Устройство для измерения действующего значения напряжения и тока

сс с, 744351 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республикприсоединением заявки Ъе сударственнын комитет) Приорит СССР по делам изобретений и открытий(45) Дата опубликования описания 30.06.80 53) УДК 621,317.312.. Д. Шевченко, Г. Витковски 71) Заявител 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕЙСТВУЮЩЕГ ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКАИзобретение относится к электроизмсрительной технике и предназначено для использования при контроле электрических сигналов ьсапряжесссся или тока искаженной формы.Известно устройство для измерения действующего значения напряжения (тока), выполненное на основе сравнения контролируемого и опорного постоянного сигналов и содержащее компаратор в виде электротеплового преобразователя 11.Недостаток известного устройства заключается в том, что выходной сигнал элсктротеплового компаратора колеблется с двойной частотой входного сигнала, если период последнего соизмерим с тепловой постоянной времени компаратора. Указанная пульсация обуславливает значительную погрешность измерения.Более близким к заявленному является устройство для измерения действующего значения напряжения (тока), основанное на использовании в процессе сравнения компенсирующей последовательности импульсов и содержащее, в частности, компаратор, один из входов которого подключен к выходу формирователя импульсов, частотный генератор, вычислительный блос и индикатор 2. Недостаток известного устройства связанс существенной погрешностью измерения иа низких частотах, которая определяется модуляцией компенсирующего сигнала удво снной частотой входного сигнала. Дляуменьшения подобной модуляции в известном устройстве увеличивают постоянную времени компаратора, что отрицательно сказывается на времени измерения.С 0 Целью изобретения ясзляется повышениеточности измерения действующего значения напряжения и тока при сохранении быстродействия устройства в широком частотном диапазоне контролируемого сш - д нала.Для достижения поставленной цели вустройство для измерения дсйсствующсго значения напряжения и тока, содержащее компаратор, один из входов которого под ключсн к выходу формирователя импульсов, частотный генератор, вычислительныи блок и индикатор, введены квадратор и интегрирующий время - импульсный преобразователь, причем вход квадратора и другой вход компаратора соединены с цспссо контролируемого напряжения и тока, исриьш вход интегрирующего время - импульсного преобразователя подключен к выходу квадратора, второй вход -- и вьсходукомпаратора, трепй вход - к выходу частотного генератора, а выход - ко входу формирователя Импульсов, вход вычцслптельного блока соединен с выходом формирователя импульсов, а выход - со входом индикатора.На чертеже представлена фуцкц 1 оальная схема предложенного устройства для измерения действующего значенпя напряжения и тока.В состав устройства входят термоэлектрический дифференциальный компаратор 1 со входами а и б, квадратор 2, интегрирующий время - импульсный преобразователь 3, частотный генератор 4, формирователь импульсов (амплитудный ограничитель) 5, вычислительный блок 6 и индикатор 7.Работа устройства основана ца сравнении компаратором 1 действующих значецл контролируемого электрического слгиала, Н 3 ПРИМЕР Н 3 ПРЯЖЕНИ 51, И НМПЕЛЬСПОГО К 1- пенсирующего напряжения. Посл.ЛЕсе вырабатывается путем квадратировацця контролируемого напряжения квадратором 2 и формирования в интегрирующем время импульсном формирователе 3 последовательности импульсов, длительность которых пропорциональна интегральному значению квадрата контролируемого Напряжения. При этом период повторения импульсов выбирается меньше постоянной времени комцаратора 1 и задается частотным генератором 4, Амплитуда импульсов устанавливается постоянной посредством формирователя импульсов 5. По результатам комцарировапия за счет воздействия выходного сигнала компаратора 1 ца преобразователь 3 осуществляется корректирОвк 3,1 ЛЕГгсл 1, - ности компсисирующх импульсов. Послс достцжсция равцовссц 51 Б ко:1 и 1 рЗ- торе 1 действующсе зцачснцс коцтролирусмого напряжения определяется по иитсгральным характеристикам последовательности компснсирующих импульсов с помощью вычислительного блока 6 и шдикатора 7. Вычислительный блок 6 цредставлят сооой измеритель среднего зцачсцця напряжения, пзв;екающий корень ква;ц)3 пый цз результата усреднения. В отдельных случаях конструктивная реализацця блока 6 может предусматривать определение действующего значения напряжения цо среднему значению длительностей ко)Нснсилу 1 ощцх импульсов.