Устройство для измерения напряжения постоянного тока

(5 Р 01 19 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ оргун ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им, Ленинского комсомола(56) 1. Кцз 1 агз Н,1 Мас. Магг 1 п М.Р.А веИ-Ьа 1 апе 1 пс( йщ 11 а 1 ЖггегепМа 1 чо 1 гюе 1 ег 1 азей оп Же 61 геЫсцггеп 1 соирагагог. 1 ЕЕЕ ггапзасИ. -опз ап 1 пз 1 гшпеЬ 1 а 11 оп.апй веавигевеп 1. ПесешЬег, 1979, чо 1 1 М,В 4, р.р. 331-335,2. Авторское свидетельство СССР9 920546, кл. 6 01 й 19/20, 1980(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯНАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содер-жащее магнитомодуляционный преобразователь, выполненный на двух магнктопроводахс обмотками возбуждения,измерительной, индикаторной и обратной связи, последовательно включенные между двумя последними обмоткамк селективный фазочувствительныйусилитель-преобразователь, аналогоцифровой преобразователь и блок обратной связи, задающий генератор,соединенный с обмотками возбуждения, .включенными последовательно, и управляющим,входом селективного фазочув:ствительного усилителя-преобразователя, последовательно соединенные блок цифровой индикации и цифровое вычислительное устройство, включенное на выход аналого-цифрового преобразователя, источники образцового и измеряемого напряжений, блок управления коммутацией, а также блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами аналого- цифрового преобразователя, цифрового вычислительного устройства, блока цифровой индикации и блока управления коммутацией, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повьааенкя точности измерения, оно снабжено блоком резисторов коье(утатором резисторов и двумя переключателями поляр-ности, причем входные клеммы первого переключателя полярности соединены с источником измеряемого напряжения, входные клеммы второго переключателя полярности,с источником образцового напряженйя, одна выходная кяем- а ма второго переключателя полярности через измерительную обмотку - с вМодом блока резисторов, выходы которого соединены с входами коммутатора резисторов, выход коье(утатора резисторов соединен с одной иэ выходных клеют первого переключателя полярности,вторая выходная клемма которого соединена с второй выходной клеммой второго переключателя полярности, а управляющие входы пе- реключателей полярности - с выходамк блока управления коммутацией-,106882 б Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначендля измерения напряжения постоянноготока с высокой точностью как в низкормных, так и в высокоомных электрических цепях,Известно устройство.для измерения напряжения постоянного тока,содержащее магнитный компаратор токов с двумя основными обмотками:измерительной - с фиксированным количеством витков и обратной связисо ступенчато-регулируемым, детекторбаланса магнитодвижущих сил 1 МДС)укаэанных обмоток, блок резисторов,усилитель постоянного тока,.источникстабильного тока, включенный на обмотку обратной связи, и блок цифровой индикации, соединенный с блокомуправления, осуществляющим переключение витков обмотки обратной связи,причем измерительная обмотка включена между выходом детектора балансаМДС и входом усилителя постоянноготока, соединенного также с входомблока резисторов, выход усилителяпостоянного тока соединен с блокомуправления, блок резисторов соединен с коммутатором резисторов, а выход коммутатора резисторов соединенс выходной клеммой устройства.Работа устройства основана напреобразовани измеряемого напряженля в ток, протекающий через измерительную обмотку, и автоматическомуравновешивании МДС этой обмоткиМДС обмотки обратной связи с регулируемым числом витков, обтекаемойстабильным .постоянным током1 1.Недостаток этого устройствабольшая погрешность измерения приработе с высокоомными источникаминапряжении, обусловленная тем, чтоих внутреннее сопротивление и входное сопротивление устройства образуют делитель напряжения, а также влиянием внешних паразитных магнитныхполей на работу магнитного компаратора.