Способ измерения среднеквадратических значений переменного напряжения Советский патент 1981 года по МПК G01R19/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к изнерениям интегральных параметров переменного напряжения и может быть . использовано для создания широкодиапазонных цифровых вольтметров среднеквадратических значений (СКЗ) напряжения. Известен способ измерения напряжения переменного тока, основанный на сравнении его с напряжением развертки и изменением времени нарастания напряжения развертки от нуля до момента равенства измеряемому напряжению, при котором в качестве напряжения развертки используют напряжение, которое получают путем перемножения линейно изменяющегося и опорного напряжения, причем последнее формируют той же формы и частоты, что и измеряемое напряжение, до постАянной амплитуды Реализация данного способа сущест венно затруднена необходимостью формирования опорного напряжения той же формы и частоты, что и измеряемое напряжение. Даже в случае успешного повторения формы и частоты необходимость формирования опорного напряжения из измеряемого существенно увеличивает время измерения. Диапазон измерений ограничен линейностью преобразования вьоделяемого при комперировании параметра напряжения. Известен также способ измерения среднеквадратических значений напряжения с использованием квадратичного преобразователя напряжения в частоту (ПНЧ), при котором сравгшвают коды, связанные квадратичной зависимостью с измеряемым и известным компенсирующими напряжениями, до установления их равенства путем дискретного регулирования значения компенсирующего напряжения 2j. Недостатки такого способа определяются свойствами квадратичного

ПНЧ, такими как узкий частотный диапазон, ограниченный сверху значеннием килогерц, и малое быстродействие.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения переменного напряжения, который заключается в том, что входное напряжение возводят в квадрат, выделяют среднее и сравнивают его с опорным линейно изменяющимся напряжением, измеряют интервал времени в момент равенства этих напряжений, по величине которого определяют среднеквадратическое значение входного напряжения 3

Основные недостатки указанного способа заключаются в узком диапазоне измерений, ограниченном динамическим диапазоном операции возведения в квадрат, и малом быстродействии.

Цель изобретения - расширение диапазона измерений и повьппение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения среднеквадратических значений переменного напряжения, заключающемся в том, что входное напряжение возводят в квадрат, вьщеляют среднее значение и сравнивают его с опорным линейно изменяющимся напряжением, измеряют интервал времени в момент равенства этих напряжений, по величине которого определяют среднеквадратическое значение напряжения, входное напряжение перед возведением в квадрат модулируют убывающим по экспонен те напряжением, причем постояннзш) времени модулирующей экспоненты выбирают равной удвоенной постоянной времени усреднения.

На фиг. 1 приведены диаграммы зависимости измеряемого, например синусоидального, напряжения от времени, получаемые в результате производимых над ним операций по предлагаемому способу; на фиг, 2 - устройство для реализации способа.

На фиг. 1 по оси абсцисс отложены текущие значения аргумента, в качестве которого принято отношение t/C , где ТГ- постоянная времени усреднения. Входное синусоидальное напряжение (фиг. 1а) амплитудой и. и частотой (Vff ;rr модулируют убывающим по экспоненте напряжением (фиг. 1б), затем возводят в

945824

квадрат (фиг. 1 в),усредняют и сравнивают с опорным линейно изменяюшлмся напряжением (фиг.1 г)причем постоянную времени усреднения берут равной 5 половине постоянной времени модулирующей экспоненты.

Устройство, реализующее способ, содержит последовательно соединенные управляемый масштабньй преобразователь I, аналоговый квадратор 2, первый ключ 3, первый фильтр 4 нижних частот, сравнивающий блок 5 и блок 6 управления, последовательно соединенные источник 7 опорного напряжения, второй ключ 8, второй фильтр 9 нижних частот и вычитающий сумматор 10, интегратор 11, входом подключенный к выходу ключа 8, выходом соединенный со вторым входом

20 сравнивающего блока 5, а также последовательно соединенные генератор 12 счетных импульсов, логический вентиль 13, счетчик 14 импульсов и цифровой отсчетнь1Й блок 15, причем вто25 вход вычитающего с5гмматора 10 подключен к источнику 7 опорного напряжения, а выход - к управляющему входу масштабного преобразователя 1, выходы блока 6 управления соединены

С управляющими входами ключей 3 и 8, фильтров 4 и 9 и интегратора 11, логического вентиля 13 со входом сброса в нуль счетчика 14 импульсов.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

