Измерительный линейный преобразователь среднеквадратического значения напряжения

 

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 R 19/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

° Ь

А (Ы

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4783300/21 (22) 16.01.90 (46) 30.06.92. Бюл. N 24 (71) Новосибирский электротехнический институт . (72) Ю.А.Пасынков и С.В,Рубан (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1359748, кл. G 01 R 19/03, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N -1105824, кл. G 01 R 19/02, 1982. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ЛИНЕЙНЫЙ ПРЕ-.

ОБРАЗОВАТЕЛЬ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение м,б, использовано в приборах, измеряющих среднеквадратическое значение электрических сигналов, ПреобраИзобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при создании приборов, измеряющих среднеквадратическое значение электрических сигналов.

Известен и реоб разовател ь среднеквадратических значений электрических сигналов, содержащий два квадратичных термоэлектрических преобразователя, блок вычисления квадратного корня и интегратор. Разность сигналов с выходов квадратичных преобразователей поступает на вход интегратора, с выхода которого сигнал поступает на корректирующий вход блока вычисления квадратного корня и изменяет напряжение на его выходе до тех пор, пока разность среднеквадратических значений входного и выходного сигналов не станет равной нулю.

„„SU „„1744654 А1 зовател ь содержит суммирующе-фил ьтрующий блок 1, выход которого соединен с выходной шиной преобразователя и входом генератора 2 треугольного напряжения, выход которого подключен к первому входу компаратора 3, второй вход которого соединен с входной шиной преобразователя, вы ход компаратора 3 подключен к управляющему входу первого ключа 4, выход которого соединен с первым входом суммирующе-фильтрующего блока 1, другой вход которого подключен к выходу второго ключа 5, входная шина преобразователя соединена с входами первого 4 и второго 5 ключей, управляющий вход второго ключа 5 подключен к выходу компаратора 3. 3 ил.

Однако известный преобразователь имеет сложную схему и требует подбора идентичных по характеристикам термоэлектрических квадратичных преобразователей, что не технологично.

Известен также измерительный преобразователь среднеквадратичного значения напряжения, содержащий суммирующефильтрующий блок, выход которого соединен с выходной шиной преобразователя и входом генератора треугольного напряжения, выход которого соединен с первым входом компаратора и входами ключей, второй вход компаратора подключен к входной шине, а его выход — к управляющему входу первого ключа, выход которого соединен с первым входом суммирующе-фильтрующего блока, другой вход которого подключен к выходу второго ключа, а управляющий вход второго ключа соединен с синхронизирую1744654 щим выходом генератора треугольного напряжения.

Данный измерительный преобразователь среднеквадратического значения имеет низкую точность из-эа того, что его квадратор обладает низкой чувствительностью. Действительно, в соответствии с работой квадраторов, постоянная составляющая квадратора преобразовате5лмг+ 5мгс - ccrc» х кВ 1- = gP (1: г

Овых — (4А +О p) ф м

Амплитуда треугольного напряжения

AM пропорциональна выходному напряжению преобразователя

AM=K U. .„,, (4) где Ки — коэффициент пропорциональности.

Подставляя (4) в (3), получают

Отсюда . йи. .М

4-к

aciX- х у (e)

В выражении (6) составляющая

Од Овых 4Ки

« 1. Поэтому, учитыОг вая, что при малых Х 1+x = l + —"

2 получают

U x

О вых — (" +yп)

2 Ки (7) где

Од Овых 2Ки (8) Уп

Ux или с учетом выражений (1) и (4), где Ux A

Z дмр = о -4д 4 м сто 4

Ux — среднеквадратическое значение входного напряжения;

Ам — амплитуда треугольного напряжения, На выходе суммирующе-фильтрующего блока постоянное напряжение

1 х г

О Bblx 4А Оф (2) где Кф — коэффициент передачи суммирующе-фильтрующего блока.

