Цифровой преобразователь действующего значения напряжения Советский патент 1983 года по МПК G01R19/22 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в цифровых пресбразова телях переменного напряжения по уро ню действующего значения. Известен преобразователь деиствующего значения переменного напряжения, основанный на применении тер морезисторов косвенного подогрева, включенных в автсматически уравнове шиваемую мостовую схему 1) . Недостатки известного устройства заключаются в значительной погрешности преобразования и низкой чувствительности, обусловленных неиден тичностью вольтамперных характеристик термопреобразователей в широком диапазоне изменений входного напряжения. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь пере 4енного напряжё кия по уровню действующего значения содержащий два электротепловых терморезисторнь1Х преобразователя, два усилителя разбаланса, делитель напряжения, источник питающего напряжения, шесть резисторов, модулятор и цифровой регистратор 2 . Недостатком этого устройства является низкая точность преобразования, обусловленная неидентичностью электротепловых характеристик нагре ватель - терморезистор и изменением чувствительности при изменени в широком диапазоне входного напряжения, что вызвано квадратурньм сло жением токов нагревателей. Последнее приводит к дестабилизации работы устройства при малых входных напряжениях. Кроме того, отсутствует ф)азочувствитёльнс1Я обратная связь, что может вызвать самовозбуждение преобразователя, при дрейфе нуля усилителей. Цель изобретения - повышение точ ности и стабильности преобразования Поставленная цель достигается тем, что в цифровой преобразователь действующего значения напряжения, содержа1ций два электротепловых преобразователя, в которых первые выводы терморезисторов подключены к общей шине, а вторые выводы - к соответствующим входам первого усилителя разбаланса, выход которого соединен через первый резистор с первым выводом подогревателя первого электротеплового преобразователя и первым выводом второго резистора, источник питающего напряжения, выход которого соединен через делител с общей шиной, а через третий и чет вертый резисторы - с входг1ми первого усилителя разбаланса, второй усилитель разбаланса, входы которого соединены соответственно с выходом делителя и вторым выводом терморезистора второго злектротепловог преобразователя, первый вывод подо- гревателя которого через пятый резистор соединен с входной шиной, а через шестой резистор - с выходом второго усилителя разбаланса, и цифровой регистратор, дополнительно введены два операционных усилителя, инвертор, корнеизвлёкающий преоб1разователь напряжения в частоту, корнеизвлёкающий преобразователь напряжения в период следования импульсов, элемент совпадений и седьмой резистор, причем выходы усилителей разбаланса через корнеизвлекающие преобразователи напряжения в частоту и период соединены с входами элемента совпадений, выход которого соединен с входом цифрового регистратора, выход первого усилителя разбаланса через соединенные последовательно инвертор и седьмой резистор подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя и первому выводу подогревателя второго электротеплового преобразователя, второй вывод подогревателя которого соединен с выходом этого усилителя, выход второго усилителя разбаланса подключен к второму выводу второго резистора, а инвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с первым выводом подогревателя первого электротеплового преобразователя, второй вывод подогрева теля которого соединен с выходом этого усилителя. На чертеже представлена функциональная схема цифрового преобразователя действующего значения напряжения. Уст юйство содержит два электротепловых преобразователя с терморезйсторами 1 и 2, первые которых соединены с общей шиной, а вторые - с первыми выводами резисторов 3 и 4 соответственно, делитель из соединенных последовательно резисторов 5 и б, включенный между общей шиной и выходом источника 7 питающего напряжения, соединенным с BTOpfciMH выводами резисторов 3 и 4, .усилитель 8 разбаланса, входы которого соединены соответственно с объединенными выводами резисторов 5 и б и вторым выводом терморезистора 1, усилитель 9 разбаланса, входы которого соединены с вторыми выводами терморезисторов 1 и, 2 соответственно, подогреватели 10 и li терморезисторов 1 и 2 соответственно, операционные усилители 12 и 13, сумматор 14 из резисторов 15-17, объединенные выводы которых подключены к инвертирующему входу усилителя 12 и первому выводу подогревателя 10, второй вывод которого соединен с выходом усилителя 12, сумматор 18 из резисторов 19 и 20/ объединенные выводы которых соединены с инвертирукмдам

