SU1757095A1 - Способ компарировани переменного напр жени по среднеквадратичному значению - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано дл  построени  компараторов переменного напр жени . Цель изобретени  - повышение точности за счет исключени  посто нной составл ющей переменного напр жени , Дл  этого опорное напр жение формируют определенным образом так, чтобы оно имело такую же посто нную составл ющую, что и переменное компарируемое напр жение, При последующем получении разности между этими напр жени ми просто нна  составл юща  исключаетс , 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к технике измерений и может быть использовано дл  ком- парировани , измерени , поддержани  заданной величины переменного напр жени  произвольной формы.

Известен способ компарировани  сред- неквадратического значени  напр жени , реализованный в устройстве и основанный на инвертировании измер емого напр жени , формировании из измер емого и про- инвертированного напр жений, путем их поочередной коммутации на вход преобразовател  среднеквадратического значени  (ПСКЗ) на базе электротеплового преобразовател  (ЭТП), синтезированного напр жени , преобразовании с помощью ПСКЗ на базе ЭТП синтезированного напр жени  в посто нное напр жение, сравнении данного посто нного напр жени  с посто нным напр жением,-полученным путем средне- квадратического преобразовани  опорного посто нного напр жени .

В способе отсутствует погрешность ПСКЗ на базе ЭТП, обусловленна  его асимметрией , но имеетс  погрешность измерени , обусловленна  отличием по среднеквадратическому значению проин- вертированного и измер емого напр жений , Отличие напр жений по вл етс  вследствие неидеальности инвертора по коэффициенту передачи, фазовому сдвигу, выходному сопротивлению. Погрешность из-за неидеальности инвертировани  возрастает с возрастанием частоты переменного напр жени  и на высоких частотах (10 кГц), может превысить погрешность из- за асимметрии, котора  у ПСКЗ на базе ЭТП относительно небольша  (0,1-0,5%).

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ компарировани  переменного напр жени  по среднеквадрзтическому значению, реализованный в устройстве и включающий формирование опорного двух- пол рного напр жени  типа меандр, преобразование с помощью ПСКЗ на базе ЭТП

компарируемого переменного напр жени  и опорного двухпол рного напр жени  в посто нные напр жени , соответствующие их греднеквэдратическим значени м, фиксацию (измерение) указанных посто нных напр жений , сравнение их между собой, по результатам которого получают вывод о равенстве среднеквадратических значений компарируемого и опорного напр жений или о преобладании одного из них.

В известном способе нет необходимости в инвертировании переменного напр жени , но погрешность компарирова- ни  из-за асимметрии ПСКЗ на базе ЭТП отсутствует лишь только при отсутствии посто нной составл ющей во входном переменном напр жении.

В известном способе при компариро- вании напр жени  произвольной формы погрешность компарировани  из-за асимметрии будет тем больше, чем больше дол  посто нной составл ющей в среднеквад- ратическом значении напр жени  произвольной формы. Максимального значени , равного погрешности асимметрии ПСКЗ на посто нном напр жении, данна  составл юща  погрешности достигнет, когда переменна  составл юща  в напр жении произвольной формы близка к нулю, а посто нна  максимальна.

Как известно, погрешность асимметрии ПСКЗ на базе ЭТП зависит от типа примен емого ПСКЗ. К примеру, у ПСКЗ типа ПНТб погрешность асимметрии на посто нном номинальном напр жении не превышает 0,1% от выходного напр жени . При входных посто нных напр жени х, меньших номинального, погрешность асимметрии возрастает, При высокоточных же измерени х требуетс , чтобы вли ние асимметрии на погрешность компарировани  была меньше 0,01 %.

Цель изобретени  - повышение точности компарировани .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе компарировани  напр жени  по среднеквадратическому значению, включающем формирование опорного двухпол рного импульсного напр жени  пр моугольной формы с равными амплитудами разнопол рных импульсов, преобразование компарируемого переменного и упом нутого опорного напр жений в посто нные напр жени , соответствующие их среднеквадратическим значени м, фиксацию (измерение) упом нутых посто нных напр жений, сравнение их между собой, по результатам которого получение вывода о равенстве среднеквадратических значений компарируемого и опорного напр жений

или преобладании одного из них, предварительно до преобразовани  в посто нное напр жение выдел ют посто нную составл ющую Do компзрируемого переменного

напр жени , определ ют отношение указанной посто нной составл ющей Do к амплитуде А опорного напр жени  и устанавливают соотношение длительностей импульсов положительной т+ и отрицательной т пол рностей в опорном напр жении исход  из выражени 

15

г+-7- Uo

Т А

где Т - период двухпол рного опорного напр жени ,

На фиг. 1 показана структурна  схема компаратора напр жени , реализующего

предлагаемый способ; на фиг. 2 - эпюры напр жений, по сн ющие его работу; на фиг, 3 - полученные экспериментальным путем зависимости погрешностей асимметрии ПСКЗ от соотношени  посто нной составл ющей и среднеквадратического значени  входного напр жени .

