Способ измерения среднеквадратических значений напряжений произвольной формы и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН А 51)4 001 В 19 ГО С.УД ПО ДЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ВСЕСМК 61 4 Я, 13 БМВЛИОИМА К АВТОРСКОМ ЕТЕЛЬСТВУ точности, помехоустойчивости и расширение частотного диапазона. Поочередно квадратируют опорное, в качестве которого используют постоянноенапряжение, и измеряемое напряжение.Квадратирование осуществляют в течение одинаковых интервалов времени,равных времени квадратирования. Приэтом формируют нулевой уровень напряжения, из результата квадратирования выделяют первую гармонику и измеряют ее начальную фазу, Устройство,реализующее способ, содержит управляемые ключи 2 и 4, квадратор 3, фазоизмерительный блок 6, отсчетныйблок 7, блок 8 синхронизации и тактовый генератор 9. Реализация изобретения позволяет снизить погрешностьдо 0,005%. При этом фаза первой гармоники меньше подвержена влиянию аом м м ТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Томский ордена Октябрьской Рево-.люции и ордена Трудового КрасногоЗнамени политехнический институтим. С, М. Кирова(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКИХ ЗНАЧЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЙ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение может быть использовано в приборах для измерения эффективного значения переменного напряжения, цепль изобретения - повышение гие параметры сигнала,может быть расширен час12477 б 5тотный диапазон измеряемого напряже- ния. Способ и устройство могут быть ния за счет соответствующего выбора . использованы в случае отличия Формы. частоты тактовых импульсов по отно измеряемого напряжения от синусоишению к частоте измеряемого напряже- дального, 2 с,п, ф-лы, 5 ил,Изобретение бтносится к электроиз" мерениям и может быть использовано в приборах для измерения эффективного значения переменного напряжения,4Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости и расшире" ние частотного диапазона путем преобразования среднеквадратического значения в начальную фазу первой гармоники напряжения, формируемого из опорного и измеряемого напряженийНа фиг. 1 приведена временная диаграмма напряжения, формируемого из опорного и измеряемого напряжений; на Фиг, 2 - зависимость началь-. ной Фазы первой гармоники напряжения, приведенного на Фиг. 1, от отношения частоты измеряемого сигнала к частоте первой гармоники; на Фиг.3- Функциональная схема устройства для измерения среднеквадратического значения переменного напряжения; на Фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства, на Фиг, 5- блок синхронизации. Т,при -2 20 1 О 2 Ти,О(ф( 2 ф 2при В э 1 пЧИпри О где Т -30 АВ -40 Если Т - Т2 2 11 3 3 оЗ Способ. измерения среднеквадрати ческих значений напряжений произ.волЬной формы заключается в том, что из опорного и измеряемого напряжений Формируют периодическое напряжение, которое в течение трети .его периода равно постоянному квад" рату опорного напряжения, в течение второй трети периода - квадрату из" меряемого напряжения и в теченйе ,последней трети периода - нуль, пос" ле чего из него выделяют первую гар" монику и измеряют его начальную Фазу относительно начала последней трети периода формируемого напряже" ния.Устройство для осуществления спо соба содержит источник 1 постоянного опорного напряжения, который через первый управляемый ключ 2 соединен с входом кввдратора Э, к которому через второй управляемый ключ 4 под-ключена входная шина, Выход квадра"тора .3 через фильтр 5 первой гармоники подключен к первому входу Фазо измерительного блока б, выход кото", рого соединен с цифровым отсчетнымблоком 7. Управляющие входы управ"ляемых ключей 2, 4 и Фазоиэмерительного блока б подключены соответст венно к первому, второму и третьемувыходам блока 8 синхронизации, входкоторого соединен с выходом тактового генератора 9.Сущность способа состоит в следующем.