Цифровой вольтметр среднеквадратического значения переменного напряжения

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Сйиалнстическик Республикнн 864157 К АВТОРСКОМУ СВИ ЮТВЛЬСТВУ 1(22) Заявлено 281179 (21) 2844454/18-21с присоединением заявки ЙУ(23) ПриоритетОпубликовано 150981. Бюллетень 149 34Дата опубликования описания 150981 51 М Кз С 01 й 19/25 Государственный комитет СССРо делам изобретений н открытий(54) .ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГ ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯьт Изобретение относится к электро- измерительной технике и используется для построения вольтметров средне- квадратического значения напряжения переменного тока с широким частотным диапазоном, включая диапазон инфра- низких частот.Известен цифровой вольтметр среднеквадратического значения переменного напряжения, содержащий два термореэонансных преобразователя, каждый иэ которых снабжен двумя нагревателямн и автогенераторами, генератор опорной частоты, преобразователь частота-ток, два устройства вычитания частот, счетчик, преобразователь код-ток, устройство управления, уст" ройство индикации. Прн этом вход вольтметра соединен с первым нагревателем первого терморезонансного преобразователя, вход преобразователя код-ток соединен с выходом счетчика, а его выход с первым нагревателем второго терморезонансного преобразователя, вторые нагреватели териорезонансных преобразователей соединены с выходами преобразователя частотакод, вход которого соединен с выходом первого устройства вычитания частот, первый вход первого устройства вычитания частот соединен с генератором опорной частоты, а второй вход с выходом автогенератора первого терморезонансного преобразователя, выходы обоих автогенераторов соединены со входами второго устройст. ва вычитания частот, вход которого соединен со входом счетчика, а вход устройства индикации соединен с выходом счетчика 11 .Недостатком этого устройства является наличие погрешности от пульсаций выходной частоты первого терморезонансного преобразователя при измерении сигналов в диапазоне низких и инфраниэких частот, что приводит к снижению точности измерения напряжений низких частот и делает невозможным измерение напряжений инфранизких частот.Цель изобретения - расширение частотного диапазона цифрового вол метра в сторону инфранизких частот и повышение точности измерения.Укаэанная цель достигается тем, что в известный цифровой вольтметр среднеквадратического значения переменного напряжения, содержащий устройство индикации, два терморезонансных преобразователя, выходы864157 5 10 15 20 25 36 аю 30 55 входного сигнала которых соединены с первыми входамиавтогенераторов, вторые входы которых соединены с общей шиной, приэтом входная шина через резисторсоединена с первым нагревателем первого .термореэонансного преобразователя, устройство управления, первыйвыход которого соединен с первымвходом первого счетчика, преобразователь код-ток, выход которого соединен с первым нагревателем второготерморезонансного преобразователя,вторые нагреватели терморезонансныхпреобразователей соединены с выходами,преобразователя частота-ток, вход которого соединен с выходом первогоустройства вычитания частот, первый входэтого устройства вычитания частот со-,единен с генератором опорной частоты,а второй его вход - с выходом автогенератора первого терморезонансногопреобразователя, выходы обоих автогенераторов соединены со входамивторого устройства вычитания частот,допол ительно введены измеритель периода, второй счетчик, два одновибратора, триггер; устройство сравнения, два ключа, преобразоьатель интервал времени - код и арифметическое устройство, при этом первый входизмерителя периода соединен со входом вольтметра, а его выход соединенсо входом второго счетчика, первымвходом устройства сравнения входамиобоих одновибраторов, а также с5-входом триггера, 8-вход которогосоединен с выходом второго счетчика,.выход первого одновибратора соединенсо вторым входом устройства сравнения, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, первыйи второй информационные входы этогоключа соединены с выходами триггераи второго одновибратора соответственно, а выход первого ключа соединен с первым входом преобразователяинтервал времени - код и с управляющим входом второго ключа, включенного между выходом второго устройствавычитания частот и первым входомпервого счетчика, выход которого соединен с первым входом арифметического устройства, второй вход арифметического устройсТва соединен свыходом преобразователя интервалвремени - код, выход арифметическогоустройства соединен со входами устрбйства индикации и преобразователякод-ток, а выход устройства управления соединен со вторыми входами измерителя периода, первого счетчикаи преобразователя интервал времени -код. На фиг. 1 представлена структур- ная схема предлагаемого устройстваф на фиг. 2 - временные диаграюаю работы устройства при инфранизкочастотром входном сигнале. Устройство содержит два терморезонансных преобразователя 1 и 2 с автогенераторами 3 и 4, генератор 5 опорной частоты, два устройства вычитания частот 6 .