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

(54). СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

.1 , , .

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при реализации вольтметров и амперметров переменного тока, обеспечивающих контроль высокочастотных сигналов с искаженной формой кривой. . Известен способ измерения действующего значения напряжения (способ взаимообратного преобразования), предусматривающий преобразование конт-. ролируемого и выходного напряжений в изменении температуры резистивных элементов, а изменений температуры в электрические сигналы на выходах термопреобразователей, сравнение электрических сигналов по величине и усиление на.пряжеиия рассогласования 1

Недостаток известного способа узкий динамический диапазон контролируемого напряжения , ограниченный снизу чувствительностью термо- .

. 2образователя,а сверху - :его перегрузочной способностью.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ измерения действующего значения напряжения, основанный на преобразовании контролируемого и опорного напряжений в изменения температуры резистивных элементов, а изменений температуры - в электри10ческие сигналы на выходах термоэлектрических преобразователей, сравнении электрических сигналов по величине, регулировке опорного напряжения до устранения разбаланса сравниваемых

15 сигналов и фиксации искомого действуюлдего значения по итоговой величине опорного напряжения Ш .

Недостаток указанного способа за20ключается в низкой точности измерения, особенно при значительных вариациях частоты контролируемого напряжения. Погрешности в ог ределении дей391ствующего значения объясняются неиден тичностью характеристик термоэлектрических преобразователей, наличием паразитных емкостей между термоэлектрическими преобразователями и резистивными элементами, а также неравноме ным разогревом резистивных олементов в процессе преобразования электрических сигналов в изменения температуры. Цель изобретения - повышение точно ти измерения действующего знамения в широком частотном диапазоне контролируемого напряжения. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения деиствущего-значения напряжения, основанному на преобразовании контролируемого и опорного напряжений в изменения температуры резистивных элементов, ре Гулировании опорного напряжения и фик рации искомого действующего Значения .ho величине опорного напряжения после окончания-процесса регулирования, в р зистивных элементах возбуждают ультра звуковые колебания, определяют разнос скоростей распространения ультразвуко вых колебаний и прекращают регулирование опорного напряжения по достижении указанной разностью нулевого значения. Выполнению поставленной цели способствует также то, что разность скоростей распространения ультразвуковых колебаний в резистивных элементах определяют по сдвигу фаз ними, либо по разности времен распространения или, наконец, по отношению их частот. На чертеже приведена функциональ- ная схема одного из возможных устройств, реализующих предложенный способ. В данном случае разность скоростей распространения ультразвуковых колебаний в резистивных элементах определяется по сдвигу фаз между ними. Устройство содержит резистивные элементы 1 и 2, возбудители 3 и 4 ультразвуковых колебаний, приемники 5 и 6 ультразвуковых колебаний, генератор 7 электрических ко лебаний, усилители для электрических сигналов, измеритель 10 сдвига фаз электрических сигналов и источник 11. опорного напряжения. Резистивные элементы 1 и 2 могут выполняться, например, в виде металлических проволочек, но обязательно должны быть конструктивно идентичны64ми и из одного материала. В к.ачестве возбудителей 3 и i ультразвуковых колебаний могут использоваться пьезоэлектрические резонаторы. Приемниками 5 и 6 ультразвуковых колебаний могут являться пьезоэлектрические резонаторы. Усилители 8 и 9 могут быть выполнены в виде высокочастотных усилителей переменного тока, Измеритель 10 сдвига фаз представляет собой стандартный измеритель сдвига фаз электрических сигналов. 