Цифровое электроизмерительное устрой ство переменного тока

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (») 496497 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29.01.73 (21) 18764 16/18-10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет(43) Опубликовано 2 5. 12. 75 Бюллетень № 47 (45) Дата опубликования описания 12.03.76 (5}) М. Кл.

».- 01 т 13/02

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам иэооретений и открытий (53) УДК 621.317. 7 (088. 8) (72) Авторы изобретения

B. М. Муттер, В. М. Шабер и Ь. В. Шамрай (71) Заявитель Северо-Западный заочный политехнический институт (54) 11ИФРОВОЕ ЭЛЕК ГРОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение зтносится к цифровой электооизмерительпой технике.

Известны цифровые электроизмерительные устройства переменного тока, содержащие преобразователь эффективного значения напряжения переменного тока в постоянное напряжение, выход которого подключен к и ерв о му входу первого вибр оп реоб раз ователя; нуль-орган с запоминающим конденсатором, первый вход которого соединен с подвижным контактом первого вибропреобразователя, второй вход . — с первой обкладкой конденсатора и через резистор с первым неподвижным контактом второго вибропреобразователи, третий и четвертый входы — с общей шиной, а выход — с подвижным контактом второго вибропреобразователя; переключатель, подвижный контакт которого подключен ко входу преобразовагеля, а первый неподвижный контакт — к источнику измеряемого переменного напряжения; источник компенсирующего напряжения с двумя вых»1дамп, первый из которых поцключен ко второму псподвижному контакту первого вибропреобра:ювателя, и блок управления.

Такое устройство характеризуется невысокой точностью, так как в суммарную по-грешность устройства целиком входит погр чi ность упомянутого преобразователя.

llewü изобретения — повышение точности быстродействия, упрощение устройства и облегчение синхронизации его работы, Эго достигается тем, что устройство снабжено дополнительным переключателеьi, подвижный контакт которого соединен со второй обкладкой конденсатора, первый н»..подвижный контакт — с общей шиной, вгороп неподвижный контакт — со вторым выходом источника компенсирующего на пря женпя, а второй неподвижный контакт нерв»п о переключателя подключен ко второму неподвижному контакту первого вибропр»обро зователя, Для облегчения синхронизации работы устройства между конденсатором и вторым переключателем включен третий вибропр»образователь, подвижный контакт котороi о подключен ко вгорой обкладке конденса1ор:, первый неподвижный конгакт — к подвпж и-.

496497

3 му контакту второго переключателя, второй неподвижный контакт - к общей шине.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема цифрового электроизмерительного устройства переменного тока; на фиг. 2 - временные диаграммы работы переключателей и вибропреобразователей.

Устройство состоит из преобразователя 1 эффективного значения напряжения переменного тока в постоянное, нуль-органа 2, за )р поминающего конденсатора 3, зарядного резистора 4, источника 5 компенсирующего напряжения с двумя выходами, образованного преобразователем 6 код-напряжение и делителем напряжения на двух одинако- 15 вых резисторах 7, 8 блока управления 9, вибропреобразователей 10, l j., 12, рабо тающих обычно с частотой 50 гц, и переключателей 13, 14, работающих с частотой 0,5 гц (см. фиг. 2). (Узлы 2-11 вхо- ® дят в цифровой вольтметр поразрядного уравновешивания).

Π— эффективное значение измеряемого напряжения; Π— постоянное напряжение на выходе преобразователя 1; Ц вЂ” комк пенсирующее напряжение, вырабатываемое источником 5; U — напряжение на конден- с саторе 3; цифры в кавычках — номера входов и выходов узлов.

Ф

Вход блока 9 может быть подключен не к контакту вибропреобразователя 11, а неI посредственно к выходу нуль-органа 2 (эта возможная связь псказана пунктиром). При щ значительной инерционности преобразовате> я 1 целесообразно управлять работой переключателей 13 и 14. Для этого должна быть предусмотрена соответствующая связь с блоком управления 9 (пунктирная связь 40 на фиг. 1).

