Преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения в постоянное

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<н949527 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 140480 (21) 2914231/18-21 (51)М Кп з с присоединением заявки №

G 01 R 19/22

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет (53) УДК621 317

° 72 (088. 8) Опубликовано 070882- Бюллетень ¹ 29

Дата опубликовании описании070882

Н.Н. Андрусяк, С.A. Андрусяк, В.И. " Водна и А. B . .Храмов

1 ,1 . . (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (5 4 ) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО

ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ПОСТОЯННОЕ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для создания аналоговых или цифровых измерителей действующих значений переменных напряжений с линейной передаточной характер- стикой.

Известен преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения в постоянное напряжение, содержащий первый и второй термореэисторные преобразователи, состоящие нз электрического нагревателя и термореэистора, источник опорного напряжения и дифференциальный усилитель, входы которого подключены на выходную диагональ моста, составленного двумя постоянными резисторами и двумя терморезисторами, вторая диагональ моста подключена к выходу опорного источника напряжения, а нагреватели первого и второго термореэисторных преобразователей подключены соответственно на вход и выход преобразователя, при этом выход преобразователя соединен и с выходом усилителя (1) .

Недостатком этого преобразователя переменного напряжения в постоянное является значительная погрешность преббразования, вызванная тем, что терморезисторные преобразователи работают в широком диапазоне температур.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является

5 преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий два тесморезисторных преобразователя, два операционных усилителя, модулятор, делитель напряжения и ограничитель10 ные резисторы, причем нагреватель первого терморезисторного преобразователя включен через резистор между входной и общими шинами, а нагреватель BToporo терморезисторного преобразователя - через резистор между общей и выходной шинами, входы первого операционного усилителя включены в диагональ моста, образованного постоянными резисторами и терморе20 зисторами, подключенного к источнику опорного напряжения, входы второго операционного усилителя включены в диагональ моста, образованного постоянньвли резисторами и терморезистором первого терморезисторного преобразователя, подключенного к источнику опорного напряжения, выход первого операционного усилителя соединен с выходной шиной, а выход второго операционного усилителя соединен через резистор с нагревателем

949527 первого терморезисторного преобразователя и через модулятор и резистор с нагревателем второго термореэисторного преобразователя (2).

Недостатком известного преобразователя является невысокая чувстви- 5 тельность, а также низкая точность преобразования при наличии шумов терморезисторных преобразователей, дрейфе и смещении нуля используемых усилителей. 10

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности преобразования в широком диапазоне частот преобразуемых напряжений.

Поставленная цель достигается тем,15 что в преобразователь среднеквадра-! тического значения переменного напря.жения в постоянное, содержащий первый и второй термореэисторные преобразователи, первые выводы нагревателей 0 которых соединены с общей шиной, второй вывод нагревателя первого терморезисторного преобразователя соединен с объединенными первыми выводами первого и второго ограничительных резисторов, второй вывод первого иэ которых соединен с входной шиной, второй вывод нагревателя второго термореэисторного преобразователя соединен с первым выводом третьего .ограничительного резистора, а первый вывод терморезистора этого преобразователя соединен с общей шиной, источник опорного напряжения, первый вывод которого соединен с общей шиной, а второй через делитель напряжения - с первым входом первого операционного усилителя, второй вход которого соединен с первым выводсм терморезистора первого терморезисторного преобразователя, и второй 40 операционный усилитель, выход которого соединен с выходной шиной, дополнительно введены второй делитель напряжения, третий операционный усилитель, сумматор напряжений, управ- 45 ляемый делитель напряжения и усилитель-ограничитель, причем второй вывод термореэистора первого терморезисторного преобразователя соединен с выходом первого операционного усилителя и первым входом второго операционного усилителя„ второй вход которого соединен с вторым выводом источника опорного напряжения и первым входом третьего операционного усилителя, второй вход которого через второй делитель напряжения соединен с выходной шиной, а выход - с вторым выводсм второго ограничительного резистора и первым входом сумматора напряжения, выход которого соединен с вторым выводом третьего ограничительного резистора, а второй- вход - с выходом управляемого делителя напряжения, управляющий вход которого соединен с выходной б5 шиной, вход — с выходом усилителяограничителя, вход которого соединен с входной шиной, а второй вывод терморезистора второго терморезисторного преобразователя соединен с вторым входом первого операционного усилителя.

