SU1357857A1 - Способ измерени среднеквадратического значени напр жени переменного тока и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение предназначено дл  снижени  продолжительности измерени , повьшени  точности и расширени  частотного диапазона. Устройство, реализующее способ, содержит блок 3 управлени , п цепочек, включающих формирователь 1 модул  и соединенных с вычислительным блоком 2. В каждую из п цепочек введены элемент 4 задержки, интегратор 5 и вычигаю СО СП 00 СП -si

Description

щий блок б, Вычислительный блок 2 состоит из п элементов 8 сравнени , цифроаналогового преобразовател  9, .элемента Ш1И 10, накапливающего сумматора 11, цифровых квадраторов 12 и 13, элемента И 14, цифрового блока 15 сравнени , управл емого счетчика 16, счетчика 17 импульсов и блока 18 индикации. Благодар  этому из каждого выпр мленного формирователем

Изобретение относитс  к технике и предназначено дл  измерени  средне- квадратического (действующего или эффективного) значени  напр жени  переменного тока произвольной формы.

Целью изобретени   вл етс  снижение продолжительности измерений, повышение точности и расширение частотного диапазона.

Измер емое напр жение Uy(t) посредством двухполупериодного выпр млени  преобразуют в однопол рный сигнал U(t)lU (t)l, далее сигнал и (t) раздел етс  на два сигнала: задержанный сигнал U,,(t) и пропорциональный среднему значению U(t) на интервале задержки )

и., (t)|Uv(t-«)l

11

(1)

Uj, (t) I |U,(t)|dt.

I,

Из этих сигналов формируют разностный сигнал

и,, (t)Ui,(t)-u,,(t)lUx(t--e)l -ii 10.

(t)ldt.

t-t

т,е, разностный сигнал Uj, (t) соответствует текущему значению переменной составл ющей входного сигнала Uj(t) на интервале задержки i, а сигнал U(t) - текущему значению посто нной составл ющей сигнала на том же интервале.

При дальнейшем повторении указанных операций разностный сигнал Uj(t) соответствует текущему значению переменной составл ющей результата k-ro

1модул  сигнала посредством элемента 4 задержки формируют сигнал, задержанный на врем , меньшее периода входного сигнала,. Из задержанного сигнала вычитают среднее значение выпр мленного сигнала, а на интервале задержки измер ют мгновенные значени  полученной разности через интервал задержки, 2 с,п ф-лы,

2ил.

2

двухполупериодного выпр млени , а сигнал iJoj,(t) - посто нной составл ющей , определенной на интервале задержки . Если осуществить измерение

посто нных составл ющих ) через интервалы i , равные времени задержки , и их квадраты, получают значени  среднего квадрата измер емого сигнала на этом интервале

m,(t) XI LP Jt)-t- ,

(2)

V i

где n - число операции двухполупериодного выпр млени ; - погрешность, обусловленна  конечным числом таких операций ,

В св зи с тем, что на интервале усреднени  Т, равном или кратном периоду сигнала Ux(t), производитс 

Т N -- измерений средних значений

выпр мленного сигнала на интервале о среднеквадратическое значение v измер емого сигнала определ етс  вычислительными средствами последующим усреднением в аналоговой форме

V

Г Г

u4t)dt+6 ,

J I- J

а в цифровой фор1 1е приведено

35

V (t).E,

На фиг, 1 изображено устройство дл  осуществлени  способа (дл  случа  ); на фи1 , 2 -, временные диаграммы , отражающие работу устрой .ства

Устройство содержит п последовательно соединенных цепочек, включающих в себ  формирователь 1 модул , причем один из входов каждой цепочки подключен к информационному входу вычислительного блока 2,.блок 3 управлени , элементы А задержки, интеграторы 5, вычитающий блок 6, блок 7 выборки и запоминани , причем выход формировател  1 модул  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 запоминани , вход синхронизации которого подключен к тактовому, выходу блока 3 управлени , а выход - к информационным входам вычислительного блока 2, при этом вычислительный блок 2 .содержит п аналоговых элементов 8 сравнени , цифроаналоговый преобразователь 9i элемент ИЛИ 10, накапливающий сумматор 11, два цифровых квадратора 12 и 13, элемент И 14, цифровой блок 15 сравнени , управл емый счетчик 16, счетчик 17 импульсов и блок 18 индикации.

Первые входы аналоговых элементов

10

15

20

25

рового квадратора 12, накапливающего сумматора 1.1, счетчиков 17 и 16, выход предустановки блока 3 управле- ни  соединен с управл ющими входами

управл емого счетчика 16.

Устройство работает следующим образом .