С учетом напряжения дрейфа нулевого уровня суммирующе-фильтрующего блока

Од г и г, = 2, . (9)

Оа

О х/2 К и U вых

Погрешность от влияния дрейфа нулевого уровня суммирующе-фильтрующего блока в прототипе определяется составляющей ) п °

Цель изобретения — повышение точности преобразования за счет уменьшения влияния погрешности от напряжения дрейфа нулевого уровня суммирующе-фильтрующего блока, а также упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе среднеквадратического значения напряжения, содержащем суммирующе-фильтрующий блок, выход которого соединен с выходной шиной преобразователя и входом генератора треугольного напряжения, выход которого подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с входной шиной преобразователя, выход компаратора подключен к управляющему входу первого ключа, выход которого соединен с первым входом суммирующе-фильтрующего блока, другой вход которого подключен к выходу второго ключа, входы первого и второго ключей соединены с вторым входом компаратора, а управляющий вход второго ключа подключен к выходу компаратора, На фиг.1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг,2 — временные диаграммы напряжений, поясняющие его работу; на фиг.3 — пример реализации генератора треугольного напряжения.

Линейный преобразователь среднеквадратического значения напряжения содержит суммирующе-фильтрующий блок 1, выход которого соединен с выходной шиной преобразователя и входом генератора 9 треугольного напряжения, выход которого подключен к первому входу компаратора 3, второй вход которого соединен с входной шиной преобразователя, выход компаратора 3 подключен к управляющему входу первого ключа 4, выход которого соединен с первым входом суммирующе-фил ьтрующего блока 1, другой вход которого подключен к выходу второго ключа 5. Входная шина преобразователя соединена с входами первого 4.и второго 5 ключей, а управляющий вход второго ключа 5 подключен к выходу компаратора 3.

Генератор 2 треугольного напряжения . содержит генератор прямоугольных импульсов типа меандра 6, выход которого соединен с управляющим входом ключа 7, выход которого подключен к входу интегратора 8. Первый вход ключа 7, второй вход которого соединен с общей точкой, я вляется

1744654 входом генератора 2 треугольного напряжения, а выход интегратора 8 — его выходом.

Измерительный линейный преобразователь среднеквадратического значения напряжения работает следующим образом.

Треугольное напряжение 0>(t) с выхода генератора 2 треугольного напряжения сравнивается с входным напряжением Ux в компараторе 3 (фиг.2а). В результате сравнения компаратор 3 выдает управляющий сигнал на управляющие входы ключей 4 и 5.

Один из ключей, например ключ 4, нормально замкнут, а другой (ключ 5) — нормально разомкнут. В результате сравнения, если мгновенные значения входного напряжения меньше, чем мгновенные значения треугольного напряжения (фиг.2а), ключ 4 нормально разомкнут, а ключ 5 нормально замнут. Если мгновенные значения входного напряжения больше, чем мгновенные значения треугольного напряжения (фиг.2а), то под действием управляющего сигнала с выхода компаратора 3, ключ 4 замыкается, а ключ 5 размыкается. На первый вход суммирующе-фильтрующего блока

1 поступает входное напряжение Ux в течение интервала времени t2 (фиг.2в), а на второй вход (инвертирующий) суммирующе-фильтрующего блока 1 — в течение интервала времени t1 (фиг.26).

Допуская, что входное напряжение является постоянным, покажем, что преобразователь осуществляет линейное преобразование среднеквадратического значения входного напряжения.

На фиг.2а показано треугольное напряжение UT(t) с периодом Т и амплитудным значением Ам, а также преобразуемое входное напряжение 0х. Площади импульсов (фиг.26, a), поступающих на прямой и инвертирующий входы суммирующе-фильтрующего блока 1 соответственно равны

%1=т1 Ux, За=юг Ux. (10)

Значение t1 можно найти из подобия треугольников АВС и MBN: = или

MN «ВК

<1 АМ вЂ” Ux

Ам

Отсюда т 1 = — ° (11)

Т Ам — Ux

2 Ам

Аналогично, из подобия треугольников

NDE u CDO

Т АМ+Ох (12)

2 Ам

Подставив выражения (11) и (12) в (10), получают т Ам — u, u,..

11 2

Ау

5сг = — . (13)

AM

Средние значения заштрихованных импульсов (фиг.26, в) за период треугольного

5 напряжения характеризуют напряжения на входах суммирующе-фильтрующего блока 1

v,:Ü v- М

2 2 л и тг„ (. 4)

10 0хв=01-02=0x /AM .

