Измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное по уровню эффективного значения Советский патент 1983 года по МПК G01R19/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано в измерительных преобразователях переменного напряжения в постоянное, а также в цифровых вольтметрах переменного напряжения. Известен измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий последовательно соединенные выпрямитель, пиковый детектор и масштабный преобразователь, выход которого соединен с первыми входами первого и второго пороговых устройств, к выходам которых подключены входы блока управления, первый выход которого через первый ключ и интегрирующий усилитель соединен с вторьлм входом второго порогового устройства, при этом второй вход первого порогового устройства подключен к выходу выпрямителя , второй вход , масштабного преобразователя - к пер вому выходу генератора треугольного напряжения, второй ключ, выход которого соединен с общей шиной устройства, первый вход - с вторым выходом блока управления, второй вход с вторым входом первого ключа и выходом преобразователя напряжениеток, вход которого подключен к второму выходу генератора треугольного напряжения ij , Недостаток указанного -преобразователя - значительная погрешность преобразования из-за наличия выпрямителя и дрейфа нуля пороговых устройств. I. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и,достигаемому результату является измеритель ный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий пиковый детектор, вход которого сое динен с первым входом первого порогового блока и входной шиной устрой ства, а выход - с входом генератор треугольного напряжения, первый выход которого соединен с первым входом модулятора, выход которого соединен с первым входом второго порогового блока, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора треугольного напряжения, вторым входом первого порогового блока и входом ключа, выход которого соединен через интегрирующий усилитель с выходной шиной устройства и вторым входом модулятора, третий пороговый блок, первый вход которого соединен с входной шиной, а второй вход через инвертор подключен к второму выходу генератора треугольного напряжения, четвертый пороговый блок, первый вход которого соединен с вторым входом третьего поро гового блока, а второй вход - с выходом модулятора, четыре управляемых инвертора, входы которых подключены к выходам пороговых блоков, управляющие входы - К выходугенератора и управляющему входу генератора треугольного напряжения, а выходы - к соответствующим входам блока управления, выход которого соединен с управляющим входом клю 2 . К недостаткам известного измерительного преобразователя относятся погрешность преобразования из-за возникновения биений на частотах входного сигнала, кратных частоте генератора, переключающего управляемые инверторы и фазу треугольного напряжения, а также низкая надежность из-за сложности его реализации. Цель изобретения - повышение точности и надежности измерительного преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное, по уровню эффективного значения, содержащий пиковый детектор, вход котрого соединен с первым входом первого порогового блока и входной шиной преобразователя, а выход - с входом генератора треугольного напряжения, первый выход которого соединен с первьдм входом модулятора, выход которого соединен с первым входом второго порогового блока, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора треугольного напряжения, вторым входом первого порогового блока и входом ключа, выход которого соединен через интегрирующий усилитель с выходной шиной преобразователя и вторым входом модулятора, дополнительно введены формирователь и переключатель,, причем третий выход генератора треугольного напряжения через формирователь подключен к управляющему входу переключателя, входы которого соединены с выходами пороговых блоков , а выход - с управляющим входом ключа. На чертеже представлена блоксхема измерительного преобразовдтеля переменного напряжения в постоянное по уровню эффективного значения, Преобразователь содержит генератор 1 треугольного напряжения, первый выход которого соединен с первыми входами пороговых блоков 2 и 3 и ключа 4, Выход ключа 4 через интегрирующий усилитель 5 подключен к выходной шине и первому входу модулятора 6, выход которого соединен с вторым входом второго порогового блока 2. Второй вход модулятора 6 подключен к второму выходу генератора 1 треугольного напряжения, вход,которого соединен с выходом пикового детектора 7, вход которого подключен к второму входу первого порогового блока 3 и входной шине преобразователя. Третий выход генератора 1 треугольного напряжения соединен через формирователь 8 с управляющим входом переключателя 9, входы которого соединены с выходами пороговых блоков 2 и 3, а выход - с управляющим входом ключа 4. 1 Преобразователь переменного напряжения .в постоянное по уровню эффективного значения работает следующим образом.