Измер емое напр жение в первом формирователе 1 модул  подвергаетс  двухполупериодному выпр млению, поэтому сигнал на выходе первого элемента 4 задержки повтор ет выпр мленный входной сигнал U (t) с задержкой на fl, а на выходе интегратора 5 сигнал ) пропорционален среднему значению выпр мленного сигнала на интервале задержки (1).

Врем  усреднени  Т соответствует временному интервалу, на котором определ етс  среднеквадратическое значение (равно или кратно периоду периодического сигнала или интервалу стационарности случайного). Это врем  может задаватьс  устройствами внешней синхронизации либо блоком 3 управлени . Период повторени  импульсов на тактовом выходе блока 3 управлени  устанавливаетс  равным времени задержки I , а на выходах сбро -у - -1-I-JC- -

8 сравнени   вл ютс  информационными са импульсов индикации периоду, раввходами вычислительного блока 2,, вторые входы подключены к выходу цифро- аналогового преобразовател  9, а выходы через элемент ИЛИ 10 к входу записи накапливающего сумматора 11, вход которого подключен к квадратичному выходу первого цифрового квадратора 12, линейным выходом подключенным к входу цифроаналогового преобраному времени усреднени  Т. Установка временных интервалов Т и С производитс  одновременно с вводом коэффициента делени  k управл емого счетчика 35 где .

Величина 2 фиксированна , oпpeдe- л етс  временем задержки элементов 4 задержки и дл  снижени  погрещнос- ти из-за некратности и времени усВеличина 2 фиксированна , oпpeдe- л етс  временем задержки элементов 4 задержки и дл  снижени  погрещнос- ти из-за некратности и времени усзовател  9, а счетным входом - к вы- 40 реднени  Т выбираетс  минимальной; ходу счетных импульсов блока 3 управ- п - число операций выделени  посто н- лени  и первому входу элемента И 14, ной составл ющей, а также число лине- второй вход которого подключен к вы- ек выпр мпени ; N - число, фиксиро- ходу цифрового блока 15 сравнени ,

своими входами соединенного с выходом45 редел етс  как ). накапливающего сумматора 11 и второго Вычитающий блок 6 из сигналов ин- цифрового квадратора 13, счетньй тегратора 5 и элемента 4 задержки вход которого соединен с выходом элемента И 14 и входом управл емого

ванное при конкретных измерени х (опформирует разностный сигнал Uj, (t). Второй формирователь 1 модул  форми- 50 рует выпр мленный сигнал 1и51(1)из разностного сигнала ), т.е. из текущего значени  переменной составл ющий входного сигнала ) на интервале задержки 1 , этот сигнал

счетчика 16, выход которого подключен к входу счетчика 17 импульсов, своим выходом соединенным с входом блока 18 индикации, вход которого подключен к выходу импульсов индикаформирует разностный сигнал Uj, (t). Второй формирователь 1 модул  форми- 50 рует выпр мленный сигнал 1и51(1)из разностного сигнала ), т.е. из текущего значени  переменной составл ющий входного сигнала ) на интервале задержки 1 , этот сигнал

ции блока 3 управлени , тактовый вы- 55  вл етс  входным дл  второй цепочки, ход которого подключен также к второ- При прохождении через элемент 4 заму цифровому квадратору 13, а выход сброса - к входам сброса первого цифдержки формируетс  задержанный сигна lUi, (t- u)l и через интегратор 5 сиг

5

0

5

рового квадратора 12, накапливающего сумматора 1.1, счетчиков 17 и 16, выход предустановки блока 3 управле- ни  соединен с управл ющими входами

управл емого счетчика 16.

Устройство работает следующим образом .

Измер емое напр жение в первом формирователе 1 модул  подвергаетс  двухполупериодному выпр млению, поэтому сигнал на выходе первого элемента 4 задержки повтор ет выпр мленный входной сигнал U (t) с задержкой на fl, а на выходе интегратора 5 сигнал ) пропорционален среднему значению выпр мленного сигнала на интервале задержки (1).

Врем  усреднени  Т соответствует временному интервалу, на котором опг редел етс  среднеквадратическое значение (равно или кратно периоду периодического сигнала или интервалу стационарности случайного). Это врем  может задаватьс  устройствами внешней синхронизации либо блоком 3 управлени . Период повторени  импульсов на тактовом выходе блока 3 управлени  устанавливаетс  равным времени задержки I , а на выходах сбро -у - -1-I-JC- -

са импульсов индикации периоду, равному времени усреднени  Т. Установка временных интервалов Т и С производитс  одновременно с вводом коэффициента делени  k управл емого счетчика. где .

