Низкочастотный аналоговый фазометр Советский патент 1984 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к ана логовьзм измерительным приборам, и может быть использовано при постро нии аналоговых фазометров. Известны аналоговые фазометры с формированием прямоугольных импульсов , которые Содержат формирователи, схему совпадения и анало говый измерительный прибор ij . Недостйхкамй. э.тих фазометров яв ляются ограниченность частотного диапазона в стороны низких частот и низкое быстродействие. Наиболее близким к предлагаемом по технической сущности является фазометр с формированием прямоугол ных импульсов,, уИСпользующий суммирующую цепь.Этот фазометр содержит два формирователя, включенные на входе, суммирующую цепь и анало говый измер ительный прибор выпрямительной системы 2 . В известном фазометре переменные напряжения, сдвиг фаз между которыми измеряется, поступают на вход фopмиpoвaтeJзeй, преобразующих эти напряжения в симметричные прямоугольные -импульсы, которые затем суммируются, и на выходе суммирующей цепи образуется последовательность симметричных импульсов , длительность которых пропорциональна сдвигу фаз.. Прибор, включенный на выходе суммирующей цепи, измеряет среднее значение, т постоянную составляющую импульсов одной из полярностей, и проградуирован .непосредственно в единицах сдвига фаз. Практически частотный диапазон ограничен значениями 20-. 30 Гц. Это является существенным недостатком прибора, не позволяющи использовать его при измерениях на более низких частотах (например, е ницы и десятые, доли герц). . Цель изобретения - расширение частотного диапазона в область инфранизких частот и расширение функ циональных возможностей. Поставленная цель достигается т что в низкочастотный аналоговый фа зометр, содержащий подключенные ко входам первый и второй формировате суммирующая цепь и аналоговый изме тельный прибор, дополнительно введ ны последовательно включенные выпр иитель, интегратор и блок выборкихранения, а также третий формирователь, подключенный к входам суммлрующей цепи и блоку выборки-хран ния, причем один вывод измерительный прибор подключен к интегратору к выходу фазометра, а -другой - к блоку выборки-хранения, вход выпря мителя подключен к выходу суммирую щей цепи, входы которой соединены с выходами формирователя. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого аналогового фазометра. Аналоговый фазометр содержит включенные на входе формирователи 1 и 2, выходы которых подключены ко входу суммирующей цепи 3, последовательно включенные выпрямитель 4, интегратор 5, блок 6 выборки-хранения, а также аналоговый измерительный прибор 7 и формирователь 8, причем вход выпрямителя 4 подключен к выходу суммирующей цепи.З, один,.из . выводов измерительного прибора 7 . подключен к интегратору 5 и выходу фазометра, .а другой - к блоку выборки-хранения б, формирователь 8 под- ключей к суммирующей цепи 3 и блоку выборки-хранения 6. Формирователь 1 представляет собой усилитель-ограничитель, который, например, может быть реализован на операционном усилителе, в цепь обратной связи которого, включен стабилитрон и сопротивление. На вхбде формирователя включен инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления, равным единице. Суммирующая цепь 3 представляет собой два сопротивления, осуществляющие преобразование напряжения на выходах формирователей в ток. Выпрямитель 4 может быть выполнен на операционном усилителе, в цепь обратной связи которого включены полупроводниковый диод и сопротивление. Интегратор 5 представляет собой операционный усилитель с сопротивлением на входе и конденсатором в цепи обратной связи. Блок 6 выборки-хранения состоит из электронного ключа, конденсатора и операционно.