Калибратор напряжения переменного тока

 

КАЛИБРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащий включенные последовательно источник опорного напряжения , первый ключ, первый интегратор и первый аналоговый запоминающий блок, а также последовательно включенные второй ключ и линейный детектор и узел управления, входом подключенный к входу управления калибратора , входу управления первого ключа и одному из входов первого аналогового запоминающего блока, о т л и м а ю 1( и и с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены включенное последовательно третий ключ, второй интегратор, второй аналоговый запоминающий блок, инвертор, переключатель и четвертый ключ, а также пятый ключ, регулирующий элемент и логический блок управления, причем второй вход переключателя соединен с входом инвертора, куда также подключен вход пятого ключа, выход которого соединен с входом второго интегратора, вход регулирующего элемента соединен с входным выводом калибратора, выход - с выходным выводом калибратора и входом линейного детектора, а управляющий вход подключен к выходу первого аналогового запоминающего блока, при этом логиi ческий блок управления подключен вхо (Л дом к входному выводу калибратора, управляющим входом к выходу узла упС равления, первым выходом к управляющему входу переключателя, вторым и третьим выходами к управляющим входам второго и четвертого ключей соответственно , кроме того, узел управления подключен соответствующими вы4ib ходами к управляющим входам третьего О) и пятого ключей и к управляющему вхо 4 ду второго аналогового запоминающего блока, а выход второго ключа соединен сл с входом первого интегратора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

7 (19) (111

3(51, G 05 Р 1/44

ВСЕСОЮЗНАЯ

1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3457627/24-07 (22) 29. 06. 82 (46) 07.10.83. Бюл. t" 37 (72) В.И.Губарь, Ю.В.Демченко и И.10.Сергеев (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им.50-летия Великой

Октябрьской социалистической революции

153) 621.316,722,1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

tt 792235, кл. G 05 F 1/44, 1978, 2. Авторское свидетельство СГСР

N 612218, кл. G 05 F 1/40, 1977. (54)(57) КАЛИБРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащий включенные последовательно источник опорного напряжения, первый ключ, пеовый интегратор и первый аналоговый запоминающий блок, а также последовательно включенные второй ключ и линейный детектор и узел управления, входом подключенный к входу управления калибратора, входу управления первого ключа и одному из входов первого аналогового запоминающего блока, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены включенные последовательно третий ключ, второй интегратор, второй аналоговый запоминающий блок, инвертор, -переключатель и четвертый ключ, а также пятый ключ, регулирующий элемент и логический блок управления, причем второй вход переключателя соединен с входом инвертора, куда также подключен вход пятого ключа, выход которого соединен с входом второго интегратора, вход регулирующего элемента соединен с входным выводом калибратора, выход - с выходным выводом калибратора и входом линейного детектора, а управляющий вход под" ключен к выходу первого аналогового запоминающего блока, при этом логический блок управления подключен входом к входному выводу калибратора, управляющим входом к выходу узла управления, первым. выходом к управляющему входу переключателя, вторым и третьим выходами к управляющим входам второго и четвертого ключей соответственно, кроме того, узел управления подключен соответствующими выходами к управляющим входам третьего и пятого ключей и к управляющему входу второго аналогового запоминающего блока, а выход второго ключа соединен с входом первого интегратора.

10467

Изобретение относится к электротехнике, в частности к калибраторам напряжения, и может быть использовано при построении информационно-измерительных, систем. 5

Известен калибратор напряжения, содержащий задающий генератор, регулируемый усилитель, два детектора, переключаемый аттенюатор, источник опорного напряжения, а также узел сравнения 1, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является калибратор напряжения переменного тока, содержащий включенные последовательно источник опорного напряжения, первый ключ, первый интегратор и первый аналоговый запоминающий блок, а также последовательно включенные второй ключ и линейный детектор и узел управления, входом подключенный к входу управления калибратора, входу управления первого ключа, и одному из входов первого аналогового запоминающего блока (2 ) .

Однако известные устройства характеризуются недостаточно высокой точностbe.

Цель изобретения - повышение точности калибратора напряжения переменного тока.

