Преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1984 года по МПК G01R19/02 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к преобразователям среднеквадратического значения переменного напряжения в постоянное, и может быть использован в приборах для измерения среднеквадратического (эффективного) значения напряжения. Известен преобразователь переменн го напряжения в постоянное с уровнем среднеквадратического значения входного напряжения, содержащий первый термопреобразователь с нагревателем и термопарой, второй термопреобразователь с нагревателем и термопарой, один вывод которой соединен с общей шиной, а другой через термопар первого термопреобразователя подключен к первому входу усилителя, другой вход которого соединен с общей шиной. Нагреватель первого термопреобразователя включен между общей и входной шинами, а нагреватель второг термопреобразователя - между общей и выходной шинами, при этом к выходной шине подключен также эмиттер транзис тора, база которого соединена с выхо дом усилителя, а коллектор - с шиной для подачи питания С13 Недостатком данного преобразовате ЛЯ является его низкое быстродействи вызванное разбросом времени ус ановления термопреобразсвателей. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь переменного напряжения р постоянное, содержащий первый и второй термопреобразователи с нагревателями и термопарами, дифференциал ный усилитель, один вход которого подключен к первому выводу термопары первого термопреобразователя, а другой - к первому выводу термопары второго термопреобразователя, свобод ные вьшоды термопар подключены к общей шине, нагреватель второго термопреобразователя включен между общей итной и выходом дифференциального усилителя, нагреватель первого термо преобразователя соединен с входными шинами, выход дифференциального усилителя подключен к входу усилителя напряжения, которого через последовательно соединенные конденсатор и резистор подключен к входу диф ференциального усилителя, соединенному с термопарой первого термопреобразователя 1. Недостатком известного преобразователя является сложность его настройки на максимальное быстродействие, так как для этого необходимо подобрать пару термопреобразователей с одинаковым временем установления, а термопреобразователи имеют большой разброс по времени установления. Целью изобретения является повышение быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий первый и второй термопреобразователи с нагревателями и термопарами, первый дифференциальный усилитель, один вход которого подключен к первому вьшоду термопары первого термопреобразователя, а другой - к первому выводу термопары второго термопреобра- зователя, свободные выводы термопар термопреобразователей подключены к общей шине, нагреватель второго термо- преобразователя включен между общей шиной и выходом первого дифференциального усилителя, а нагреватель первого термопреобразователя соединен с входными шинами, дополнительно введен второй дифференциальный усилитель, между входами которого включен первьш потенциометр, движок которого подключен к точке соединения термопары первого термопреобразова еля и входа первого дифференциального усилителя, каждьй из входов второго дифференциального усилителя подключен к общей шине через отдельные первьш и второй резисторы, а выход второго дифференциального усилителя подключен через конденсатор к точке соединения третьего резистора и второго потенциометра, движок и свободный вывод которого соединены с общей шиной, а свободный вывод третьего резистора подключен к точке соединения вывода термопары второго термопрёобразователя и входа первого дифференциального усилителя. На чертеже приведена электрическая схема преобразователя. Преобразователь содержит первый 1 и второй 2 термопреобразователи с нагревателями и термопарами, первьм ифференциальный усилитель 3, один вход которого подключен к первому выводу термопары первого термопреобразователя 1, а другой - к первому выводу термопары второго термопреоб31109660разователя 2, свободные выводы термопар термопреобразователен 1 и 2 подключены к общей шине, нагреватель второго термопреобразователя 2 включен между общей шиной и выходом пер- j вого дифференциального усилителя 3, а нагреватель первого термопреобразователя соединен с входными шинами, В преобразователь дополнительно введен второй дифференциальный усилительно 4, между входами которого включен первый потенциометр 5, движок которого подключен к точке соединения термопары первого термопреобразователя 1 и входа первого дифференциального 5 усилителя 3, каждьй из входов второго дифференциального усилителя 4 подключен к общей шине через отдельные первый 6 и второй 7 резисторы, а выход второго дифференциального усили- 20 теля 4 подключен через конденсатор 8 к точке соединения третьего резистора 9 и второго потенциометра 10, движок и свободньц вывод которого соединены с общей шиной,а свободный вывод; 25 третьего резистора 9 подключен к точке соединения вывода термопары второго термопреобразователя 2 и входа первого дифференциального усилителя 3, , Преобразователь переменного напря-э жения в постоянное работает следующим образом. Первьй термопреобразователь 1 преобразует входное напряжение в постоянное, пропорциональное эффективному значению входного напряжения, а вто- 35 рой термопреобразователь 2 преобразует выходное постоянное напряжение дифференциального усилителя 3, являющееся выходным напряжением преобразователя. Разность напряжений термопар термопреобразователей 1 и 2 усиливается , первым дифференциальньщ усилителем 3 Поскольку коэффициент усиления перво. го дифференциального усилителя 3 имеет большую величину, то его выходное напряжение растет до тех пор, пока разность напряжений термопар термопреобразователей 1 и 2 практически не станет близкой к нулю. При этом 50 с высокой точностью постоянное выходное напряжение первого диффепенциального усилителя 3 равно эффективному значению входного напряжения. Если на вход преобразователя подается скачок 55 переменного напряжения, то напряжение на первом входе первого дифференциального усилителя 3 где вхо лит тен уст нап уси ния ног жен 10 ic где мощ на уси диф 2 где 1/, . Ц,, - напряжение на первом входе первого дифференциального усилителя 3; - среднеквадратическое (эффективное) значение напряжения на входе преобразователя; o6j - коэффициент передачи первого термопреобразователя 1; t - время; f . - постоянная времени первого термопреобразователя 1. Напряжение iS, поступает также на ды второго дифференциального усиеля 4 через резисторы 6 и 7 и поциометр 5, посредством которых анавливают нужный знак выходного ряжения второго дифференциального лителя 4 и коэффициент его усиле. На выходе второго дифференциальо усилителя 4 появляется напряие/. 4,vJ(be-/ J, „, - выходное напряжение второго дифференциального усилителя к А - коэффициент его усиления. При этом к выводам потенциометра прилагается напряжение --t/C-R -t/t , - падение напряжения на по-тенциометре 10; Сл - емкость конденсатора 8; R - значение сопротивления между точкой соединения конденсатора 8 и потенцио. метра 10 с учетом сопротивлений потенциометра 10, резистора 9, сопротивления термопары термопреобразователя 2 и входного сопротивления дифференциального усилителя 3. Сопротивление R можно менять с поью потенциометра 10. Напряжение втором входе дифференциального лителя 3, поступающее с выхода ференциального усилителя 4, равно ,1 8 /-VCgR -t/t, , -е I, (4) , 8 Z V / и напряжение, поступающее на второй вход дифференциальj11ного усилителя 3 с выхода дифференциального усилителя 4; - коэффициент передачи делителя напряжения, образованного резистором 9 и входным сопротивлением диф ференциального усилителя 3 с учетом сопротивления тер мопары термопреобразователя 2. К второму входу дифференциального усилителя 3 прилагается также напряжение термопары второго термопреобразователя 2(23 у которое алгебрамчески суммируется с напряжением l/j,, так как при соответствующем выборе сопротивления резистора 9 выходное напряжение термопреобразователя 2 (Г практически полностью прилагается к нему. Поскольку коэффициент уси ления дифференциального усилителя 3 достаточно велик, то напряжение межд его входами практически равно нулю V fv +V 0 rs) 15 23 23) Ц. - напряжение на первом входе дифференциального усилите, ля 3. Из уравнения (1), (4) и (5) следуетcl,V,(v-e V,0 В случае неравенства времени уста новления первого термопреобразовател If;, и второго термопреобразователя при помощи потенциометров 5 и 10 устанавливают ч г:- 4CeR-, Если T,E, то к устанавливается tTg Т - отрицаположительным, если тельным, а если f равным нулю. Последний случай совпадает с результатом настройки преобразователя путем подбора термопреобразователей. С учетом (7) и (8) получаем Z( М- МАЛ -е Л.(9) cA.V (l-e с другой стороны (где - коэффициент передачи второго термопреобразователя 2; tX..- выходное напряжение дифференциального усилителя 3, являющееся также выходным напряжением преобразователя. (10) и (11) следует, что выходное напряже ше преобразователя -iEv. Таким образом,при достаточно большом коэффициенте усиления дифференциального усилителя быстродействие преобразователя максимально и не зависит от разброса времени установления термопреобразователей. Такой результат совпадает с результатом, получаемым при подборе термопреобразователей с одинаковым временем установления. Однако термопреобразователи имеют большой разброс по этому параметру, а предлагаемьп преобразователь позволяет получить максимальное быстродействие прн использовании пары произвольно выбранных термопреобразователей за счет его настройки посредством двух потенциометров,осуществление которой намного проще, чем подбор термопреобразователей. 1

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий первый и второй термопреобразователи с нагревателями и термопарами, первый дифференциальный усилитель, один вход которого подключен к первому выводу термопары первого термопреобразователя, а другой - к первому выводу термопары второго термопреобразователя, свободные выводы термопар термопреобразователей подключены к общей шине, нагреватель второго термопреобразователя включен между общей шиной и выходом первого дифференциального усилителя, а нагреватель первого термопреобразователя соединен с входными шинами, -Отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него дополнительно введен второй дифференциальный усилитель, между входами которого включат) первьп потенциометр, движок которого подключен к точке соединения термопары первого термопреобразователя и входа первого дифференциальншо усилителя, калсдый из входов второго дифференциального усилителя подключен к обс{ей шине через отдельные первый и второй резисторы, а выход второго дифферен- В циального усилителя подключен через (Л конденсатор к точке соединения третье го резистора и второго потенциометра, движок и свободный вывод которого соединены с общей шиной, а свободный вывод третьего резистора подключен к точке соединения вывода термопары второго термопреобразователя и входа первого дифференциального усилителя.