SU1056063A1 - Способ измерени действующего значени тока или напр жени в диапазоне инфразвуковых частот - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕЙСТВУЮ ЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ ТОКА ИЛИ НАПРЯЖЕНИЯ В ДИАПАЗОНЕ ИНФРАЗВУКОВЫХ ЧАСТОТ, основанный на формировании эквивалентной по Тепловому действию вспо могательной электрической величины, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, вспомогательную электрическую величину формируют путем сложени  двух равных по амплитуде синусоидальных составл ю1дих с частотги ли, разнесенными одна от другой на удвоенное значение частоты контролируемой электрической величины, и с периодами , на несколько пор дков меньшими периода последней, :регистрируют действующие значени  каждой из составл ющих вспомогательной электрической величины, суммируют их и по полученной сумме суд т о действующем значении контролируемой .электрической величины.

Description

Изобретение относитс  к области электрических измерений и предназначено дл  использовани  при построении высокоточной поверочной аппаратуры . .Известен способ измерени  действукадего значени  тока или напр жени  в диапазоне инфразвуковых частот , предусматривакедий квадратичное преобразование (например, с помощью термоэлектрического преобразовател ) и интегрирование контролируемой электрической величины, формирование вспомогательной электрической величины, отображающей интервал интегрировани , и деление результата интегрировани  на вспомогательную электрическую величину Cl}.

Недостаток известного способа заключаетс  в значительной сложности практического осуществлени .

Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  способ измерени  действующего значени  тока или напр жени  в диапазоне инфразвуковых частот, заключающийс  в формировании и регистрации эквивалентной по тепловор/iy действию вспомогательной электрической величины, в частности посто нного тока или напр жени  С2.

Недостаток указанного способа про вл етс  в невысокой точности измерени , обусловленной частотной погрешностью используемого при реализации способа термоэлектрического преобразовател . В диапазоне инфранизких частот - при температур ных колебани х нагревател  термоэлемента период изменени  мгновенного значени  выдел емой в нагревателе мощности оказываетс  соизмеримым с тепловой посто нной времени преобразовател . В св зи с эти имеет место неодинаковый режим последнего , при подведении к нему контролируемого инфразвукового тока или напр жени  и вспомогательной электрической величины. В первом случае температура нагревател , а следовательно , и выходна  термоэлектродвижуща  сила представл ют собой сумму двух составл ющих - посто нной и переменной, т.е. преобразователь работает в динамическом режиме, а во втором случае температура нагревател , а .следовательно, и выходна  термоэлектродвижуща  сила  вл етс  посто нными величинами, т.е, преобразователь работает в. статическом режиме. Отличие режимов работы термоэлектрического преобразовател  приводит к тому, -что равным посто нным составл ющим выходной термоэлекродвижущей силы преобразовател  соответствуют разные .отличающиес  на величину низкочастотной погрешности перехода) действующие значени  инфразвукового и посто нного токов (напр жений). Источниками низкочастотной погрешности перехода при динамическом режиме работы термоэлектрического преобразовате-. 5 л   вл ютс , например, зависимость омического сопротивлени  нагревател  от его температуры,изменение коэффициента теплоотдачи при изменении температуры и нелинейность

0 температурной характеристики термочувствительного элемента.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности способа измерени  за счет исключени  частотной погреш5 ности.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу измерени  действующего значени  тока или напр жени  в диапазоне инфразвуковых часQ тот, основанному на формировании эквивалентной по тепловому действию вспомогательной электрической величины , вспомогательную электрическую величину формируют путем сложени 

5 двух рлвных по амплитуде синусоидаль ных составл ющих с частотами, разнесенными одна от другой на удвоенное значение частоты контролируемой электрической величины и .с периода . ми, на несколько пор дков меньшими

периода последней, регистрируют

действующие значени  каждой из составл ющих вспомогательной электрической величины, суммируют их и по полученной сумме суд т о действую5 щем значении контролируемой электрической величины.

На фиг. 1 представлен один из возможных вариантов устройства, реализующего предложенный способ изме0 рени  действующего значени  тока или напр жени , на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов, иллюстрирующие составные операции предлагаемого способа.

