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

 

Изобретение предназначено для снижения продолжительности измерения , повьшения точности и расширения частотного диапазона. Устройство, реализующее способ, содержит блок 3 управления, п цепочек, включающих формирователь 1 модуля и соединенных с вычислительным блоком 2. В каждую из п цепочек введены элемент 4 задержки, интегратор 5 и вычигаю СО СП 00 СП -si

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5D 4 G О1 R 19 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21), 3992939/24-21 (22) 20.12.85 (46) 07.12.87. Бюл. У 45 (71) Винницкий политехнический институт (72) Б.Л. Рудницкий, А.А. Дрючин, А.M. Иацюк и Т.А. Лучинская (53) 621.317.72(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1150562, кл. G 01 R 19/02, 1983.

Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное. - M.: Советское радио, 1977, с. 117.

„„SU„„1357857 А1 (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение предназначено для снижения продолжительности измерения, повышения точности и расширения частотного диапазона. Устройство, реализующее способ, содержит блок 3 управления, и цепочек, включающих формирователь 1 модуля и соединенных с вычислительным блоком 2. В каждую из и цепочек введены элемент

4 задержки, интегратор 5 и вычитаю1357857 щий 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 задержанного матора 11, цифровых квадраторов 12 сигнала вычитают среднее значение и 13, элемента И 14, цифрового бло-. выпрямленного сигнала, à на интерка 15 сравнения, управляемого счетчи- вале задержки измеряют мгновенные ка 16, счетчика 17 импульсов и бло- значения полученной разности через ка 18 индикации. Благодаря этому из интервал задержки. 2 с.п. ф-лы, каждого выпрямленного формирователем 2 ил.

Изобретение относится к технике и предназначено для измерения среднеквадратического (действующего или эффективного) значения напряжения переменного тока произвольной формы.

Целью изобретения является снижение продолжительности измерений, повышение точности и расширение частотного диапазона.

Измеряемое напряжение V (t) посредством двухполупериодного выпрямления преобразуют в однополярный сигнал V(t)=tU „ (t)l, далее сигнал

V (t) разделяется на два сигнала:

15 задержанный сигнал U„(t) и пропорциональный среднему значению U(t) на интервале задержки V,(г.)

U „„(t) = i V „(t- ) l и„()- — „1 (и() а .

1.

Из этих сигналов формируют разностный сигнал

VÄ (t)=U,Ä(t)-0„()= >U„(t-:)1

Ф

1 — 1U„(t)I а, q r

30 т.е. разностный сигнал V>, (t) соответствует текущему значению переменной составляющей входного сигнала

UÄ(t) на интервале задержки, а сигнал П,(t) — текущему значению постоянной составляющей сигнала на том же интервале.

При дальнейшем повторении указанных операций разностный сигнал U,„„() соответствует текущему значению переменной составляющей результата k-го

2)

2 =) (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 периоду сигнала U„(t), производится

Т

N = — измерений средних значений

). выпрямленного сигнала на интервале среднеквадратическое значение v измеряемого сигнала определяется вычислительнымн средствами последующим усреднением в аналоговой форме т

-= 7 = " (о а в цифровой форме приведено

) ) n и = — „ (. П,„(E)), +E, ) =) На фиг. 1 изображено устройство для осуществления способа (для случая п=З); на фиг. 2 вЂ, временные диаграммы, отражан)щие работу устрой—.ства двухполупериодного выпрямления, а сигнал U,>(t) — постоянной составляющей, определенной на интервале задержки. Если осуществить измерение постоянных составляющих 0.,,(С) через интервалы, равные времени задержки, и их квадраты, получают значения среднего квадрата измеряемого сигнала на этом интервале

Устройство 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 блок 2.содержит п аналоговых элементов 8 сравнения, цифроаналоговый пре.образователь 9; элемент ИЛИ 10, накапливающий сумматор 11, два цифровых квадратора 12 и 13, элемент И 14, цифровой блок 15 сравнения, управляемый счетчик 16, счетчик 17 импульсов и блок 18 индикации.

Первые входы аналоговых элементов

8 сравнения являются информационными 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- 40 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 выходом45 накапливающего сумматора 11 и второго цифрового квадратора 13, счетный вход которого соединен с выходом элемента И 14 и входом управляемого счетчика 16 выход которого подклю- 50 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- 55 ход которого подключен также к второму цифровому квадратору 13, а выход сброса — к входам сброса первого циф.

7 4 рового 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 элемента 4 задержки повторяет выпрямленный входной сигнал U,„ (t) с задержкой на, а на выходе интегратора 5 сигнал U« (t ) 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 время

I 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 и производится одновременно с вводом коэффициента деления k управляемого счетчика. где k=T/2=И.

Величина ". фиксированная, опреде ляется 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; N — - число, фиксированное при конкретных измерениях (onределяется как N— = T/ ".).

Вычитающий блок 6 из сигналов интегратора 5 и элемента 4 задержки формирует разностный сигнал П1„ (С).

Второй формирователь 1 модуля формирует выпрямленный сигнал t U>, (й)(из разностного сигнала U>, (t) т.е. из текущего значения переменной составляющий входного сигнала U„(t) на интервале задержки, этот сигнал является входным для второй цепочки.