и 8, преобразователь 7 частота-ток, два ключа 9 и 10, два счетчика 11 и 16, устройство управления 12, измеритель периода 13, два одновнбратора 14 и 15, устройство 17 сравнения, триггер 18, преобразователь 19 интервал времени - код, арифметическое устройство 21, преобразователь код-ток 20, устройство индикации 22.Термореэонансные преобразователи 1 и 2 вместе с автогенераторами 3 и 4, устройство вычитания частот 8; ключом 10, счетчиком 11, арифметическим устройством 21 и преобразователем код-ток 20 образуют основную систему автоматического уравновешивания, выравнивающую температуры термореэисторных преобразователей .1 и 2. Генератор 5 опорной частоты, устройство вычитания частот 6 и преобразователь частота-ток 7 образуют вспомогательный контур автоматического регулирования, с помощью которого температура обоих термореэонансных преобразователей поддерживается на постоянном уровне, задаваемом частотой генератора 5 опорной частоты. Вышеперечисленные блоки образуют автоматизированный компаратор одновременного сравнения на термореэонансных преобразователях 1 и 2, работающих в изотермическом режиме.В установившемся режиме работы при измерении сигналов в области низких и инфраниэких частот (фиг,2 а) раэностная частота Ь 1 на выходе устройства вычитания частот 8 становит.ая пульсирующей (фиг.2 б) и в первом приближении имеет вид М в ЬГО + 1 ьд 2 шх 1 (1) где Ь 10 - среднее значение частотыМ, пропорциональное действующему значению измеряемого напряжения;М , - амплитуда пульсаций частоты М, зависящая от частоты измеренного напряженияШХ и параметров терморезонансных преобразователей.Для уменьшения погрешности преобразования, обусловленного вторым членом формулы, время посчета выходных импульсов устройства вычитания частот 8 при низкочастотных и инфра- низкочастотных входных сигналах выбирается равным или кратным перИодУ хгде Т - время подсчета выходных импульсов устройства вычитания частот 8пропорциональным периоду входногосигнала и среднему значению раэностной частоты дГ, которое пропорционально действующему значению входно- .го напряжения. Для получения результата измерения, не зависящего от Т,й нужно поделить на число, равное 25интервалу времени счета пТ,Устройство работает следующим образом,Входное напряжение ц(с) черезрезистор к для преобразования напряженке в ток 1(с) подается на первыйнагреватель термореэонаисного преобразователя 1 и на вход измерителяпериода 13. По команде с устройствауправления 12 объединяются счетчики11, 16 и преобразователь интервалвремени - код 18, а измеритель периода 13 начинает измерение периодавходного сигнала.Измеритель периода 13 вырабатывает импульс с длительностью равной 40Т), который поступает на счетчик 16,одновибраторы 14 и 15, устройствосравнения 17 и триггер 18, Одновибраторы 14 и 15 вырабатывают импульсыс фиксированными длительностями Тр 45и Т 1 . Передние фронты обоих импульсовсовйадают с передним фронтомимпульса, сформированного измерителем периода 13. Величина Т(фиг.2 г) выбиРается Равной максимальному периоду. 50такого входного сигнала, для которого погрешность от пульсаций выходнойчастоты устройства вычитания частот8 не превышает заданного значения.Триггер 18 устанавливается в единичное состояние импульсом с выхода измерителя периода 13. Таким .образом,.на выходе триггера 18 появляется импульс, передний фронт которого совпа.дает. с передним фронтом импульса,сформированного измерителем периода 6613, а длительность равна пТ, гдеи - коэффициент пересчета счетчика16, импульсом переполнения с выходастаршего разряда которого триггервозвращается в исходное положение. 65 Формула изобретения Т - период входного сигнала;и - некоторое натуральное число.Для этого при работе в области низких и инфранизких частот пропускаются на счетчик 11 с выхода устрой.ства вычитания частот 8 импульсы в течение интервала времени счета Т . Число зафиксированное в счетчике по, окончанию этого интервала, будет равно с учетом 1 1+ОТтак как51 пЮСд=О и Их становится Устройство сравненйя 17 сравнивает длительности Т и Т и вырабатывает сигнал, управляющий ключом 9.