Поставленная цель достигается тем, что в калибратор напряжения переменного тока, содержащий включенные последовательно источник опорного напряжения, первый ключ, первый интегратор и первый аналоговый запоминающий блок, а также последовательно включенные второй ключ и линейный детектор и узел управления, входом подклю- 4О ченный к входу управления калибратора, входу управления первого ключа и одному из входов первого аналогового запоминающего блока, введены включенные последовательно третий ключ, второй интегратор, второй аналоговый запоминающий блок, инвертор, переключатель и четвертый ключ, а также пятый ключ, регулирующий элемент и логический блок управления, причем

50 второй вход переключателя соединен с входом инвертора, куда также подключен вход пятого ключа, выход которого соединен с входом второго интегратора, вход регулирующего элемента соединен с входным выводом калибратора, выход — с выходным выводом калибратора и входом линейного детектора, а управляющий вход подключен к выходу первого аналогового запоминающего блока, при этом логический блок управления подключен входом к входному выводу калибратора, управляющим входом к выходу узла управления, первым выходом к управляющему входу переключателя, вторым и третьим выходами к управляющим входам второго и четвертого ключей соответственно, кроме того узел управления подключен соответствующими выходами к управляющим входам третьего и пятого ключей и к управляющему входу второго аналогового запоминающего блока, а выход второго ключа соединен с вхо4оМ первого интегратора.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого калибратора; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы интервалов формирующихся импульсов; на фиг.4 - структурная схема узла управления; на фиг.5 - структурная схема логического блока управления.

Калибратор напряжения переменного тока содержит включенные последовательно источник 1 опорного напряжения, первый ключ 2, интегратор 3, аналоговый запоминающий блок 4, а также последоватечьно включенные второй ключ 5 и линейный детектор 6, узел 7 управления, подключенный к входу управления калибратора, первому ключу 2 и аналоговому запоминающему блоку 4, последовательно включенные третий ключ 8, второй интегратор 9, второй аналоговый запоминающий блок

l0, инвертор 11, пеоеключатель 12, второй: вхсд которого подключен к зходу инвертора, и четвертый ключ 13, выход которого подключен к входу первого интегратора 3, а также пятый ключ .14, подключенный к второму интегратору 9 и второму аналоговому запоминаюшему блоку 10, регулирующий элемент 15, на вход которого подается нестабилизированное переменное напряжение с входного калибратора, выход является выходным выводом калибратора напряжения и входом линейного детектора 6, а управляющий вход подключен к первому аналоговому запоминающему блоку 4, логический блок

16 управления, подключенный к узлу 7 управления, переключателю 12 и второму 5 и четвертому 13 ключам, на вход которого подается входное переменное напряжение, причем узел 7 управления подключен к третьему 8 и пятому 14 ключам и второму аналогов последовательность временных интервалов Т, Т, Т, управляющих соответственно ключами 2, 8 и 14 и аналоговыми запоминающими блоками 4 ! и 10. Импульсы Т являются для аналоговых запоминающих блоков 4 и 10 импульсами выборки, по приходу которых происходит запоминание выходных напряжений интеграторов 3 и 9 соответственно.

Положение переключателя 12 зависит от соотношения между периодом переменного напряжения То и длительностью интервала времени Т . Ниж" нее положение переключателя 12 соответствует условию To < Т (2TO Для других значений периода стабилиэируемого переменного напряжения пере- ключатель 12 находится в верхнем положении и включает в цепь инвертор 11.

Логический блок 16 управления формирует импульс - запуска Т для узла 7 управления и временные интервалы Т, и Т5 для управления соответственно ключами 5 и 13, а также определяет положение переключателя 12.

При этом (фиг.2 и 3) для верхнего положения переключателя 12 должны выполняться логические условия — (1) то тз (2)

Т6 Т ° Т2. Т . Т Т5, (3) а для нижйего положенйя переключателя 12

Т вЂ” T T (1)

Т5 = «Тг то Тэ; (2)

Т = Т. ° Т2 ТЗ Т,+ - Т ю (3)

Начало Т, синхронизируется с началом периода переменного напряжения. При этом в первом случае (фиг.2)

Т дополняется до конца ближайшего периода переменного напряжения

Т, = (и+1) ° Т (4)

Во втором случае (фиг.3) Т2 формируется равным наибольшему колйчеству целых периодов, входящих в Т

Tï = nTî ° (4)

Калибратор работает циклично. Циклы задаются импульсами Т6, синхронизирующими работу узла 7 управления.

В каждом цикле оба интегратора 3 и 9 в течение ;"мени Т„ интегрируют на" пряженис источника 1 опорного напряжения. В течение времени Т на еход второго интегратора 9 подается сигнал обратной связи с выхода втооого аналогового запоминающего блока 10. По приходу импульса Т происходит выбор" ка и запоминание выходных сигналов з 1046745 4 вому запоминающему блоку 10, а второй ключ 5 подключен к первому интегратору 3.

В простейшем случае .узел 7 управ,ления (фиг.4 } преобразует входной код в последовательность интервалов Т, Т> и Т>. Узел содержит генератор 17 тактовых импульсов, счетчик 18 импульсов, подключенный к генератору 17 схему 19 сравнения кодов, два триггера 20 и 21, одновибратор 22 и логическую схему И ?3. На счетном триггера

20 формируется интервал времени T-, длительность которого задается емкостью счетчика 1Я импульсов и частотой генератора 17 тактовых импульсов.

