Способ измерения действующего значения напряжения Советский патент 1982 года по МПК G01R19/02 

(). СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

1

Изобретение относится к электри ческим измерениям и может быть использовано в вольтметрах и амперметрах переменного тока.

Известны способы измевения дрйствующего значения напряжения,основанные на разновременном или сдновремен ном компарировании измеряемого и опорного напряжений, заключающиеся в том, что преобразуют измеряемое напряжение в тепловой поток путем нагревания измеряемым напряжением резистивного элемента, преобразуют опорное напряжение в тепловой поток путем нагревания опорным напряжением резистивного элемента, затем преобразуют тепловые потоки в электрические сигналы с помощью термоэлектрических преобразователей, сраанивайт полученные электрические сигналы, и сигналом рассогласования регулируют опорное напряжение до достижения состояния равновесил 11.

Недостаток таких способов состоит в точности измерения. При использовании способа разновременного компарирования это объясняется наличием кокмутационных элементов в цепи измеряемого сигнала, вносящих значительные погрешности при работе в широком частотном диапазоне измеряемых сигналов.

При использовании метода одновре10менного компарирования низкая точность объясняется неидентичностью элементов, применяемых в каналах преобразования измеряемого и опорного напряжений.

15

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения действующего значения напряжения,

20 основанный на разновременном преобразовании измеряемого и опорного наг пряжений в тепловые потоки и разновременной компенсации тепловых потоков охлаждающим потоком вспомогателЬ ного напряжения 2,

Однако этот способ имеет низкую точность измерения в области высоких частот измеряемого сигнала, что обуславливает необходимость коммута ции электрических цепей измеряемого и опорного сигналов,

Цель изобретения - повышение точности при расширении частотного диа пйзона измеряемых сигналов. Поставленная цель достигается тем что согласно способу измерения дей.ствующего знамения напряжения, заключающемуся в преобразовании измеряемого сигнала в тепловой поток пу1тем нагревания измеряемымсигналом резистивного элемента и преобразова-i НИИ опорного сигнала в тепловой поток путем разогревания резистивного элемента опорным сигналом, в преобразовании вспомогательного сигнала в охлаждающий поток с помощью охладителя, компенсации теплового потока измеряемого и опорного сигналов охлаждающим потоком, производят одновременное преобразование измеряемого и опорного сигналов в тепловые потоки путем нагревания двух неконтактирующих между собой резистивных элементов, коммутируют тепловые потоки измеряемого и опорного сигналов путем поочередного теплового контакта между резистивными элементами и охладителем, компенсируют тепловой поток измеряемого сигнала в моменты теплово го контакта резистивного элемента измеряемого сигнала с охладителем путем регулирования величины вспомогательного сигнала до равенства температуры охладителя температуре окружающей среды, компенсируют охлаждающий поток вспомогательного напряжения в моменты теплового контакта резистивного элемента опорного сигнала с охладителем путем регулирования величины опорного сигнала до момента равенства температуры охладителя температуре окружающей среды после чего действующее значение измеряемого сигнала определяют по величине опор ного сигнала.

На чертеже приведена схема, иллюстрирующая предлагаемый способ измерения действующего значения напряжения..

Устройство содержит резистивнве элементы 1 и 2, управдяемый теплопро вод 3. термоэлектрический охладитель

, источник 5 питания охладителя k, измеритель 6 тока, измеритель 7 температуры, источник 8 опорного напряжения.

По предлагаемому способу процесс измерения выполняют следующим образом.

Измеряемый сигнал Xftoc (напряжение или ток) и опорный сигнал Х одно-

временно преобразуют в тепловые потоки путем нагревания измеряемым и опорным сигналами двух неконтактирующих между собой резистивных элементов 1 и 2. Вспомогательный сигнал источника 5 питания преобразуют в охлаждающий поток с помощью термоэлектрического охладителя k.Затем осуществляют коммутацию тепловых потоков измеряемого и опорного сигналов (тепловых :

0 потоков резистивных элементов 1 и 2) путем создания поочередного теплово-г го контакта между резистивным элементом 1 и охладителем 4, а также резистивным элементом 2 и охладителем

5 k с помощью управляемого теплопрово да 3В моменты теплового контакта резистивного элемента 1 с охладителем компенсируют тепловой поток измеряемого сигнала путем регулирования величины вспомогательного сигнала источника 5 питания. Момент оконча ния компенсации определяют по показаниям измерителя 7 температуры (в момент компенсации температура охладителя k равна температуре окружающей среды).. .

