Устройство для измерения действующего значения переменного напряжения

(5)д 1 С 01 Е 19/ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ У 30 о Парфенова,Чайкивский)14520,еключампульсов, отсчетного блока, о т л и ч щ е е с я тем, что, с целью реиия частотного диапазона в ну инФразвуковых частот, в ие введены стабилизированн 1 дй ист биений звуковых напряжеши лительный блок, причем вход у того источника биений соедине ьходом устройства, подключен первому входу блока уиравлеш вый выход - с питающим входом образователя код - напряжение вторым входом блока управлени второй выход - с одним из сиг входов третьего переключателя гой сйгнальный вход которого о льство СССР19/1.55, 196 г очш вычиспомя 1 у ым п и я, анальных дру подклдщд го переключател выходу первод - к входук зонаель- преобУуодом а вых теля, ного ермопрео ход вычислит н с вьссодом ния в частот игнальц лока соедине теля напряже яющий вход - управления,разо упра ет пямм Оы ход - с сига лока нальным входом второго переключателОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯДЕЙСТВУОЦЕГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕЮННОГОНАПРЯЖЕНИЯ, содержащее первый переключатель, сигнальные входы которого соединены со входом устройстваи с выходом преобразователя код-напряжение, последовательно включенныетермопреобразователь и преобразователь напряжения в частоту, реверсив-.ный счетчик импульсов, суммирующийи вычитающий входы которого подключены к соответствуюцим выходам второго переключателя непосредственнои через делитель частоты, а выходсоединен с сигнальными входами преобразователя код-напряжение и отсетого блока, третий переключатель,блок управления, первый, второй,ретий и четвертый выходы которогодключены к управляющим входам оответственно первого иереключателей, третьегоеля реверсивного счетчик3332 1 О 1 117Изобретение относится к электро- измерительной технике и предназначено для использования при создании точных широкополосных вольтметров.Целью изобретения является расши 5 рение частотного диапазона устройства в сторону инфразвуковых частот при сохранении высокой точности измерения.На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства для измерения действующего значения переменного напряжения; на фиг. 2 - схема стабилизированного источника биений звуковых напряжений; на фиг. 3 - временные диаграммы сигналов, иллюстри- рующие работу устройства. Устройство (фиг. 1) содержит стабилизированный источник биений звуковых напряжений, блок 2 управления,переключатели 3 и 4, термопреобразователь 5, преобразователь 6 напряжения в частоту, вычислительный блок7, переключатель 8, делитель 9 частоты (на два) реверсивный счетчик10 импульсов, отсчетный блок 11 ипреобразователь 12 код - напряжение.Сигнальные входы переключателя 3соединены с входом устройства и свыходом преобразователя 12 код - напОряжение. Термопреобразователь 5 ипреоб.азователь 6 напряжения в частоту включены последовательно. Суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика 10 импульсов подключены к соответствующим выходам переключателя 8 непосредственно и черезделитель частоты 9, а выход соединенс сигнальными входами преобразователя 12 код - напряжение и отсчетного 40блока 11., Вход стабилизированногоисточника 1 биений звуковых напряжений соединен с входом устройства,подключенным к первому входу блока2 управления, первый выход - с питающим входом преобразователя 12код - напряжение и с вторым входомблока 2 управления, а второй выход -с одним из сигнальных входов переключателя 4, другой сигнальный 50вход которого подключен к выходу переключателя 3, а выход - к входутермопреобразователя 5. Сигнальныйвход вычислительного блока 7 соединен с выходом преобразователя 6 55напряжения в частоту. Выходы блока 2управления подключены к управляющимвходам переключателей 3, 4 и 8,вычислительного блока 7, реверсивногосчетчика 10 импульсов и отсчетногоблока 11,Стабилизированный источник 1 биений звуковых напряжений (фиг, 2) содержит генератор 13 опорной частоты,управляющий узел 14, управляемыйделитель 15 частоты, делитель 16 частоты, управляемые аттенюаторы 17 и 18, избирательные фильтры 19 и 20, блоки 21 и 22 сравнения действующих значений переменного и постоянного напряжений, источник 23 опорного постоянного напряжения и аналоговый сумматор 24. Выход генератора 13 опорной частоты соединен с информационными входами управляемого делителя 15 частоты и делителя 16 