Измерительный преобразователь средневыпрямленного значения переменного напряжения Советский патент 1984 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электроиз мерительной технике и предназначено для использования при реализации вольтметров, а также в компенсационньк стабилизаторах напряжения в качестве датчика сигнала обратной связи. Известен измерительный преобразователь средневыпрямленного значения переменного напряжения, содержащий два интегрирующих RC-звена, вход каждого из которых через однополупериодный выпрямитель соединен с клеммами для подключения источника измеряемого напряжения, а выход зашунтирован индивидуальным разрядным ключо и подключен к одной из входнь/х цепей селектора напряжения lj . Недостаток устройства заключается в низкой точности преобразования, по скольку-при принятой схеме величина итогового напряжения на конденсаторах RC-звеньев отображает искомое средневыпрямленное значение измеряемого напряжения лишь весьма приближенно. Наиболее близким к предлагаемому является измерительный преобразователь средневыпрямленного значения пе ременного напряжения, содержащий два интегрирующих RC-звена, вход каждого из которых через последовательно включенные индивидуальный входной ключ, однополупериодный выпрямитель и выходную цепь соответствующего согласующего блока соединен с клеммами для подключения источника измеряемого напряжения, а вькод зашунтирован разрядным ключом и подключен к входу того же согласующего блока и к одной из входных цепей селектора напряже ния 2 . Недостаток известного устройства проявляется в низком быстродействии, ограниченном прежде всего частотой измеряемого напряжения. При практическом применении известного преоб- . разователя не обеспечивается возможность получения информации о средневыпрямленном значении напряжения в каждый момент времени. Цель изобретения - повьшение быстродействия. Поставленная цель достигается тем что в измерительный преобразователь средневыпрямленного значения переменного напряжения, содержащий два интегрирующих RC-звена, вход каждого из которых через последовательно включенные индивидуальный входной ключ, однополупериодный выпрямитель и выходную цепь соответствующего согласующего блока соединен с клеммами для подключения источника измеряемого напряжения, а выход зашунтирован индивидуальным разрядным ключом и подключен к входу того же блока согласования и к одной из входных цепей селектора напряжения, введены полосовой фильтр, блок деления и блок умножения , причем вход полосового фильтра и один из .входов блока деления соединены с клеммами для подключения источника измеряемого напряжения, другой вход блока деления подключен к выходу полосового фильтра, а выход к первому входу блока умножения, второй вход которого соединен с выходом селектора напряжения. На фиг. 1 представлена функциональная схема измерительного преобразователя средневыпрямленного значения переменного напряжения; на фиг. 2 временные диаграммы сигналов, иллюстрирующие его принцип действия, причем индексы при напряжениях соответствуют цифровым позициям блоков на фиг. 1. Устройство содержит два интегрирующих RC-звена, выполненных на резисторах 1 и 2 (фиг. 1) и конденсаторах 3 и 4, входные - ключи 5 и 6, однополупериодные выпрямители 7 и 8, согласующие блоки 9 и 10, разрядные ключи 11 и 12, селектор 13 напряжения, полосовой фильтр 14, блок 15 деления и блок 16 умножения. Позициями 17, 18 на схеме обозначены клеммы для получения источника измеряемого напряжения. Вход интегрирующего RC-звена 1, 3 соединен с клеммами 17, 1.8 через последовательно включенные входной ключ 5, однополупериодный выпрямитель 7 и выходную цепь согласующего блока 9, а вход интегрирующего RC-звена 2,4 - через последовательно включенные входной ключ 6, однополупериодный выпрямитель 8 и выходную цепь согласующего блока 10. Выход интегрирующего RC-звена 1, 3 зашунтирован разрядным ключом 11 и подключен к входу согласующего блока 9 и к первой входной цепи селектора 13 напряжения. Выход интегрирующего RC-звена 2, 4 зашунтирован разрядным ключом 12 и подключен к входу согласующего блока 10 и к второй вход ной цепи селектора 13 напряжения. Вх полосового фильтра 14 и один из входов блока 15 деления соединены с кле мами 17 и 18, другой вход блока 15 деления подключен к выходу