Работа устройства состоит в следующем.

В обесточенном состоянии переключатегш и вибропреобразователи находятся в неопределенном положении, потенциалы на входах и выходах всех узлов равны нулю.

При подаче на схему питания вибропреобразователи 10-12 начинают работать с частотой 50 гц, а переключатели 13- 14 - с частотой 25 гц.

За исходное принимают положение, соответствующее моменту (см. фиг. 2)

0 1 т. е. такое, при котором все подвижные контакты переходят в положение I. 55

Предположим, что ко входу устройства (переключатель 14) приложено измеряемое переменное напряжение с эффективным значением О, а преобразователь 1 является безын .рцпонным и через промежуток вре- 60 мени, меньший 10 мсек, íà его выходе появляется постоянное напряжение, равное (1) где О -статическая погрешность преобразования переменного напряжения в постоянное,. вносимая преобразователем 1 (влиянйе динамической погрешности, обусловленной инерционностью преобразователя 1, рассматривается далее).

Через один из неподвижных контактов вибропреобразователя 10 напряжение подается на первый вход нуль-органа 2. Кон- денсатор 3 заряжается (через резистор 4 и один из неподвижных контактов вибропреобразователя 1 1) выходным сигналом нуль-органа 2. В момент (см. фиг. 2)

1 напряжение на конденсаторе равно

ОС=0=+ +Ь, (2) где — напряжение дрейфа нуля нуль-органа 2.

При этом заканчивается первый период (Коррекция" ), длившийся 10 мсек. Подвижные контакты вибропреобразователей 10, 11, 12 переходят во второе положение и начинается второй период работы устройства ("Уравновешивание"), который также длится 10 мсек (см. фиг. 2).

Блок 9 управляет источ иком 5 по обычному для поразрядного уравновешивания алгоритму: включается очередная ступень компенсирующего напряжения 0 нуль-орган к сравнивает напряжение U с напряжением к

LI если окажется, что Q ) IJ, то данс к с ная ступень выключается, в противном случае — остается включенной.. В результате уравновешивания компенсирующее напряжение будет связано с напряжением на конден-. саторе зависимостью О = О + с к

Следовательно с учетом формул 2 и 1 (3), 9=0=U +8

Таким образом, первый такт ("Измерение переменно о напряжения") оканчивается

> и в момент ь (см. фиг. 2) начинается второй такт (" Измерение постоянного напряжения"), подвижные контакты переключателей 13 и 14 переходят в положение ll, а вибропреобразователей 10-12 — в положение 7.

Теперь на вход преобразователя 1 подается напряжение U (через один из неподк вижных контактов переключателя 14), а на вторую обкладку конденсатора — напряжение 2 Q (через один из неподвижных кон-. к

496497

О

1

u= u g (4). ) = — U+Ь с rv (5) . 0

40 (6) гактов переключателя 13 и один из неподвижных контактов вибропреобразователя 12).

Новое значение напряжения на выходе преобразователя 1 будет равно

u=u„+ 8, но так как U = U (см. формулу 3), то к можно принять, что погрешности, вносимые преобразователем 1 при преобразовании

Ц и Q оoд иlнlа коoв lыl, т. е. = (и

== u ++8

Следовательно, учитывая выражение 3, имеют

I1o истечении 10 мсек оканчивается период "Коррекция" и динамическое равновесие напряжений на первом и втором выходах нуль-органа 2 20

I о - ь=- u + +u с к

1!одставив в последнее выражение знаI ченпе Q u Q из формул 3 и 4, получаК ют 0+28 "Ь= U 2(U + 8).

