Способ измерения среднеквадратического значения напряжения переменного тока и устройство для его осуществления

-2 юл. У 45олитехнический инГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(088.8)свидетельство СССР С 01 К 19/02, 1983. Измерительные преобменного напряжения вСоветское радио,80135785(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение предназначено дляснижения продолжительности измерения, повышения точности и расширения частотного диапазона, Устройство,реализующее способ, содержит блок 3управления, п цепочек, включающихформирователь 1 модуля и соединенных с вычислительным блоком 2. Вкаждую из п цепочек введены элемент4 задержки, интегратор 5 и вычитаю1357857щий блок о. Вычислительный блок 2 1 модуля сигнала посредством элеменсостоит из и элементов 8 сравнения, та 4 задержки формируют сигнал, эа-.цифроаналогового преобразователя 9, держанный на время, меньшее периода,элемента ИЛИ 10, накапливающего сум- входного сигнала Иэ задержанногоматора 11, цифровых квадраторов 12 сигнала вычитают среднее значениеи 13, элемента И 14, цифрового бло- выпрямленного сигнала, а на интерка 15 сравнения, управляемого счетчи- вале задержки измеряют мгновенныека 16, счетчика 17 импульсов и бло- значения полученной разности черезка 18 индикации. Благодаря этому из интервал задержки. 2 с.п. ф-лы,каждого выпрямленного формирователем 2 ил, 1Изобретение относится к технике и предназначено для измерения средне- квадратического (действующего или эффективного) значения напряжения переменного тока произвольной формы.Целью изобретения является снижение продолжительности измерений, повышение точности и расширение частотного диапазона.Измеряемое напряжение 0 посредством двухполупериодного выпрямления преобразуют в однополярный сигнал 0(С)=П(С)1, далее сигнал 0 (Г) разделяется на два сигнала:15 задержанный сигнал У(1) и пропорциональный среднему значению Н(С) на интервале задержки 02,(г.)02))" Х("и- -иа.1Из этих сигналов формируют разностный сигнал03, ="2) 0,)=)0 х(-:)1гНх 1л 30 т.е, разностный сигнал О (г.) соответствует текущему значению переменной составляющей входного сигнала 0(й) на интервале задержки 2, а сигнал 0 , - текущему значению постоянной составляющей сигнала на том же интервале.При дальнейшем повторении указанных операций разностный сигнал У (Т) соответствует текущему значению переменной составляющей результата Е-го двухполупериодного выпрямления, а сигнал 0,(г.) - постоянной составляющей, определенной на интервале задержки. Если осуществить измерение постоянных составляющих 02(с) через интервалы:, равные времени задержки, и их квадраты, получают значения среднего квадрата измеряемого сигнала на этом интервале(2)где и - число операций двухполупериодного выпрямления;погрешность, обусловленная конечным числом таких операций.В связи с тем, что на интервале усреднения Т, равном или кратном пе. риоду сигнала 0, производитсяТИ = - измерений средних значений выпрямленного сигнала на интервалесреднеквадратическое значение ч измеряемого сигнала определяется вычислительнымн средствами последующим усреднением в аналоговой форметЙ+оа в цифровой форме приведено-.) и,И). ,2На фиг, 1 изображено устройство для осуществления способа (для случая п=З); на фиг. 2 в , временные диаграммы, отражан)щие работу устрой -135785Устройство содержит и последовательно соединенных цепочек, включающих в себя формирователь 1 модуля, причем один из входов каждой цепочки подключен к информационному входу 5 вычислительного блока 2,.блок 3 управления, элементы 4 задержки, интеграторы 5, вычитающий блок 6, блок 7 выборки и запоминания, причем выход формирователя 1 модуля соединен с входами элемента 4 задержки и интегратора 5, выходы которых через вычитающий блок 6 соединены с входами следующих цепочек, выход интегратора 5 подключен также к блоку 7 выборки и запоминания, вход синхронизации которого подключен к тактовому выходу блока 3 управления, а выход - к информационным входам вычислительного блока 2, при этом вычислительный 20 блок 2.содержит п аналоговых элементов 8 сравнения, цифроаналоговый преобразователь 9; элемент ИЛИ 10, накапливающий сумматор 11, два цифровых квадратора 12 и 13, элемент И 14, цифровой блок 15 сравнения, управляемый счетчик 1 б, счетчик 17 импульсов и блок 18 индикации.Первые входы аналоговых элементов 8 сравнения являются информационными 30 входами вычислительного блока 2., вторые входы подключены к выходу цифроаналогового преобразователя 9, а выходы через элемент ИЛИ 10 к входу записи накапливающего сумматора 11, 35 вход которого подключен к квадратичному выходу первого цифрового квадратора 12, линейным выходом подключенным к входу цифроаналогового преобразователя 9, а счетным входом - к вы ходу счетных импульсов блока 3 управления и первому входу элемента И 14, второй вход которого подключен к выходу цифрового блока 15 сравнения, своими входами соединенного с выходом 45 накапливающего сумматора 11 и второго цифрового квадратора 13, счетный вход которого соединен с выходом эле. мента И 14 и входом управляемого счетчика 16, выход которого подклю чен к входу счетчика 17 импульсов, своим выходом соединенным с входом блока 18 индикации, вход. которого подключен к выходу импульсов индикации блока 3 управления, тактовый вы ход которого подключен также к второму цифровому квадратору 13, а выход сброса - к входам сброса первого циф 7 4рового квадратора 12, накапливающего сумматора 1.1, счетчиков 17 и 16, выход предустановки блока 3 управления соединен с управляющими входами управляемого счетчика 16.