На первом выходе генератора треугольного напряжения формируется двухполярное напряжение треугольной

формы С амплитудой, равной или несколько большей напряжения на выходе пиковйго детектора 7, который определяет максимальное значение входного переменного сигнала вне зависимости от знака последнего. Модулятор 6 формирует двухполярный сигнал типа меандр с амплитудой равной напряжению на выходе преобразователя, и частотой, кратной частоте треугольного напряжения на первом выходе генератора 1, но в 20-40 раз меньшей. Входной и выходной переменные сигналы модулятора поступают на первые входы пороговых блоков 2 и 3, в которых происходит их

сравнение с треугольным сигналом с выхода генератора 1, поступающим на вторые входы пороговых блоков. Формирователь 8 формирует управляющее напряжение прямоугольной формы с частотой,равной частоте генератора 1 треугольного напряжения, и этим обеспечивает подключение VK управляющему входу ключа 4 выходов порговых блоков 2 и 3.через переключатель 9 на одинаковое время. Двухполярное треугольное напряжение U с выхода генератора 1 через ключ 4 поступает на интегрирующий усилитель 5, причем пороговый блок 3 через переключатель 9 управляет ключем 4, обеспечивая поступление напряжения и на усилитель 5 при условии, что входной сигнал преобразователя больше и ,а пороговый блок 2 через переключатель 9 управляет ключем 4, обеспечивая поступление напряжения U на вход усилителя 5 при условии, что выходной сигн. нал устройства меньше U.«Поскольку время подключения выходов пороговых блоков 2 и 3 к управляющему входу ключа 4 одинаково, то в интегрирующем усилителе 5 происходит полная компенсация отрицательной полуволны треугольного напряжения, поступающей в усилитель 5 при управлении.

ключом 4 от порогового блока 3, положительной полуволной треугольного напряжения , поступгиоще в усилитель 5 при управлении ключом 4 от порогового блока 2, В уЬтановив5 щемся режиме следящая обратная связь, осуществляемая посредством интегрирующего усилителя 5 и модулятора 6, обеспечивает равенство квадратов переменного входного и

0 переменного выходного сигналов модулятора. Таким образом, постоянное напряжение с выхода интегрирующего усилителя 5 равно эффективному значению входного переменного сиг5 нала.

Поскольку в измерительном прёоб разователе переменного напряжения в постоянное выполняется равенство

0

-jlUltV+UgjV- JLUMW + Ugjdt,

h.

25

Og и UffU- дрейф нуля соотгде ветственно первого и второго пороговых блоков;

0 Т- период входного

переменного напряжения и (t);

TM - период напряжения

UM(t) г

5

- Коэффициент переКддачи ключа 4. То после преобразований получим

тт

40 - ju iiai+aug - juwdt+u g.

ТмТм

;irluiltUb2Ug,fiu«WdbUg,.

45

I

Учитывая, что эффективное значение на выходе модулятора равно вы50 ходному напряжению преобразователя (вых напряжения U(t) и J(t ) переменные, т.е. среднее значение их равно нулю, можно получить

.

т где (u( эффективное зна. evriTTMrtrn

чениё входного напряжения И (t)

Р« иы-ug и,,,.и.-.

65

Относительная погрешность преобразователя„ 2 , /Ц-с-ч

lf.V

Ч.

8Л

Таким-образом, введение формирователя и переключателя позволяет исключить возможность появления низкочастотных биений и снизить погрешность от дрейфов нуля пороговых блоков за счет их взаимной компенсации.

Построение преобразователя по предлагаемой структурной схеме позволяет уменьшить количество блоков, что увеличивает Нс1дежность его работы.

Праимуществс1ми являются уменьшение влияния дрейфа нуля генератора треугольного напряжения на точность преобразователя и независимость точности преобразования от формы входHi ro сигнала.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ ПО УРОВНЮ ЭФФЕКТИВНОГО ЗНАЧЕНИЯ, содержащий пиковый детектор, вход которого соединен с первым входом первого порогового блока и входной шиной преобразователя , .д выход - с входом генератора треугольного напряжения, первый выход которого соединен с первым входом модулятора, вьлход которого соединен с первым входом второго порогового блока, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора треугольного напряжения, вторым входом первого порогового бло.ка и входом клют ча, выход которого соединен через интегрирующий усилитель с выходной шиной преобразователя и вторьлл входом модулятора, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности и надежности, в него введены формирователь и переключатель, причем третий выход генератора треугольного напряжения через формирователь подключен к управляющему С входу переключателя, входы которого соединены с выходами пороговых блоков, а выход - с управляющим входом ключа.