частоты, выходы которых соединены с сигнальными входами управляемых аттенюаторов 17 и 18. К выходам управляемых аттенюаторов 17 и 18 подключены входы соответственно избирательных фильтров 19 и 20, которые своими выходами соединены с входами аналогового сумматора 24 и первыми входами блоков 21 и 22 сравнения действующих значений переменного и постоянного напряжений, подключенных вторыми входами к выходу источника 23 опорного постоянного напряжения. Выходы блоков 21 и 22 сравнения соединены с управляющими входами соответствующих управляемых аттенюаторов 17 и 18. Управляющий вход управляемого делителя 15 частоты подключен к выходу управляющего узла 14, вход которого является управляющим входом стабилизированного источника 1 биений звуковых напряжений. Выход сумматора 24 и выход избирательного фильтра 20 являются соответственно первым и вторым выходами стабилизированного источника 1 биений звуковых напряжений.Работа устройства для измерения действующего значения переменного напряжения происходит в два цикла, каждый иэ которых состоит из двух тактов. Длительность циклов и тактов задается блоком 2 управления с помощью переключателей 3, 4 и 8. При этом первому циклу соответствуют положения переключателей 3 и 8, при которых замкнуты первые (верхние на фиг. 1) контактные группы, а второму циклу - положения лереклю3 11733 чателей 3 и 8, при которых замкнуты вторые контактные группы. 11 ервому такту измерения соответствует положение переключателя 4, при котором замкнута первая (верхняя на фиг. 1) контактная группа, а второму такту - положение, при котором замкнута вторая контактная группа.В первом такте первого цикла измеряемое напряжение ц (фиг. 3,3 ) 10 через переключатели 3 и 4 подается на вход термопреобразователя 5, который преобразует действующее значение измеряемого напряжения в термоэлектродвижущую силу. При измерениизвукового напряжения термоэлектродвижущая сила на выходе термопреобразователя 5 представляет собой постоянное напряжение, а при измерении инфразвукового напряжения электро движущая сила состоит из двух состав 1ляющих; постоянной е , несущей информацию о действующем значении Бх и переменной е , частота которой равна удвоенной частоте измеряемого напря жения И (фиг. 3, е ). С помощью преобразователя 6 напряжения в частоту термоэлектродвижущая сила преобразуется в частоту импульсов. С задержкой по отношению к началу каждого 30 такта, необходимой для установления выходной термоэлектродвижущей силы термопреобразователя 5, по команде блока 2 управления включается вычислительный блок 7. В первом такте вычислительный блок 7 выполняет функцию интегратора. Время интегрирования задается блоком 2 управления и, с целью исключения методической погрешности на инфразвуковых частотах, вы бирается равным целому числу периодов измеряемого напряжения 0. Количество периодов выбирается в зависимости от частоты измеряемого напряжения 11. и с учетом обеспечения макси мальной точности вычислений в вычислительном блоке 7, К концу первого такта первого цикла в вычислительном блоке 7 записывается число501 ч( = (К ), (к, М+ Б)гР, (1)где (к) (К 6), - коэффициенты передачи звеньев 5 и 6в первом такте первого цикла, 551 х действующее значение измеряемогонапряжения 324действующее значеание напряжения аддитивного шума,приведенного квходу устройстваи - число периодов измеряемого напряжения и,;Т - период измеряемогонапряженияВо втором такте переключатель 4по команде блока 2 управления подключает к входу термопреобразователя5 второй выход стабилизированного источника 1 биений звуковых напряжений,на котором действует постоянное подействующему значению напряжение.фиксированной звуковой частоты. Включаемый блоком 2 управления с задержкой вычислительный блок 7 во второмтакте выполняет функции делительного и корнеизвлекающего узлов. Вовтором такте вычислительный блок7 производит деление числа импуль 1сов 11записанного в нем в первом/такте, на число импульсов, поступающих на его вход с выхода преобразователя 6 напряжения в частоту вовтором такте. Одновременно с операцией деления производится операцияизвлечения квадратного корня. Поскольку во втором такте вычислительный блок 7 включен на протяжении времени,равного времени его включения впервом такте, на его вход за время второго такта поступает число импульсовЫ = (К) (К) (11 +11 )и Т,(2)1где (К ), и (К ) - коэффициенты передачи преобразователей 5 и 6во втором такте первого цикла (их значения могут отличаться от значений впервом такте вследствие частотной неравномерности)действующее значение опорного звукового напряжения на втором выходе стабилизированного источника 1.