Устройство для измерения эффективных значений напряжения Советский патент 1983 года по МПК G01R19/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения эффективного значения широкополосных электрических сигнало-в произвольной формы. HsBecTHk устройства для измерения эффективных значений электрических сигналов, основанные на промежуточном преобразовании электрической энергии в тепловую и реализуихцие способ взаимообратных- преобразований содержащие первый и второй термопреобразователи, каждый из которых состоит из нагревателя и термопары, и операционный усилитель рассогласования, при этом вход устройства с.оединен с одним из выводов первого нагре вателя, а первыйВЫВОД его термопары соединен с первым входом усилителя, выход усилителя, являкнцийся выходом устройства, соединен с первым выводом второго нагревателя, а первый вы вод его термопары соединен с вторым входом усилителя, вторые выводы нагревателей и термопар первого и второго термопреобразователя соединены с общей шиной 1. Недостатком таких устройств является значительная погрешность при из мерении малых уровней эффективного значения напряжения. Для повышения точности измерений необходимо применение широкополосных операционных усилителей входного сигнала, которые снижают частотный диапазон устройства. Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения эф фективных значений напряжения, содер жащее первый и второй термопреобразователи, операционный усилитель рас согласования, первый и второй блоки развязки, при этом вход первого блока развязки соединен с входом устрой ства, а его выход с одним выводом первого нагревателя и с выходом гене ратора смещения, вход второго блока развязки подключен к выходу устройст ва, а его выход связан с одним выводом второго нагревателя и с выходом генератора смещения, вторые выводы нагревателей первого и второго термо преобразователей соединены с общей шиной 2. Недостатком этого устройства явля ется то, что оно требует применения специального узла развязки на входе для исключения взаимного влия-ния входного сигнала и сигнала генератора смещения, кЪторые ограничивают по лосу частот измеряемых устройством сигналов. Цель изобретения - расширение час тотного диапазона измерения. Поставленная цель достигается тем что в устройство для измерения эффек тивных значений напряжения, содержащее первый и второй термопреобразователи, каждый из которых состоит из нагревателя и термопары, операционный усилитель, подключенный к выходу устройства, и генератор смещения, введены второй генератор смещения, третий и четвертый термопреобразователи, причем выводы противоположной полярности генераторов смещения объединены и подключены к общей шине и к одному из входов устройства, один вывод нагревателя перв-ого. термопреобразователя соединен с выводом нагревателя второго термопреобразователя и подключен к другому входу устройсчгва, один вывод нагревателятретьего термопреобразователя соединен с выводом нагревателя четвертого термопреобразователя и подключен к выходу устройства, другие выводы нагревателей первого и третьего термопреобразователей объединены и подключены к другому вг:ШоДу первого генератора смещения, другие выводы нагревателей второго и четвертого термопреобразователей объединены и подключены к другому выводу второго генератора смещения, положительные выводы термопар первого и третьего термопреобразоьателей подключены к одному из входов операционного усилителя каждый , положительны(е выводы термопар второго и четвертого термопреобразователей подключены к отрицательным выводам термопар первого и третьего термопреобразователей соответственно. а отрицательные их выводы объединены и подк.пючены к общей шине. На чертеже изображена электрическая схема устройства. Устройство состоит из первого генератора 1 смещения постоянного напряжения, источника 2 входного сигнала, второго генератора 3 смещения постоянного напряжения, первого термопреЬбр зователя 4, содержащегонагреватель 5 и термопару 6, второго термопреобразователя 7, содержащего нагревате.пь 8 и термопару 9, третьего термопреобразователя 10, содержащего термопару 11 и нагреватель 12, четвертого термопреобразователя 13, содержащего термопару 14 и нагреватель 15, операционного усилителя (ОУ) 16. При этом выводы противоположной полярности генераторов 1 и 3 смещения объединены и подключены к общей шине, один из выводов нагревателя 5 термопреобразователя 4 соединен с выводом нагревателя 6 термопре образователя 7 и подк.