Измерительный преобразователь среднеквадратического значения напряжения Советский патент 1984 года по МПК G01R19/02 

од

ел

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖНИЯ, содержащий фильтрующесуммирующий элемент, выход которого соединен с выходной шиной и входом генератора треугольного напряжения, отличающийся тем, что, с цепью повышения точности преобразования, в него введены первый и второй ключи и компаратор, при этом выход генератора треугольного напряжения соединен с первым входом компаратора и входами ключей, второй вход компаратора подключен к входной шине, его выход - к управляющему входу первого ключа, выход которого соединен с первым входом фильтрующе-суммирующего элемента, другой вход которого подключен к выходу второго ключа, а управляющий вход второго ключа соеди§ нен с синхронизирующим выходом генератора треугольного напряжения.

фиеЛ I Изобретение относится к измерительной texникe и может быть использовано в приборах, измеряющих эффек тивное значение электрических сигналов . Известен преобразователь среднеквадратичного значения напряжения, содержащий генератор треугольного на пряжения, выход которого подключен к первому входу ограничителя, второй вход kOTOpOro соединен с входной ий- ной, выход - с входом фильтрующесуймйрующего элемента, вьгход которого является выходом преобразователя tlJ. Известный п|реобраз0вйтель имеет невысокую точность преобразования вследствие влияния дрейфа нулевого ограничителя а также не до с таточную линейность преобразований. Наиболее близким по технической суйщости к изобретению йвляется преобразователь среднеквадратичного значения напряженияj содержащий фильтругоще-суммирующий элемент, выход которого соединен с выходной ШИ ной и входом генератора треугольного напряжения, и ограничит ель, первый вход которого соединен с входной ШИ ной, второй - с выходом генератора треугольногЬ напряжения, а выход с входом фильтрующе-суммирующего Зле мента 2 J. Однако, изй.естнь1й преобразователь характеризуется недостаточно высокой -г г - точностью, т.е. погрешность преобразования 6 нем линейно связана с напряжением смещения нулевото урйвня ограничителя. S само деле, выходное напряжение Преобразователей среднеквад: атйчного значения напряжения, работающих на принципе формирования треугольных Им пульсов с амплитудой, Нропорциональйой мгновенным значениям входного сй наАа с последующим усреднением тре угольных импульсов следующееJ ср- 4U где и . - амплитуда треугольного напряжения;lr(t) - среднеквадратичное значение входного сигнала. С учетом влияния напряжения смеще-55 ния

чйй ОСАЛ

UI

u(,,u,u .

max

1ЦИЙ элемент, выход которого соединен с выходной шиной и входом генератора треугольного напряжения,введены пер4выходное напряжение из (1) и (2) ледующее: .(с. и (J - 4 4U J( CM Y. 2 2U, Входное напряжение Uy является пееменным, поэтому , а и 0 и и Xсм сц и ,1поу %--Т ,/ m«x ,, x..,.cML,. % 4и„.„ 2 V ги„, moos Поскольку U 2 Последнее слагаемое представляет обой noipeiDHocTfe преобразования, бусловленную напряжением смещений , граничителя. Амплитуда треугольного напряжения ропорциональна выходному напряжению «Jt.«x Ucp К коэффициент пропорциональностиПодставлйя (5) в (4) и решая уравение относительно (Jcp можйо полуить с учетом того, . Cf 4-k У( Относительная norfieilikocTb преобразования в прототипе СА.:. СрПА где Dtp ПА выходное напряжение пре- образователя при . Целью Изобретения йвляется повышеие точности преобразования. Поставленная цель достигается тем, то в измерительный преобразователь реднеквадратичного значения напряжесодержащий фильтрующе-суммируювый и второй ключи и компаратор, при Этом выход генератора треугольного напряжения соединен с первым входом компаратора и входами ключей, второй вход компаратора подключен к входной шине, его выход - к управляющему входу первого ключа, выход которого соединен с первым входом фильтрующе-суммирующего элемента, другой вход которого подключен к выходу второго ключа, а управляющий вход второго ключа соединен с синхронизирующим выходом Генератора треугольного напряжения. На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг. 2 временные диаграммы напряжений; на фиг. 3 - пример реализации генератора треугольного напрялсения; на фиг.4 эпюры напряжений в цепях генератора. Измерительный преобразователь среднеквадратического значения напряжения содержит фильтрующе-суммирующиЙ элемент 1, выход которого соединен с выходной щиной и входом генератора 2 треугольных импульсов. В преобразователь дополнительно введены первый 3 и второй 4 ключи и компаратор 5, при этом выход генератора 2 треугольного напряжения соединен с первым входом компаратора 5 и входами ключей 3 и 4, второй вход компара тора 5 подключен к входной шине, его выход - к управляющему входу первого ключа 3j выход которого соединен с первыми входами фильтрующе-суммирующего элемента 1, второй вход которого подключен к выходу второго ключа 4, а управляющий вход второго ключа4 соединен с синхронизирующим выходом генератора 2 треугольного напряжения . Генератор 2 треугольного напряжения содержит генератор 6 тактовых импульсов, к выходу которого подключен вход первого триггера 7, выходы которого соединены с входами второго 8 и третьего 9 триггеров, а выход третьего триггера 9 соединен с управ ляющим входом аналоговогоключа 10, выход которого подключен к входу интегратора 11. Вход аналогового ключа 10 является входом генератора 2 треугольного напряжения, выход интегратора 11 - выходом генератора 2 треугольного напряжения, а выход второго триггера 8 - синхронизирующим выходом генератора 2 треугольного напряжения . Измерительный преобразователь среднеквадратичного значения напряжения работает следующим образом. Треугольник напряжение с выхода генератора 2 треугольного напряжения сравнивается с входным напряжением в компараторе 5. В результате сравнения компаратор 5 выдает отпирающий сигнал на управляющий вход ключа 3, если мгновенные значения входного напряжения больще, чем мгновенные значения треугольного напряжения. На первый вход фильтрующе-суммирушщего элемента 1 через ключ 3 поступают импульсы напряжения, затшрихованные на фиг. 2а. На второй вход суммирующе-фильтрующего элемента 1 через ключ 4 под действием на его управляющий вход синхронизирующих прямоугольных импульсов с синхронизирующего выхода генератора 2 треугольного напряжения поступают треугольные импульсы отрицательной полярности, заштрихованные на фиг.2 . Фильтрующе-суммирующий элемент 1 суммирующий элемент 1 суммирует две последовательности импульсов, поступающие на его входы, таким образом, что они преобразуются в последовательность треугольных импульсов (фиг.28), амплитуды которых равны соответствующим мгновенным значениям входного напряжения. Затем фильтпующе-суммирующий элемент 1 интегрирует полученную последовательность импульсов, в результате чего на выходе преобразователя формируется постоянное напряжение, пропорциональное среднеквадратичному значению входного напряжеГенератор 2 треугольного напряжения работает след тощим образом. Генератор тактовых импульсов 6 формирует последовательность тактовых импульсов (фиг. 4о|) с частотой U|T, где Т- период треугольного напряжения. На выходах первого триггера 7 формируется прямая (фиг. 4Б) и обратная (фиг. 4в) последовательности прямоугольных импульсов, частота повторения которых в два раза ниже тактовой. Третий триггер 9 уменьшает частоту повторения импульсов еще в два раза и формирует импульсы, управляющие аналоговым ключом 10 (фиг. 4г). В интервале времени, равном длительности этих импульсов, на вход интегратора 11 подается выходное напряжение