Величина 2 фиксированна , oпpeдe- л етс  временем задержки элементов 4 задержки и дл  снижени  погрещнос- ти из-за некратности и времени усреднени  Т выбираетс  минимальной; п - число операций выделени  посто н- ной составл ющей, а также число лине- ек выпр мпени ; N - число, фиксиро-

реднени  Т выбираетс  минимальной; п - число операций выделени  посто н- ной составл ющей, а также число лине- ек выпр мпени ; N - число, фиксиро-

редел етс  как ). Вычитающий блок 6 из сигналов ин- тегратора 5 и элемента 4 задержки

ванное при конкретных измерени х (определ етс  как ). Вычитающий блок 6 из сигналов ин- тегратора 5 и элемента 4 задержки

формирует разностный сигнал Uj, (t). Второй формирователь 1 модул  форми- рует выпр мленный сигнал 1и51(1)из разностного сигнала ), т.е. из текущего значени  переменной составл ющий входного сигнала ) на интервале задержки 1 , этот сигнал

 вл етс  входным дл  второй цепочки, При прохождении через элемент 4 задержки формируетс  задержанный сигнал lUi, (t- u)l и через интегратор 5 сиг513

нал, равный среднему значению выпр ленного сигнала Uj, (t)

tt

iJjj- Т jjuj, (t)ldt I ijlu,( 1

V

|Ux(t-c)l dtldt.

- Т J

. t-t Процессы в третьем формирователе

. 1. модул , элементе 4 задержки и интеграторе 5 происход т аналогично, но входным сигналом здесь  вл етс  текущее значение переменной составл ющей результата.второго преобразо вани  на интервале задержки. При подаче от блока 3 управлени  тактовых импульсов на входе синхронизации блока 7 выборкИ и запоминани  происходит выборка значений посто нных составл ющих каждого из результатов трех преобразований через интервалы времени,равные времени задержки.Выбоки в зти же моменты поступают на информационные входы вычислительного бло ка 2, осуществл ющего операции суммровани  квадратов, усреднени  и извлечени  квадратного корн .

Работа вычислительного блока 2

синхронизируетс  блоком 3 управлени  ЗО квадратов измеренных напр жений. Если

по тактам, равным времени задержки С, и по циклу, равному времени усреднени , и иллюстрируетс  диаграммой (фиг. 2а). В начале каждого такта тактовым импульсом с тактового выхода блока 3 управлени  производитс  сброс первого цифрового квадратора 12, после чего за счет поступлени  счетных импульсов на счетный вход, код на его линейном выходе линейно во зрастает. Одновременно с изменением кода на линейном выходе на квадратичном выходе цифрового квадратора 12 формируетс  квадратичный код числа

(фиг. 2е), а на выходе цифроаналого- енстза кодов на выходах накапливаю- вого преобразовател  9 - ступенчатое щего сумматора 11 и второго цифрового возрастающее напр жение U(фиг.2 б-г) , квадратора 13 от цифрового блока 15 сравниваемое аналоговьми элементами сравнени  на элемент И 14 поступает 8 ср авнени  с выборками текущих сред- запрещакмций уровень. При изменении ник значений и,., , U2,Uj, на выходе интег- gp на выходе накапливающего сумма- раторов 5.В момент равенства напр же- тора 11 процесс повтор етс . Таким НИН на выходе цифроаналогового преоб- .разовател  9 и напр жени  на выходе одного из блоков 7 выборки и запоминани  соответствующий аналоговьй эле- gg мент 8 сравнени  формирует импульс (фиг. 2д), поступающий через элемент ИЛИ 10 на вход записи накапливающего сумматора 11 и записывающий в него

образом, на вход второго цифрового квадратора 14 поступает число импульсов

, (t),

а на счетчик 17 N., N-r/N,j, ветствует выражению (3).

что COOTранее

в

числовое значение N N,, квадрата напр жени  на выходе интегратора 5 (фиг. 2ж). При достижении равенства напр жений на входах другого аналогового элемента 8 сравнени  формируетс  импульс, (фиг. 2д) также через элемент ИЛИ 10, поступающий на вход записи накапливающего сумматора 11, при этом содержимое накапливающего сумматора 11 N, суммируетс  с числовым значением квадрата Nj, напр жени  хранимого в блоке 7 выборки и запоминани . В результате срабатывани  всех п аналоговых элементов 8 сравнени  в накапливающем сумматоре 11

ранее

записываетс  код N.

ji+N3,+ N,, ,

ранее

соответствующий сумме квадратов текущих средних значений выпр мленных сигналов в моменты времени t, , ..., t+n t. В течение следующего такта процессы протекают аналогично, но сформированные коды суммируютс  со значением суммы квадратов, полученных

ранее

Дл  ускорени  усреднени  и извлечени  корн  эти операции осуществл ютс  одновременно с суммированием

