Устройство для преобразования среднеквадратического значения переменного напряжения в постоянное Советский патент 1984 года по МПК G01R19/22 

f1 Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в аналоговых и цифровых измерителях переменного напряжения . Известно устройство среднеквадратичного значения переменного напряжения, содержащее два терморезистивных преобразователя, включающих нагреватель и терморезистор, вход устройства соединен с нагреват лем первого термопреобразователя, операционный усилитель, вход которого через первый резистор и терморезистор первого преобразователя со единен с общей шиной, вход операцио ного усилителя соедине через второ резистор и терморезистор второго термопреобразователя с общей шиной и через третий резистор также с общей шиной, выход операционного усил теля,, который является выходом преобразователя, через дел1.тель напряж ,ния соединен с нагревателем второго термопреобразователя 1 . Недостатком устройства является низкая точность преобразования, связанная с неодинаковым реагированием термопреобразователей на постоянный и переменный ток. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство среднеквадратического значения переменного напряжения в постоянное, содержащее первый и второй терморезистивные преобразователи, . первые выводы нагревателей которых соединены с общей шиной, второй вывод нагревателя первого терморезистивного преобразователя соединен с объединенными первыми выводами первого и второго ограничительных рези торов, второй вывод первого из кото рых соединен с входной тиной, второй вывод нагревателя второго термо резистивного преобразователя (ТРП) соединен с первым г,ыводом третьего ограничительного резистора, а первы вывод терморезистора этого преобразователя соединен с общей шиной, источник опорного напряжения (ИОН) , первый вывод которого соединен с об щей тиной, а второй - через делител напряжения с первым входом первого операционного усилителя, второй вход которого соединен с первым выводом терморезистора первого ТРП, 4 второй операционный усилитель, выход которого соединен с выходной шиной, второй делитель напряжения, третий операционный усилитель, сумматор напряжений, управляемый делитель напряжения и усилитель-ограничитель, причем второй вывод терморезистора первого ТРП соединен с выходом первого операционного усилителя и первым входом второго операционного усилителя, второй вход которого соединен с вторым выводом источника опорного напряжения и первым входом третьего операционного усилителя, второй вход которого через второй делитель напряжения соединен с выходной шиной, а выход - с вторым выводом второго ограничительного резистора и первым входом сумматора напряжения, выход которого соединен с вторым выводом третьего ограничительного резистора, а второй вход - с выходом управляемого делителя напряжения, управляющий вход которого соединен с выходной шиной, вход - с выходом усилителя-ограничителя, вход которого соединен с входной шиной, а второй вывод терморезистора второй ТРП соединен с вторым входом первого операционного усилителя 21. Недостатком известного устройства является ограниченная точность, вызванная неодинаковым реагированием ТРП на постоянный и переменный ток вследствие эффекта Пельтье и Томсона в нагревателях ТРП. Погрешность измерений может достигать нескольких процентов в зависимости от динамического диапазона-входных сигналов. Цель изобретения - повьш1ение точности преобразования путем устранения погрешности терморезистивных преобразователей, вызванной неодинаковым реагированием их нагревателей на постоянный и переменный ток. Поставленная цель достигается тем, что в устройство среднеквадратического значения переменного напряжения в постоянное, содержащее два терморезистивных преобразователя, образованных соответствующим нагревателем и терморезистором, причем вход устройства подключен через первый резистор и первый нагреватель к общей шине, через усилитель-ограничитель и первый управляемый делитель млпряжения - к одному из входов сумматора,- через первый и второя резисторы - к второму входу сумматора, выход которого через третий резистор и второй нагреватель соединен с общей шиной, первый усилитель, .один из входов которого через первый терморезистор соединен с его выходом, а через второй те рморезистор - с общей шиной, источник опор-ного напряжения, непосредственно подключенный к первым входам второго и третьего усилителей, а через первый делитепь напряжения - к другому входу первого усилителя, причем второй вход второго усилителя соединен с выходом первого усилителя выход устройства подключен к выходу второго усилителя и соединен непосредственно с управляющим входом первого управляемого делителя напряжения, а через второй делитель напряжения - с вторым входом третье го усилителя, дополнительно введены генератор переменного напряжения и ВТ , ;й управляемый делитель напряже ния, включенные последовательно меж ду общей шиной и другим входом сумматора, причем управляющий вход вто рого Управляемого пелителя напряжения соединен с выходом третьего уси лителя . На чертеже представлена структур ная схема устройства среднеквадрати ческого значения напряжения в посто янное. Устройство содержит вход 1, который через первый резистор 2 соединен с нагревателем 3 первого ТРП терморезистор 4 которого одним выво дом соединен с инвертирующим входом первого усилителя 5, а вторым выводом - с его выходом и инвертирующим входим второго усилителя 6, выход которого соединен с выходом устройства, который через второй делитель 7 напряжения подключен к инвертирующему входу третьего усилителя 8, неинвертирующий вход которого подключен к выходу источника 9 опорног напряжения и к неинвертирующему входу первого усилителя 6, а через первый управляемый делитель 10 напряжения - с неинвертирующим входом первого усилителя 5. Терморезистор 11 второго ТРП одним выводом соединен с инвертирующим входом первого усилителя 5, а вторым - с нагревателем 3 первого ТРП и с общей шиной которая также связана с нагревате44лем 12 второго ТРП, второй вывод которого через ограничительный резистор 13 связан с выходом сумматора 14. Первый вход сумматора 14 соединен с выходом первого управляемого делителя 15 напряжения, вход которого через усилитель-ограничитель 16 соединен с входом 1 преобразователя. Второй вход сумматора 14 связан с выходом второго управляемого делителя 17 напряжения, а через резистор 18 и резистор 2-е входом устройства . Вход второго управляемого делителя 17 соединен через генератор 19 переменного напряжения с общей шиной. Управляюпще входы первого, 15 и второго 17 управляемых делителей напряжений соединены с выходами второго 6 и третьего 8 усилителей соответственно. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии, при отсутствии измеряемого напряжения Ug(t) на входе 1 преобразователя, выходное напряжение Е, источника 9 опорного напряжения через первый делитель 10 напряжения (ДН), коэффициент передачи которого равен 0,5, поступает на неинвертирующий вход первого операционного усилителя 5, на выходе которого появляется напряжениеV.f R - сопротивления терморезисторов первого и второго ТРП. При равенстве сопротивлений терморезисторов 4 и 11 на выходе первого усилителя 5 устанавливается напряжение, равное напряжению источника 9 опорного напряжения (ИОН). Таким образом, на обоих входах второго усилителя 6 действуют равные по величине и знаку напряжения, вследствие чего напряжение на его выходе, на инвертирующем входе третьего усилителя 8 и на выходе преобразователя равно нулю (U5, 0). Напряжение Е с выходе ИОН 9 через третий усилитель 8 в той же полярности поступает на управляющий вход второго управляемого делителя 17 напряжения, под действием которого переменное напряжение с выхода генератора 19 через второй управляемый делитель 12

