Измерительный преобразователь переменного тока в постоянный (варианты)

 

Изобретение относится к измерительной технике. Преобразователь выполнен на операционном усилителе 1, один вход которого подключен к источнику 5 измеряемого сигнала, и содержит выпрямительные диоды 2, 3. Усилитель охвачен отрицательной обратной связью, реализованной включением резистора 6. Новизна состоит в том, что в преобразователь введен сглаживающий фильтр, и в том, что в неинвертирующий вход усилителя 1 соединен с выходом сглаживающего фильтра. Такое соединение может быть выполнено как путем непосредственного подключения, так и путем подключения через резистивный двигатель. Образуемая положительная обратная связь приводит к повышению точности измерения напряжения. 3 с.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области электроизмерений, в частности к измерительным преобразователям, и может быть использовано в приборах для измерения среднего значения переменного напряжения.

Известен измерительный преобразователь напряжения переменного тока в постоянное, содержащий операционный усилитель, два диода, включенные согласно-последовательно, первый вывод первого и второй вывод второго которых соединены с выходом операционного усилителя, второй вывод первого диода подключен к инвертирующему входу операционного усилителя и соединен через первый резистор с источником измеряемого переменного напряжения и через второй резистор с первым выводом второго диода [1] Однако известный преобразователь не позволяет получать пропорциональной зависимости между выходным постоянным напряжением и средним значением входного переменного напряжения. Это приводит к снижению точности измерения входного напряжения.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерения входного напряжения.

На фиг. 1-3 показаны электрические схемы предлагаемого измерительного преобразователя переменного напряжения в постоянное в различных вариантах исполнения; на фиг. 4 временные диаграммы напряжений в преобразователе.

По первому варианту исполнения (см. фиг. 1) преобразователь содержит операционный усилитель 1 и диоды 2, 3, включенные согласно-последовательно. Первый вывод диода 2 и второй вывод диода 3 соединены с выходом операционного усилителя, а второй вывод диода 2 подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 1 и соединен через резистор 4 с источником 5 измеряемого переменного напряжения и через резистор 6 с первым выводом диода 3. В преобразователь введен сглаживающий фильтр, состоящий из резистора 7 и конденсатора 8. Выход сглаживающего фильтра является выходом преобразователя.

По второму варианту исполнения (см. фиг. 2), преобразователь также содержит операционный усилитель 1 и диоды 2, 3 включенные согласно-последовательно. Первый вывод диода 2 и второй вывод диода 3 соединены с выходом операционного усилителя, а второй вывод диода 2 подключен к инвертирующему входу усилителя и соединен через резистор 4 с общей шиной и через резистор 6 с первым выводом диода 3. В преобразователь также введен сглаживающий фильтр, состоящий из резистора 7 и конденсатора 8 и выход которого является выходом преобразователя. Первый вывод диода 3 подключен к входу сглаживающего фильтра, неинвертирующий вход операционного усилителя 1 подключен к средней точке резистивного делителя напряжения, состоящего из резисторов 9, 10 и включенного между выходом сглаживающего фильтра и источником 5 измеряемого переменного напряжения.

По третьему варианту исполнения (см. фиг. 3), преобразователь операционного усилителя 1', 1'', диоды 2', 3', 2'', 3'' и резисторы 4', 6, 4'', соединенные между собой звездой. Неинвертирующий вход операционного усилителя 1' соединен с источником 5 измеряемого переменного напряжения, инвертирующий вход со вторым выводом диода 2' и первым выводом резистора 4', а выход с первым выводом диода 2' и со вторым выводом диода 2'' и с первым выводом резистора 4'', а выход с первым выводом диода 3'. Инвертирующий вход операционного усилителя 1'' соединен с вторым выводом диода 2'' и с вторым выводом диода 3''. В преобразователь также введен сглаживающий фильтр, состоящий из резистора 7 и конденсатора 8 и выход которого является выходом устройства. Первые выводы диодов 3', 3'' и первый вывод резистора 6 соединены с выходом сглаживающего фильтра. Неинвертирующий вход операционного усилителя 1'' подключен к средней точке резистивного делителя напряжения, состоящего из резисторов 9, 10 и включенного между выводом сглаживающего фильтра и источником 5 измеряемого переменного напряжения.

Вход усилителя может подключается к источнику 5 измеряемого напряжения как посредственно, так и через разделительный конденсатор 11. К выходу преобразователя подключают регистрирующий прибор 12.