На чертеже представлена блок-схема преобразователя переменного напряжения в постоянное.

Преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения в постоянное содержит входную шину 1, терморезисторные преобразователи 2 и 3 (ТРП), операционные усилители (ОУ) 4-6, источник 7 опорного напряжения (ИОН), делители 8 и 9 напряжения (ДН), сумматор 10 напряжения, выходную шину 11, управляемый делитель 12 напряжения, усилительограничитель 13, ограничительные резисторы 14-16. Термореэисторный преобразователь 2 содержит нагреватель

17 и термореэистор 18, а терморезисторный преобразователь 3 содержит нагреватель 19 и терморезистор 20.

Входшая шина 1 соединена с первым выводом резистора 14 и входом усилителя-ограничителя 13, второй вывод резистора 14 соединен с первым выводом резистора 15 и первым выводом нагревателя 17 второй вывод которого соединен с общей шиной, второй вывод резистора 15 соединен с первым входом сумматора 10 и выходом операционного усилителя 5, первые выводы нагревателя 19 и терморезистора 20 соединены с общей шиной, второй вывод нагревателя 19 соединен через резистор 16 с выходом сумматора 10, второй вход которого через управляемый делитель

12 соединен с выходом усилителя=ограничителя 13, управляющий вход управляемого делителя .12 соединен с выходнои шиной 11, с выходом операционного усилителя 4 и через делитель 9,с первым входом операционного усилителя 5, второй вход которого соединен с выходом источника 7 опорного. напряжения, с первым входом операционного усилителя 4 и через делитель 8 - с первым входом операционного усилителя б, выход которого соединен с вторым входом операционного усилителя 4 и первым выводом терморезистора 18, второй вывод которого соединен.с вторым входом операционного усилителя б и вторым выводом термореэистора 20.

Преобразователь работает следующим образом.

B исходном состоянии, при отсутствии измеряемого напряжения Ух(е) на шине 1 преобразователя, напряжение с выхода ИОН 7 через первый 8 ДН, коэффициент передачи которого равен

1/2, поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя 5, на

949527 выходе которого появляется напряжение, равное ц

Е Е RqB (1)

ВЫХОД 2 . 2 RßÎ где Ео — выходное напряжение ИОН;

R„p В; — сопротивления термореэисто20 ров ТРП 2 и 3 .. .При равенстве сопротивлений R<8 и

R 0 на обоих входах операционного усилителя 4 действуют равные по величине и знаку напряжения, вследствие 10 чего на его выходе на инвертирующем входе усилителя 5 и на шине 11 преобразователя постоянное напряжение

ПЕ-,„ равно нулю (т.е. УД, „ = О). Напряжение Е0 с выхода ИОН поступает на 15 неинвертирующий вход усилителя 5, выходное напряжение которого через ограничительный резистор 15 посту-. пает на нагреватель 17 ТРП 2, а через сумматор напряжений 10 и огра- 2О ничительный резистор 16 — на нагреватель 19 ТРП 3 и используется для вывода рабочих точек ТРП на линейный участок их характеристик преобразования.