Устройство работает следующим образом.Измеряемое напряжение в первом формирователе 1 модуля подвергает" ся двухполупериодному выпрямлению, поэтому сигнал на выходе первого эле. мента 4 задержки повторяет выпрямленный входной сигнал Б,(С) с задержкой на 2, а на выходе интегратора 5 сигнал Б, пропорционален среднему значению выпрямленного сигнала на интервале задержки (1).Время усреднения Т соответствует временному интервалу, на котором оп-г ределяется среднеквадратическое зна- чение (равно или кратно периоду периодического сигнала или интервалу стационарности случайного). Это времяЬ может задаваться устройствами внешней синхронизации либо блоком 3 уп" равления. Период повторения импульсов на тактовом выходе блока 3 управления устанавливается равным времени задержки "., а на выходах сброса импульсов индикации периоду, равному времени усреднения Т. Установка временных интервалов Т ипроизводится одновременно с вводом коэффициента деления 1 управляемого счетчика. где 1=Т/2=И. Величинафиксированная, определяется временем задержки элементов 4 задержки и для снижения погрешности из-эа некратности " и времени усреднения Т выбирается минимальной;п - число операций выделения постоян" ной составляющей, а также число линеек выпрямления; И - число, фиксированное при конкретных измерениях (определяется как И=Т/ ".),Вычитающий блок 6 из сигналов интегратора 5 и элемента 4 задержки формирует разностный сигнал П (С). Второй формирователь 1 модуля формирует выпрямленный сигнал Б,(й) из разностного сигнала П, (1), т.е.из текущего значения переменной составляющий входного сигнала Б(й) на интервале задержки , этот сигнал является входным для второй цепочки. При прохождении через элемент 4 задержки формируется задержанный сигнал ПАВ,(й-",) и через интегратор 5 сиг5 135785 нал, равный среднему значению выпрямленного сигнала Б, (1)".1 П,(с)а= - . 11 ПИ-:)1 1 1 5Ф-ь1 фи,(с-е ас)ае.Процессы в третьем формирователе , 1 модуля, элементе 4 задержки и интеграторе 5 происходят аналогично, но входным сигналом здесь является текущее значение переменной составляющей результата. второго преобраэо вания на интервале задержки. При подаче от блока 3 управления тактовых импульсов на входе синхронизации блока 7 выборки и запоминания происходит выборка значений постоянных 2 О составляющих каждого из результатов трех преобразований через интервалывремени, равные времени з адержки, Выборки в эти же моменты поступают на информационные входы вычислительного бло ка 2, осуществляющего операции суммирования квадратов, усреднения и извлечения квадратного корняРабота вычислительного блока 2 синхронизируется блоком 3 управления 30 по тактам, равным времени задержкии по циклу, равному времени усреднения, и иллюстрируется диаграммой (фиг. 2 а). В начале каждого такта тактовым импульсом с тактового выхоДа блока 3 управления производится сброс первого цифрового квадратора 12, после чего за счет поступления счетных импульсов на счетный вход код на его линейном выходе линейно 4 О возрастает. Одновременно с изменением кода на линейном выходе на квадра. тичном выходе цифрового квадратора 12 формируется квадратичный код числа (фиг. 2 е), а на выходе цифроаналого вого преобразователя 9 - ступенчатое возрастающее напряжение Б (фиг.2 б-г), сравниваемое аналоговыми элементами 8 сравнения с выборками текущих средних значений Б Б , Уна выходе интеграторов 5. В момент равенства напряжения на выходе цифроаналогового преоб.разователя 9 и напряжения на выходе одного из блоков 7 выборки и запоминания соответствующий аналоговый элемент 8 сравнения Формирует импульс (фиг. 2 д), поступающий через элемент ИЛИ 10 на вход записи накапливающего сумматора 11 и записывающий в него78 числовое значение И =И,квадрата напряжения на выходе интегратора 5 (Фиг. 2 ж). При достижении равенства напряжений на входах другого аналогового элемента 8 сравнения Формируется импульс, (фиг. 2 д) также через элемент ИЛИ 10, поступающий на вход записи накапливающего сумматора 11, при этом содержимое накапливающего сумматора 11 И суммируется с числовым значением квадрата И, напряжения хранимого в блоке 7 выборки и запоминания. В результате срабатывания всех и аналоговых элементов 8 сравнения в накапливаюшем сумматоре 11 записывается код И =И , + И ,+ И 1соответствующий сумме квадратов текущих средних значений выпрямленных сигналов в моменты времени С, С+,+и, В течение следующего так- та процессы протекают аналогично, но сформированные коды суммируются со значением суммы квадратов, полученных ранее.