го усилителя со 100%-ой обратной связью, представляющего собой повторитель напряжения. Формирователь 8 состоит из выпрямителя и двух логических элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Измеритель прибор 7 - миллиамперметр магнито-электрической системы. Фазометр работает следующим образом. Переменные сигналы U и U подаются на входы формирователей 1 и 2 и преобразуются в симметричные прямоугольные импульсы длительностью, равной половине периода Т/2, причем в одном из формирователей осуществляется инвертирование сигнала. Суммирующая цеп 3 осуществляет сложение сигналов на выходах формирователей 1 и 2, в результате чего образуется последовательность прямоугольных импульсов тока положительной и отрицательной полярности длительностью ut ., . пропорциональной измеряемому сдвигу фаз cf . на выходе выпрямителя 4 выделяются импуль сы только одной полярности, которые затем поступают на интегратор 5. На входе интегратора 5 происходит вычитание сигналов с выхода выпрямителя 4 и с выхода фазометра, а затем интегрирование. Формирователь 8 синхронно с пери одом входного переменного напряжен формирует короткие импульсы, которы поступают на вход блока 6 выборкихранения. В момент прихода импульс открывается ключ в блоке 6 и осуще ствляется запоминание мгновенного значения напряжения на выходе инте ратора. Это напряжение подается на выход фазометра в течение всего пе риода до прихода следующего импуль са с. формирователя 8. Напряжение на выходе фазометра после первого периода UnHtl n tloTKn ,, г TVfn U«utt;n ;«..-Э где и. -начальное напряжение на входеf -амплитуда импульсов, пос пающих с выпрямителя 4; -длительность этих импуль сов -период срабатывания ключ в схеме выборки-хранения б, совпадающей с периодо входных напряжений; -коэффициент пр.еобраэрвания повторителя в схемевыборки-хранения б; -сопротивление .резисторов интегратора 5; -емкость интегратора 5. ТК Обозначайт тогда получают. . „ UnitKnUnfttVp Uo- , - tU,Q ---r.n.„ /,2. « QlvloQ V .. , В последнем выражении первое сл гаемое представляет собой сходящую ся геометрическую прогрессию при CQ) 1 . После преобразования пол чают -Q,. .п 1-Q ,-,.1 (.,Q. При - « f т.е. в установившемс режиме выходное напряжение определяется выражением ..-, к,т гдеи, RJ, R,,T - постоянна величины; ut интервал времени, пропорциональный сдвигу фаз ср , следовательно напряжение на выходе фазометра в установившемся режиме пропорционально измеряемому сдвигу фаз. Напряжение для п -го периода можно представить в виде On-UuerU-a).,,iu,-u,.Q. Тогда погрешность Если Q 0,1, что легко достижи МО на практике, то, например, уже после окончания третьего периода получают, что И сопоставляют сотые доли процента. Таким образом, уже через 3-4 периода переходной процент практически заканчивается и на выходе фазометра устанавливается постоянное напряжение, пропорциональное сдвигу фаз входных сигналов. Так как время установления выходного напряжения составляет 3-4 периода, то быстродействие такого устройства очень велико. Через аналоговый измерительный,,. Uurr - М t прибор 7 протекает ток т.е. показания прибора пропорциональны сдвигу фаз, и шкала может быть проградуирована непосредственно в единицах сдвига фаз. Так-как через измерительный прибор течет постоянный ток, а н,е последовательность импульсов, механических колебаний стрелки не возникает даже при очень малой постоянной времени прибора. При этом нет никаких существенных ограничений на частотный диапазон предлагаемого фазометра. Практически он успешно может использоваться на частотах, равных единицам и десятым долям герца, и даже более низких. Кроме отклонения стрелки измерительного прибора в предлагаемом фазометре{Имеется дополнительный выход, постоянное напряжение на котором пропорционально сдвигу фаз входных сигналов. Это позволяет использовать его в автоматизированных системах, что значительно рас11иряет его возможности. CD o,L.i.J h

НИЗКОЧАСТОТНЫЙ АНАЛОГОВЫЙ ФАЗОМЕТР, содержащий подключенные ко входам первый и второй формирователи; суммирукяцую цепь и аналоговый I измерительный прибор, о т ли ч а-, ю щ и и с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона в область инфранизких частот и расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены включенные последовательно выпрямитель, интегратор и блок выборки-хранения, а также третий формирователь, подключенный к входам суммирующей цепи и блока выборки-хранения, причем один вывод измерительного прибора подключен к интегратору и к- выходу фазометра, а другой - к блоку выборки-хранения, вход выпрямителя подключен к выходу суммирующей цепи, i входы которой соединены с выходами формирователей. кп