Компаратор (фиг.1), реализующий за вленный способ, содержит ПСКЗ 1 на базе ЭТП, индикатор 1, входом подключенный к

выходу ПСКЗ 1, переключатель 3, выходом подсоединенный к входу ПСКЗ 1, а первым входом - к входной шине, источник 4 посто нных напр жений положительной и отрицательной пол рности, переключатель 5,

через который выходы источника 4 подключены к второму входу переключател  3, фильтр б, входом подключенный к входной шине, преобразователь 7 отношени  напр жение-врем , первым входом подключенный к выходу фильтра б, а вторым - к одному из входов, например положительному, источника 5,

Способ осуществл етс  следующим образом .

Преобразуют компарируемое переменное напр жение в посто нное, соответствующее его среднеквадратическому значению. Дл  чего подают указанное напр жение на ПСКЗ 1 компаратора через пёреключатель 3, который в первоначальный момент времени находитс  в положении АБ. Полученное значение посто нного напр жени  на выходе ПСКЗ 1 фиксируетс  (измер етс ) с помощью индикатора 2 и запоминаетс  (либо оператором, либо автоматически в индикаторе 2). Одновременно с указанными операци ми формируют опорное двухпол рное напр жение, дл  чего предварительно из компарируемого переменного напр жени  (фиг 2а) до преобразовани  его в посто нное напр жение, соответствующее среднеквадратическому значению-, выдел ют посто нную составл ющую Uo (фиг,26). Это осуществл ют с ПО- мощью фильтра 6 низких частот путем подачи на него напр жени  с входной шины , Одновременно с помощью источника 4 формируют два посто нных напр жени  уровн  А положительной и отрицательной пол рности. Наход т отношение Do к А, по

указанному отношению

Uo

А

устанавливают

соотношение длительностей импульсов положительной г+-и отрицательной Т-по- л рности, формируемое путем коммутации переключателем 5 выходных напр жений источника 4. Дл  чего в данной реализации способа после передачи на входы преобразовател  7 напр жений с выхода фильтра 6 и с одного из выходов источника 4 на выходе преобразовател  7, имеющего характеристику , описываемую формулой 1, получают однопол рное импульсное напр жение с периодом следовани , равным Т, и длитель- ностью импульса, равной гт(фиг.2г)

Указанное однопол рное импульсное напр жение используют в качестве управл ющего дл  переключател  5, коммутиру  тем самым выходы источника 4 и получа  таким образом на выходе А переключател  5 двухпол рное опорное напр жение (2В) с соотношением г+ и Т-, определ емым следующим образом

Г+-Г- Up ТА

Частота следовани  этого напр же1

ни  должна быть с одной стороны больше минимальной частоты использовани  ПСКЗ, а.с другой стороны должна быть небольшой во избежание погрешности зада

ни  опорного напр жени .

Сформированное указанным способом опорное напр жение преобразуют в посто нное напр жение, соответствующее его среднеквадратическому значению, дл  чего перевод т переключатель 3 в положение АВ и подают опорное напр жение выхода А переключател  5 на ПСКЗ 1. Затем с помощью индикатора 2 фиксируют (измер ют) посто нное напр жение U2, соответствующее среднеквадратическому значению опорного напр жени , после чего сравнивают величину напр жени  1)2 с ранее зафиксированным значением UL По результатам сравнени  оператором делаетс  выводе равенстве или преобладании одного из указанных значений. В случае, если средне- квадратическое значение напр жени  произвольной формы на входной шине требуетс  измерить, то путем изменени  величины опорного напр жени  добиваютс  равенства показаний Ui и LJ2 индикатора 2, а о величине напр жени  на входной шине суд т по шкале источника 4.

Устанавливаемое в предложенном способе опорное напр жение (фиг.2в) описываетс  формулой:

U А при 0 t т+; U -A при .