пючен к выходу источника 2 входного сигнала, один из выводов нагревателя12 термопреобразователя 10 соединен с выводом нагревателя 15 термопреоСразователя 13 и подключен к выходу операционного усилителя 16, являющегося выходом устройства, другие выводы нагревателей 5 и 12 термопреобраэователей 4 и 10 объединены и подключены к другому выводу генератора 1 смешения, другие выводы нагревателей 8 и 15 термопреобразователей 7 и 13 объединены и подключены к другому вьшоду генератора 3 смещения. Положительные выводы термопар 6 и 11 термопреобраэователей 4 и 10 подключены к одному из входов ОУ 16 каждый, положительные выводы термопар 9 и 14 термопреобразователей 7 и 13 подключены к отрицательным выводам термопар 6 и 11 термопреобразователей 4 и 10, соответственно, а отрицательные их выводы объединены и подключены к общей шине. Устройство работает следуюдим об разом. При равных по абсолютной величине напряжениях смещения через нагревате ли 5, 8, 12 и 15 протекают токи смещения :при идентичных нагревателях 5 и 8 -точка приложения входного сигнала имеет нулевой потенциал и, еледовательно, взаимное влияние входного сигнала и сигнала смещения исключается. При отсутствии входного сигнала (при условии идентичности термопреоб разователей 4, 7, 10 и 13) напряжения на дифференциальных входах усили теля 16 равны и выходное напряжение устройства равно нулю. При подаче входного сигнала термо преобразователь 4 вьщеляет напряжение, пропорциональное эффективному значению суммы сигналов UBX C-UCM) термопреобразователь 7 вьщеляет иа. пряжение, пропорциональное эффективном},г знучению cyMvw сигналовивкк(-1|см ) Сигнал на первом входе ОУ 16 при это ur- 7-(b v %bocMat), где К. - коэффициент преобразования термопреобраэователей 7 X - аремя измерения входное напряжение Осщ- напряжение смещения. , Сигнал с выхода усилителя 16, податся на термопреобразователь 10, на отором вьщеляется напряжение, проорциональное эффективному значению уммы сигналов U и (-{/CM ) г и на термопреобразователь 13, на котором ыделяется напряжение, пропорциональное эффективному значению суммы сигналов OftbDC UCM Сигнал на втором ходе ОУ 16 при этом . -(b jHx3t%Ko,atj. Так как напряжение между дифферен циальными входами ОУ 16 близко к нулю, можно записать ( Ku-,at .) - - r,db., При кдентичности всех термопреобраэователей имеем равенство ,dt, т.е. выходное напряжение устройства равно эффективному значению выходного сигнала. Из приведенного видно, что при измерении малых входных сигналов на нагреватели термопреобразователей подается большой смешанный сигнал (( UCM) и его обработка ведется на участках характеристик термопреобразователей, имеющих наибольшую крутизну, а следовательно, и высокук) точность,преобразования, за счет чего сохраняется.точность измерения устройства в целом. С другой стороны, не требуется специальных узлов развязки для исключения взаимного влияния сигналов смещения и входного сигнала, т.е. расширяется частотный диапазон измеряемых сигналов по сравнению с прототипом . Экспериментальные исследования по Казали, что частотный диапазон устройства, в мотором погрешность измерения сигналов произвольной формы не превышает 5%, составляет 0-100 МГц.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ ЗНАЧЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее первый и второй термопреобразователи, каждый из которых состоит из нагревателя и терМопары, операционный усилитель, подключенный к выходу устройства, и генератор смещения, отличающееся тем, что, с целью расширения частотного диапазона измерения, в него введены второй генератор смещения, третий и четвертый терялопреобразователи, причем выводы противоположной полярности генераторов смещения объединены и подключены к общей шине и к одному из входов устройства, один вывод нагревателя первого термопреобразователя соединен с выводом нагревателя второго термопреобразователя и подключен к другому входу устройства, один вывод нагревателя третьего термопреобразователя соединен с выводом нагревателя четвертого термопреобразоЪатёля и подключен к выходу устройства, другие выводы нагревателей первого и третьего термопреобразователей объединены и подключены к другому выводу первого генератора смещения, другие выводы нагревателей второго и четЬертого термопреобразователей объединены и подключены к другому выводу второго генератора смещения , положительные выводы термопар (П первого и третьего термопреобразователей подключены к одному из входов операционного усилителя каждый, поло жительные выводы термопар второго и -С четвертого термопреобразователей под ключены к отрицательным выводам термопар первого и третьего термопреобразователей соответственно, а отрицательные их выводы объединены и под ключены к общей шине. 4 05 О5 СО

н-0