RU2032182C1 - Устройство для измерения амплитуды гармонического напряжения - Google Patents
Устройство для измерения амплитуды гармонического напряжения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2032182C1 RU2032182C1 SU4900498A RU2032182C1 RU 2032182 C1 RU2032182 C1 RU 2032182C1 SU 4900498 A SU4900498 A SU 4900498A RU 2032182 C1 RU2032182 C1 RU 2032182C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- switch
- input
- output
- integrator
- voltage
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Abstract
Использование: изобретение относится к вольтметрам, а более конкретно к устройствам для измерения амплитуды гармонических напряжений, и может быть использовано в автоматике, телемеханике и связи. Сущность изобретения: устройство для измерения амплитуды гармонических напряжений содержит коммутатор 1, переключатель 2, инвертор 3, интегратор 4, нуль-орган 5, дифференциатор 6, усилитель-формирователь 7, счетчик 8, блок сравнения 9, источник трех опорных напряжений 10, снабженный тремя резисторами 13, 14, 15, тремя регулируемыми резисторами 16, 17, 18 и источником постоянного напряжения 19. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.
Description
Предполагаемое изобретение относится к вольтметрам, а более конкретно, к устройствам для измерения амплитуды гармонических напряжений и может быть использовано в автоматике, телемеханике и связи.
Известно устройство [1], предназначенное для контроля среднего значения переменного напряжения, содержащее усилитель-формирователь, селектор, ключи, генератор опорной частоты, счетчик, блок переноса кода, блок допускового контроля временных интервалов, интегратор, измерительный блок, анализатор, формирователь кода допуска и выходной логический блок. Усилитель-формирователь соединен с селектором, ключом. Селектор соединен со вторым ключом и со счетчиком, соединенным со вторым ключом и с блоком допускового контроля временных интервалов, соединенным с выходным логическим блоком, соединенным с анализатором, который соединен с блоком переноса кода, выходным логическим блоком, соединенным с блоком допускового контроля. Анализатор соединен с измерительным блоком, соединенным с селектором и с интегратором, соединенным с ключом.
Данное устройство имеет низкую точность вследствие того, что измерение напряжения на выходе интегратора измерительным блоком характеризуется существенными погрешностями.
Известно устройство, предназначенное для допускового контроля среднего значения переменного напряжения, содержащее усилитель-формирователь, селектор, ключи, генератор опорной частоты, счетчик, блок переноса кода, блок допускового контроля временных интервалов, интегратор, измерительный блок, анализатор, формирователь кода допуска, выходной логический блок, источник образцового напряжения. Усилитель-формирователь соединен с селектором, соединенным с ключами, один из которых соединен с генератором опорной частоты и счетчиком, соединенным с селектором и блоком переноса кода, соединенным с блоком допускового контроля временных интервалов, соединенным с выходным логическим блоком, соединенным с формирователем кода допуска, соединенного с блоком допускового контроля временных интервалов. Формирователь кода допуска соединен с анализатором, соединенным с измерительным блоком, соединенным с селектором. Измерительный блок соединен с интегратором, соединенным с ключом, соединенным с источником образцового напряжения, соединенным со входом устройства.
Устройство характеризуется низкой точностью поскольку интегратор в совокупности с измерительным блоком характеризуется высокими погрешностями.
Данное техническое решение взято автором в качестве прототипа.
Целью предполагаемого изобретения является повышение точности измерения.
Указанная цель достигается тем, что известное устройство содержащее усилитель-формирователь, два ключа, счетчик, интегратор снабжают переключателем, инвертором, нуль-органом, дифференциатором, сравнивающим устройством, источником трех опорных напряжений, тремя резисторами, тремя регулируемыми резисторами, источником постоянного напряжения, коммутатором. Коммутатор соединен с переключателем, соединенным непосредственно и через инвертор с интегратором, соединенным с нуль-органом. Вход коммутатора соединен с дифференциатором, соединенным с коммутатором. Вход коммутатора соединен через усилитель-формирователь со счетчиком, соединенным с коммутатором и с интегратором. Источник трех опорных напряжений соединен со сравнивающим устройством, подключенным ко входу заявляемого устройства, являющемуся входом коммутатора и к переключателю.