Интервал времени Т> формируется логической схемой И 23 после окончания интервала Т„,причем задний фронт импульса Т формируется по приходу сигнала со схемы 19 сравнения кодов.

Импульс выборки T формируется одновибратором по заднему фронту импульса Т., Логический блок 16 также может быть выполнен достаточно просто. Схема блока, реализующая систему уравнений для верхнего положения переключателя 12, приведена на фиг.5. Входными сигналами являются импульсы T

Т и Т, сформированные устройством 7 уйравления, и входное переменное напряжение 0 „,которое поступает на вход формирователя 24, формирующего импульсы с периодом переменного напряжения. Передний фронт импульса т, формируется триггером 25 по переднему фронту TZ заднии фронт по окон чанию текущего периода переменного напряжения. Условие формирования импульса Т реализуется на схеме ИЛИ- 4о

НЕ 26 и триггере 27. Импульс запуска узла управления формируется с помощью одновибратора 28 по окончанию всех импульсов Т„, Tz, T>, Т < и Т +, момент которых .определяется логической схемой,ИЛИ-НЕ 29.

Все остальные блоки предлагаемого калибратора могут быть реализованы по любой известной схеме, Регулирующий элемент 15 представляет собой масштабный преобразователь, коэффициент передачи которого зависит от постоянного напряжения на его управ.ляющем входе. Регулирующий элемент должен иметь монотонную непрерывную Ы характеристику.

Узел 7 управления преобразует входной сигнал, в данном случае код, 5 10467 интеграторов обоими аналоговыми запоминающими блоками 4 и 10. В течение времени Т, равном целому числу перио. дов переменного напряжения на вход первого интегратора подается сигнал обратной связи с выхода линейного, детектора 6.

Благодаря, применению логического блока 16 в цепи обратной связи выполняется условие полу ения средневыпрямленного значения переменного ,напряжения Т,1 Tg. Но Т, отличается от управляющего сигнала Т, и фактйчески выходное напряжение определя" ется выражением 15

UohT q

&en cP T

Т оп 1 .рместо; (.) 4 6 воположный Идп. Ключ 13 открыт в течение времени Т

В установившемся режиме в схеме достигается равенство вольт-секундных площадей опорных и корректирующих импульсов и выпрямленного выходного переменного, напряжения, что соот)ветствует идеальному случаю.

Предлагаемое техническое решение позволяет формировать Т„ и Т2 независимо от частоты переменного напряжения, причем устройство особенно эффективно работает на низких и инфраниэких частотах. Нижняя граница рабочих частот определяется в основном токами утечки интегратора 3 и может достигать при использовании операционного усилителя типа 140УД8 (I „ „ = 10 нА) 10 4Гц. Погрешность от входного тока при этом составит

1 Т1 т2Т4

60 =u т — — — =u

SbtxcP оп Т Т опт Т

4 2 2 4 (5 ).

Для компенсации аддитивной по25 грешности (5) на входе интегратора 3 необходимо сформировать импульс амп" литудой О вЂ, и длительностью

Т

Q11

2 ЗО

ТХ= )T4- Т2), (6) причем полярность импульса зависит от положения переключателя 12. При этом вольт-секундная площадь корректирующего импульса усредняется за тот же промежуток времени Т, .

Формирователь корректирующих импульсов состоит из формирователя корректирующего напряжения (U, 0В: = 13 „Т„/Т" ), собранного по

ЬМ сР п 1 схеме времяделительного потенциоиетра на блоках 1, 8, 9, 10 и 13, причем инвертор 11 включен из-эа того, что напряжение на выходе аналогового запоминающего блока имеет знак, противх ом

3, у= = о,о«у.

sx инт

Введенные блоки позволяют поддерживать сходимость итерационного процесса оптимальной в широком диапазоне частот.

Таким образом, введение в состав калибратора напряжения третьего ключа, второго интегратора, второго аналогового запоминающего блока, инвертора, переключателя, четвертого клю ча, регулирующего элемента и логической схемы управления, а также соответствующих связей позволяет повысить точность устройства, упростить узел управления и расширить рабочий диапазон,частоты. В результате значительно расширяется область применения калибратора, вследствие чего отпадает необходимость в разработке других калибраторов переменного напряженная и применении в устройстве более качественных элементов с большим динамическим диапазоном.

1046745

104б745

>o46z4s

1046745

Составитель С,Чернышева

Техред И.йетелева Корректор О.Билак

Редактор А.Огар

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Закаэ 7730/47 Тираж В74 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5