В соответствии с изложенным процесс Измерения в предложенном устройстве описывается следующими матсм 1 тпСскц)ли в.Ераженням и.Длительность Т компепсцряющих импульсов, поступ 310 щпх е 13 Вход 1 компаре 1- тора 1, определяется как1Т .К, К, 1 У.У 2(У) гУУ, (1)(У+1 - Ул) - интервал времени между соседними компенсирующимиимпульсами;У, - контролируемое напряжение.ц) Количество тепла ЯЕ, выделившееся вкомпараторе 1 в течение промежутка врсмсцц ( - -;), соответствует5 9где Ь - амплитуда компенсирующих Импульсов;й - сопротивление компаратора 1по входу 1,20 Подставляя в (2) значения (1), пол)им:(2)- УЛ зУ), (У) ЕУУ где зо Кз. В тот жс самый промежуток времени (;+ - ;) на входе П компаратора 1 выделяется количество тепла Я 2, равное У;сй,)гдс Й - соротцв,сцвход 7 П. Выбрав коэффициент УС; равным с определенной стсцсцью точности коэффициенту У(, и процорццоиал.Ио регулируя выходным сигналом компаратора 1 коэффициент передачи Уз, мо)кпо;Об)иться равенства С.=-Я с погрешностью, определяемой погрсшцост)по комцаратора 1.Такие Образом, поле достцжеция равновесия в компараторс 1 можно утьсрждать, что действующсс значение контролируемого цапряжсцця равно действующему значе цию последовательности импульсов компенсирующего цацря)кения. В связи с этим по интегральным характеристикам последовательности комцснсцрующих импульсов можно судить о действующем значении коптрооо лцруемого напряжения.В частцостп, усредняя напряжение Скомпенсирующих импульсов за фиксированный промежуток времени т и извлекая корень квадратный цз результата усреднения, 65 получим рсзультат измерения Л в виде/м=1, и к 1 РЯй, (5)1:где )г - число импульсов, усредненных завремя т;К - коэффициент, учитывающий коэффициенты передачи квадратора 2и интегрирующего время - импульсного преобразователя 3.Полученное выражение можно упростить изменением пределов интегрирования: 15Ж - ц 1.КРгР) роИз последнего выражения видно, что ре зультат измерения однозначно связан с действующим значением контролируемого напряжения.Аналогично можно определить действующее значение контролируемого напряжения усреднением длительностей компенсирующих импульсов за фиксированный промежуток времени.В данном техническом решении, как видно из формул (3) и (4), компаратор 1 находится в состоянии равновесия в каждый наперед заданный промежуток времени 1;+ - 1;. В частном случае, при использовании электротеплового компаратора, закон изменения мощности компенсирующих импульсов на входе 1 компаратора повторяет закон изменения мощности, выделяемой контролируемым сигналом на входе 11 компаратора, что приводит к сохранению равновесия компаратора при различных часто О тах входного сигнала. В предложенном устройстве постоянная времени компаратора 1 выбирается больше, чем период повторения компенсирующих импульсов, и не зависит от частоты входного сигнала. Это позволяет уменьшить постоянную времени компаратора и тем самым ускорить процесс измерения, что особенно проявляется при измерении низкочастотных сигналов.Формула изобретенияУстройство для измерения действующегозначения напряжения и тока, содержащеекомпаратор, один из входов которого подключен к выходу формирователя импульсов, частотный генератор, вычислительныйблок и индикатор, отличающееся тем,что, с целью повышения точности, в неговведены квадратор и интегрирующий время - импульсный преобразователь, причемвход квадратора и другой вход компаратора соединены с цепью контролируемого напряжения (тока), первый вход интегрирующего время - импульсного преобразователяподключен к выходу квадратора, второйвход - к выходу компаратора, третийвход - к выходу частотного генератора, ивыход - ко входу формирователя импульсов, вход вычислительного блока соединенс выходом формирователя импульсов, и В 1.ход - со входом индикатора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Галахова О. П, и Федоров А, М. Методы точных измерений силы тока, напряжения, мощности и их соотношения в диапазоне звуковых и высоких частот, М., Машиностроение, 1976, с. 28.2, Авторское свидетельство ССС 1227447, кл. ( 01 Е 19/26, 1966,