Устройство содержит генераторы 1 и 2 синусоидальных колебаний, частотомер 3, переключатель 4 с четырьм  направлени ми и шестью контактами в каждом направлении, сумматор 5 с операционным усилителем б, нерегулируемыми резисторами 7 и 8 и регулируемым резистором .9, преобразователь 10 напр жени  в ток с операционным усилителем 11 и резистором 12, термоэлектрический

преобразователь (термопреобразователь ) 13, фильтр 14 нижних частот, источники 15 и 16 посто нного напр жени , делители 17-19 напр жени , нуль-индикатор 20 и измеритель 21

0 посто нного напр жени .

Входна  шина устройства подключена к первому (сверху ) контакту третьего напрадлени  переключател  4, Один из входов сумматора 5 че5 рез второй и третий контакты первого направлени  переключател  4 соед нен с выходом генератора 1, а через четвертый, п тый и шестой контакты того же направлени  - с шиной нулевого потенциала, Другой вход сумматора 5 через второй и п тый контакты второго направлени  переключател  4 подключен к выходу генератора 2, а через третий, четвертый и шестой контакты того же направлени  - к шине нулевого потенциала. Вход преобразовател  10 напр жени  в ток через первый контакт третьего направлени  соединен с входной шиной устройства, к которой подключен также частотомер 3,через второй, третий и п тый контакты того же направлени  - с выходом йумматора 5, и через четвертый и шесто контакты - с промежуточными выводами соответственно делителей 17 и 18 напр жени , между КОТОРЫМИ вкто чей измеритель 21 посто нного напр  жени . Выход преобразовател  10 напр жени  в ток подключен к входу термопреобразовател  13. Выход термопреобразовател  13 соединен с одним из входов нуль-индикатора 20 через третий, четвертый, п тый и шестой контакты четвертого напра.вле ни  переключател  4 непосредственно а через первый и второй контакты то го же направлени  - с помощью фильтра 14 нижних частот. Другой вход нуль-индикатора 20 подкликтен к промежуточному выводу делител  19 напр жени , крайние выводы которого соединены с разноименными полюсами последовательно включенных источников 15 и 16посто нного напр жени  и крайними выводами последовательно включенных делителей 17 и 18 напр жени . Точки соединени  источников 15 и 16 и делителей 17 и 18 меж ду собой объединены. На временных диаграммах прин ты следующие обозначени : U (фиг.2, ) и и (фиг. составл ющие вспомогательного напр жени , вырабатываемые соответственно генераторами 1 и 2, Utv (фиг. 2в - вспомогательное напр жение, образованное путем суммировани  IJ (фиг. 2 г ) - напр жение на выходе термопреобразовател  13, вызванное вспомогательным напо жением , и(фиг. 2,3) - контролируемое напр жение, (фиг. 2,е) - напр жение на выходе термопреобразовател , 13, вызванное контролируемдш напр жением и . Предложенный способ реализуетс  следующим образом С помощью частотомера 3 определ ют частоту контролируемого напр жени . Создают вспомогательное напр жен 5-1 т. S , где и амплитуды составл ющих вырабаты и и ваемых генераторами 1 и 2 частоты составл ющих и и и ; t - врем  Дл  простоты начальные фазы обеих составл ющих и и и прин ты равными нулю. Частоты со и w- выбирают, исход  из следующих условий и fli /. 2Л « % f - теплова  посто нна  времени термопреобразовател  13, Дл  создани  вспомогатепьного напр жени  на выходах генераторов 1 и 2, обладающих хорошей стабильностью ампитуды и частоты выходных сигналов , выставл ют напр жени ,одинаковые по уровню и разнесенные по частоте на удвоенное значение частоты контролируемого напр жени . При этом периоды выходных напр жений обоих генераторов 1 и 2 должны быть на несколько пор дков тепловой посто нной времени f термопреобразовател  13. С помощью переключател  4 в различных его положени х обеспечиваетс  как раздельное, так и одновременное подключение выходов генераторов 1 и 2 к входам сумматора 5. Сумматор 5 выполнен по схеме суммирующего масштабного усилител  с двум  независимыми входами. С помощью регулируемого резистора 9 в цепи обратной св зи операционного усилител  6 можно регулировать коэффициент передачи сумматора 5. При этом изменени  коэффициента передачи сумматора 5 оказываютс  одинаковыми по обоим его входам. Если один из входов заземлен, то на выходе сумматора 5 действует только одна составл юща  вспомогательного напр жени . Равенство составл ющих вспомогательного напр жени  провер етс  в третьем и п той положени х переключател  4. При этом через третий контакт первого напрашлени  (п тый контакт ВТОРОГО направлени  на сумматор 5 подаетс  выходное напр жение соохветствуншего генератора 1 {2L Выходное напр жение сумматора 5 через третий (п тый) контакт третьего направлени  поступает на вход преобразовател  10 напр жени  в ток. Преобразователь Ю обеспечивает согласование высокоомных источников напр жени  с низким сопротивлением нагревател  термопреобразовател  13. Выходной ток преобразовател  10, пропорциональный его вход ,ному напр жению, подаетс  На вход термопреобразовател  13.