Следовательно, конденсатор заряжается до напряжения

В момент ь (см. фиг. 2) подвижные контакты вибропреобразователей 10-12 переходят в положение lI и начинается период

"Уравновешивания". 11о окончании поразряд- >

Hol o уравновешивания новое значение компенсирующего напряжения будет связано со значением напряжения на конденсаторе зависимостью

Согласно выражениям 5 и 6 оконча.гельно имеют

U . =- -0

Таким образом, компенсирующее напряжение и, следовательно, число, зафиксированное в блоке 9, по абсолютной величине соответствуют эффективному значению измеряемого напряжения (без погрешностей

50 и Д ). Необходимо отметить, что при переходе от переменного напряжения U к

Ф / постоянному Q преобразователем 1 внок сптся некоторая дополнительная погреш- 55 ность, поэтому эти преобразователи целесообразно выполнять на термопреобразователих.

И; ян с гные преобра.зователи переменного пппряж«пия H пос-.гоянное являются инерцион-60 ными со временем установления порядка нескольких секунд, что обуславливает значительную динамическую погрешность. Для ее устранения необходимо исключить возможность выдачи результата измерения до окончания переходного процесса в преобразователе 1. (Эта же ггооблема исключения динамической погрешности характерна и для прототипа). Можно, например, ocymecr»лять работу блока 9 так, чтобы результат измерения индицировался на табло (на чертежах не показан) лишь ito прошествии заранее заданного отрезка времени и производилось принудительное управление переключателями 1 3 и 14 (последние остаются в положении I до окончания переходного процесса, после чего их работа осуществляется в соответствии с временной диаграммой на фиг. 2). Так как Ll = U (формула 3), к то при переходе подвижного контакта переключателя 14 из положения I в положение

11, длительность переходного процесса незначительна (менее 10 мсек), и дополнительной потери времени не происходит.

Следовательно, выполнение устройства

IIo предлагаемой схеме позволяет использовать цифровой вольтметр поразрядного урав-. новешивания для .измерения переменных напряжений с высокой точностью без существенного усложненйя устройства и увеличения времени измерения.

Формула изобретения

1. Цифровое электроизмеритепьно«устройство переменного тока, содержащее пре-. образователь эффективного значения напряжения переменного тока в постоянное напряжение, выход которого подключен к первому входу первого вибропреобразователя, нуль-орган с запоминающим конденсатором, первый вход которого соединен с подвижным контактом первого вибропреобразователя, второй вход — с первой обкладкой копденсатора и через резистор с первым неподвижным контактом второго вибропреобразователя, третий и чегвертый входы — с обшей шиной, а выход - с подвижным контактом второго вибропреобразователя, переключатель, подвижный контакт которого подключен ко входу преобразователя, а первый неподвижный контакт — к источнику измеряемого переменного напряжения, источник компенсирующего напряжения с двуMB выходами, первый из когорых подключен ко второму неподвижному конч акту первого вибропреобразователя, и блок управления, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности, бы«троп«йствпя

496497

7,; и упрошения устройства, оно снабжено ao-) полнительным переключателем, подвижный контакт которого соединен со второй обкладкой конденсатора, первый неподвижный контакт — с общей шиной, второй неподвижный 5 контакт — со вторым выходом источника компенсирующего напряжения, а второй неподвижный контакт первого переключателя подключен ко второму неподвижному контакту первого вибропреобразователя. 10

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью упрошения синхронизации его работы, между конденсатором и вторым переключателем включен третий вибропреобразователь, подвижный контакт которого подключен ко второй обкладке конденсатора, первый неподвижный контакт — к подвижному контакту второго переключателя, а второй неподвижный контакт — к общей шине.

496497

Составитель .Иорекжйкина

Ре акга

1 едакгор! За, fJE. д,.дваh;! Тегред1! 1арандашова !корректор Я.нарын< ина!

1!И!1!!!И осударственного комитета Совета Министров СССР но делам изобретений и открытий

Москва, 1!3035, Раушская наб., 4! lреднривгне «!1атент», Москва, Г.59, Бережковская наб., 24

Заказ Я

Изд. щ Щ, 1 р.

11однисное