Способ измерения действующего значения переменного напряжения

"Мрр ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ Цф 4 у;, р ТОРСКОМУ СВ ЬСТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 1040431, кл, С 01 К 19/02, 1982.(54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯпо авт.св. В 1040431, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона в области низких частот при сохранениивысокого быстродействия, на низкихчастотах фиксированный интервал времени превращают в переменный, состоящий из двух частей; основной постоянной части, длительность которой выбирают равной половине периода измеряемого напряжения минимальной частоты, а ее начало синхронизируют с моментом перехода через ноль измеряемого напряжения, и дополнительной переменной части, начало и конец которой синхронизируют соответственно с концом основной части. и с очередным моментом перехода через ноль измеряемого напряжения, отстоящего ат начала основной части на время, кратное периоду измеряемого напряжения, при этом искомое действующее значение определяют извлечением квадВю ратного корня из частного отношения длительности импульса, образованного в результате времяимпульсного преобразования, к длительности интервала времени, превращенного из фиксированного в переменный.1140054 Составитель С.РыбинТехред А.Кикемезей Коррек едактор М.Колб Бил Заказ 257/34 74 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектца НИИПИ Государственноо делам изобретений 13035, Москва, Ж,Подписноекомитета СССР открытииаушская наб ц, 4/554 1и дополнительной переменной части, начало и конец которой синхронизируют соответственно с концом основной части и с очередным моментом перехода через ноль измеряемого напряжения, отстоящего от начала основной части на время, кратное периоду измеряемого напряжения, при этом искомое .действующее значение определяют извлечением квадратного корня из част-. " ного отношения длительности импульса, образованного в результате времяимпульсного преобразования, к длительности интервала времени, превращенного из фиксированного в . переменный.На фиг.1 приведены временные диаграммы, поясняющие данный способ измерения, на фиг.2 - блок-схема цифрового вольтметра по данному способу, на фиг.З - вариант выполнения аналогового запоминающего устройства.На диаграммах (фиг,1) обозначено: 0- измеряемое напряжение, 01 - первичное опорное напряжение; 0(1) и 04 Я)- импульсные напряжения, фиксирующие моменты перехода через ноль измеряемого напряжения соответственно из области положительных значений в область отрицательных значений и наоборот; 0(Ц-импульсное напряжение, определяющее интервал времени, превращенный из фиксированного в переменный, 0 Ь(Ц - напряжение, возводимое в квадрат; 01(О - напряжение возведенное в квадрат, О(Ц - проинтегрированное Напряжение, 0 Я) - импульсное напряжение, определяющее интервал времени, сформированный в результате времяимпульсного преобразования. Для наглядности на фиг.1 в качестве измеряемого напряженияприведены два напряжения с разными частотами, но с одинаковым действующим значением. При этом обе частоты вьппе, чем минимальная частота измеряемого напряжения.Данный способ реализуется следующим образом.Рассмотрим один цикл измерения, например заключающий в себя интервал вреФмени от 1 до 15 . Измеряемое напряжение 04(Ц с момента времени, совпадающего с моментом перехода через ноль измеряемого напряжения 11(1) , возводят в квадрат. Интегрируют сигнал 01 И, сформиро 11400Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначенодля использования при построениицифровых вольтметров и аналого-цифровых преобразователей действующегозначения переменного напряжения.По основному авт.св. В 1040431известен способ измерения действующего значения переменного напряжения,заключающийся в периодическом формировании постоянного опорного напряжения и формировании однополярногопульсирующего напряжения, вольт-.секундная площадь которого пропорциональна искомому действующему значению, .путем возведения в квадратизмеряемого напряжения, интегриро- .вании однополярного пульсирующегонапряжения в течение фиксированныхинтервалов времени, времяимпульсном 20преобразовании полученных интегральныхуровней посредством периодическогоинтегрирования сформированного опорного напряжения до моментов сравнения с ранее полученными интегральными уровнями, определении искомогодействующего значения путем извлечения корня из длительности образованных импульсов 11.ФНедостатком данного способа является ограниченный снизу частотный диапа",зон, обусловленный пульсациями,возникающими на низких частотах приинтегрировании однополярного пульсирующего напряжения в течение фиксированных интервалов времени. При этомподавление указанных пульсаций посредством увеличения длительности фиксированного интервала времени приведетк чрезмерному увеличению времени 40измерений, причем тем большему, чемвыше требуемая точность измерения.Цель изобретения - расширение частотного диапазона измерения в областинизких частот при сохранении высокого 45быстродействия способа,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу измерениядействующего значения переменного напряжения,иа низких частотах фиксированный интервал времени превращаютв переменный, состоящий из двух частей: основной постоянной части, длительность которой выбирают равнойполовине периода измеряемого напряжения минимальной частоты, а ее началосинхронизируют с моментом переходачерез ноль измеряемого напряжения,14005 10 к первым входам блока 13 управленияи преобразователя 14 время-код. Второй, третий и четвертый входы блока 13 управления подключены соответственно к первому и второму выходам формирователя 11 й к выходу схемы 10 сравнения. Выход преобразователя 14 подключен к первому входублока 16 деления через регистр 15данных и ко второму его входу непосредственно. Выход блока 16 черезблок 17 извлечения квадратного корняподключен к блоку 18 индикации,Блок 13 управления подключен первымвыходом к управляющему входу коммутатора 2, вторым выходом - к управляющему входу схемы 4 коррекции нуля, третьим выходом - к управляющемувходу схемы 8 коррекции нуля, чет-вертым выходом - к управляющему , 20входу цепи 7 разрядапятым выходом .