Способ компарирования переменного напряжения по среднеквадратичному значению

(19), ( 3) 1)5 Н 03 К 5/24 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КпО изОБРетениям иПРИ ГКНТ СССР ИТЕТКРЫТИЯ ИЗОБ НИ ЕТЕЙИЯ К АВ ледовательитут каи ьтметров реЯ Ы 2,761,005 ТО,ОВАНИЯ ПЕРЕЯ ПО СРЕДНЕНИЮ Относится к ТЬ ИСПОЛЬЗ мерения, ы перемен Изобретение ений и может бь арирования, и аданной величи ия произвольно технике изме- вано для комоддержания ого напряжеи формы. КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Прибор для поверки воменного тока В 1-9,Техническое описание(54) СПОСОБ КОМПАРИР МЕННОГО НАПРЯЖЕНИ КВАДРАТИЧНОМУ 3 НАЧ Е Известен способ компарирования среднеквадратического значения напряжения, реализованный в устройстве и основанный на инвертировании измеряемого напряжения, формировании из измеряемого и проинвертированного напряжений, путем их поочередной коммутации на вход преобразователя среднеквадратического значения (ПСКЗ) на базе электротеплового преобразователя (ЭТП), синтезированного напряжения, преобразовании с помощью ПСКЗ на базе ЭТГ 1 синтезированного напряжения в постоянное напряжение, сравнении данного постоянного напряжения с постоянным напряжением, полученным путем средне- квадратического преобразования опорного постоянного напряжения,(57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для построения компараторов переменного напряжения, Цель изобретения - повышение точности за счет исключения постоянной составляющей переменного напряжения, Для этого опорное напряжение формируют определенным образом так, чтобы оно имело такую же постоянную составляющую, что и переменное компарируемое напряжение, При последующем получении разности между этими напряжениями постоянная составляющая исключается, 3 ил. В способе отсутствует погрешность ПСКЗ на базе ЭТП, обусловленная его асимметрией, но имеется погрешность измерения, обусловленная отличием по среднеквадратическому значению проинвертированного и измеояемого напряжений, Отличие напряжений появляется (Я вследствие неидеальности инвертора по коэффициенту передачи, фазовому сдвигу, вы- (ходному сопротивленйю, Погрешность из-за неидеальности инвертирования воз- у растает с возрастанием частоты переменного напряжения и на высокик частотах (10 кГц), может превысить погрешность изза асимметрии, которая у ПСКЗ на базе ЭТПф относительно небольшая (0,1-0,5%).Наиболес близким к предлагаемому является способ компарирования переменного напряжения по среднеквадратическому значению; реализованный в устройстве и включающий формирование опорного двухполярного напряжения типа меандр; преобразование с помощью ПСКЗ на базе ЭТП5 10 Т А 15 20 30 Зо 40 45 50 компарируемого переменного напряженияи опорного двухполя рного нап ряжения в постоянные напряжения, соответствующие ихреднеквадратическим значениям, фиксацию (измерение) указанных постоянных напряжений, сравнение их между собой, порезультатам которого получают вывод о равенстве среднеквадратических значенийкомпарируемого и опорного напрякенийили о преобладании одйого из них,В известном способе нет необходимости в инвертировании переменногонапряжения, но погрешность компэрирования из-за асимметрии ПСКЗ нэ базе ЭТПотсутствует лишь только при отсутствии постоянной составляющей во входном переменном напряжении.В известном способе при компарировании напряжения произвольной формыпогрешность компарирования из-за асимметрии будет тем больше, чем больше доляпостоянной составляющей в среднеквадратицеском значении напряжения произвольной формы. Максимального значения,равного погрешности асимметрии ПСКЗ напостоянном напряжении, данная составляющая погрешности достигнет, когда .переменная составляющая в напряжении. произвольной формы близка к нулю, а постоянная максимальна,Как известно, погрешность асимметрииПСКЗ на базе ЭТП зависит от типа применяемого ПСКЗ, К примеру, у ПСКЗ типаПНТ 6 погрешность асимметрии нэ постоянном номинальном напряжении не превышает 0,1) от выходного напряжения. Привходных постоянных напряжениях, меньших номинального, погрешность асимметрии возрастает, При высокоточных жеизмерениях требуется, чтобы влияние асимметрии на погрешность компарированиябыла меньше 0,01%.Цель изобретения - повышение точности компарирования.