Источник трех опорных напряжений содержит три резистора и три регулируемых резистора, источник постоянного напряжения. Резисторы включены последовательно с регулируемыми резисторами и образуют три параллельные ветви, состоящие из резистора и регулируемого резистора. Средние точки параллельных ветвей соединены со сравнивающим устройством. Параллельные ветви подключены к источнику постоянного напряжения.
Коммутатор содержит два последовательно включенных ключа, первый из которых соединен со входом коммутатора и с дифференциатором, а второй - соединен с выходом коммутатора и со счетчиком.
Все элементы, входящие в состав заявляемого устройства известны и описаны в литературе.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых элементов: переключателем, инвертором, нуль-органом, дифференциатором, усилителем-формирователем, сравнивающим устройством, источником, трех опорных напряжений, коммутатором и их связями с остальными элементами схемы.
Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что вновь введенные элементы известны.
Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами схемы в заявляемое устройство вышеуказанные элементы проявляют новое свойство, а именно повышение точности измерения.
Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".
На чертеже изображена принципиальная схема устройства.
Заявляемое устройство содержит коммутатор 1, соединенный с переключателем 2, который соединен напрямую и через инвертор 3 с интегратором 4, соединенным с нуль-органом 5. Коммутатор 1, дифференциатор 6, усилитель-формирователь 7 соединены со входом устройства, дифференциатор 6 соединен с коммутатором 1, усилитель-формирователь 7 соединен со счетчиком 8, соединенным с коммутатором 1 и интегратором 4. Переключатель 2 соединен со сравнивающим устройством 9, соединенным с источником трех опорных напряжений 10. Вход устройства соединен со сравнивающим устройством 9. Коммутатор 1 содержит два ключа 11 и 12, соединенных последовательно, ключ 11 соединен со входом устройства и дифференциатором 6, ключ 2 соединен с пересчетным устройством 8 и переключателем 2. Источник трех опорных напряжений 10 содержит три резистора 13, 14, 15 и три регулируемых резистора 16, 17, 18. Резисторы включены последовательно с регулируемыми резисторами и образуют три параллельные ветви, состоящие из резистора 13 и регулируемого резистора 16, резистора 14 и регулируемого резистора 17, резистора 15 и регулируемого резистора 18. Средние точки параллельных ветвей соединены со сравнивающим устройством 19. Параллельные ветви подключены к источнику постоянного напряжения 19.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
На вход подают синусоидальное напряжение
U = Um . sin ( ωt+Ψ ); где Um - амплитуда;
ω - круговая частота;
t - время;
Ψ - начальная фаза.
U = Um . sin ( ωt+Ψ ); где Um - амплитуда;
ω - круговая частота;
t - время;
Ψ - начальная фаза.
При возрастании измеряемого напряжения U на выходе дифференциатора 6 имеется положительный сигнал, поступающий на ключ 11 и открывающий его. На выходе счетчика 8 имеется положительное напряжение, открывающее ключ 12. На переключатель 2 поступает напряжение U, подаваемое также на сравнивающее устройство 9. При достижении входным напряжением U первого опорного напряжения U1, выдаваемого источником трех опорных напряжений 10, т.е.
Um . sin ( ωt1+Ψ ) = U1, (1) где t1 - момент времени, в который выполняется данное равенство, сравнивающее устройство 9 выдает сигнал подключающий напрямую к интегратору 4 измеряемое напряжение U с помощью переключателя 2.
При достижении входным напряжением U второго опорного напряжения U2, выдаваемого источником трех опорных напряжений 10, т.е.
Um . sin ( ωt2+Ψ) = U2, (2) где t2 - момент времени, в который выполняется данное равенство, сравнивающее устройство 9 выдает сигнал, подключающий измеряемое напряжение U через инвертор 3 к интегратору 4 с помощью переключателя 2. В момент равенства измеряемого напряжения U третьему опорному напряжению U3, т.е.
Um . sin ( ωt3+Ψ ) = U3, (3) где t3 - момент времени, в который выполняется данное равенство, переключатель 2 отключает измеряемое напряжение U от интегратора 4.