к управляющему входу запоминающегоустройства 9, шестым выходом - кстробирующему входу схемы 10 сравнения седьмым выходом - к управ-. 25ляющему входу блока 18, восьмым выходом - к управляющему входу блока 17,девятым выходом - к управляющемувходу блока 16, десятым выходом -к управляющему входу регистра 15, ЗОодиннадцатым и двенадцатым выходами - соответственно к второму итретьему входам преобразователя 14. Аналоговое запоминающее устройстов 9 (фиг.3) содержит входную З 5 клемму 19, первый и второй резисторы 20 и 2 1, первый ключ 22, третий и четвертый резисторы 23 и 24, операционный усилитель 25, второй ключ 26, инвертор 27, третий ключ 28,40 управляющую клемму 29; четвертый и пятый ключи 30 и 31, повторитель 32 напряжения, запоминающий конденсатор 33 и выходную клемму 34. Входная клемма 19 через резистор 20 под ключена к инвертирующему входу усилителя 25, через последовательно соединенные резистор 24 и ключ 28 - к выходу усилителя 25 и через последовательно соединенные резистор 2 1 и ключ 22 - к общей шине вольтметра. Неинвертирующий вход усилителя 25 подключен к .общей шине вольтметра через резистор 23, выход усилителя 25 подключен к выходной клем ме 34 и через ключ 30 к неинвертирую. щему входу повторителя 32, подключенному через конденсатор 33 к общей 4 6шине вольтметра. Инвертирующий вход и выход повторителя 32 соединены и подключены через ключ 26 к соединению резистора 2 1 и ключа 22, а через ключ 31 - к соединению резистора 24 и ключа 28. Управляющая клемма 29 подключена к управляющим входам ключей 22, 30 и 31 и через инвертор 27 к управляющим входам ключей 26 и 28.1Вольтметр работает следующим образом.Синхронизация работы вольтметра осуществляется блоком 13 управления. Каждый цикл измерения цифрового вольтметра начинается его калибровкой. При этом в течение времени калибровки первый вход входного усилителя 3 через аналоговый коммутатор 2 подключен к общей шине, а обе схемы коррекции нуля находятся в активном состоянии. На выходе первой схемы 4 коррекции нуля появляется корректирующий сигнал, который устанавливает через второй вход входного усилителя 3 нулевое смещение на его выходе. В начале калибровки в течение короткого интервала времени замыкается цепь разряда 7, подключенная параллельно накопительному элементу аналогового интегратора 6, посредством чего последний грубо, но быстро устанавливается в исходное сос тояние, Затем цепь разряда 7 размыкается и на выходе второй схемы коррекции нуля 8 к концу времени калибровки также появляется корректирующий сигнал, который точно устанавливает аналоговый интегратор 6 через второй его вход в исходное состояние, При этом корректируется не только напряжение смещения нуля аналогового интегратора 6, но и напряжение смещения нуля аналогового квадратора 5, поступающее с его выхода на первый вход аналогового интегратора 6,После окончания калибровки первый вход входного усилителя 3 остается подключенным посредством аналогового коммутатора 2 к общей шине, а обе схемы коррекции нуля продолжают оставаться в активном состоянии до тех пор, пока на одном из двух выходов формирователя импульсов 11 не появится короткий импульс, фиксирующий очередной момент перехода через ноль измеряемого напряжения, В момент возникновения указанного импуль1140 Точность измерений цифрового вольтметра, реализующего предложенный способ, на низких частотах зависит в.основном от значении погрешностейформирования стабильного первичного опорного напряжения, обеспечения стабильных значений сопротивлений 34 и, преобразрвания интервалов времени в цифровой код и выполнения в цифровой форме опеО раций деления и извлечения квадратного корня. Поскольку обеспечить малые величины упомянутых погрешностей технически не трудно, точность измерений цифрового вольтметра ока зывается высокой в широком диапазоне параметров внешней среды.Быстродействие данного цифрового вольтметра составляет несколько периодов измеряемого напряжения минималь ной частоты.Благодаря тому, что начало и конец интервала временийсинхронизируют с моментами перехода через нуль измеряемого напряжения, а его 25 длительность формируют кратной периоду измеряемого напряжения, пульсации, возникающие при интегрировании квадрата измеряемого напряжения 054 12низкой частоты, не влияют на результаты измерений предлагаемого способа Поэтому частотный диапазон предлагаемого способа шире в области низких частот, чем частотный диапазон прототипа. При этом сохранено высокое быстродействие измерений, которое в предлагаемом способе не превышает длительности 2,5-3 периодов измеряемого напряжения минимальной частоты. При необходимости низкочастотный диапазон может быть разбит на несколько подциапазонов, внутри каждого из которых выбирают поддиапазонные минимальные частоты.В предлагаемом способе сравнитель 1 нд просто решена задача обеспечения независимости результатов измерений от частоты измеряемого напряжения, благодаря тому что интервал времени 1 формируют как сумму двух частей: основной постоянной части Д и дополнительной переменной частиЙ . При этом с изменением частоты измеряемого напряжения изменяется лишь дополнительная часть интервала времени Й, причем чем выше частота, тем меньше величина дополнительной .части.