Устройство для измерения действующего значения напряжения и тока

 

(и,74435) ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24.04.78 (21) 2608468!18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.06.80. Бюллетень № 24 (45) Дата опубликования описания 30.06.80 (51) М. Кл. G 01R 19/26

Государственный комитет (53) УДК 621.317.312. .083.5(088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Ю. С. Мальцев, В. Д. Шевченко, М. М. Чернин и В. Г. Витковский (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕЙСТВУЮЩЕГО

ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА

Изобретение относится к электроизмсрительной технике и предназначено для использования при контроле электрических сигналов напряжения или тока искаженной формы.

Известно устройство для измерения действующего значения напряжения (тока), выполненное на основе сравнения контролируемого и опорного постоянного сигналов и содержащее компаратор в виде электротеплового преобразователя (11.

Недостаток известного устройства заключается в том, что выходной сигнал элсктротеплового компаратора колеблется с двойной частотой входного сигнала, если период последнего соизмерим с тепловой постоянной времени компаратора. Указанная пульсация обуславливает значительную погрешность измерения.

Более близким к заявленному является устройство для измерения действующего значения напряжения (тока), основанное на использовании в процессе сравнения компенсирующей последовательности импульсов и содержащее, в частности, компаратор, один из входов которого подключен к выходу формирователя импульсов, частотный генератор, вычислительный блок II IIHдикатор (2).

Недостаток известного устройства связан с существенной погрешностью измерения на низких частота i, которая определяется модуляцией компенсирующего сигнала удво5 снной частотой входного сигнала. Для уменьшения подобной модуляции в известном устройстве угелпчивают постоянную времени компаратора, что отрицательно сказывается на времени измерения.

1р Целью изобретения является повышение точности измерения действующего значения напряжения и тока при сохранении быстродействия устройства в широком частотном диапазоне контролируемого сш— д нала.

Для достижения поставленной цели в устройство для измерения дсйствующсгo значения напряжения и тока, содержащее компаратор, один из входов которого под2р ключсн к выходу формирователя импульсов, частотный генератор, вычислительный блок и индикатор, введены hBcl,1ðàòoð и интегрирующий время — импульсиьш преобразователь, причем вход квадратора и другой вход компаратора соединены с цспь1о контролируемого напряжения и тока, исриьш вход интегрирующего время — импульсного преобразователя подключен к выходу квадратора, второй Iixoд — — и выходу

744351 компаратора, треп«й вход — к выходу частотного генератора, а выход — ко входу формирователя импульсов, вход вычпслптельного блока соединен с выходом формирователя импульсов, а выход — со входом индикатора.

На чертеже представлена функцио««альная схема предложенного устройства для измерения действующего значенпя напряжения и тока.

В состав устройства входят термоэлектрический дифференциальный компаратор 1 со входами а и б, квадратор 2, интегрирующий время — импульсный преобразователь

3, частотный генератор 4, формпрователь импульсов (амплитудный ограничитель) 5, вычислительный блок 6 и индикатор 7

Работа устройства основана на сравнении ком пар атором 1 действующих значен«1 !1 контролируемого электрического сигпа in, например напряжения, II Ilìп«>льспого > I))l пенсирующего напряжения. Посл«,. .П.е вырабатывается путем квадратировапня контролируемого напряжения квадратором 2 и формирования в интегрирующем время импульсном формирователе 3 последовательности импульсов, длительность которых пропорциональна интегральному значению квадрата контролируемого напряжения.

При этом период повторения импульсов выбирается меньше постоянной врсмспп коми «ратор 1 1 II задается IBcTDTIIhli>1 I cнсратором 4. Лмплитуда импульсов устанавливается постоянной посредством формирователя импульсов 5. По результатам компарировапия за счет воздействия 1) i lxo Jiioão сигнала компаратора 1 на преобра:>ователь

3 осуществляется корректпровк««,I, I Iëc, :!—

I l O C T f i К О М П С П С И Р У> 10 Щ I I X I I . >! П У Л l > C O H .

ПОслс достпжснпя pавf!Оl)ccl!51 в ком!if! pfiâ торе 1 действующсе зпачснпс коптролпрусмого напряжения определяется 110 иптсгральным характеристикам последовательности компснсирующих импульсов с помощью вычислительного блока 6 и ш«дикатора 7. Вычислительный блок 6 представля. т сооой измеритель среднего зпа fcIIII«". напряжения, извлекающий корень ква;1рагпьш из результата усреднения. В отдельных случаях конструктивная реализация блок«I 6 может предусматривать определение действующего значения напряжения по среднему значению длительностей компснсплу«ощпх импульсов.