Из выражений (1), (2), (3) следует
t1= · arcsin - , (4)
t2= · arcsin - , (5)
t3= · arcsin - , (6)
Тогда в промежутке времени от t1 до t2 интегратор 4 интегрирует измеряемое напряжение U, а от t2 до t3 то же напряжение U, но с обратным знаком. В результате одного такта интегрирования на выходе интегратора 4 получают напряжение
ΔU4= K4 Udt - K Udt, где К4 - коэффициент вносимый интегратором 4.
t1= · arcsin - , (4)
t2= · arcsin - , (5)
t3= · arcsin - , (6)
Тогда в промежутке времени от t1 до t2 интегратор 4 интегрирует измеряемое напряжение U, а от t2 до t3 то же напряжение U, но с обратным знаком. В результате одного такта интегрирования на выходе интегратора 4 получают напряжение
ΔU4= K4 Udt - K Udt, где К4 - коэффициент вносимый интегратором 4.
Количество тактов интегрирования задается счетчиком 8, на вход которого поступают импульсы от усилителя-формирователя 7. Через n периодов измеряемого напряжения U счетчик 8 выдает напряжение, которое сбрасывает напряжение интегратора 4 n Δ U4 до нуля. Затем процесс начинается снова. Регулировкой опорных напряжений добиваются нулевого показания нуль-органа 5. При этом
Udt = Udt или
· cos (ωt+ω) = cos(ωt+Ψ) Подставляя выражения (4), (5), (6), получают
- =
= -
Откуда после преобразований получают
Um= Поскольку
U1 = K1E, U2 = K2E, U3 = K3E, где К1, К2, К3 - коэффициенты передачи делителей напряжения, образованные элементами 13, 14, 15, 16, 17, 18,
Е - выходное напряжение источника постоянного напряжения 19, то
Um= E (7)
Поскольку значение постоянного напряжения Е и коэффициенты К1, К2 и К3, кроме того, интегрирование характеризуются высокой точностью, то максимальное значение напряжения Um измеряется с высокой точностью. Расчет Um по выражению (7) как и уравновешивание заявляемого устройства могут быть легко автоматизированы.
Udt = Udt или
· cos (ωt+ω) = cos(ωt+Ψ) Подставляя выражения (4), (5), (6), получают
- =
= -
Откуда после преобразований получают
Um= Поскольку
U1 = K1E, U2 = K2E, U3 = K3E, где К1, К2, К3 - коэффициенты передачи делителей напряжения, образованные элементами 13, 14, 15, 16, 17, 18,
Е - выходное напряжение источника постоянного напряжения 19, то
Um= E (7)
Поскольку значение постоянного напряжения Е и коэффициенты К1, К2 и К3, кроме того, интегрирование характеризуются высокой точностью, то максимальное значение напряжения Um измеряется с высокой точностью. Расчет Um по выражению (7) как и уравновешивание заявляемого устройства могут быть легко автоматизированы.
Известен цифровой вольтметр ⌀ 230, предназначенный для измерения напряжения переменного тока [4]. Недостатком является высокая погрешность измерения.
Использование введенных в заявляемое устройство элементов переключателя, инвертора, нуль-органа, дифференциатора, сравнивающего устройства, источника трех опорных напряжений, коммутатора приводит к повышению точности измерения, что обусловлено использованием метода уравновешивания (сравнения) при измерении переменного тока. Заявляемое устройство позволяет сравнивать напряжение постоянного тока и амплитуду переменного тока и амплитуду переменного тока с помощью операций, характеризующихся высокой точностью: сравнения, интегрирования, уравновешивания.
Сложность пересчетной формулы не является препятствием для достаточного быстродействия прибора, вследствие простой автоматизации пересчета с помощью современной вычислительной техники.