В исходном состоянии ключи 3 и 8 разомкнуты, интегратор 11 и фильтры 4 и 9 разряжены, логический вентиль 13 закрыт. В счетчике 4 импульсов хранится код результата предьщущего измерения. По сигналу внешнего или внутреннего запуска блок 6 управления сбрасьшает в нуль счетчик 14, замыкает ключи 3 и В, открывает логический вентиль 13, пропуская на счетчик 14 импульсы генератора 12. При замыкаНИИ ключа 8 опорное напряжение UQ от источника 7 опорного напряжения поступает на интегратор 11, на пер-вый вход вычитающего сумматора 10 непосредственно, а на другой вход через фильтр 9 нижних частот, формируя на выходе вычитающего сумматора 10 напряжение Ijjjj, управляющее коэффициентом масштабного преобразования масштабного преобразователя Т по экспоненциально убывающему закону.

-4./С9,

к,(о,о)--Кое

где коэффициент передачи масштабного преобразователя 1, соответствующего управляющему напряжению U; 1Г - постоянная времени фильтра 9

нижних частот.

Напряжение на выходе интегратора 11 описывается выражением

-1

.

гдеТГ - постоянная времени интегратора П .

Преобразованное масштабным преобразователем 1 измеряемое напряже ние возводится в квадрат квадратором

2и через открытый ключ 3 поступает на фильтр 4 нижних частот, постоянная времени которого равнаполовине постоянной времени фильтра 9

С) Напряжение с выхода фильтра 4 нижних частот поступает на сравнивающий блок 5, где сравнивается с линейно изменяющимся напряжением с выхода интегратора 11 . В момент времени t равенства сравниваемых напряжений, ср авнивающий блок 5 вырабатывает сигнал, поступающий в блок 6 управления, по которому в блоке 6 управления формируются сигналы, закрывающие логический 1вёнтиль 13 и ключи

3и 8, прекращая тем самым поступление на счетчик 14 счетных импульсов частотой f . Количество импульсов

N, зафиксированное счетчиком 14, равно

N-t-,. (2) Это количество импульсов пропорционально логарифму среднеквадратического значения измеряемого напряжения.

Пусть измеряемое напряжение представляет собой гармонический сигнал вида (фиг. la)

U-Uw,5inu;t

На выходе масштабного преобразователя I напряжение имеет вид (фиг. 1б)

,Koe 9sinujt8945826

Напряжениена выходе фильтра 4 нижних частотописывается выражением (фяг. 1г)

и, г и

2

( ) - динамическая

:1ш1

погрешность усреднения.

В момент сравнивания t. U4(tf), lVf(4). т.е.

..а / 2t

if

Y „4 x|

)o|

r

Учитывая

.J:L

(3) Uo

Так как среднеквадратическое напряжение равно

Unt

(4)

UYT

TOj подставив (З) и (4) в (2), получаем количество импульсов N, зафиксированное счетчиком 14, пропорционально логарифму среднеквадратического значения измеряемого напряжения

и.2г,{ги(ик„7|р) .

Таким образом, предлагаемый спо,соб позволяет расширить диапазон измерений благодаря тому, что динамический диапазон напряжений, подвергаемых операции возведения в квадрат, находится в логарифмической зависимости от диапазона измеряемых значений напряжения, и повысить быстродействие .за счет компенсации постоянной составляющей процесса усреднения. Кроме того, предлагаемый способ позволяет при сохранении диапазона измерений известного способа повысить точность измерений за счет сужения диапазона значений напряжения, возводимого в квадрат.

Формула изобретения

Способ измерения среднеквадратических значений переменного напря.жения, заключакщийся в том, что цкодное напряжение возводят в квадрат.

(выделяют среднее значение и сравнивают его с опорным линейно изменяющимся напряжением, измеряют интервал времени в момент равенства этих напряжений, по величине которого определяют среднеквадратическое значение напряжения, отличающий- с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений и повьшения быстродействия , входное напряжение перед возведением в квадрат модулируют убывающим по экспоненте напряжением, причем постоянную времени модулирующей экспоненты выбирают равной удвоенной постоянной времени усреднения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 252464, кл. G 01 R 19/26, 1968.

2.Мартяшин А. И. и др. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения . М., Энергия, 1976, с. 180-181, рис. 333.

3.Авторское свидетельство ПНР № 87906, кл. G 01 R 19/02, 1976.

1

W

VИ/

15

-5

fui.2