Поставленная цель достигается тем, чтов способе компарирования напряжения посреднеквадратическому значению,включающем формирование опорногодвухполярного импульсного напряженияпрямоугольной формы с равными амплитудами разнополярных импульсов, преобразование компарируемого переменного иупомянутого опорного напряжений в постоянные напряжения, соответствующие ихсреднеквадратическим значениям, фиксацию (измерение) упомянутых постоянныхнапряжений, сравнение их между собой, порезультатам которого получение вывода аравенстве среднеквадратических значенийкомпарируемого и опорного напряжений или преобладании одного из них, предварительно до преобразования в постоянное напряжение выделяют постоянную составляющую О компарируемого переменного напряжения, определяют отношение указанной постоянной составляющей О, к амплитуде А опорного напряжения и устанавливают соотношение длительностей импульсов положительной т+ и отрицательной т полярностей в опорном напряжении исходя из выражения где Т - период двухполярного опорного напряжения,На фиг, 1 показана структурная схема компаратора напряжения, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие его работу; на фиг, 3 - полученные экспериментальным путем зависимости погрешностей асимметрии ПСКЗ от соотношения постоянной составляющей и среднеквадратического значения входного напрякения.Компаратор (фиг.1), реализующий зая в- ленный способ, содержит ПСКЗ 1 на базе ЭТП, индикатор 2, входом подключенный к выходу ПСКЗ 1, переключатель 3, выходом подсоединенный к входу ПСКЗ 1, а первым входом - к входной шине, источник 4 постоянных напряжений положительной и отрицательной полярности; переключатель 5, через который выходы источника 4 подключены к второму входу переключателя 3, фильтр 6, входом подключенный к входной шине, преобразователь 7 отношения напряжение-время, первым входом подключенный к выходу фильтра 6, а вторым - к одному из вхоцов, например положительному, источника 5,Способ осуществляется следующим образом.Преобразуют компарируемое переменное напряжение в постоянное, соответствующее его среднеквадоатическому значению, Для чего подают указанное напряжение на ПСКЗ 1 компаратора через переключатель 3, который в первоначальный момент времени находится в положении АБ. Полученное значение постоянного напряжения на выходе ПСКЗ 1 фиксируется (измеряется) с помощью индикатора 2 и запоминается (либо оператором, либо автоматически в индикаторе 2), Одновременно с указанными операциями формируют опорное двухполярное напряжение, для чего предварительно из компарируемого переменного напряжения (фиг,2 а) до преобразования его в постоянное напряжение, соответствующее среднеквадратическомузначению; выделяют постоянную составляющую Оо (фиг,2 б). Это осуществляют с помощью фильтра 6 низких частот путем подачи на него напряжения с входной шины, Одновременно с помощью источника 4 формируют два постоянных напряжения уровня А положительной и отрицательной полярности. Находят отношение Оо к А, по 10 т+ г - Оо Т А Частота следования этого напряже 1 40 ния - должна быть с одной стороны больТше минимальной частоты использования ПСКЗ, а с другой стороны должна быть небольшой во избежание погрешности задания опорного напряжения, 45Сформированное указанным способом опорное напряжение преобразуют в постоянное напряжение, соответствующее его среднеквадратическому значению, для чегО переводят переключатель 3 в положение АВ 50 и подают опорное напряжение выхода А переключателя 5 на ПСКЗ 1, Затем с помощью индикатора 2 фиксируют (измеряют) постоянное напряжение О 2; соответствую- щее среднеквадратическому значенйю 55 опорного напряжения, после чего сравнивают величину напряжения О 2 с ранее зафиксированным значением О 1. По результатам сравнения оператором делается вывод о рауказанному отношению устанавливаютОосоотношение длительностей импульСов положительной т+.и отрицательной х- по лярности, формируемое путем коммутации переключателем 5 выходных напряжений источника 4, Для чего в данной реализации способа после передачи на входы преобра- зователя 7 напряжений с выхода фильтра б 20 и с одного из выходов источника 4 на выходе преобразователя 7, имеющего характеристику, описываемую формулой 1, получают однополярное импульсное напряжение. с. периодом следования, равным Т, и длитель ностью импульса, равной т, (фиг.2 г),Указанное однополярное импульсное напряжение используют в качестве управляющего для переключателя 5, коммутируя тем самым выходы источника 4 и получая 30 таким образом на выходе А переключателя 5 двухполярное опорное напряжение(2 В) с соотношением г+ и т-, определяемым следующим образом35 венстве или преобладании одного из указанных значений, В случае, если средне- квадратическое значение напряжения произвольной формы на входной шине требуется измерить, то путем изменения величины опорного напряжения добиваются равенства показаний 01 и О 2 индикатора 2, а о величине напряжения на входной шине судят по шкале источййка 4.