С выхода термопреобразовател  13 через третий (п тый )контакт четвертого направле ни  переключател  4 посто нное напр . жение, пропорциональное одной из составл ющих вспомогательного напр  жени , подводитс , к одному из входо нуль-индикатора 20. На другой вход нуль-индикатора 20 подаетс  компенсиругацее напр жение с делител  19 напр жени , подключенного к стабиль ным источникам 15 и 16 посто нно,го напр жени . Равенство обеих составл гацих вспомогательного напр жени  фиксируетс  по установлению нулевого показа и  нуль-индикатора 20 при одинаковом компенсирующем напр жении , устанавливаемом с помощью делител  19. В случае неравенст ва составл ющих вспомогательного напр жени  величину одной из состав л ющих можно подрегулировать под значение другой составл ющей. Дл  этого с помощью делител  19 внставл ют компенсирующее напр жение равное посто нному напр жению на выходе термопреобразовател  13, когда переключатель 4 находилс  в третьем ( п том )положении (нульиндикатор 20 должен при этом показать нулевое значение ). После этого переключатель 4 перевод т в п то .е (третье) положение и регулировкой выхода генератора 2(1 )добива- ютс  нулевого показани  нуль-индикатора 20 при выставленном значении компенсирующего напр жени . Указанна  операци  обеспечивает получение необходимого вспомогательного напрЯ жени  при переключении переключател  4 Во второе положение, при котором на входы сумматора 5 подаютс  одновременно напр жени  обоих генераторов 1 и 2. Вместе с тем она не занимает много времени, поскольку выходное напр жение термопрёобразовател  13 в данном случае не содержит переменной составл ющей и не тр бует дополнительной фильтрации (выходное напр жение термопреобраэовател  13 в третьем и п том положени х переключател  4 подаетс  на нуль-индикатор 20, мину  фильтр 14 нижних частот ). Добиваютс  равенства посто нных составл ющих напр жени  на выходе термопреобраэоватле  13 при поочередном подключении к его входу конт ролируемого и вспомогательного напр жений. Дл  этого сначала переключа- тель 4 ycTaHaBJ-швают в первое положение . Контролируемое напр же . ние u.j{ ii fiZt через первый кон такт третьего направлени  подаетс  на вход терйопреобраэовател  13. Выходное напр жение термопреобраао: : вател  13, пропорциональное его температуре, поступает на фильтр 14 нижних частот, в котором подавл етс  переменна  составл юща . Посто нна  составл юща  выходного напр жени  термопреобразовател  13, пропорциональна  контролируемому напр жению Ujf, через первый и второй контакты четвертого направлени  переключател  4 подаетс  на один из входов нуль-индикатора 20. Регулиру  делитель 19 напр жени , выставл ют такой уровень компенсирующего посто. нного напр жени , при котором нульиндикатор 20 показывает нулевое значение. В этом случае среднее значение выходного напр жени  термопреобразовател  13, пропорциональное контролируемому напр жению U,, запоминаетс  на выходе делител  19. Затем переключатель 4 перевод т во второе положение. При вход преобразовател  10 напр жени  в ток вместо- контролируемого напр жени  U подаетс  вспомогательное напр жение Ujj-c выхода сумматора 5. Выходное напр жение термопреобразовател  13, пропорциональное температуре, фильтруетс  фильтром 14 нижних частот , и его посто нна  составл ющай поступает на один из входов нульиндикатора 20. На другом входе нульиндикатора 20 действует напр жение, пропорциональное контролируемому напр жению U)(, Регулиру  резистор 9 в цепи отрицательной обратной св зи операционного усилител  б, измен ют коэффициент передачи сумматора 5 до тех пор, пока вспомогательное напр жение не вызовет на выходе термопреобразовател  13 посто нную составл ющую , равную той, котора  зафиксиров .ана на выходе делител  19-напр жени . Нулевое показание нуль-индикатора 20 свидетельствует о равенстве посто нных составл ющих на выходе термопреобрдзовател  13, вызванных контролируемым и вспомогательным напр жени ми. По равенству посто нных составл ющих на выходе термопреобразовател  13 суд т о равенстве тепловых ействий контролируемого и вспомогательного напр жений. Фактическое райенство теЪловых действий достигаетс  лишь при условии, что термопребразователь 13 работает в обоих случа х с одинаковой частотной погрешостью , т.