полосового фильтра 14, а выход - к первому входу блока 16 умножения, второй вхо которого соединен с выходом селектора 13 напряжения. Устройство работает следующим образом. Измеряемое напряжение иц(фиг.2с1 определяемое выражением :Uv,,,., 1 - где f(t) - произвольно изменяющаяся во времени возмущающая функция, чере выпрямители 7 и 8, исключающие инвер ную проводимость входных ключей 5 и 6, и через согласующие блоки 9 и 10 поступает на КС-звенья 1, 3 и 2, 4. Ключи 5 и 6 замыкаются на время одно го полупериода,-причем один из ключей, например 5, замыкается в четные полупериоды измеряемого напряжения Vl-iM ДРУГОЙ ключ, например 6, в нечетные. При замыкании ключа 5 конденсатор 3 первого из RC-звеньев начинает заряжаться. Ввиду того, что согласующий блок 9 имеет большое входное и малое выходное сопротивления, напряжение на его выходе повторяет напряжение на конденсаторе 3 и суммируется с измеряемым напряжением . По окончании полупериода ключ 5 размыкается, а конденсатор 3 остается заряженным в течение следующего полупериода. При этом величина напря жения Ug (фиг. 25) на конденсаторе 3, определяемая выражением где Т - период измеряемого напряжени - номер произвольного периода; постоянная .времени RC-звена. через селектор 13 напряжения проходи на блок 16 умножения. В конце период напряжение на конденсаторе 3 обнуляется разрядным ключом 11 и процесс повторяется. Второе КС-звено работае аналогично. На конденсаторе 4 формируется напряжение (фиг. 2 В ) со сдвигом во времени на полупериоде измеряемого напряжения U . Таким образом, на выходе селектора.-1 3 формируется идеально сглаженное напряжение и (фиг. 27. ), величина которого пропорциональна среднему значению напряжения U у,щ . Полосовой фильтр 14, выполненный, например, в виде резонансного контура, включенного последовательно с резистором, выделяет из измеряемого напряжения и у,т,дд первую гармонику к U sinut (фиг. 2g), где К - коэффициент передачи фильтра 14 на частоте первой гармоники. Блок 15 деления осуществляет операцию деления напряжения ) на выделенную первую гармонику. На выходе блока 15 деления вырабатывается сигнал и;|5-(фиг. 2е), пропорциональньй возмущающей функции , 5Aricot Kt) cot Блок 16 умножения производит операцию перемножения напряжений U и U;(5, поступающих с выходов селектора 13 и блока 15 деления, в результате lero образуется напряжение и(фиг.), рпределяемоё как i(i I Ui,- - . « 1 .. Таким образом, на выходе блока перемножения и всего устройства в целом формируется напряжение, пропорциональное средневыпрямленному значению напряжения в каждый момент времени. Иными словами учет возмущающей функции f(t) позволяет фактически получать информацию не о среднем за полупериода напряжении, а о том, какую величину имело бы средневыпрямленное значение, если бы измеряемый сигнал был синусиодальным и его текущее значение бьто бы равно в данный момент мгновенному значению. Предлагаемый измерительный преобразователь имеет быстродействие на два порядка выше, чем известные устройства аналогичного назначения. С его использованием обеспечивается возможность создания стабилизаторов средневыпрямленного значения напряжения с синусоидальной формой выходного сигнала, т.е. стабилизаторов мгновенного значения переменного напряжения.

Фиг. 1

ЛГ

Щ

О

4 о

1/13

О

щ о

1

%

о

t

Фиг. 2

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СРЕДНЕВЫПРЯМЛЕННОГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий два интегрирующих RC-звена, вход каждого из которых через последовательно включенные индивидуальный входной ключ, однополупериодный вьтрямитель и выходную цепь соответствующего согласующего блока соединен с клеммами для подключения источника измеряемого напряжения, а выход зашунтирован индивидуальным разрядным ключом и подключен к входу того же согласующего блока и к одной из входных цепей селектора напряжения, отличающийся тем, что, с целью повьпиения быстродействия, в него введены полосовой фильтр, блок деления и блок умножения, причем вход полосового фильтра и один из входов блока деления соединены с клеммами для подключения источника измеряемого напряжения, другой вход блока (Л деления подключен к выходу полосового фильтра, а выход - к первому входу блока умножения, второй вход которого соединен с выходом селектора %: напряжения.