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения напряженияпостоянного тока, содержащее магнитомодуляционный преобразователь, выполненный на двух магнитопроводахс обмотками возбуждения измерительной, индикаторной и обратной связи,последовательно включенные междудвумя последними обмотками селективный фаэочувствительный усилительпреобразователь и блок обратной связи, задающий генератор, соединенный. с последовательно включенными обмотками воэбуждения и управляющим входом Фазового детектора схемы селек"тчвного фазочувствительного усилителя-преобразователя, последовательно соединенные блок цифровой индикаВФ ции и цифровое вычислительное устс ройство, включенное на выход аналогоцифрового преобразователя, источникобразцового тока, соединенный черезпервый ключ с дополнительной обмот 5 кой, расположенной на магнитомодуляционном преобразователе, блок управления коммутацией, связанный с двумяключами и двумя переключателями,установленными в цепях источникаобразцового тока, измерительной ивторой дополнительной обмоток, атакже блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами аналого-циФрового преобразователя, цифрового вычислительного устройства, блоков цифровой индикациии управления коммутацией, причемвход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом селективного фаэочувствительного усилителяпреобразователя, одна входная клемма устройства соединена с первым выводом измерительной обмотки, а второй вывод измерительной обмотки соединен с второй входной клеммой какчерез балластный резистор и второйпереключатель, так ичерез вторуюдополнительную обмотку, второй ключи второй переключатель 2Недостатком данного устройства 30 при использовании его в качестве измерителя напряжений является относительно большая методическая погрешность измерения, обусловленнаятем, что внутреннее сопротивление 35 источника сигнала и входное сопротивление устройства образуют делитель напряжения.Цель изобретения - повьааение точности измерения.40 Поставленная цель достигается темчто в устройство дЛя измерения напряжения постоянного тока, содержащее магнитомодуляционный преобразователь, выполненный на двух магнитрпроводах с обмотками возбуждения,измерительной, индикаторной и обратной связи, последовательно включенные между двумя последними обмотками селективный Фаэочувствительный усилитель-преобразователь, ана лого-цифровой преобразователь и блокобратной связи, задающий генератор,соединенный с обмотками возбуждения,включенными последовательно, и управляющим входом селективного Фаэо 55 чувствительного усилителя-преобразователя, последовательно соединенныеблок цифровой индикации и цифровоевычислительное устройствО, включенное на выход аналого-цифрового пре60 образователя, источники образцовогои измеряемого напряжений, блок управления коммутацией, а также блокуправления, выходы которого соединены с управляющими входами аналогоу цифрового преобразователя, цифровоговычислительного устройства, блокацифровой индикации и блока управления коммутацией, введены блск резисторов, коммутатор резисторов и двапереключателя полярности, причемвходные клеммы первого переключателяполярности соединены с источникомизмеряемого напряжения, входныеклеммы второго переключателя полярности - с источником образцовогонапряжения, одна выходная клеммавторого переключателя полярностичерез измерительную обмотку соединена с входом блока резисторов, выходы которого соединены с входамикоммутатора резисторов, выход коммутатора резисторов соединен с однойиз выходных клемм первого переключателя полярности, вторая выходнаяклемма которого соединена с второйвыходной клеммой второго переключателя полярности, а управляющие входы переключателей полярности соединены с выходами блокауправлениякоммутацией,На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.