Способ измерения действующего значения напряжения

(51)М. Кл. с присоединением заявки М С 01 В 19/02 1 ЬеуааретюкыФ кевпвт ссер в дваэи кзобретеккй и открытийОпубликовано 23 01.82Бюллетень М 3 Дата опубликования описания 25. 01. 82 Ю. С. Мальцев, В. Д. Шевченко, Е. П. Разгуляев и М. М. Чернин(5 Ч СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕЙСТВУЮЦЕГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯИзобретение относится к электри= ческим измерениям и может быть использовано в вольтметрах и амперметрах переменного тока. Известны способы измерения действующего значения напряжения, основан" ные на разновременном или одновремен ном компарировании измеряемого и опорного напряжений, заключающиеся в том, что преобразуютизмеряемое 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, сравнивают полученные электрические сигналы, и сигналом рассогласования регулируют опорное напряжение до достижения состояния равновесия 113Недостаток таких способов состоитв низкой точности измерения. Прииспользовании способа разновременного компарирования это объясняетсяналичием коммутационных элементов вцепи измеряемого сигнала, вносящихзначительные погрееюсти при работев широком частотном диапазоне изме"ряемых сигналов.При использовании метода одновре Оменного компарирования низкая точност ь объясняет ся неидентичност ьюэлементов, применяемых в каналахпреобразования измеряемого и опорного напряжений,5 Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения действующего значения напряжения, основанный на разновременном преобразовании измеряемого и опорного на", пряжений в тепловые потоки и разновременной компенсации тепловых пото3 900ков охлаждающим ПОтоком всПомогателЬного напряжения 121.Однако этот способ имеет низкуюточность измерения в области высокихчастот измеряемого сигнала, чтообуславливает необходимость коммута"ции электрических цепей измеряемогои опорного сигналов,Цель изобретения - повышение тоц;ности при расширении частотного диапазона измеряемых сигналов,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу измерения действующего значения напряжения, заключающемуся в преобразовании измеряемого сигнала в тепловой поток путем нагревания измеряемымсигналомрезистивного элемента и преобразова-нии опорного сигнала в тепловой поток путем разогревания резистивногоэлемента опорным сигналом, в преобразовании вспомогательного сигналав охлаждающий поток с помощью охладителя, компенсации теплового потокаизмеряемого и опорного сигналов охлаждающим потоком, производят одновременное преобразование измеряемого иопорного сигналов в тепловые потокипутем нагревания двух неконтактирующих между собой резистивных элементов, коммутируют тепловые потоки измеряемого и опорного сигналов путемпоочередного теплового контакта междурезистивными элементами и охладителем, компенсируют тепловой поток измеряемого сигнала в моменты теплового контакта резистивного элементаизмеряемого сигнала с охладителемпутем регулирования величины вспомогательного сигнала до равенства температуры охладителя температуре окружающей среды, компенсируют охлаждающий поток вспомогательного напряжения в моменты теплового контакта резистивного элемента опорного сигналас охладителем путем регулированиявеличины опорного сигнала до моментаравенства температуры охладителя температуре окружающей среды, после чего действующее значение измеряемогосигнала определяют по величине опорного сигнала.На чертеже приведена схема, иллюстрирующая предлагаемый способ измерения действующего значения напряже-ния.Устройство содержит резистивнцеэлементы 1 и 2, управляемый теплопровод 3, термоэлектрический охладитель 1954, источник 5 питания охладителяизмеритель 6 тока, измеритель 7 температуры, источник 8 опорного напряжения,По предлагаемому способу процессизмерения выполняют следующим образом.Измеряемый сигнал Хс (напряжениеили ток) и опорный сигнал Хоп одно временно преобразуют в тепловые потоки путем нагревания измеряемым я опорным сигналами двух неконтактирующихмежду собой резистивных элементови 2. Вспомогательный сигнал источ ника 5 питания преобразуют в охлаждающий поток с помощью термоэлектрического охладителя 4,Затем осуществляюткоммутацию тепловых потоков измеряемого и опорного сигналов (тепловых 20 потоков резистивных элементов 1 и 2)путем создания поочередного теплово-.