е. в одинаковых динамических режимах. Предложенное техническое решение обеспечивает выполнение казанного услови . Нетрудно убеитьс , что в данном случае имеет есто соотношение где Dj , D. и - действующие значе ни  токов, обусло ленных соответств но контролируемым напр жением и :х и составл ющими и и вспомогательно го напр жени . Учитыва , что указанные токи х г л св заны с действующими значенй ми напр жений Uj;, и и и 2 через один и тот же коэффицинт преобразовани  преобразовател  10 Напр жени  в ток, можно записать u fufnJf. Таким образом, дл  определени  действугацего значени  контролируемого напр жени  и необходимо измерить действующие значени  составл квдих и к 2 вспомогательного напр жени , которое оказывает такое же тепловое действие на термощ еобразователь 13, как и контролируемое напр жение, . Поскольку частоты обеих составл  гадих вспомогательного напр жени  вы бираютс  вьшю инфразвуковых частот и, следовательно., -имеютс  средства дл  высокоточных измерений действую щего значени  переменного напр жени , в принципе измерение действующих значений составл ющих вспомогательнаго напр жени  можно произво дить с помощью указанных средств. В предлагаемом устройстве эти измерени  осуществл ют способом разновременного сравнени  с эквивалентной по тепловому действию на термоП:реобразователь 13 величиной посто  ного тока. Дл  этого сначала устанавливают переключатель 4 в третье положение. На первый вход (резистор 7/ сумматора 5 поступает напр жение генератора 1,а второй вход {резистор 8 /замыкаетс  на землю. В этом случае на выходе сумматора 5 по вл етс  составл юща  U вспомогательного напр жени , которое с помощью регулируемого резистора 9 в предыдущей операции было выставлено равным контролируемому Напр жению. Вызванное составл ющей Ui посто нное напр жение с вых ка термопреобразовател  13 подаетс  через переключа:тель 4 на один :Из входов нуль-индикатора 20. Регулировкой делител  19 напр жени  добиваютс  нулевого показани  нульиндикатора 20. После достижени  нулевого значени  нуль-индикатора 20 :величина выходного напр жени  термо преобразовател  13, соответствующа  составл ющей Щ вспомогательного напр жени , сохран етс  на выходе делител  19. Далее переключатель 4 перевод т в четвертое положение. Вместо составл ющей и на вход преобразовател  10 напр жени  в ток подаетс  посто нное напр жение, снимаемое с делител  17 напр жени , подключенного к источнику 15 посто нного напр жени . Регулировкой делител  17 добиваютс  нулевого показани  нуль-индИкатора 20, что свидетельствует о равенстве выходного посто нного напр жени  делител  17 действующему значению составл ющей и вспомогательного напр жени . Указанное значение посто нного напр жени , равное действующему значению составл ющей и, сохран етс  на выходе делител  17. Аналогичным образом измер ют величину составл ющей вспомогательного , напр жени . Перевод т переключатель 4 в п тое положение и, регулиру  делитель 19 напр жени , добиваютс  нулевого показани  нульиндикатора 20. Величина выходного напр жени  термопреобразовател  13, соответствующа  составл ющей Uj вспомогательного напр жени , запоминаетс  на выходе делител  19. После этого переключатель 4 перевод т в шестое положение и регулировкой делител  18 напр жени , подключенного к источнику 16 посто нного напр жени  (противоположной пол рности по отношению к источнику 15), добиваютс  нулевого показани  нуль-индикатора 20. Таким образом, действующее значение составл ющей 2 запоминаетс  в виде посто нного напр жени  на выходе делител  18. Операци  измерени  действующих значений составл - ющих и и и не занимает много времени , поскольку в данном случае нет необходимости в дополнительной фильтрации выходного напр жени  термопреобра ,зовател  13. Это обсто тельство позвол ет пренебречь изменением величин Ujj и U2 в процессе их и-змерени . Можно констатировать, что посто нные напр жени  на выходах делителей 17 и 18 напр жени  точно равны тем значени м и и U г которые были установле.ны в момент равенства действукндего значени  вспомогательного напр жени  действующему значению контролируемого напр жени  Lx. Дл  определени  действующего значени  контролируемого напр жени  полученные действующие значени  составл к дих U и U2 должны складыватьс  геометрически. Величины составл ющих и-|.и и в процессе создани  вспомогательного напр жени  выставл ютс  равными. Поэтому в случае высокой амплитудной стабильности генераторов 1 и 2 действующее значение контролируемого напр жени  можно было бы оценить по действующему значению одной из составл ющих 1.

