Преобразователь разности фаз в напряжение Советский патент 1983 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано как в аналого вых, так и в цифровых приборах для измерения сдвига фаз. Известен фазометр, с преобразовакием фазового сдвига в длительности импульсов, которая поступает на вхо интегрирующего устройства-, постоянная составляющая напряжения на выхо де которого пропорциональна фазовом сявигу t.1 . Недостатком данного фазометра яв ляется низкая точность измерения обусловленная влиянием нестабильнос ти сопротивления резисторов интегра тора. Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь, разности фаз в напряжение, содержащий источн опорного напряжения (ИОН) ,- формирователь импульсов (ФИ), одновибратор (ОВ) , аналоговый запоминающий блок . (АЗУ), ключ и интегратор, выполненный на вазе операцио пюго усилителя (ОУ) с конденсатором в отрицательной обратной связи. При этом выход формирователя иг.-тпульсов соединен с управляющим входом ключа:и через одновибратор - с управляющим входом аналогового запоминающего блока, вход которого подключен к выходу интегратора, а выход - через -резистор к вертирующему входу интегратора, последний также через резистор и.ключ подключен к выходу источника.опорного напряжения Г2. Недостатком известного устройства является влияние на точность измерения сопротивлений реэистбро.в; и ключа в открытом и-зак.рытом состо яниях, поскольку он включен последонательное резистором интег эатора, , Цель /изобретения - повышение точности преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее . источыик опорного напряжения, формирователь, первый выход которого через одновибратор соединен с управля, ющим входом аналогового запоминаюш.ег блока, вход которого подклулчен к первой - обкладке конденсатора, а выход через, резистор - к инвертирующему входу операционного усилителя и второй обкладке конденсатора, введены дополнительный операционный усилитель и переключатель, управляющий вход которого соединен с вторым выходрм формирователя, а информационный вход - с первой обкладкой конденсатора, выходы же соединены о выходами операционных усилителей, причем инвертирующий вход дополнительного операционного усилр теля подключен к второй обкладке конденсатора, а иеинвертирующий вход - к источнику опорного напряжения На фиг, 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг, 2 - временные диаграгФ1ы его работы. Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, формирователь 2 импульсов,, одновибратор 3, аналоговый запоминающий блок 4, переключатель 5 и операционный усилитель 6, дополнительный операционный усилитель 7, конденсатор 8 и резистор 9, Аналоговый запоминающий блок 4 содержит последовательно соединенные ключ 10 и буферный усилитель 11, точки соединения которых через конденсатор 12 подключены к общей шине,, -Первый выход формирователя 2 импульсов через одновибратор 3 соединен с управляю;дим входом аналогового запоминающего блока и вход которого подключен к первой обкладке конденсатора 8, а выход через резистор 9 .соединен с инвертирующими входами операционных усилителей 6- и 7 и второй обкладкой конденсатора 8, управляющий вход переключателя 5 соединен с вторым выходом формирователя 2 импульсов, а информационный вход подключен к Первой обкладке конденсатора 8, выходы же соединены с выходами операционных усилителей б и 7, при этом на инвертирующий вход операционного усилителя б подключен к источнику опорного напряжения, а дополнительного операционного усилителя 7 к общей шине. Устройство работает следующим образом. В установившемся режиме работы формирователь 2 импульсов формирует импульсы длительности ДТ, пропорциональ.ной сдвигу фаз между входны™ ivm напряжениями и и Uj, (фи-г. 2 а), которые управляют работой переключателя 5 и через одновибратор 3 работой блока 4, Переключатель 5 осуществляет подключение конденсатора 8 к выходам операционных усилителей 6 и 7, В течение интервала времени t to конденсатор 8 подключен к выходу операционногоусилителя 7. В результате на выходе операционного усилителя 7 напряжение изменится на значениеi , /. 1 - -i-t-o --1 ъь т; -напряжение на выходе блоBcixка 4 р 1 RC -постоянная времени интегрирования. Ка интервале времени t, t конденсатор 8 подключен к выходу операционного усилителя 6, За этот интервал времени на выходе операционного усилителя б напряжение изменится на значение -to-t. uli,- Uj, (Uo-%bii) где UQ - значение напряжения источника 1 опорного напряжения. На интервал времени денсатор 8 опять подключен к выходу операционного усилителя 8. В резуль тате Напряжение на его выходе изменится на значение ди -U ,t3- tgАналоговый запоминающий блок 4 осуществляет выборку и хранение зна чения выходного напряжения операци онного усилителя 7 (фи. 2 точки tjj и tj,) . Выборка осуществляется с периодом Т входного напряжения. В зультате для установившеюся режим справедливо следующее выражение , .-to.UoHUo-UB,,, JBWX т Отсюда найдем U. Т) -и bzii-иЖ- ftbix -о -тот с учетом того, что /ДТ/Т пропор ционально фазовому сдвигу между входными напряжениями О и U запи (шем функцию преобразования предлаг емого преобразователя в следующем выч-гГ о -Из полученного выражения видно, что в отличие от известного устройства точность преобразования определяется только стабильностью опорного напряжения Uj, . Кроме-того, поскольку нагрузкой источника 1 опорного напряжения является входное сопротивление операционного усилителя 6, то в качестве источника 1 опорного напряжения можно использовать нормальный элемент, что дает возможность снизить погрешность от нестабильности Ug до тысячных долей процента. Так как отдельно преобразователи разности фаз в напряжение не выпускаются, то в качестве базового прибора выберем фазометр Ф-16, в котором в качестве основного узла, определяющего точностные характеристики, используется преобразователь, реализуюсдий аналогичный способ. Применение в Ф2-16 предлагаемого преобразователя позволяет на два порядка повысить точность измерения (при использовании нормального элемента в качестве меры напряжения), также расширить рабочий диапазон температур. Указанные улучшения метрологических характеристик достигаются без изменения таких характеристик прибора, как масса с потребляемая энергия, габариты,, стоимость.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАЗНОСТИ ФАЗ В НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий источник опорного напряжения, формирователь f первый выход которого через одновибратор соединен с управляющим входом аналогового запоминающего блока, вход которого подключен к первой обкладке конденсатора, а выход через резистор - к инвертирующему входу операционного усилителя и второй обкладке конденсатора, отличающийся тем,, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены дополнительный операционный усилитель и переключатель, управляющий вход которого соединен с вторым выходом формирователя, а информационный вход - с первой обкладкой конденсатора, выходы же соединены с выxoдa ш операционных усилителей, причем инвертирующий вход дополнительного операционного усилителя подключен к второй обкладке конденсатора, а неинвертирующий вход - к источнику опорного .напряжения. 4 сд :д 00