В соответствии с изложенным процесс измерения в предложенном устройстве описывается следующими матс.«1!тп «сск««мп выражениямии.

Длительность Т ком пепснряющих импульсов, поступа«ощпх ««а вход l компаратора 1, определяется как ! -1

Т -К,.К, 1 U,(t) dt, (1) где К, и К,— постоянные коэффициенты, учитывающие коэффициенты передачи. квадратора 2 и «штегрирующего время — им5 пульсного преобразователя 3; (t;+i — t,) — интервал времени между соседними компенсирующими импульсами;

U,- — контролируемое напряжение.

,0 Количество тепла QI, выделившееся в компараторе 1 в течение промежутка времени (1;, --1;), соответствует

15 .1 где U! — амплитуда компенсирующих импульсов; й, — сопротивление компаратора 1

iio входу 1.

20 Подставляя в (2) значения (1), пол, «пм:

fj2

К К, J 2Я =

Л!

i (2) 25 — Кз (->, () где

/i, . ti fJ(30

В тот жс самый промежуток времепп (;+! — t ;) на входе Il компаратора 1 выделяется количество тепла Q2, равное

U (/) сй

Q,= « I U (1)dt, (4)

ti !!0 ком п<1 р«!Тора l ПО

l ., 1 1 гдс A2 — col«poTIiliлсп вход > 11.

Выбрав коэффициент К; равным с определенной стс спь!о точности коэффициенту

I(, и пропорцпонал««о регулируя выходным сигналом компаратора 1 коэффициент передачи Е,;, можно;«оопться равенства

Qi==-Q с !!огрешпостью, определяемой погрсшност«по компаратора 1.

Таким образом, после достижения равновесия в компараторс 1 можно утьсрждать, ITo действующсс зпачсппе контролируемого папряжсппя равно действующему значению последовательности импульсов компепспрующе! о папря)кения. В связи с этим ilo штсгральпым характеристикам последовательности компснспрующих импульсов можно судить о действующем значении коптроh0 лирусмого папряжеппя.

В частности, усредняя напряжение компенсирующих импульсов за фиксировап-!!ый промежуток времени T и извлекая кореш, квадратный пз результата усреднения, 05 5получпм рсзультат измерения Л в виде

744351

1=л 1-+ 1

QU1 К j U, (t)dt

i =-1 tg

/ = P g u K 1 u Itis 1п1

i=1 ti где n — число импульсов, усредненных за время т;

К вЂ” коэффициент, учитывающий коэффициенты передачи квадратора 2 и интегрирующего время — импульсного преобразователя 3.

Полученное выражение можно упростить изменением пределов интегрирования: 15 — U1.КОД о

Из последнего выражения видно, что ре- 2р зультат измерения однозначно связан с действующим значением контролируемого напряжения.

Аналогично можно определить действующее значение контролируемого напряжения усреднением длительностей компенсирующих импульсов за фиксированный промежуток времени.

В данном техническом решении, как видно из формул (3) и (4), компаратор 1 находится в состоянии равновесия в каждый наперед заданный промежуток времени

tl I — t;. В частном случае, при использовании электротеплового компаратора, закон изменения мощности компенсирующих импульсов на входе 1 компаратора повторяет закон изменения мощности, выделяемой контролируемым сигналом на входе 11 компаратора, что приводит к сохранению равновесия компаратора при различных часто- 4р тах входного сигнала.

В предложенном устройстве постоянная времени компаратора 1 выбирается больше, чем период повторения компенсирующих импульсов, и не зависит от частоты входного сигнала. Это позволяет уменьшить постоянную времени компаратора и тем самым ускорить процесс измерения, что особенно проявляется при измерении низкочастотных сигналов.

Формула изобретения

Устройство для измерения действующего значения напряжения и тока, содержащее компаратор, один из входов которого подключен к выходу формирователя импульсов, частотный генератор, вычислительный блок и индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены квадратор и интегрирующий время — импульсный преобразователь, причем вход квадратора и другой вход компаратора соединены с цепью контролируемого напряжения (тока), первый вход интегрирующего время — импульсного преобразователя подключен к выходу квадратора, второй вход — к выходу компаратора, третий вход — к выходу частотного генератора, I выход — ко входу формирователя импульсов, вход вычислительного блока соединен с выходом формирователя импульсов, и Вь1ход — со входом индикатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Галахова О. П. и Федоров А. M. Методы точных измерений силы тока, напряжения, мощности и их соотиошегп1я в диапазоне звуковых и высоких частот, М., «Машиностроение», 1976, с. 28.

2. Авторское свидетельство СССР № 227447, кл. G 01R 19/26, 1966.