жения О, щц измерениях в диапазо. - не инфразвуковых частот и фиксированной звуковой, частоты биенийпри измерениях в диапазоне звуковых частот.Фиксированная частота звуковых биений при измерениях звуковых напряжений выбирается равной удвоенной верхней частоте инфразвукового диапазона, т. е. около 40 Гц. 10 30 Стабилизированный источник 1 биений звуковых напряжений представляет собой двухканальный генератор синусоидальных колебаний, на выходе которого включен аналоговый сумматор 24, Частоты обоих синусоидальных сигналов являются производными частоты генератора 13 опорной часто 20 ты. Высокая частота с выхода генератора 13 поступает ца входы управляемого делителя 15 частоты и делителя 16 частоты. На выходе делителя 16 создается прямоугольное напряжение типа меандр фиксированной звуковой частоты. Управляющий узел 14 благодаря информации о частоте измеряемого сигнала 11, поступающей на управляющий вход, устанавливает такой коэффициент деления управляемого делителя 15, при котором его выходная частота (сигнал прямоугольной формы типа меандр) отличается от частоты на выходе делителя 16 частоты на удвоенное значение частоты измеряемого напряжения Ц в случае измерения инфразвукового напряжения, Если измеряется звуковое напряжение, то коэффициент деления устанавливается Фиксированным и таким, чтобы выходная частота управляемого делителя 15 отличалась от выходной частоты делителя частоты 16 примерно на 40 Гц. При этом значения частот выходных сигналов делителей 15 и 16 выбираются на нес колько порядков выше верхней частоты инфразвукового диапазона. Выходные сигналы делителей 15 и 16 подаются на входы соответствующих управляемых аттенюаторов 17 и 18, где происходит нормирование их уровней. С выходов управляемых аттенюаторов 1 и 18 сигналы поступают на входы избирательных фильтров 19 и 20. В результатег избирательных свойств фильтров 1.9 и 20 сигналы Оз, 0 О (Фиг. 3) на их выходах представляют собой синусоидальцы колебания, частоты которых равцы частотам прямоугольных сигналов на выходах делителей 15 и 16, Указанные сицусоидальцые сигналыподаются ца первые входы соответствующих блоков 21 и 22 сравнения действующих значений переменного и постоянного напряжений, ца вторые входы которых подается напряжение с выхода источника 23 опорного постоянного напряжения.В зависимости от соотношения действующих значений синусоидального и постоянного напряжений на выходе каждого из блоков 21 и 22 сравнения образуются такие управляющие сигналы, которые, воздействуя на управляющие входы управляемых аттенюаторов 17 и 18, обеспечивают постоянство действующих значений синусоидальных напряжений на выходах избирательных фильтров 19 и 20. Оба указанных стабилизированных по действующему значению синусоидальных напряжения подаются на суммирующие входы аналогового сумматора 24. Выходное напряжение Б,(фиг. 3) сумматора 24 представляет собой стабилизированные по действующему значению биений звуковых напряжений. Оно снимается с первого выхода стабилизированного источника 1, На втором выходе источника 1 существует стабилизированное по действующему значению выходное синусоидальное напряжение избирательного фильтра 20 фиксированной частоты. Исходя из того, что во втором цикле измерений предложенное устройство для изМерения действующего значения переменного напряжения работает так же, как в первом число импульсов, зафиксированное в вычислительном блоке 7 в конце первого такта второго цикла, записывается следующим образом:И = (К) (К)(Р +У )пТ (5)где (К ) и (К ) - коэффициенты пре 1образования преобразователей 5 и 6в первом такте второго цикла,- действующее значение напряжения на выходе преобразователя 12 код - напряжение в первом так" те второго цикла;9 11733Т - период биений звуковых напряжений,За второй такт второго цикла на вход вычислительного блока 7 поступает число импульсов 512 ( 2б 2 (П + Р )пТ (6) где (К,)", и6 2- коэффициентыпередачи преобразователей 5 и б во втором такте второго цикла, причем (К ), = =(К,-) а (К ),=б)2В результате операций делений и извлечения квадратного корня за время второго такта второго цикла с выхода делителя 9 частоты на вычитающий вход реверсивного счетчика 10 поступает число импульсов Я=-.11 у )2 2 О 2 сть коэффиция прямого каная погрешнреобразовано втором циможет быттано 1 зки выр асто нта кле измерения.