения действующего значения напряжения, в котором реализован предложенный способ. Устройство содержит нагревательные резисторные элементы 1, и 2, термоэлекР рический охладитель 3, измеритель 4 тем пературы, теплопровод 5, источник 6 пи,тания охладителя, измеритель 7 тока охладителя, источник 8 опорного напряжения, ключ 9. , Нагревательные резисторные элементы 1 и 2 и термоэлектрический охладитель 3установлены на теплопроводе 5. Измеря емое напряжение их подводится к нагрева тельному элементу 1, источник 8 опорно го напряжения через ключ Э подключен к к натфевательному элементу 2. Измерител 4температуры измеряет температуру теп 87 опровода 5. Источник 6 питания охладиеля через измеритель 7 тока охладителя одключен к термоэлектрическому охладиелю 3. Действующее значение напряжения изеряют следующим образом. Измеряемое напряжение U преобразуют в тепловой .поток с помощью нагревательного элемента 1, после чего компенсируют тепловой поток измеряемого напряжения путем регулирования тока питания термоэлектрического охладителя 3. Момент компенсации определяют по показаниям измерителя 4 температуры, затем регистрируют ток питания термоэлектрического охладителя 3 по показаниям измерителя 7 тока охладителя. Затем преобразуют опорное напряжение в тепловой поток,подключая источник 8 опорного напряжения с помощью ключа 9 к нагревательному элементу 2. Складывают тепловые потоки измеряемого и опорного напряжений на теплопроводе 5, Компенсируют су1 1марный тепловой поток измеряемого и .опорного напряжений охлаждающим потоком термоэлектрического охладителя 3 путем регулирования его токо питания. Величину измеряемого напряжения можно рассчитать по величине тока термоэлектрического охладителя (3 ) в компв сации теплового потока измеряемого напряжения, величине тока термоэлектрического охладителя (Jj ) в момент компенсации суммарного теплового потока измеряемого и опорного напряжений, а также по величине опорного напряжения, С помощью простых математических выкладок можно показать, что квадрат действующего значения измеряемого напряжения . и а 1 , RO - сопротивления нагревательных резисторных элементов 1 и 2 соответственно; -ч I 3( - значения токов питания термоэлектр 1ческого охладителя 3; Ugf, - опорное напряжение. Если в процессе комленсации суммарного теплового потока, вызванного измеряемым и опорным напряжениями, отрегулировать величину опорного напряжения таким образом, чтобы ток питания охладителя Э« в момент компенсации суммар:ного теплового потока стал равен удвоенному значенгао тока;; в момент компенсации теплового потока измеряемого напряжения, то по величине опорного напряжения можно судить о величине действую щего значения измеряемого напряжения. Подставив значение 2 23 в уравнеполучим:ние. й-1 «-а D гЧ со11в-ь, , Из последнего выражения видно, что 6 данном случае между измеряемым и опорным напряжениями существует линейная зависимость. При использовании предложенного способа устраняется влияние коэффициента пропорциональности между мощностью охлаждающего потока и током питания терм электрического охладителя, который зависит от внещних факторов. Тем самым повыщается точность измерения действующего значения напряжения. Фо рмула изобретения 1. Способ измерения действующего значения напряжения, заключающийся в преобразовании измеряемого напряжения в тепловой поток, е,го компенсации охлажда ющим потоком охладителя путем регулирб вания тока питания охладителя и его регистрации в момент компенсации, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерения, вводят опорное нап4ряжение, которое прообразуют в тепловой поток, суммируют.тепловые потоки измеряемого и опорного напряжений, компенсируют этот суммарный тепловой поток охлаждающим потоком охладителя путем рех лирования его тока питания и регистрируют ток питания охладителя и значение опорного напряжения в момент компенсации, а значение напряжения определтот по формуле; j4.n (а-з,) где R. -сопротивление нагревательных резисторных элементов; Uon -опорное напряжение tLjJj. значения токеда питания охладителя. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе компенсации суммарного теплового потока регулируют величину опорного напряжения так, чтобы ток питания охладителя в момент компенсации суммарного теплового потока был равен удвоенному значению тока питания охладителя в момент компенсации теплового потока измеряемого напряжения, а значение напряжения определяют по значению опорного налр51жения. Источники инфс рмации, принятые во внимание при экспертизе 1.Научно-технический реферативный сборник Измерения, контроль,, автоматизация, 1976, вып. 1/5/, с. 31-37. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2572511/18-21, . .кл. G О1 К 19/О2, 198О (прототип).

CZ3

&