Способ измерения среднеквадратических значений переменного напряжения

Союз СоветскнкСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 894582(51) М. Кд. О 01 К 19/02 Гооудвротеанай коннтет СССР но делан нзабретенкй н открцтнй(72) Авторьз изобретен В. В. Бухалов и Б, П. Химиченко иевский ордена Ленина политехниче м, 50-летия Великой Октябрьской среволюции(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКИХ 3ПЕРЕМЕННОГО НАЗТРЯЖЕНИЯ НИ.использовано дляпазонных цифровыхнеквадратических широкоди ров сред (СИЗ) на зда ольтм ачени яжения, Известен спо б измерения напрятока, основанный1 О с напряжением раэем времени нарастаения переменног на сравнении его вертки и изменен напряжения азвертки от нуля до а измеряемому напря м в качестве напря момента равенств ению от ения развертк спользуют н чают путем ряже-,ремноопорние, которое пол жения линейно из еняющегося и причем после формы и част ного напряжения, формируют той же что и измеряемое е 20 напряжение, доуды 1ного способа снеобходимостью пост иной ампл Р ализация данно затруднена орИзобретение относится к электрозмерительной технике, а именно к изяерениям интегральных параметров переменного напряжения и может быт мирования опорного напряжения той же формы и частоты, что и измеряемое напряжение, Даже в случае успешного повторения формы и частоты необходимость формирования опорного напряжения из измеряемого существенно увеличивает время измерения. Диапазон измерений ограничен линейностью преобразования выделяемого при комперировании параметра напряжения.Известен также способ измерения среднеквадратических значений напряжения с использованием квадратичного преобразователя напряжения в частоту (ПНЧ), при котором сравнивают коды, связанные квадратичной зависимостью с измеряемым и известным компенсирующими напряжениями, до установления их равенства путем дискретного регулирования значения компенсирующего напряжения 12.Недостатки такого способа определяются свойствами квадратичного894582 0 5 20 25 30 35 ПНЧ, такими как узкий частотный диапазон, ограниченный сверху значеннием килогерц, и малое быстродействие,Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения переменного напряжения, который заключается в том, что входное напряжение возво" дят в квадрат, выделяют среднее и сравнивают его с опорным линейно изменяющимся напряжением, измеряют интервал времени в момент равенства этих напряжений, по величине которого определяют среднеквадратическое значение входного напряжения(3Основные недостатки указанного способа заключаются в узком диапазоне измерений, ограниченном динамическим диапазоном операции возведения в квадрат, и малом быстродействии.Цель изобретения - расширение диапазона измерений и повышение быстродействия.Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения средне- квадратических значений переменного напряжения, заключающемся в том, что входное напряжение возводят в квадрат, выделяют среднее значение и сравнивают его с опорным линейно изменяющимся напряжением, измеряют интервал времени в момент равенства этих напряжений, по величине которого определяют среднеквадратическое значение напряжения, входное напряжение перед возведением в квадрат модулируют убывающим по экспоненте напряжением, причем постоянную времени модулирующей экспоненты выбирают равной удвоенной постоянной времени усреднения.На фиг, 1 приведены диаграммы зависимости измеряемого, например синусоидального, напряжения от времени, получаемые в результате производимых над ним операций по предлагаемому способу; на фиг2 - устройство для реализации способа.На фиг. 1 по оси абсцисс отложены текущие значения аргумента, в качестве которого принято отношение С/С, где С- постоянная времени усреднения. Входное синусоидальное напряжение (фиг. 1 а) амплитудой О и частотой Щ - модулируют убывающим по экспонейте напряжением (фиг, 1 б), затем возводят в 4квадрат (фиг. 1 в),усредняют и сравнивают с опорным линейно изменяюьимся напряжением (фиг,1 г), причем постоянную времени усреднения берут равной половине постоянной времени модулирующей экспоненты.Устройство, реализующее способ, содержит последовательно соединенные управляемый масштабный преобразова-тель 1, аналоговый квадратор 2, первый ключ 3, первый фильтр 4 нижних частот, сравнивающий блок 5 и блок б управления, последовательно соединенные источник 7 опорного напряжения, второй ключ 8, второй фильтр 9 нижних частот и вычитающий сумматор 10, интегратор 11, входом подключенный к выходу ключа 8, выходом соединенный со вторым входом сравнивающего блока 5, а также последовательно соединенные генератор 12 счетных импульсов, логический вентиль 13, счетчик 4 импульсов и цифровой отсчетный блок 15, причем второй вход вычитающего сумматора 10 подключен к источнику 7 опорного напряжения, а выход - к управляющему входу масштабного преобразователя выходы блока б управления соединены с управляющими входами ключей 3 и 8, фильтров 4 и 9 и интегратора 11, логического вентиля 13 со входом сброса в нуль счетчика 14 импульсов. Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим обра-. зом,В исходном состоянии ключи 3 и 8 40разомкнуты, интегратор 11 и фильтры4 и 9 разряжены, логический вентиль13 закрытВ счетчике 14 импульсовхранится код результата предыдущегоизмерения. По сигналу внешнего или 45внутреннего запуска блок б управлениясбрасывает в нуль счетчик 4, замыкает ключи 3 и 8, открывает логическийвентиль 13, пропуская на счетчик 14импульсы генератора 12. При замыкании ключа 8 опорное напряжение Ооот источника 7 опорного напряженияпоступает на интегратор 11, на первый вход вычитающего сумматора 10непосредственно, а на другой вход через фильтр 9 нижних частот, формируя на выходе вычитающего сумматора10 напряжение О, управляющее коэф 14 УФициентом масштабного преобразова"ния масштабного преобразователя 1 поэкспоненциально убывающему закону. 5 894582 бНапряжение на выходе фильтра 4 нижних частот описывается выражением- постоянная времени фильтра 9нижних частот.В момент сравниванияфНапряжение на выходе интегратора4(ф;),= +(й,), т.е.11 описывается выражением4, .9 гдеь - постоянная времени интеграторра 11.Преобразованное масштабным преобразователем 1 измеряемое напряже ние возводится в квадрат квадратором 2 и через открытый ключ 3 поступает на фильтр 4 нижних частот, постоянная времени которого равна половине постоянной времени фильтра 9 Напряжение с выхода фильтра 4 нижних частот поступает на сравнивающий блок 5, где сравнивается с линейно изменяющимся напряжением с выхода . интегратора 1 . В момент времени й равенства сравниваемых напряжений,сравнивающий блок 5 вырабатывает сигнал, поступающий в блок 6 управления, по которому в блоке 6 управления формируются сигналы, закрывающие логический вентиль 13 и ключи 3 и 8, прекращая тем самым поступление на счетчик 14 счетных импульсов частотой У , Количество импульсов й, зафиксированное счетчиком 14, равной =. 1. (2) Это количество импульсов пропорционально логарифму среднеквадратического значения измеряемого напряжеиняеПусть измеряемое напряжение представляет собой гармонический сигнал вида (фиг. 1 а)О й(31 1 ИЖ 1 На выходе масштабного преобразователянапряжение имеет вид (фиг. 1 б)О=ОК=О,КЕ-ф ВИВф Учитывая (1), получаем в 1,:г,ь ",( Ь, -в 1 ДГ Г, ОрТак как среднеквадратическое напр Ряжение Равно0= ю (4)Ято; подставив (3) и (4) в (2), получаем количество импульсов М, зафиксиэф рованное счетчиком 14, пропорционально логарифму среднеквадратическогозначения измеряемого напряженияН=тг,ХЕИ ОК, Л.И 6 ЭФ.Таким образом, предлагаемый спо,соб позволяет расширить диапазон измерений благодаря тому, что динамический диапазон напряжений, подвергаемых операции возведения в квадрат,находится в логарифмической зависимос-ти от диапазона измеряемых значенийнапряжения, и повысиь быстродействие1,за счет компенсации постоянной составляющей процесса усреднения. Кроме тог 6, предлагаемый способ позволяет при сохранении диапазона измерений известного способа повысить точность измерений за счет сужения диапазона значений напряжения, возфф водимого в квадрат. формула изобретения Способ измерения среднеквадратических значений переменного напря 1 жения, заключающийся в том, что иродное напряжение возводят в квадрат, 8945821 выделяют среднее значение и сравнивают его с опорным линейно изменяющимся напряжением, измеряют интервалвремени в момент равенства этих напряжений, по величине которого определяют среднеквадратическое значение напряжения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения диапазона измерений и повышения быстродействия , входное напряжение передвозведением в квадрат модулируют убывающим по экспоненте напряжением,причем постоянную времени модулирующей экспоненты выбирают равной удвоенной постоянной времени усреднения.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе. Авторское свидетельство СССРВ 252464, кл. С 01 й 19/26, 1968,2. Мартяшин А. И. и др. Преобразователи электрических параметровдля систем контроля и измеренияо М "Энергия", 1976, с. 180-181,рис. 333.3, Авторское свидетельство ЛНРУ 87906, кл. О 01 й 19/02, 1976,894582 Составитель Н. ЧистяковаТехред А, Ач Корректор С. Щомак Редактор И. Михеева Подписное филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 11478/72 Тираж 735 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 11.3035, Москва, Ж, Рауюская наб., д, 4/5