входом усилителя 13 и первым выЬо- дом подогревателя II, второй вывод которого соединен с выходом усилителя 13, корнеизвлекающий преобразователь 21 напряжения в период, вход которого соединён с выходом усилителя 8 .и вторыми выводами резисторов 16 и 19, корнеизвлекающий преобразователь 22 напряжения в частоту, вход которого соединен с выходом усилителя 9, вторым выводом резистора 20 и входом инвертора 23, выход Которого соединен с вторым выводом резистора 17, второй вывод резистора 15 соединен с входной шиной а выходы преобразователей 21 и 22 через элемент 24 совпадений подключены к входу цифрового регистратора 25,

;Работа устройства основана на стабилизации. тет«тературы терморезисторов 1 и 2. Сопротивление терморезистора. поддерживается постоянны вследствие автоматического уравнов:ешивания мос.та, состоящего из резисторов 1,3, 5 и б.

Автоматическое ура вновешивание згтрро моста осуществляется путем изменения тока в подогревателе 10, осуществляемого усилителем 8 разбаланса череэ резистор 16. Выходное капряжение усилителя 8 разбаланса . подаётся на резистор 19, что вьазывает соответствующий ток в подогревателе 11 терморезистора 2. Сопротивление терморезистора 2 также поддерживается постоянным за счет уравновешиваний мост-а, состоящего из резисторов 1-:4 с помощью усилителя

9разбо1ланса, выходное напряжение которого поступает на резистор 20 и через инвертор 23 - на резистор 17, что приводит к соответствующему изменени1о токов в подогревателях

10и 11 до почти полного уравновешивания моста из резисторов 1-4. Таким образом, в каждом из терморезис 6ров устанавливается изотермический режим,, который практически не изменяется при всех возможных входных : напряжениях.

Вследствие того,, что во втором сумматоре 18 выходные напряжения усилителей 8 и 9 разбаланса суммируются, а в первом сумматоре 14 онИ вычитаются, причем выходное напряжение усилителя 8 разбаланса всегда по абсолкхгной величине больше йыходного напряжения усилителя 9 разбаланса, погрешность статизма уравновешивания мостов практически остае ся Неизменной при изменении входного напряжения от нуля д максимального значения и в системе исключается возможность инверсии типа обратной связи.

отсутствии входного напряжения Ujx О на выходе усилителя 8 разбаланса устанавливается напряжение U(j, вызывающее токи в подогревателях 10 и 11, задающие исходный температурный режим терморезисторов 1и2. ,

Выходное напряжение .UK усилителя

9 разбаланса также может изменить .токи в подогревателях, суммируясь с действием напряжения U( в подогре|вателе 11 и вычитаясь из него бла годаряинвертору 23 в подогревателе

0 10. За счет такого действия оба моста по истечении переходного процесса находятся в уравновешенном сЪстоянии. При правильном выборе величии сопротивлений резисторов в мостах Bcetс да можно добиться, чтобы при Ug О . напряжение Ux на выходе усилителя 9 разбаланса било также равно нулю (U, О).

Температурный режим терморезисторов 1 и 2 остается постоянным.

0 Для терморезистора 1 он определяется суммарным током, протекающим через резисторы 15-17, а для терморазистора 2 - суммарным током, протекающим через резисторы 19 и 20,

5.Мощность, рассеиваемая в подогревателях 10 и 11 при протекании fчерез них этих суммарных токов, практически (с точностью до погрешности статизма) не зависит от величины

0 входного напряжения U g.

Так как Ugy - напряжение переменного тока, а Од и Ux - напряжение постоянного тока, следует, что условие равновесия мостов может быть

записано в виде

/Ik . Ikf

(1)

(6 7/

00.