8 момент ы теплового ко.нтакта.резистивного элемента 2 с охладителем k компенсируют охлаждающий поток вспомогательного сигнала путем регулирования величины опорного сигнала. Мо мент окончания данной операции определяют по показаниям измерителя 7 температуры (в момент компенсации температура охладителя Ц равна температуре окружающей среды). Затем величину действующего значения измеряемого сигнала определяют по величине опорного сигнала.

Математически процесс измерения описывается следующими выражениями (рассматривается случай измерения нап(яжения).

Тепловая мощность

, выделяемая резистивным элементом 1 равна

/ Р. , где R. - сопротивление резистивно элемента 1; Vg,- измеряемое напряжение. Тепловая мощность , , выделяе резистивным элементом 2, равна величина опорного напря ния; сопротивление резистиви элемента 2. Величина охлаждающей мощности РОХЛ.- выделяемой охладителем k в время его теплового контакта с реэистивным элементом 1, равна otA.1 к 3, где Э - ток питания охладителя; к - коэффициент пропорционал ности. Величина охлаждающей мощности охл. г выделяемой охладителем время его теплового контакта с зистйвным элементом 2, равна кЗг, где Jj ток питания охладителя. Так как температура охладителя в, процессе измерения поддерживается равной температуре окружающей среды, то вели.чина охлаждающей мощности Рохл.1 fVi а величина PQXA.I fVt или Процесс измерения заканчивают в момент, когда ц Ij, поэтому можно записатьпри R Rj, const, Vx Таким образом, по величине опорно го напряжения можно судить о деист-, вующем значении измеряемого напряже ния. Обязательной операцией известного способа является коммутация электрических цепей измеряемого и опорного сигналов для поочередного преобразования измеряемого и опорного сигналов в тепловые потоки. Это вызывает погрешности измерения в области высоких чартот измеряемого си гнала, так как наличие любых коммутационных- элементов, имеющих паразитные емкости и индуктивности В цепях высокочастотных сигналов, всегда приводит к погрешности преобразования электрического сигная ла в тепловой поток.; В предлагаемом способе производится коммутация тепловых потоков, что исключает коммутационные элементы в электрических цепях, и тем самым / исключает зависимость результата.измерения от частоты измеряемого сигнала. Кроме того, по известному способу в процессе измерения обязательно производится разрыв (коммутация) электрической цепи измеряемого сигнала, что.ограничивает область применения этого способа измерением только наприжений, так как в токовых цепях разрМвы цепей недопустимы. Изобретение не требует коммутации электрических цепей источника изме- ряемого сигнала, что позволяет испоЛь3OBaTb его как для измерения напряжения, так и для измерения тока. Формула изобретения Способ измерения действующего значения напряжения, заключающийся в преобразовании измеряемого сигнала в тепловой поток путем нагревания измеряемым сигналом резистивного элемента и. преобразовании опорного сиг-ч нала в тепловой поток путем разогре- вания опорным сигналом резистивного, элемента, в преобразовании вспомога- тельного сигнала в охлаждающий поток с помощью охладителя, компенса , ции теплового потока измеряемого и опорного сигналов охлаждающим потоком, отли чающийся тем, что, с целью повышения томности при расширении частотного диапазона измеряемых сигналов, производят одновре менное преобразование измеряемого и опорного сигналов в тепловые потоки путем нагревания двух не контактируют, щих между собой резистивных элементов, коммутируют тепловые потоки из меряемого и опорного сигналов путем поочередного теплового контакта между резистивными элементами и охладителем, компенсируют тепловой поток измеряемого сигнала в моменты теплового контакта резистивного элемента измеряемого сигнала с охладителем путем регулирования величины вспомо-;гательного сигнала до равенства температуры охладителя температуре окружающей среды,компенсируют охлаждающий поток вспомогательного напряжения в моменты теплового контакта резистивного элемента опорного сигнала с охладителем путем регулирования величины опорного сигнала до момента равенства температуры охладителя температу ре окружающей среды, после чего действующее знамение измеряемого сигнаUxМ Y

1

г

ла определяют по величине опорного сигнала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

,1. Научно-технический реферативный сборник Измерения, контроль, автоматизация. Вып. 1(5), 1976, с. 31-37.

№ 661372, кл, G 01 R 19/02, 1979ы