s

преобразователя, a поскольку оно в указанном интервале времени практически постоянно, то на выходе ин- егратора 11, являющемся выходом генератора 2 прямоугольного напряжения, формируется треугольное напряжение (фиг. 4й) с амплитудой, пропорциональной выходному напряжению преобразователя. Последовательность импульсов с другого выхода первого триггера 7 поступает на вход второго триггера 8, который формирует послеДова бльность синхронизирующих импульсов (фиг. 4е).

Среднее значение Напряжения, поступающего На первый вход филЬТрующе-суМмирующего элемента t, равно

и:л1

U,At,

trioix т

11

-ь ,.- f

2

,

и Т

max т

где и

угольных импульсов положительной полярности, формируемых на первом входе суммирующефильтрующегоэлемента;

Ц ,At ,. . . ,&t длительности указанных импульсов ;

и и.

и мгновенные

2

m значений входного напрйже ния в моменты его равенства с отрицательным треугольным напряжением;

,t,

соответствующие интервалы времени;

Г

-период треугольного напряжения-;

Т

-период входного напряжения;

h - число срабатываний компара-

46

тора 5 в течение положительных полупериодов треугольно.го напряжения;

m - число его срабатываний в течение отрицательных полупериодов треугольного напряжения . В общем виде среднее значение наПряжения равно

п

f- u;At; и,,дп.нтт

и.„- /7Т от от

ср2Т

ВТ

(81

Поскольку ,

Первые два слагаемых правой части 5 выражения (8) являются площадями прямоугольных импульсов с амплитудами, равными мгновенным значениям входного напряжения U(i:). Среднее значение такой последовательности импульсов в соответствии с выражением (1)

М J .X

Выражение (8) с учетом (9) можно записать

J

и -idJiL .

(oj

ср 4U

max

На второй вход суммируйще-фильтрующего элемента 1 поступает последовательность импульсов отрицательной полярности со средним значением значение Uy равно нулю, Среднее поэтому 4U- max moix , Из сопоставления (4)и (12) видно, что предлагаемый преобразовател имеет погрешность преобразования за счет влияния Напряжения смещения ко паратора 5 намного меньшую, чем известный так как обусловленная этим напряжением составляющая пропорциональна его квадрату. Если в (12) подставить KL/cp Нолучим: а . 41 и откуда . Относительная погрешность йреобр зоёания Выигрыш в точности работы предлагаемого преобразователя по сравнению с прототипом за счет уменьшения влияния напряжения смещения можно определить из (7) и 1 -CM из (13) с учетом того, чтои (.i ожно найти связь между и W- тс(Х г - тПГс учетом этой связи из (15) следует, что 4U, .,1 при при средних значениях величин 1В и U(; 1мВ выигрыш в точности преобразования за счет уменьшения влияния напряжения , Приведенные расчеты подтверждают, что в предлагаемом измерительном преобразователе повышается точность преобразования за счет значительного уменьшения погрешности, вызванной смещением нуля компаратора.

а

fl I r j i t I it t I г j

ь h П П П П r к n n ri n n j

y

rn

/Ч уЧN/ NX ;

11 Г

сриеЛ