Устанавливаемое в предложенном способе опорное напряжение (фиг,2 в) описывается формулой;О =А при 0 т т+,О =-А при г+ 12 гг,оно имеет среднеквадратическое значение, равное А независимо от соотношения длительностей импульсов положительной и отрицательной полярности, и постоянную составляющую Оо, описываемую формулойг+ - 7 - 2 т+ - ТИз этой формулы вытекает, что изменяя соотношение между г+ и х- можноизменять величину Оо от -А до А, Такой диапазон изменения постоянной составляющей дает возможность в предлагаемом способе равенство Оо = Оо при входном переменном напряжении любой формы с среднеквадратическим значением фА, При этом не происходит изменениявеличины средне- квадратического значения опорного напряжения, В результате ошибки ПСКЗ из-за асимметрии при преобразовании обоих сравниваемых напряжений эквивалентные им выходные величины будут одинаковы, а погрешность компарированйя из-за асимметрии будет отсутствовать,В качестве входного напряжения для ПСКЗ использовалосьдвухполярное напряжение прямоугольной формы с одинаковыми амплитудами импульсов положительной и отрицательной полярности (фиг,2 в). Уровень постоянной составляющей во входном напряжении изменялся путем изме.ния соотношения между длительностями импульсов положительной и отрицательной полярностей и измерялся вольтметром после фильтрации, Уровень среднеквадратического значения входного напряжения составлял 1 В. Частота следования входного напряжения составляла 200 Гц,Погрешность асимметрии д определялась какЕ+ - Е -д -где Е+, Е- - входные напряжения ПСКЗ соответственно при прямом и обратном подключении ПСКЗ к источнику входного напряжения (прямое и обратное подключение достигалось сменой между собой входных выводов ПСКЗ при подключении к выводам источника опсрного напряжения),Из анализа данных,редставленных на фиг, 3 вытекает, что при отсутствии постоянной составляющей во входном напряжении асимметрия ПСКЗ отсутствует; с увеличением соотношения асимметрии ПСКЗОоОс.к.з.возрастает, асимметрия ПСКЗ максимальнаОоприВ предлагаемом способе нет необходимости очень строго устанавливать соответствие между величинами постоянных составляющих в опорном напряжении и напряжении произвольной формы, так как разность между погрешностями асимметрии при входных напряжениях одинакового среднеквадратического значения, но с небольшим различием по постоянной составляющей, небольшая и не приведет к большой погрешности сравнения.Таким образом, в предлагаемом способе отсутствует инвертирование напряжения произвольной формы, а следовательно, и погрешность связанная с этой операцией,Предлагаемый способ не имеет погрешности, обусловленная асимметрией ПСКЗ при любой произвольной форме переменного напряжения.Формирование опорного напряжения в предлагаемом способе связано с изменением соотношения длительностей импульсов положительной и отрицательной полярностей опорного напряжения, При использовании опорного напряжения с низкой частотой следования современная элементная база позволяет производить эту операцию без изменения величины средне- квадратического значения опорного напря жения, и, следовательно, эта операция невызовет практически увеличения погрешности компарирования;Формула изобретения Способ компарирования переменного 10 напряжения по среднеквадратичномузначению, включающий формирование опорного двухполярного импульсного напряжения прямоугольной формы с равными амплитудами разнополярных импульсов, 15 преобразование компарируемого переменного и упомянутого опорного напряжений в постоянные напряжения, соответствующие их среднеквадратическим значениям, измерение упомянутых постоянных напряжений, 20 сравнение их между собой и по результатамсравнения получение вывода о равенстве среднеквадратических значений компарируемого и опорного напряжений или о преобладании одного из них, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности,предварительно до преобразования в постоянное напряжение опорного напряжения выделяют постоянную составляющую компарируемого переменного напряже ния, определяют отношение указаннойпостоянной составляющей к амплитуде импульсов опорного напряжения и устанавливают соотношение длительностей импульсов положительной и отрицатель ной полярностей в опорном напряженииисходя из выражения+ Зо Т А40где 1+1-, Т-длительность импульсов положительной и отрицательной полярностей и период опорного напряжения соответственно;1 А - постоянная составляющая компа рируемого переменного напряжения;А - амплитуда импульсов опорного напряжения.1757095 ыход оде де г.1757095 г Составитель В. Тукайедактор В. Данко Техред М.Моргентал Корректор Т, Вашко и ГКНТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Уж ул.Гагарина, 10 Заказ 3099 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5