напряжения поступает на второй вход сумматора 14 и резистор 18, а затем с Вогходс1 сумматора 14 на резистор 1 Переменный ток через резисторы 18 и 13 проходит через нагреватели 3 и 12 соответственно первого и второго ТРП, вьщеляя в них тепло Джоуля что приводит к выводу обоих ТРП в исходный температурный режим. Выбором напряжения ИОН 9 и напряжения генератора 19 выбирается положение рабочих точек ТРП на тех участках их вольт-амперных характеристик (ВАХ), где чувствительность и линейность ВАХ преобразования оптимальны.

При подаче измеряемого напряжени Ug(t) на вход 1 преобразователя через нагреватель 3 первого ТРП протекает ток, под действием которого в нагревателе 3 выделяется тепло Джоуля и изменяется величина сопротивления терморезистора 4, например уменьшается при отрицательном ТКС терморезистора. Уменьшение сопротив ления терморезистора 4 приводит к уменьшению коэффициента усиления и выходного напряжения первого усилителя 5, что вызывает нарушение установленного баланса напряжений на входах второго усилителя 6.

Под действием разности напряжений на входах второго усилителя 6 на егЬ выходе появляется постоянное напряжение, которое прикладывается к управляющему входу первого управляемого делителя 15 напряжения. На его выходе получают прямоугольны двухполярные импульсы, частота и фаза которых совпадают с частотой и фазой входного напряжения U (t) . а уровень зависит от уровня первоначального U(t), которые поступают на первый вход сумматора 14. Вследствие этого через нагреватель 12 второго ТРП протекает дополнительный переменный ток, что приводит к повьппению температуры терморезистора 11 и, как следствие, к уменьшению его сопротивления. Последнее обстоятельство вызывает увеличение коэффициента передачи у первого усилителя 5, который в установившемся тепловом режиме близок к исходному, а на выходе второго усилителя 6 и выходе преобразователя установится постоянное выходное напряжение, пропорциональное действующему значению U (t) Часть выходного напряжения через второй делитель 7 напряжения поступает на инвертирующий вход третьего усилителя 8, вызывая уменьшение его выходного тока, что, в свою очередь, приводит к уменьшению переменного %ока, поступающего через делитель 17 на второй вход сумматора 14, а через него и резисторы 13 и 18 - на нагреватели 12 и 3 ТРП, чем обеспечивается их первоначальньй тепловой режим TepMOpesjtCTopoB 11 и 4.

Протекание по нагревателям 3 и 12 ТРП только переменных токов ис1шючает дополнительные погрешности этих ТРП, такие как погрешность от асимметрии и перехода с постоянного на переменнь1й ток, так как эффекты Пельтье и Томсона на переменном токе не проявляются.

Таким образом, использование предлагаемого устройства в измерительной аппаратуре позволит повысить метрологические характеристики измерителей среднеквадратического сигнала переменного напряжения.

f

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащее два терморезистивных преобразователя , образованных нагревателем и терморезистором, причем вход устройства подключен через первый резистор и первый нагреватель к общей шине, через усилитель-ограничитель и первый управляемый делитель напряжения - к одному из входов сумматора, через первый и второй резисторы - к второму входу сумматора, выход которого через третий резистор и второй нагреватель соединен с общей шиной, первый усилитель. один из входов которого через первый терморезистор соединен с его выходом, а через второй терморезист)р - с общей шиной, источник опорного напряжения, непосредственно подключенный к первым входам второго и третьего усилителей, а через первый делитель напряжения - к другому входу первого усилителя, причем второй вход второго усилителя соединен с выходом первого усилителя, выход устройства подключен к выходу вто-. рого усилителя и соединен непосредственно с управляющим входом первого управляемого делителя напряжеi Яия, а через второй делитель напря(Л С жения - с вторым входом третьего усилителя, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности, в него дополнительно введены § генератор переменного напряжения и второй управляемый делитель напряжения, включенные последовательно между общей шиной и другим входом сумматора, причем управляннций вход второго управляемого делителя напряжения соединен с выходом третьего усилителя, о 4i