или Ug . Однако на практике в процессе сравнени  действующих значений контролируемого и вспомогательного напр жений, занимающем на инфразвукових частотах большой промежуток времени, вследствие амплитудной нестабильности генераторов 1 и 2 может произойти нарушение равенства составл ющих вспомогательдого напр жени . Поэтому при оценке значени  Uy по одной из составл ющих вспомогательного напр жени  может быть допущена существенна  .погрешность . При умеренной амплитудной нестабильности генераторов 1 и 2 на практике удаетс  заменить геомет рическое сложение составл ющих U/j и U2 вспомогательного напр жени  более простым алгебраическим сложением , сохран   при этом высокую точность в определении действующего зн чени  контролируемого напр жени .

Поскольку в предложенном устройстве значени  U и U запоминаютс  в виде разнопол рных посто нных напр жений на выходах делителей 17 и 1 напр жени , их гшгебраическую сумму измер ет высокоточный измеритель 21 посто нного напр жени . Показани  измерител  21 соответствуют величине действующего значени  контролируемого напр жени  Uу/умноженной на посто нный множитель У2, Исключить вли ние указанного множител  на результат измерени  можно соответствующей градуировкой измерител  21 или же применением на его входе делител  напр жени  с коэффициентом передачи 1/ 2. .

Применение двух разнополр ных источников 15 и 16 посто нного напр жени  и по;цключенных к ним делителей 17 и 18 напр жени  дает возможнос ь не только автоматически и более точно произвести сложение действун цих значений составл ющих и, и U-y , но также исключить

погрешность от несимметрии термопреобразовател , так как в процессе измерени  и., и и посто нные тока, соответствующие значени м и.| И и , протекают через термопрёобразователь 13 в разных направлени х .

Следует отметить, что выделение посто нной составл ющей выходного напр жени  термопреобразовател  13 при достижении равенства действующих значений контролируемого и вспомогательного токов {напр жений.)возможно не только с помощью фильтра нижних частот, как в случае предлагаемого устройства , но и с помощью интегратора. При этом дл  обеспечени  максимального быстродействи  Измерений врем  интегрировани  должно выбиратьс  равным ,... , т.е. равным пеЯ

риоду,контролируемого тока напрйжени /i при подведении к термопреобразователю 13 контролируемой величины, и равным 2 , т.е. рав . .J.

ным удвоенному периоду биений вспомогательного тока (напр жени  ; при подведении к термопреобразователю 1 вспомогательной величины.

,

Таким образом, предложенный способ дает возможность иckлкlчить вли ние низкочастотной погрешности перехода термоэлектрического преобразовател  на результаты измерений действующего значени  тока .(напр жени  ) в, диапазоне инфразвуковых частот. Применение предложенного способа позвол ет повысить точность измерений действующего значени  тока (напр жени  ( в указанном диапазоне частот и обеспечивает возможность создани  высокоточной поверочной аппаратуры дл  поверки измер телей действук цего значени  тока (напр жени  i). .

Фиг.г И}Злср/ tz

Claims (1)

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ ТОКА ИЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

   В ДИАПАЗОНЕ ИНФРАЗВУКОВЫХ ЧАСТОТ, основанный на формировании эквивалентной по .тепловому действию вспо- могательной электрической величины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, вспомогательную электрическую величину формируют путем сложения двух равных по амплитуде синусоидальных составляющих с частотами, раздвоенными одна от другой на удвоенное значение частоты контролируемой электрической величины, и с периодами, на несколько порядков меньшими периода последней, регистрируют действующие значения каждой из составляющих вспомогательной электрической величины, суммируют их и по полученной сумме судят о действующем значении контролируемой .электрической величины.

   SU .... 1056063 >

   I

   I