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 сравнени  поступает разрешающий уровень и счетные .импульсы (фиг. 2з) проход т на счетный вход второго цифрового квадратора 13 и на управл емый счет- чик 16, коэффициент пересчета которого N, VN VT/ C , с выхода которого поступает на счетчик 17, осуществл ющий счет импульсов дл  индикации (фиг. 2и). В момент достижени  ра енстза кодов на выходах накапливаю щего сумматора 11 и второго цифрово квадратора 13 от цифрового блока 15 сравнени  на элемент И 14 поступает запрещакмций уровень. При изменении на выходе накапливающего сумма тора 11 процесс повтор етс . Таким

образом, на вход второго цифрового квадратора 14 поступает число импульсов

енстза кодов на выходах накапливаю- щего сумматора 11 и второго цифровог квадратора 13 от цифрового блока 15 сравнени  на элемент И 14 поступает запрещакмций уровень. При изменении на выходе накапливающего сумма- тора 11 процесс повтор етс . Таким

, (t),

а на счетчик 17 N., N-r/N,j, ветствует выражению (3).

что COOTПо окончании цикла содержимое счетчика 17 (фиг. 2к), блока 3 управлени  переписываетс  в блок 18 индикации , после чего импульсом сброса (фиг. 2л) осуществл етс  установка нул  в накапливающем сумматоре 11, втором цифровом квадраторе 13 и счетчиках 16 и 17.

Claims (2)

1. Способ измерени  среднеквадра- тического значени  напр жени  переменного тока, заключающийс  в том, что входной сигнал подвергают дву- полупериодному выпр млению, формируют среднее значение выпр мленного сигнала и измер ют его величину, переменную составл ющую выпр мленного сигнала подвергают указанным операци м последовательно п раз, по измеренным значени м вычисл ют результат, отличающийс  тем, что, с целью сокращени  времени измерений , повышени  точности и расширени  частотного диапазона, из каждого выпр мленного сигнала формируют сигнал задержанный на врем ., меньшее периода входного сигнала, вычитают из задержанного сигнала среднее значение выпр мленного сигнала, на интервале задержки измер ют мгновенные значени  полученной разности через интервал задержки.

2. Устройство дл  измерени  сред- неквадратического значени  напр жени переменного тока, содержащее блок управлени , п последовательно соединенных цепочек, включаю1цих в себ  формирователь модул , причем один из выходов каждой цепочки подключен к информационному входу вычислительного блока, отличающеес  тем, что, с целью сокращени  измерений , повьщ1ени  точности и расширени  частотного диапазона измерений, в него введены п элементов задержки, п интеграторов, п вычитающих блоков выборки и запоминани , и п аналоговых злементов сравнени , цифроаналог

, о57857

вый преобразователь, элемент ИЛИ, накапливающий сумматор, элемент И, цифровой блок сравнени , управл емый счетчик, два цифровых квадратора, счетчик импульсов и блок индикации, причем выход каждого из формирователей модул  соединен с входами одного из элементов задержки и интеграторов,

1Q выходы каждой пары из которых соединены с входами одного из вычитающих блоков, выход которого подключен к входу следующего формировател  модул , выходы интеграторов подключены

15 к входам соответствующих блоков выборки и запоминани , входы синхронизации которых подключены к тактовому выходу блока управлени , а выходы - к информационным входам вычислитель20 ного блока, образованным первыми входами элементов сравнени , вторые входы которых подключены к выходу ч цифроаналогового преобразовател , а вькоды через элемент ИЛИ - к входу

25 записи накапливающего сумматора, второй вход которого подключен к . квадратичному выходу первого цифрового квадратора, который линейным выходом подключен к входу цифроаналоjQ гового преобразовател , а счетным входом к выходу счетных импульсов блока управлени  и первому входу элемента И, второй вход которого подключен к выходу цифрового блока сравнени , своим первым входом соединенного с выходом накапливающего сумматора , а вторым - с квадратичным выходом второго цифрового квадратора, первый вход которого соединен с выходом элемента И и входом управл емого счетчика, управл ющий вход которого соединен с выходом предустановки блока управлени , а вход сброса - с выходом сброса блока управлени , с которым соединены также соответствующие входы счетчика импульсов, накап- ливакщего сумматора и второго цифрового квадратора, выход управл емого счетчика соединен с входом блока ин-

gQ дикации, второй вход которого подключен к выходу импульсов индикации блока управлени .

35

40

45

РГ

VIK/ 5

8 V3K

д п

Nn

тц и

tW il til i

11 || HI 111 mil II HI

N,

У7

ti ti t3

и

К Л

/,

III IIIIHIHIIII

фиг. г

Составитель В. Степанкин Редактор О. Головач Техред А.Кравчук Корректор Г. Решетник

Заказ 5994/45 Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4