Из опорного напряжения квадратаизмеряемого напряжения формируютнапряжение вида (Фиг. 1)0 при -Т,2суммарная длительностьопорного импульса и импульса квадрата измеряемогонапряжения в сформированном напряжении;амплитуда импульса опорного напряжения и сформированном напряжении;амплитуда измеряемого напряжения;частота измеряемого напряжения,где Т - период сформированного нап-,ряжения;ф- циклическая частота первойгармоники,то можно определить коэффициенты ,Фурье для первой гармоники функ" ции (1)Т, Т(1)со 5 о 3 Ь = 11115Т Т,ИФ2Начальная фаза первой гармоники равнаЬЧ =агсСо -а, (3) ,Подставив в соотношения (2) значения Г(1) системы (1), получаем посл ,преобразованийг --А+В (ЕслиЯ 3, что определяется выборомпериода сформированного напряжения(фиг. 1), то можно показать,Вчто М =2-, т.е. начальная йаза сфор 30 35, мированного напряжения пропорциональна среднеквадратичному значению из меряемого напряжения, Из фиг, 2 видй но, что необходимо, чтобы у 8Устройство для осуществления способа работает следующим обРазом. 45Генератор,9 формирует тактовые "импульсы (фиг. 4, а), поступающиена блок 8 синхронизации, состоящий,например, из трех В-триггеров(фиг, 5). Блок 8 синхронизации формирует на первом и втором выходахимпульсы, управляющие ключами 2 и 4,а также йазоизмерительным блоком(фиг. 4 б, в, г)На вход квадратора подаются поочередно через ключ 2 55опорные напряжения от источника 1(фиг. 4, д), через ключ 4"измеряемоенапряжение с входной шины (фиг. 4, е),после чего ключи 2 и 4 размыкаются, и до прихода следующего тактового импульса с генератора 9 напряжение на входе квадратора 3 равно нулю.Выходное напряжение квадратора (фиг. 4, ж) поступает на фильтр 5 первой гармоники. Первая гармоника (фиг. 4, з) подается на фазоизмерительный блок 6, измеряющий начальнуюфазу первой гармоники, которая фиксируется цифровым отсчетным блоком 7.Результаты экспериментов показывают, что предлагаемый способ измерения -среднеквадратических значений переменного напряжения позволяет сни"зить погрешность до 0,0053. Фаза первой гармоники меньше подвержена влиянию помех, чем другие параметры сигнала, Кроме того, может быть расширен частотный диапазон измеряемого напряжения за счет соответствующего выбора частоты тактовых импульсов по отношению к частоте измеряемого напряжения.Можно показать математически, что предлагаемые способ и устройство могут быть использованы в случае отли чия формы измеряемого напряжения от синусоидальной. формула изобретения1, Способ измерения среднеквадратических значений напряжений произвольной формы, заключающийся в поочередном квадратировании опорного и измеряемого напряжения в течение одинаковых интервалов времени, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, помехоустойчивости и расширения частотного диапазона, в качестве опорного напряжения используют постоянное напряжение в течение интервала времени, равного интервалам времени квадратирования опорного и измеряемого напряжения, формируют нулевой уровень. напряжения, из результата квадратирования выделяют первую гармонику и из" меряют ее начальную фазу.2, Устройство для измерения среднеквадратических значений напряжений произвольной йормы, содержащее квадратор, к входу которого подключены первый и второй управляемые ключи, с входом второго ключа соединена входная шина, к управляющим входам ключей подключены выходы блока синхронизации, вход которого соединен свыходом тактового генератора и так"же цифровой отсчетный блок, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности, помехоустойчивости и расширения частотногодиапазона, в него дополнительно введен источник постоянного опорногонапряжения, соединенный с входомпервого управляемого ключа, фильтрпервой гармоники, включенный междувыходом квадратора и первым входомфазоизмерительного блока, второйвход которого соединен с дополнительным выходом блока синхронизации,а выход - с входом цифрового отсчетного блока.,Редакт Корректор Л. Пилипенк акаэ 411 одписн водственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. ПроектнаяП йик ггнсОащорйддц 2 Йью кйдр тора Ж Вых 77 ВНИИНИ по 113035, Тираж 728осударственного комитета СССРлам изобретений и открытийсква, Ж, Раушская наб д.