ь определеноажения (3) вимание равенстэтого л Значени путем и(8), выражение (7) можн вать внимание преобраз(9) Сброс в нулевое начале вт го счетчика 10 е происходит в кта первого цикла, ии в него произ- вторых тактов обов первом цикле инно состоя рого та ормац а зап водит их циклов32 формация записывается через суммирующий вход, а во втором - через вычитающий вход. Поэтому к концувторого цикла в реверсивном счетчике 10 записывается число(10) И=И -11 С учетом (3) и (9) выражение (10)принимает вид И = К 132(1 - ,) (1 + )д ) (1 + + б ) (1 )1 )2 (1 бд)2 (1 + +п) (1 + У) (1 + , ) (11) Из выражения (12) видно, что выбирая коэффициент К равным единице, можно к концу второго цикла получить в реверсивном счетчике 10 кодчисленно равный действующему значению измеряемого напряжения х. Поскольку к выходу реверсивного счет - чика 10 подключен цифровой отсчетный блок 11, показания нослелнего на протяжении первого такта последующего цикла измерений равны этому значению измеряемого напряжения. Подача питания на цифровой индикатор цифрового отсчетного блока 11 осуществляется по команде блока 2 управления во время первого цикла каждого измерения, т.е. когда на входе отсчетного блока 11 существует результат предыдущего измерения. Как видно из (12), суммарная по решность измерения равна1У=у. (6 -6 )(. -ь)+ук ( + г,), (1 3) Использование стабилизированного источника 1 биений звуковых наряжений позволяет обеспечить в первом такте второго цикла измерений такой же режим работы термопреобразователя 5 и включенного после него преобразователя б напряжения в частоту, как и в первом такте первого цикла измерений (фиг, 31). Идентичность режимов указанных звеньев структурной схемы устройства обусловлена тем, что термонреабразовате:ь 5 нри подаче на его вхоп биений звуковых Если пренебречь величинами третьего и выше порядка малости, а также величинами второго порядка малости, содержащими множитель упкнто выражение (11) приводится к виду1= КП 1 -,+ , -1+ 2, , -2 х 2 1 21 "(12)3 =пнк + 2 у ).,где (частотная пог 1"решность прямогоканала. В предложенном устройстве частотная погреыность (влияет на результат измерений значительно частот вследствие своей инерционнос-( ти не реагирует на мгновенные значе- ния звуковых составляющих, а реагирует на изменения действующего значения суммы звуковых составляющих, образующих биения, и только в том случае, если период биений соизмерим или больше тепловой постоянной времени термопреобразователя 5.При измерении инфразвукового напряжения режим работы термопреобразователя 5 в первых тактах обоих циклов динамический, а при измерении звукового. напряжения - статический. Из этого сдует, что частот 1ные погрешностии ( , обусловленные термопреобразователем 5 и включеннымпосле него преобразователя 6 напряжения в частоту, одинаковы в обоих циклах измерения вне зависимости от частоты измеряемого напряжения Б. С учетом изложенного выражения (13) упрощается и принимает вид 1273332меньше, чем в известном, поскольку в результате умножения на ( + 2становится величиной второго порядка малости. Остальные составляющие суммарных погрешностейиявляются величинами одинакового по. рядка малостиРасширение частотного диапазонав сторону инфразвуковых частот в10 предложенном устройстве оказывается возможным в результате применения вычислительного блока 7, выполняющего функции цифрового интегрирования, деления и извлечения квадрат 15 ного корня. Вычислительный блок 7совместно с преобразователем 6 напряжения в частоту, подключенным квыходу термопреобразователя 5,позволяет производить необходимые20 для определения действующего значения напряжения операции интегрирования, деления на период и извлечения квадратного корня практическис одинаковой точностью вне зависи 25 мости от частоты измеряемого напряжения П, При этом благодаря применению стабилизированного источника 1 биений звуковых напряженийудается существенно уменьшить влияние частотной погрешности прямого,канала. Последнее обстоятельствопозволяет достичь расширения частотного диапазона, при этом сохраняетсявысокая точность измерений,1173332 ектор Г.Решетни Редак Тираж 748 П ВН 16 П 1 И Государственного коми по делам изобретений и о 3035, Москва, Ж, Раушская"Патент", г. Ужгород, ул. Проект филиа Составитель Л,Морозеселовская Техред А.Бабинец дписноетета СССРкрытийнаб д. 4