оно имеет среднеквадратическое значение , равное А независимо от соотношени  длительностей импульсов положительной и отрицательной пол рности, и посто нную составл ющую U 0, описываемую формулой

U 0 A

Т+-Т А

2Г+-Т

0

5

0

5

0 5

Из этой формулы вытекает, что измен   соотношение между г+ и т - можно измен ть величину U o от -А до А. Такой диапазон изменени  посто нной составл ющей дает возможность в предлагаемом способе равенство U0 U o при входном переменном напр жении любой формы с среднеквад- ратическим значением А. При этом не происходит измененй  величины средне- квадратического значени  опорного напр жени . В результате ошибки ПСКЗ из-за асимметрии при преобразовании обоих сравниваемых напр жений эквивалентные им выходные величины будут одинаковы, а погрешность компарировани  из-за асимметрии будет отсутствовать.

В качестве входного напр жени  дл  ПСКЗ использовалось двухпол рное напр жение пр моугольной формы с одинаковыми амплитудами импульсов положительной и отрицательной пол рности (фиг.2в). Уровень посто нной составл ющей во входном напр жении измен лс  путем изме. 1ни  соотношени  между длительност ми импульсов положительной и отрицательной пол рностей и измер лс  вольтметром после фильтрации. Уровень среднеквадрати- ческого значени  входного напр жени  составл л 1 В. Частота следовани  входного напр жени  составл ла 200 Гц.

Погрешность асимметрии б определ лась как

6

Е+-ЕЕ +

где Е+, Е--- входные напр жени  ПСКЗ соответственно при пр мом и обратном подключении ПСКЗ к источнику входного напр жени  (пр мое и обратное подключение достигалось сменой между собой входных выводов ПСКЗ при подключении к выводам источника оперного напр жени ), Из анализа данных, представленных на фиг, 3 вытекает, что при отсутствии посто нной составл ющей во входном напр жении асимметри  ПСКЗ отсутствует; с увеличением соотношени  -г-.--- асимметрии ПСКЗ

Uc.K.3.

возрастает, асимметри  ПСКЗ максимальна

пги, .. Up -, при ,.- I.

UC.K з.

В предлагаемом способе нет необходимости очень строго устанавливать соответствие между величинами посто нных составл ющих в опорном напр жении и напр жении произвольной формы, так как разность между погрешност ми асимметрии при входных напр жени х одинакового среднеквадратического значени , но с небольшим различием по посто нной составл ющей , небольша  и не приведет к большой погрешности сравнени .

Таким образом, в предлагаемом способе отсутствует инвертирование напр жени  произвольной формы, а следовательно, и погрешность св занна  с этой операцией,

Предлагаемый способ не имеет погрешности , обусловленна  асимметрией ПСКЗ при любой произвольной форме переменного напр жени .

Формирование опорного напр жени  в предлагаемом способе св зано с изменением соотношени  длительностей импульсов положительной и отрицательной пол рностей опорного напр жени . При использовании опорного напр жени  с

низкой частотой следовани  современна  элементна  база позвол ет производить эту операцию без изменени  величины среднеквадратического значени  опорного напр жени , и, следовательно, эта операци  не вызовет практически увеличени  погрешности компарировани -.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ компарировани  переменного

   напр жени  по среднеквадратичному значению, включающий формирование опорного двухпол рного импульсного напр жени  пр моугольной формы с равными амплитудами разнопол рных импульсов,

   преобразование компарируемого переменного и упом нутого опорного напр жений в посто нные напр жени , соответствующие их среднеквадратическим значени м, измерение упом нутых посто нных напр жений,

   сравнение их между собой и по результатам сравнени  получение вывода о равенстве среднеквадратических значений компарируемого и опорного напр жений или о преобладании одного из них, отличающийс   тем, что, с целью повышени  точности, предварительно до преобразовани  в посто нное напр жение опорного напр жени  выдел ют посто нную составл ющую компарируемого переменного напр жени , определ ют отношение указанной посто нной составл ющей к амплитуде импульсов опорного напр жени  и устанавливают соотношение длительностей импульсов положительной и отрицательной пол рностей в опорном напр жении исход  из выражени 

   t+-t- U

   Up

   где t+t-, Т - длительность импульсов положительной и отрицательной пол рностей и период опорного напр жени  соответственно; U0 - посто нна  составл юща  компа- рируемого переменного напр жени :

   А - амплитуда импульсов опорного напр жени .

   Вх ф

   Фильтр

   Источник

   посто нных

   напр жений

   Преобразователь отношение напр жений - врем 

   Напр жение на входно  айне

   Напр жение на выходе фильтра 6

   t

   0,8 .1 . Уел-L.