Схема, содержит магнитомодуляционный преобразователь (ММП) 1, выполненный на двух магнитопроводах2 и 3 с обмотками 4 и 5 возбуждения,измерительной обмоткой 6, обмоткой 7обратной связи и индикаторной обмоткой 8, задающий генератор 9, основной выход которого - с основной частотой - соединен с последовательновключенными обмотками 4 и 5 возбуждения, а дополнительный - с удвоенной частотойс управляющим входомселективного фазочувствительногоусилителя-преобразователя (СФУП) 10,соединенным с содержащемся в нем фазовым детектором; Вход СФУП 10 соединен с индикаторной обмоткой 8, авыход через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 11 и блок 12 обрат-.ной связи -с обмоткой 7 обратнойсвязи. Выход АЦП 11 включен на последовательно соединенные цифровоевычислительное устройство (ЦВУ) 13и .блок 14 цифровой индикации (БЦИ).,Управление работой блоков и элементов устройства осуществляется блоком15 управления (БУ), выходы которогосоединены с управляющими входамиблоков АЦП 11, ЦВУ 13, БЦИ 14, атакже блока 16 управления коммутацией (БУК). Правый по чертежу вы"вод измерительной обмотки 6 соединен с входом блока 17 резисторов,содержащим набор резисторов, однивыводы которых, соединены с входомэтого блока, а другие - с его выхо- .дами, соединейными с входами коммутатора. 18 резисторов. Последнийпредставляет собой набор ключей, одни клеммы которых соединены с еговходами, а другие- с его выходом.5 1015 20 25 3035 Выход коммутатора 18 резисторов соединен с первой выходной клеммой первого переключателя 19 полярности, вторая выходная клемма которого соединена с второй выходной клеммой второго переключателя 20 полярности. Первая выходная клемма переключателя 20 полярности соединена с левым по чертежу выводом измерительной обмотки 6, входные клеммы первого переключателя 19 полярности соединены с источником 21 измеряемого напряжения, а второго переключателя.20 полярности - с источником 22 образ- цового напряжения (ИОН) .Предлагаемое устройство работает в полуавтоматическом режиме, при котором выбор предела измерений - начальная установка чувствительности ММП 1 - производится оператором, а дальнейшая работапроисходит автоматически - циклами из четырех тактов.В основе функционирования устройства лежит тестовый метод повышения точности измерения.Ус-.зойство работает следующим образом,В первом такте - такте начальной установки чувствительности ММП 1 . - с помощью БУ 15 и БУК 16 устанавливают переключатели 19 и 20 в такое положение, которое соответствуетподключению измеряемого напряжения Цк источника 21 измеряемого напряжения и образцового - О ИОН 22 к измерительной обмотке 6 в одинаковой полярности. Коммутатором 18 резисторов включают в цепь этой обмотки резистор иэ блока резисторов с максимальной величиной сопротивления. Токвозбуждения с основного выхода эа дающего генератора 9 подают. на обмотки 4 и 5 возбуждения ММП 1, причем такой величины, чтобы дважды запериод насытить его магнитопроводы2 и 3.С помощью ММП 1 постоянное магнитное поле, создаваемое обмотками6 и 7, преобразуют в ЭДС четных гармоник индикаторной обмотки 8. Посред-.ством СФУП 10, содержащего селективный усилитель постоянного тока, настроенный на удвоенную частоту эа"дающего генератора, фазовый детектор, управляемый сигналом с дополнительного выхода задающего генера"тора, а также усилитель постоянного 55 тока, указанную ЭДС преобразуют впостоянное напряжение, Выходное напряжение блока СФУП 10 подают наАЦП 11 и вход блока 12 обратной связи, с помощью которого преобразуют Я это напряжение в пропорциональныйему ток в обмотке 7 обратной связи.На выходе АЦП 11 получают цифровойкод, пропорционалЬный МДС измерительной обмотки б, и отображают его натабло БЦИ 14Затем коммутатором 18Ток Э, через обмотку 7 обратнойсвязи определяется выражением" "12 1 о (4) 60 резисторов переключают резисторы вблоке 17 резисторов до тех пор, покапоказание на табло БЦИ 14 не будетравно 75:100 от максимально возможной величины..