При подаче измеряемого напряжения

Ux(t) на шину 1 преобразователя в нагревателе 17 ТРП 2 выделяется дополнительно тепло джоуля,под действием которого уменьшается величина 3О сопротивления терморезистора 18 и выходное напряжение усилителя 6 в соответствии с выражением (1). Разность между выходными напряжениями усилителя 6 и ИОН 7 усиливается ОУ 4,35 выходное напряжение U< которого прикладывается к управляющему входу управляемого делителя -напряжения 12, Одновременно с этим входное напряжение U (t) поступает на вход усили- 4О теля-ограничителя 13, который формирует двухполярные прямоугольные импульсы со стабилизированными уровнями, частота и фаза которых совпадают с частотой и фазой П» (t) а уровень 45 (Импульсов зависит от уровня У„ (е). .Прямоугольные импульсы с выхода усилителя-ограничителя 13 через управляемый делитель 12, сумматор напряжений 10 и ограничительный резистор

16 поступают на нагреватель 19 ТРП 3. О

Вследствие этого терморезистор 20 изменяется до установления баланса, при котором выходное напряжение усилителя 6 будет близким к выходному напряжению ИОН 7. В установившемся режиме постоянное напряжение Пш„ на выходе усилителя 4 (на шине 11 преобразователя, полярность которого соответствует полярности выходного напряжения ИОН) будет про60 порционально действующему значению переменного напряжения U (t) на входе преобразователя. Часть напряжения Ug„ c выхода усилителя 4 через эьО<

ДН 9 поступает на инвертирующий 65 вход усилителя 5, выходное напряжение которого уменьшается, сохраняя почти неизменным (с погрешностью статизма ОУ) первоначально заданный температурный режим работы обоих

ТРП.

Чувствительность преобразования предлагаемого преобразователя увеличена за счет исключения постоянных резисторов, последовательно включаемых с терморезисторамн ТРП, которые снижают величину относительного изменения сопротивления терморезисторов.

Точность преобразователя повышена и в широком диапазоне частот эа счет того, что оба нагреватели 17 и

19 ТРП работают практически в одинаковом частотном режиме, что значительно уменьшает влияние их остаточных реактивностей на погрешность преобразования.

Таким образом, использование предлагаемого преобразователя в измерительной аппаратуре переменного тока позволяет повысить их метрологические и эксплуатационные характеристики (чувствительность, точность в широком диапазоне частот и быстродействие), Формула и э обрет ения

Преобразователь среднекв адратического значения переменного напряжения в постоянное, содержащий первый и второй термореэисторные преобразователи, первые выводы нагревателей которых соединены с общей шиной, второй вывод нагревателя первого терморезисторного преобразователя соединен с объединенными первыми выводами первого и второго ограничительных резисторов, второй вывод первого из которых соединен с входной шиной, второй вывод нагревателя второго терморезисторного преобразователя соединен с первым выводом третьего ограничительного резистора, а.первый вывод терморезнстора этого преобразователя соединен с общей шиной, источник опорного напряжения, первый вывод которого соединен с общей шиной, а второй через делитель напряжения — с первым входом первого операционного усилителя, второй вход которого соединен с первым выводом терморезистора первого термореэисторного преобразователя, и .второй операционный усилитель, выход которого соединен с выходной шиной, о т л. и ч а юшийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности преобразования, в него введены второй делитель напряжения, третий операционный усилитель, сумматор напряже949527

ФНИИПИ Заказ 5740/33 Тираж 717 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ний, управляемый делитель напряжения и усилитель-ограничитель, причем второй вывод терморезистора первого терморезисторного преобразователя соединен с выходом первого операционного усилителя и первым входом вто- 5 рого операЦионного усилителя, второй вход которого соединен с вторым выводом источника опорного напряжения,и первым входом третьего операционного усилителя, второй вход ко- 10 торого через второй делитель напряжейия lсоединен(с выходной шиной, а выход - с вторым выводом второго ограничительного резистора и первым входом сумматора напряжения, выход 15 которого соединен с вторым выводом третьего ограничительного резистора, а второй вход - с выходом управляе-. мого делителя напряжения, управляющий вход которого соединен с выходной шиной, вход — с выходом усилителя-ограничителя, вход которого соединен с входной шиной, а второй вывод термореэистора второго терморезисторного преобразователя соединен с вторым входом первого операционного усилителя, Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1 Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное. М., Советское радио, 1977, с. 146, рис. 146.

2. Патент Великобритании

9 1138932, кл. G 01 R 19/00, 11.04.69 оототип).