При измерении НИ и.ИНИ сигналов(ТТ, 1 ТО) клюс 9 устанавливается вположение 1 сигналом .с выхода устройства сравнения 17, длительность которого равна Т.= оТ.При измерении сигналов в областисредних и высоких частот (Т 4 То),сигналом с выхода устройства равнения 17, длительность которого равна Тс = Т, где Т - произвольновыбранная величина; ключ 9 устанавливается в положение П.Сигнал управления на ключ 105 поступает с контакта ключа 9. Дли"тельность этого сигнала задает интервал времени счета Тс и равналибо Т, либо Т, в зависимости от,того, в каком положении находитсяключ 9.Таким образом, по окончании интервала времени счета тс в счетчике 11зафиксировано число И пропорциональ,ное Тс и средне-квадратическому значению входного напряжения. Это число из счетчика 11 поступает .в арифметическое устройство 21, в котороепоступает число, пропорциональноеинтервалу времени счета Т, сформированное преобразователем интервалвремевикод 19. Арифметическоеустройство 21 выполняет операцию деления числа Иу на число,.сформированное преобразователем интервал време(ни - код 19,Результат вычислений, пропорциональный средне-квадратическому значению входного напряжения О изарифметического устройства 21 поступает на устройство индикации 22.Таким образом, при работе в области средних и высоких частот в вольтметре сохраняются высокие метрологические характеристики, а при работев области низких и инфранизких частот погрешность вольтметра не возрастает при уменьшении частоты входного сигнала, что позволяет использовать его для измерения напряженийв широком частотном диапазоне, начиная с инфраниэких частот. цифровой вольтметр среднеквадратического значения переменного напряжения, содержащий устройство.индикации, два терморезонансных преобраеователя, выходы которых соединены с первыми входами автогенераторов, вторые входы которых соединены с общей шиной, при этом входная шина через резистор соединена с первым нагревателем первого терморезонансного преобразователя, устройство управления, первый выход которогосоединен с первым входом первого счетчика, преобразователь код-ток, выход которого соединен с первым нагревателем второго терморезонансного преобразователя, вторые нагреватели терморезонансных преобразователей соединены с выходами преобразователя частота-ток, вход которого соединен с выходом первого устройства вычитания частот, первый вход которого соединен с генератором опорной частоты, а второй вход - с .выходом автогенератора первого терморезонансного преобразователя, выходы обоих автогенераторов соединены со входами второго устройства вычитания частот, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона в сторону инфраниэких частот и повышения точности измерения, в вольтметр дополнительно введены измеритель периода, второй счетчик, два одновибратора, устройство сравнения, триггер, два ключа, преобразователь интервал времени - код и арифметическое устройство, при этом первый вход измерителя периода соецинен со входом вольтметра, а его выход соединен со входом второго счетчнка, первым входом устройства сравнения входами обоих одновибраторов, а также с 3-входом триггера, к -вход .которого соединен с выходом второго счетчика,выход первого одновибратора соединенсо вторым входом устройства сравнения, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, первыйи второй информационные входы этогоключа соединены с выходами триггераи второго одновибратора соответственно, а выход первого ключа соединен с первым входом преобразователяинтервал времени - код, и с управляющим входом второго ключа, включенного между выходом второго устройствавычитания частот и первым входом первого сцетчика, выход которого соединен с первым входом арифметическогоустройства, второй вход арифметичес кого устройства соединен с выходомпреобразователя интервал временикод, выход .арифметического устройства соединен со входами устройстваиндикации и преобразователя код-ток, 2 О а выход устройства управления соединен со вторыми входами измерителяпериода, первого счетчика и преобразователя интервал времени - код. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Кудряшов Э.А. Теоретические и экспериментальное последование некоторых воэможностей применения пьезоэлектрических кристаллов в измери 30 тельной технике. Диссертация. Л.,ЛПИ, 1974 у с. 1 б 1 (прототип).864157 ставит хред М едактор Т.Парфенов акаэ 7775 исно Физикал ППП "Патент", г. Уигород, ул. Проектная, 4 Тираи 7 сударственног м изобретений а, Е, Рауш ВНИИПИ по де 113035, КосА. Кузнецоволинка Корректор Г, Реюетннк 5 По комитета СССР и открытий кая наб., д. 4