Преобразователь работает следующим образом. При положительной полярности на инвертирующем входе усилителя 1 (см. фиг. 1) открывается диод 2. Диод 3 заперт. При отрицательной полярности на инвертирующем входе усилителя 1 и диод 2 запирается, открывается диод 3. Следовательно, происходит однополупериодное выпрямление. Выпрямленное напряжение сглаживается фильтром, состоящим из резистора 7 и конденсатора 8. Исходя из условий фильтрации, постоянная времени фильтра выбирается больше периода входного переменного напряжения. Поэтому заряд конденсатора 8 через резисторы 7, 6 передается на инвертирующий вход усилителя 1.

Если неинвертирующий вход будет иметь нулевой потенциал относительного корпуса (как в известном преобразователе), то образуется зона нечувствительности (см. фиг. 4). Отсюда, постоянное выходное напряжение U_вых будет в известном преобразователе определяться только той частью входного напряжения U_вх, на интервале которой входное напряжение превышает постоянное входное напряжение (на чертеже заштрихованная часть). Информация же о входном напряжении в другой части в выходное напряжение не поступает, и это, следовательно, может приводить к снижению точности измерения.

Так как в предлагаемом преобразователе неинвертирующий вход усилителя 1 соединен с выходом сглаживающего фильтра, то потенциал выходного напряжения будет передаваться на этот вход. Очевидно, ток через резистор 7 и постоянно выходное напряжение U_вых будут определяться значением входного напряжения на всем выпрямленном полупериоде, и это, следовательно, приводит к повышению точности измерения.

Входное напряжение преобразователя может подключаться и к неинвертирующему входу усилителя 1 (см. фиг. 2), но в этом случае необходимо использовать резистивный делитель, резисторы 9, 10 которого помимо того ограничивают ток источника входного напряжения и ток от выходного напряжения преобразователя.

В схеме преобразователя с двухполупериодным выпрямлением (см. фиг. 3) резисторы 9, 10 выполняют роль только делителя выходного напряжения.

Как непосредственным подключением неинвертирующего входа к выходу фильтра, так и подключением через резистивный делитель (резисторы 9, 10) реализуется положительная обратная связь по постоянному напряжению. Эта положительная обратная связь в предлагаемом преобразователе позволяет ликвидировать зону нечувствительности преобразователя по входу и тем самым повысить точность измерения.

Формула изобретения

1. Измерительный преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий операционный усилитель, два диода, включенные согласно-последовательно, первый вывод первого и второй вывод второго которых соединены с выходом операционного усилителя, второй вывод первого диода подключен к инвертирующему входу операционного усилителя и соединен через первый резистор с источником измеряемого переменного напряжения и через второй резистор с первым выводом второго диода, отличающийся тем, что в него введен сглаживающий фильтр, вывод которого является выходом преобразователя, первый вывод второго диода подключен к входу сглаживающего фильтра, неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к выходу сглаживающего фильтра.

2. Измерительный преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий операционный усилитель, два диода, включенные согласно-последовательно, первый вывод первого и второй вывод второго которых соединены с выходом операционного усилителя, второй вывод первого диода подключен к инвертирующему входу операционного усилителя и соединен через первый резистор с общей шиной и через второй резистор с первым выводом второго диода, отличающийся тем, что в него введен сглаживающий фильтр, выход которого является выходом устройства, первый вывод второго диода подключен к входу сглаживающего фильтра, неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к средней точке резистивного делителя напряжения, включенного между выходом сглаживающего фильтра и источником измеряемого переменного напряжения.

3. Измерительный преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий два операционных усилителя, четыре диода, три резистора, соединенных между собой звездой, неинвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с источником измеряемого переменного напряжения, инвертирующий вход с вторым выводом первого диода и с первым выводом первого резистора, выход с первым выводом первого диода и вторым выводом второго диода, инвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с вторым выводом третьего диода и первым выводом третьего резистора, выход с первым выводом третьего диода и вторым выводом четвертого диода, отличающийся тем, что в него введен сглаживающий фильтр, выход которого является выходом преобразователя, первые выводы второго и четвертого диодов и первый вывод второго резистора соединены с входом сглаживающего фильтра, неинвертирующий вход второго операционного усилителя подключен к средней точке резистивного делителя напряжения, включенного между выходом сглаживающего фильтра и общей шиной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4