го контакта между резистивным элементом 1 и охладителем 4, а также резистивным элементом 2 и охладителем 25 4 с помощью управляемого теплопровода 3В моменты теплового контакта резистивного элемента 1 с охладителем4 компенсирует тепловой поток измеЗ 0 ряемого сигнала путем регулированиявеличины вспомогательного сигналаисточника 5 питания. Момент окончания компенсации определяют по показаниям измерителя 7 температуры (вмомент компенсацИи температура охладителя 4 равна температуре окружаю.- щей среды).В моменты теплового контакта.резистивного элемента 2 с охладителем 4 40компенсируют охлаждающий поток вспо"могательного сигнала путем регулирования величины опорного сигнала. Мо"мент окончания данной операции определяют по показаниям измерителя 7температуры (в момент компенсации 45температура охладителя 4 равна температуре окружающей среды). Затемвеличину действующего значения измеряемого сигнала определяют по величине опорного сигнала.Математически процесс измеренияописываетоя следующими выражениями" - сопротивление резистивногоэлемента 2.Величина охлаждающей мощностиРох 4 , выделяемой охладителем 4 во 15время его теплового контакта срезистивным элементом 1, равнаР1 к 1,где 34 - ток питания охладителя;к - коэФфициент пропорциональности.Величина охлаждающей мощностиР 2 , выделяемой охладителем 4 вовремя его теплового контакта с резистивным элементом 2, равна 25Рохл.а "афгде Э- ток питания охладителя.Так как температура охладителя в,процессе измерения поддерживаетсяравной температуре окружающей среды, Зото величина охлаждающей мощностиРав,1 - Рт 1, а величина Реха.2, = Ртили Формула изобретения Способ измерения действующего значения напряжения, заключающийся в преобразовании измеряемого сигнала в тепловой поток путем нагревания измеряемым сигналом резистивного эл 4.мента и. преобразовании опорного сиги 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности при расширении частотного диапазона измеряемых сигналов. производят одновре менное преобразование измеряемого и опорного сигналов в тепловые потоки путем нагревания двух неконтактирую",. 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 тем; Чои к 3-ЯйчК 3 з -1 Процесс измерения заканчивают вмомент когда 313, поэтому можно140записатьР3.вх Чомйй.при к = Всопзй, хЧо,4 ф45Таким образом, по величине опорно.го напряжения можно судить о дейст-,вующем значении измеряемого напряже",ния.Обязательной операцией известногоспособа является коммутация электрических цепей измеряемого и опорногосигналов для поочередного преобразования измеряемого и опорного сигналовв тепловые потоки. Это вызывает пог- .решности измерения в области высокихчастот измеряемого сигнала,так как наличие любых коммутационных, элементов,имеющих паразитные емкости и индуктив 5 9где В. - сопротивление резист и вногоэлемента 1;Ч - измеряемое напряжение,Тепловая мощность Р , выделяемаярезистивным элементом 2, равна ности в цепях высокочастотными сигна"лов, всегда пр.водит к погрешности преобразования электрического сигнал ла в тепловой поток.В предлагаемом способе производится коммутация тепловых потоков, что исключает коммут.ационные. элементы в электрических цепях, и тем самым . исключает зависимость результата,из"мерения от частоты измеряемого сигнала.Кроме того, по известному способу в процессе измерения обязательно про- изводится разрыв (коммутация) электрической цепи измеряемого сигнала, что ограничивает область применения этого способа измерением только напря жений, так как в токовых цепях разрМ вы цепей недопустимы.Изобретение не требует коммутации электрических цепей источника изме- , ряемого сигнала, что позволяет исполь зовать его как для измерения напряжения, так и для измерения тока.7 900195 8пературы охладителя температуре окру- ла определяют по величине опорного жающей среды, компенсируют охлаждающий сигнала.поток вспомогательного напряжения в мо Источники информации, менты теплового контакта резистивного принятые во внимание при экспертизе элемента опорного сигнала с охладите 1. Научно-технический реферативлем путем регулирования величины ный сборник "Измерения, контроль, опорного сигнала до момента равенст" автоматизация". Вып, 1(5), 1976, ва температуры охладителя температу- с, 31-37.ре окружающей среды, после чего дей. Авторское свидетельство СССР ствующее значение измеряемого сигна- о Ю 661372, кл. С 01 й 19/02, 1979.ьТ. В1 аточка сное Госуд делам Москв омит и от ская 11 Филиал П