(2)

I

00

где Ri5 ,R,(5 ,R,7 ,R,9 .Rjo - величию сопротивления резисторов 15-20f

I-.- - f значение токов в мд

догревателях 10 и 11 при. отсутствии входного напряжения (Ug 0) и U;( О; Ugjj - действу1ащее значение входного напряжения,

Решая систему уравнений-() и (2) при R,(j R{7 R(9 20 можно получить основное уравнение (3) работы преобразователя : .

&f с..

(3)

60 причем для максимального.значения входного напряжения Цд должно выполняться условие

(4)

1

00 При изменении знака неравенства {4)в системе наступает инверсия типэ обратной связи. Напряжение UQ поступает на корне иэвлекающий преобразователь 21 напряжения в период, осуществляющий преобразование вида где Т - период выходных импульсов корнеиэвлекающиго преобразователя;К| коэффициент пропорциональности. Напряжение Ux поступает на корне извлекающий преобразователь 22 напряжения в частоту, осуществляющий преобразование вида где f частота следования выходных импульсов корнеизвлекающего преобразователя} К - коэффициент гфопорциональности. Импульсы с частотой следования в течение йнтервала времени Т поступают от преобразователей 21 и 22 через элемент 24 совпадений на вход цифрового регистратора 25, показания N которого равны . fT |M.K,K,Ug, K,U.{7) где Kg - коэффициент пропорциональности. Введение в преобразователь двух операционных усилителей позволяет выполнять автоматическое уравновешивание мостов с термореэисторами по двум параметрам регулирования (UgH Ux), действующим в каждом нагревателе терморезисторов. Вследствие этого обеспечивается возможность использования терморезисторов с одним нагревателем и постоянная погрешность статизма системы регулирования в широком диапазоне изменения входных напряжений. Эти качества повышают точность преобразования и снижают требования .к идентичности характеристик терморезисторов. Достоинством устройства является также обеспечение фазочувствитёльнос ти обратной связи в системе регулирования, что исключает возможность инверсии ее типа при отсутствии входного напряжения и повышает стабильность работы преобразователя.

ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, ;одержащий, два электротепловых преобразовате гтя, в которых первые вывода терморезисторов подключены к общей шине, а вторые выводы - к соответствующим входам первого усилителя разбаланса, выход которого соединен черезпервый резистор с первым выводом подогревателя первого элек.тротеплового Преобразователя и первым выводом второго резистора, источник ;.питающего напряжения, выход которого ;соединен через делитель с общей шиной, а через третий и четвертый рейисторы - с входами первого усилителя разбаланса, второй усилитель разбаланса, входы которого соединены соответственно с выходом делителя и вторым выводом терморезистора второго электротепловоГо преобразователя, /первый вывод подогревателя которого через пятый резистор соединен с ВХОДНОЙ шиной, а через шестой резистор - с выходом второго усилителя разбаланса, и цифровой регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и стабильности преобразования, в него дрпол нительно введены два операц-ирнных усилителя, инвертор, корнеизвлекающйй преобразователь напряжения в частоту, корнеизвлекающий преобразователь напряжения в период следования импульсов, элемент совпадения и седьмой резистор, причем усилителей разбаланса через корнеизвлекающие преобразователи напряжения в . частоту и период-соединены с входами элемента совпадений, выход которого подключен к входу цифрового регистраW тора, выход первого усилителя разбаланса через соединенные последовас тельнр инвертор и седьмой резистор подключен к инвертирующему.входу первого операционного усилителя.и первйму выводу подогревателя второго эл ктротеплового преобразовате.ля, второй вывод подогревателя которого соеди-.. ю нен с выходом этого усилителя-, выход второго усилителя разбаланса подключен со к второму ВЫВОДУ второго резистора, ю а инвертирующий вход второго опера1ШОиного усилителя соединен с первым ilSib выводом подогревателя перврго элекi4 тротеплового преобразователя, второй вывод подогревателя которрго срединен с выходом этого усилителя. .