Для ускорения усреднения и извлечения корня эти операции осуществляются одновременно с суммированием квадратов измеренных напряжений. Если число, записанное в накапливающем сумматоре 11, больше числа на квадратичном выходе второго цифрового квадратора 13, на первый вход элемента И 14 от цифрового блока 15 сравнения поступает разрешающий уровень к счетные импульсы (Фиг, 2 э) проходят на счетный вход второго цифрового квадратора 13 и на управляемый счетчик 16, коэффипиент пересчета которого И=Й =1 Т/, с выхода которого поступает на счетчик 1, осуществляющий счет импульсов для индикации (фиг. 2 и). В момент достижения ра,венства кодов на вьходах накапливаю его сумматора 11 и второго цифрового вадратора 13 от цифрового блока 15 равнения на элемент И 14 поступает запрещающий уровень. При изменении кода на выходе накапливающего сумматора 11 процесс повторяется. Таким образом, на вход второго цифрового квадратора 14 поступает число импульсови оа на счетчик 17 И, =И/И, что соответствует выраженик (3).По окончании цикла содержимоесчетчика 17 (фиг. 2 к), блока 3 управления переписывается в блок 18 индикации, после чего импульсом сброса(фиг. 2 л) осуществляется установкануля в накапливающем сумматоре 11,втором цифровом квадраторе 13 и счетчиках 16 и 17,Формула изобретения 1Способ измерения среднеквадратического значения напряжения переменного тока, заключающийся в том, что входной сигнал подвергают двуполупериодному выпрямлению, формируют среднее значение выпрямленного сигнала и измеряют его величину, переменную составляющую выпрямленного сигнала подвергают укаэанным операциям последовательно и раз, по измеренным значениям вычисляют результат, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью сокращения времени измерений, повьппения точности и расширениячастотного диапазона, из каждого выпрямленного сигнала формируют сигнал,задержанный на время, меньшее периода входного сигнала, вычитают из задержанного сигнала среднее значениевыпрямленного сигнала, на интервалезадержки измеряют мгновенные значения полученной разности через интервал задержки. 2. Устройство для измерения среднеквадратического значения напряжения переменного тока, содержащее блок управления, и последовательно соединенных цепочек, включающих в себя формирователь модуля, причем орин из выходов каждой цепочки подключен к информационному входу вычислительного блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения измерений, повьппения точности и расширения частотного диапазона измерений, в него введены и элементов задержки, и интеграторов, и вычитающих блоков выборки и запоминания, и и аналоговых элементов сравнения, цифроаналого 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 вый преобразователь, элемент ИЛИ, накапливающий сумматор, элемент И, цифровой блок сравнения, управляемыйсчетчик, два цифровых квадратора,счетчик импульсов и блок индикации,причем выход каждого из формирователей модуля соединен с входами одногоиз элементов задержки и интеграторов,выходы каждой пары из которых соеди"нены с входами одного из вычитающихблоков, выход которого подключен квходу следующего формирователя модуля, выходы интеграторов подключенык входам соответствующих блоков выборки и запоминания, входы синхронизации которых подключены к тактовомувыходу блока управления, а выходы -к информационным входам вычислительного блока, образованным первымивходами элементов сравнения, вторыевходы которых подключены к выходуцифроаналогового преобразователя,а выходы через элемент ИЛИ - к входузаписи накапливающего сумматора,второй вход которого подключен кквадратичному выходу первого цифрового квадратора, который линейным выходом подключен к входу цифроаналогового преобразователя, а счетнымвходом к выходу счетных импульсовблока .управления и первому входу элемента И, второй вход которого подключен к выходу цифрового блока сравнения, своим первым входом соединенного с выходом накапливающего сумма"тора, а вторым - с квадратичным выходом второго цифрового квадратора,первый вход которого соединен с выходом элемента И и входом управляемого счетчика, управляющий вход которого соединен с выходом предустанов"ки блока управления, а вход сброса "с выходом сброса блока управления, скоторым соединены также соответствующие входы счетчика импульсов, накапливающего сумматора и второго цифрового квадратора, выход управляемогосчетчика соединен с входом блока индикации, второй вход которого подключен к выходу импульсов индикации блока управления.1357857 ректор Г, Релетник акто ПодписССР каз 5994/45 Тираж 730ВНИИПИ Государственного копо делам изобретений и113035, Москва, Ж, Раушск т крытии наб., д. 4/5 Ужгород, ул, Проектна роизводственно-полиграфическое предприятие фсч3Ж 7 Составитель В. Степанкиоловач Техред А.Кравчук