Далее переводят устройство в автоматический режим работы. При этомцифровой код Я, полученный в первомтакте, записывают в ЦЧУ 13 и осущест.вляют оставшиеся три такта,Во втором такте по команде с БУ 1510через БУК 16 вторым переключателем20 полярности реверсируют полярностьвключения ИОН 22. Затем путем преобразований, аналогичных описанным,МДС измерительной обмотки преобразуют в цифровой код Мг на выходеАЦП 11 и записывают его в ЦВУ 13.В третьем такте по команде сБУ 15 через БУК 16 первым переключателем 19 полярности реверсируют 20полярность включения источника 21измеряемого напряжения, а вторымпереключателем 20 полярности - полярность включения ИОН 22. Затем путем преобразований, аналогичных преобразованиям первого такта, ИДС измерительной обмотки б преобразуютв циФровой код М на выходе АЦП 11и записывают его в ЦВУ 13.В четвертом такте в ЦВУ 13 по команде с БУ 15 производят цифрбвуюобработку результатов преобразований, полученных в предыдущих тактах,а именно в .из результата первоготакта вычитают результаты третьегои второго тактов и первую разностьделят на вторую. Частное записываютв ЦВУ .13 и индуцируют на таблоБЦИ 14 как результат измерения.Ток Э , протекающий через измеКрителььую обмотку б в первом такте 40равен=Й(+о Цх О 6 1745где,й Яо " внутренние сопротивленияисточников 21 и 22 измеряемого и образцового напряжений;йу - сопротивление измерительной обмотки б;Р - сопротивление включенногорезистора блока.17 резисторов.Токи через измерительную обмотку6 во втором и третьем тактах равны . где К - коэффициент передачи блока 12 обратной связи;О 9 - выходное напряжение блокаСфуП 10,Токи в измерительной обмотке иобмотке обратной связи, а такжепаразитное внешнее магнитное поле,создают в сердечниках ИМП 1 напряженность3 ф Э %Н : +ЬН с (йк- е аФгде %6,Ф, - количество витков обмо-,ток б и 7 соответственно;- длина средней магйитнойлинии сердечников 2 и 3,бН - член, учитывающий влияние внешнего магнитного), (ь)И 6 с ИФ 6сИЗН где 66 - ЭДС четных гармоник, наводимая в индикаторнойобмотке 815 - площадь поперечного сечения магнитного сердечника;ф= 4 У.10Гм/М - магнитная постоянная;М МИЙИН - диФференциальнаямагнитная проницаемость сердечникауВ,Н - индукция и напряженность полявозбуждения всердечниках.КоэФФициент передачи блока СФУП 10 равенЮ Ю/6Из (6) и (7) имеемЮ М М Х (8) отсюда с учетом.(4) н (5) получаем"а ф ЯС б+4 И) (9)К К"где ум о" Кажт+Выходное напряжение Ою блока СФУП. 10 преобразуют в циФровой код Мф равныйИ=К,ИОа.=К(+аНР). (1 о)Иэ формулы (10) с учетом выражений (1)-(3) получаем следующие цифровые коды для трех тактов106882 б НИИПИ Заказ 11456/39 Тираж 715 Подписнов илиал ППП "Патентф, г.ужгород,ул.Проектная В четвертом. такте производят обработку результатов предыдущих тактов по формуле(14)1 2Подставляя в эту формулу выражения (11) (13), получаем значенией: (15) Полученный таким ооразом в ЦВУ 13 цифровой код отображают на табло БЦИ 14 как результат измерения,Дальнейшая работа устройства происходит автоматически. При этом БУ 15 обеспечивает циклическую коммутацию переключателей 19 и 20 полярности и работу блоков устройства в соответствии с уравнениями (11) и (15),Из выражения (15) следует, что результат измерения не зависит ни отаддитивных, ни от мультипликативныхвлияющих факторов, таких как внешнее магнитное поле, нестабильность 5 коэффициентов передачи блоковустройства, внутренних сопротивленийисточников измеряемого и образцового напряжений, а также сопротивленийрезисторов блока 17 и измерительной (О обмотки б, Точность измерения с помощьюпредлагаемого устройстваопределяется в основном метрологи-.ческими характеристиками источникаобразцового напряжения и может достигать +0,0005,таким образом, в предлагаемомустройстве исключена погрешностьизмерения, обусловленная нестабильностью внутреннего сопротивления источника измеряемого напряжения, поэтому с его помощью можно измерятьнапряжение источников с большимвнутренним сопротивлением.