8 качестве источника 11 опорного напряжения может быть применен стабилизатор постоянного напряжения с регулируемым-выходным напряжением, а генератор 7 быть построен как автоколебательный генератор. Контролируемое напряжение V подводится к выводам резистивного элемента 1. тепловая мощность Р., , выде резистивном элементе 1,опре деляется как « Р - и Щ (R - сопротивление резистивного элемента 1). Эта тепловая мощность разогреиает резистивный элемент 1. Таким образом, имеет место преобразование контролируемого напряжения V в изменение температуры резистивного элеменV источниОпорное напряжение ка 11 подается на выводы резистивного элемента 2. Тепловая мощность Р выделяемая в резистивном элементе 2, определяется как Р, R. (R - сопротивление резистивного элемента 2). Эта тепловая мощность разогревает резистивный элемент 2. Таким образом, осуществляется преобразованием опорного напряжения V в изменение температуры оезистивного элемента 2 . у С помощью генератора 7 электрических колебаний и возбудителей 3 и ультразвуковых колебаний возбуждают в резистивных элементах 1 и 2 ультразвуковые колебания. Ультразвуковая волна проходит по резистивному элементу 1 и достигает приемника 5 ультразвуковых колебаний, который преобразует ультразвуковые колебания в электрические. Аналогичным образом приемником 6 преобразуется в электрический сигнал ультразвуковая волна, проходящая по резистивному элементу 2. Электрические сигналы с выхода приемников 5 и 6 поступают на входы усилителей 8 и 9 и после усиления направляются на входы измерите ля сдвига фаз 10. Поскольку в начальный момент времени напряжения V и Vp не равны между собой, то не равнымиоказывают ся и температуры резистивных злементов 1 и 2. Скорость распространения ультразвуковых колебаний Е резистивных элементах и 2 зависит от материала, из которого изготовлены эти элементы и от температуры резистивных элементов. Так как резистивные элементы 1 и 2 выполнены конструктив но идентичными и из одного материала то скорость распространения ультразвуковых колебаний в них зависит тол ко от их температуры. При неравенстве температур резистивных элементов 1 и 2 между собой возникает сдвиг фа распространяющихся по ним ультразвуковых колебаний, а следовательно, и сдвиг по фазе между электрическими колебаниями на входе измерителя 10. Регулируя величину опорного напряжения источника 11, можно добиться, чт бы показание измерителя 10 стало рав ным нулю. При этом скорости pacnpoct ранения ультразвуковых колебаний в резистивных элементах 1 и 2 ока)хутся одинаковыми. Вследствие равенства температур резистивны) элементов 1 и 2 будут равными тепловые мощности, рассеиваемые в этих элементах контролируемым и опорным напряжениями, т.е. РТ, иг, М Л1 R Rz Из последнего равенства можно заключить, что при R. R Изменение температуры окру,-ающей среды вызывает одинаковые изменения температуры резистивных элементов 1 и 2 и поэтому не влияет на результат измерения. Таким образом, по величине опорно го напряжения можно определить дейст вующее значение контролируемого напряжения . При реализации предложенного способа приемники ультразвуковых колебаний выполняют из неэлектропроводного материала, например из кварца, причем достаточно больших размеров. чтобы паразитная емкость(Между электродами возбудителей, приемников и резистивными элементами была мала. Увеличение размеров возбудителей и приемников ультразвуковых колебаний не отражается на чувствительности, обеспечиваемой предлагаемым способом измерения. Однако при этом исключается погрешность из-за наличия паразитной емкости между резистивным элементом и чувствительным блоком. При осуществлении предложенного способа ультразвуковая волна распространяется по всему объему резистивного элемента, поэтому скорость распространения волны зависит от интегрального значения температуры резистивного элемента. В связи с этим неравномерный разогрев резистивного элемента в его отдельных точках вследствие эффектов Пельтье и Томсона не приводит к погрешности контроля электрических напряжений, содержащих переменную и постоянную составляющую. Таким образом, предложенный способ позволяет повысить точность измерения действующего значения напряжения .с искаженной формы кривой, причем в широком частотном диапазоне. . формула изобретения 1.Способ измерения действующего значения напряжения, основанный на преобразовании контролируемого и опорного напряжений в изменения температуры резистивных элементов, регулирования опорного напряжения и фиксации искомого действую14его значения по величине опорного напряжения после окончания процесса регулирования, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения в широком частотном диапазоне контролируемого напряжения, в резистивных элементах возбуждают ультразвуковые колебания, определяют разность скоростей распространения ультразвуковых колебаний и .прекращают регулирование опорного напряжения по достижении указанной разностью нулевого значения. 2.Способ поп.1,отличающ и и с я тем, что разность скоростей распространения ультразвуковых колебаний в резистивных элементах определяют по сдвигу фаз между ними.

k. Способ по п. 1, отличающ и и с я тем, что разность скоростей распространения ультразвуковых

/

колебаний в резистивных элементах определяют по отношению их частот.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

8