При прохождении через элемент 4 задержки формируется задержанный сигнал

IUD (t- ) и через интегратор 5 сиг5 135785 нал, равный среднему значению выпрямленного сигнала u„(t )

1 4 а„- - «1 lu, (С)1П= —. Ilu„(e.— Ф1 1 1 5

4-ь +- l

I tr,(с-t: ) l dc l de. -2

Процессы в третьем формирователе . 1 модуля, элементе 4 задержки и ин теграторе 5 происходят аналогично, но входным сигналом здесь является текущее значение переменной составляющей результата. второго преобраэо- 15 вания на интервале задержки. При подаче от блока 3 управления тактовых импульсов на входе синхронизации блока 7 выборки и запоминания происходит выборка значений постоянных 20 составляющих каждого из результатов трех преобразований. через интервалы времени, равные времени з адержки. Выборки в эти же моментй поступают на информационные входы вычислительного бло- 25 ка 2, осуществляющего операции суммирования квадратов, усреднения и извлечения квадратного корня °

Работа вычислительного блока 2 синхронизируется блоком 3 управления 30 по тактам, равным времени задержки и по циклу, равному времени усред нения, и иллюстрируется диаграммой (фиг. 2а). 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 4р возрастает. Одновременно с изменением кода на линейном выходе на квадратичном выходе цифрового квадратора

12 формируется квадратичный код числа (фиг. 2е), а на выходе цифроаналого- 45 вого преобразователя 9 — ступенчатое возрастающее напряжение U (фиг.2 б-г), сравниваемое аналоговыми элементами

8 сравнения с выборками текущих средних значений Б„,, Б „, У„на выходе интег- 50 раторов 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. 2д), поступающий через элемент

ИЛИ 10 на вход записи накапливающего сумматора 11 и записывающий в него

8 числовое значение N„ =N »„ квадрата напряжения на выходе интегратора 5 (фиг. 2ж). При достижении равенства напряжений на входах другого аналогового элемента 8 сравнения формируется импульс, (фиг. 2д) также через элемент ИЛИ 10, поступающий на вход записи накапливающего сумматора 11, при этом содержимое накапливающего сумматора 11 N суммируется с числовым значением квадрата N, напряжения хранимого в блоке 7 выборки и запоминания. В результате срабатывания всех п аналоговых элементов 8 сравнения в накапливаюшем сумматоре 11 записывается код Х„, =N 1,+ Н 31+ Я„, соответствующий сумме квадратов текущих средних значений выпрямленных сигналов в моменты времени t, t+ °, t+n . В течение следующего такта 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 элемен та И 14 от цифрового блока 15 сравнения поступает разрешающий уровень к счетные импульсы (фиг. 2э) проходят на счетный вход второго цифрового квадратора 13 и на управляемый счетчик 16, коэффициент пересчета которого N = Й =1Т/, с выхода которого поступает на счетчик 1?, осуществляющий счет импульсов для индикации (фиг. 2и). 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 импульсов и р (1 . ц, ()1 с1 а на счетчик 17 N =N /N„, что соответствует выраженик (3) .

1357857

По окончании цикла содержимое счетчика 17 (фиг. 2к), блока 3 управления переписывается в блок 18 индикации, после чего импульсом сброса (фиг. 2л) осуществляется установка нуля в накапливающем сумматоре 11, втором цифровом квадраторе 13 и счетчиках 16 и 17.

Формула изобретения

1 ° Способ 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 п раз, по измеренным значениям вычисляют результат, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени измерений, повышения точности и расширения частотного диапазона, из каждого выпрямленного сигнала формируют сигнал, задержанный на время, меньшее периода входного сигнала, вычитают из задержанного сигнала среднее значение выпрямленного сигнала, на интервале задержки 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 один 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, повышения точности и расширения частотного диапазона измерений, в него введены п.элементов задержки, и интеграторов,,и вычитающих блоков выборки и запоминания, и п аналоговых элементов сравнения, цифроаналого

50 вый преобразователь, элемент ИЛИ, накапливающий сумматор, элемент И, цифровой блок сравнения, управляемый счетчик, два цифровых квадратора, счетчик импульсов и блок индикации, причем выход каждого из формирователей модуля соединен с входами одного из элементов задержки и интеграторов, выходы каждой пары из которых соединены с входами одного из вычитающих блоков, выход которого подключен к входу следующего формирователя модуля, выходы интеграторов подключены к входам соответствующих блоков выборки и запоминания, входы синхронизации которых подключены к тактовому выходу блока управления, а выходы— к информационным входам вычислительного блока, образованным первыми входами элементов сравнения, вторые входы которых подключены к выходу цифроаналогового преобразователя, а выходы через элемент ИЛИ вЂ” к входу записи накапливающего сумматора, второй вход которого подключен к квадратичному выходу первого цифрового квадратора, который линейным выходом подключен к входу цифроаналогового преобразователя, а счетным входом к выходу счетных импульсов блока .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 предустановки блока управления, а вход сброса " с выходом сброса блока управления, с которым соединены также соответствую. щие входы счетчика импульсов, накапливающего сумматора и второго цифрового квадратора, выход управляемого счетчика соединен с входом блока индикации, второй вход которого подключен к выходу импульсов индикации блока управления.

1357857

yzf г

У д Т е /11

Ж

Ъ

+17

Cl над н

П

Составитель В. Степанкин

Редактор О. Головач Техред А.Кравчук Корректор Г. Релетник

Заказ 5994/45 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4