Напряжение на выходе суммирующефильтрующего блока 1 х г

0вых — A Кф

М где Кф — коэффициент передачи суммирующе-фильтрующего блока 1.

Генератор 2 треугольного напряжения работает следующим образом.

Генератор прямоугольных импульсов типа меандра 6 формирует последователь1 ность импульсов с частотой —, где Т вЂ” пеТ риод треугольного напряжения, управляющих ключом 7, В течение первого полупериода Т/2 на вход интегратора 8 подается выходное напряжение преобразователя, а на время второго полупериода вход интегратора 8 заземляется. Амплитуда треугольного напряжения Ам, формируемого на выходе интегратора 8, пропорциональна выходному напряжению преобразователя

Ам=Ки 0вых (16) где Ки — коэффициент преобразования генератора 2 треугольного напряжения.

Подставляют (16) в выражение (15); х г

Вых — К . 0 Кф и вых

Отсюда

0 вых = — U x K 0 х, Ки (17) ,! К где К = — коэффициент преобразова Ки ния преобразователя.

45 Таким образом. преобразователь осуществляет линейное преобразование.

Наибольшее влияние на точность преобразования оказывает напряжение дрейфа Одр нулевого уровня

50 суммирующе-фильтрующего блока 1, которое добавляется к входному напряжению суммирующе-фильтрующего блока 1

02

0 вых = (0 др + — х ) К ф, (18)

Ам

С учетом (16) х

Ущ,с=(Ц)Р + /(. ц ) 9 (Й)

Отсюда Up /Вьи " и

О д =U„„ и

1744654

И

Ux

Поэтому, учитывая, что при малых Х

Х где

Для прототипа выходное напряжение

Овых определяется выражением (7).

Для сравнения необходимо, чтобы рассматриваемые преобразователи работали в одинаковых условиях, т.е. коэффициенты преобразования обоих преобразователей были равны и допустимые коэффициенты амплитуды К входных сигналов одинаковы, Так как условием работоспособности для обоих преобразователей является

AM>max Ux(t)( тах!0 х t (3)

U x то допустимый коэффициент амплитуды преобразователей равен

K Aäoï =

AM (24)

0x

Принимаем коэффициенты преобразования преобразователей равными, напри- ЭО мер, 1, т.е. Usbix=Ux, Тогда с учетом выражения (16)

К = = "" =К (25) ддоп ц

Сравним составляющие уп и у, характеризующие погрешности от влияния дрейфа нулевого уровня суммирующе-фильтрующего блока i, Для этого подставим в (9) и (22) выражения (1) и (14) для 0 8 и 4 соответствующих преоб- 4О разователей: up U . p к. so

2 в

Подставляя А> из (25), получают н 4 л р л Vg

Уу,, . „, и ° рд)

u„ г .

2 —" 2

A и кярол м

Из выражений (28) и (29) видно, что при одинаковых условиях работы данного преобразователя и прототипа, погрешность от влияния дрейфа нулевого уровня в рассмотренном преобразователе в 4 раза меньше, чем у прототипа

;г и (o)

Согласно изобретению можно применить генератор треугольного напряжения с более простой схемой, так как отсутствует необходимость в формиррвании синхронизирующего прямоугольного напряжения для управления вторым ключом.

Формула изобретения

Измерительный линейный преобразователь среднеквадратического значения напряжения, содержащий суммирующе-фильтрующий блок, выход которого соединен с выходной шиной преобразователя и входом генератора треугольного напряжения, выход которого подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с входной шиной преобразователя, выход компаратора подключен к управляющему входу первого ключа, выход которого соединен с первым входом суммирующе-фильтрующего блока, другой вход которого подключен к выходу второго ключа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования и упрощения устройства, входы первого и второго ключей соединены с вторым входом компаратора, а управляющий вход второго ключа подключен к выходу компаратора.

1744654

1744654

Составитель С.Рубан

Редактор Л.Пчолинская Техред М,Моргентал Корректор M. Кучерявая

Заказ 2196 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101