Claims (3)
1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДЫ ГАРМОНИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее усилитель-формирователь, источник опорного напряжения, интегратор, счетчик, нуль-орган, коммутатор, состоящий из двух ключей, переключатель, выход которого соединен с первым входом интегратора, выход которого соединен с входом нуль-органа, вход усилителя-формирователя соедиен с входами коммутатора и устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены инвертор, дифференциатор, блок сравнения, вход которого соединен с входами устройства и дифференциатора, выход которого соединен с первым управляющим входом коммутатора, второй управляющий вход которого соединен с первым выходом счетчика, вход которого соединен с выходом усилителя-формирователя, а второй выход - с входом сброса интегратора, второй вход которого через инвертор соединен с вторым выходом переключателя, вход которого соединен с выходом коммутатора, управляющий вход - с выходом блока сравнения, три опорных входа которого соединены с выходом источника опорного напряжения.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью упрощения, источник опорного напряжения содержит три резистора, три регулируемых резистора, источник постоянного напряжения, причем последовательно соединенные резисторы и регулируемые резисторы образуют соответственно три параллельные ветви, которые подключены к выходу источника постоянного напряжения, средние выводы трех параллельных ветвей соединены соответственно с тремя выходами источника опорного напряжения.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью упрощения, коммутатор содержит два последовательно соединенных ключа, вход первого из которых соединен с входом коммутатора, а его управляющий вход - с первым управляющим входом коммутатора, выход второго ключа соединен с выходом коммутатора, а его управляющий вход - с вторым управляющим входом коммутатора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4900498 RU2032182C1 (ru) | 1991-01-08 | 1991-01-08 | Устройство для измерения амплитуды гармонического напряжения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4900498 RU2032182C1 (ru) | 1991-01-08 | 1991-01-08 | Устройство для измерения амплитуды гармонического напряжения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2032182C1 true RU2032182C1 (ru) | 1995-03-27 |
Family
ID=21554447
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4900498 RU2032182C1 (ru) | 1991-01-08 | 1991-01-08 | Устройство для измерения амплитуды гармонического напряжения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2032182C1 (ru) |
-
1991
- 1991-01-08 RU SU4900498 patent/RU2032182C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1224734, кл. G 01R 19/04, 1984. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Filipski | A new approach to reactive current and reactive power measurement in nonsinusoidal systems | |
CN104267244B (zh) | 一种积分比例电路及基于积分比例电路的阻抗测量方法 | |
US5256979A (en) | Method and apparatus for measuring an unknown voltage, and power meter employing the same | |
CN109188074B (zh) | 互检电路及方法、电流检测***、电能计量***及芯片 | |
Svensson et al. | A measuring system for calibration of power analyzers | |
Chen | A two-stage solution procedure for digital power metering according to IEEE standard 1459-2010 in single-phase system | |
RU2032182C1 (ru) | Устройство для измерения амплитуды гармонического напряжения | |
EP0058050A1 (en) | Measuring method | |
JP3289961B2 (ja) | 回路素子の定数測定装置 | |
RU2022284C1 (ru) | Способ определения комплексных параметров свч-устройств | |
US4181949A (en) | Method of and apparatus for phase-sensitive detection | |
JP2587970B2 (ja) | インピーダンス測定装置 | |
GB2093292A (en) | Apparatus and methods for analogue-to-digital conversion and for deriving in-phase and quadrature components of voltage and current in an impedance | |
RU2120623C1 (ru) | Емкостный экспресс-влагомер | |
RU2008690C1 (ru) | Способ измерения электрической емкости и индуктивности | |
Ida et al. | Fast balancing method for an AC bridge based on a novel phase matching technique | |
SU949539A1 (ru) | Измеритель сопротивлений кондуктометрических датчиков | |
SU765760A1 (ru) | Устройство дл измерени симметричных составл ющих напр жений трехфазной сети | |
SU978054A1 (ru) | Квазиуравновешенный мост дл раздельного измерени одного из параметров нерезонансных трехэлементных двухполюсников | |
SU1629880A1 (ru) | Цифровой измеритель емкости, индуктивности и сопротивлени | |
SU748868A1 (ru) | Способ экспериментального определени динамических характеристик преобразователей напр жение-частота | |
Burbelo | Universal quasi-balanced bridges for measuring the parameters of four-element two-terminal networks | |
SU998964A1 (ru) | Универсальный цифровой прибор | |
SU1064227A1 (ru) | Устройство дл измерени угла сдвига фазы синусоидальных напр жений | |
SU1739305A1 (ru) | Измеритель комплексных сопротивлений |