Преобразователь среднеквадратического значения сигналов переменного тока в частоту Советский патент 1985 года по МПК G01R19/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при реализации высокоточных цифровых вольтметров среднеквадратичного значения. 5

Целью изобретения является повышение точности преобразователя, за счет уменьшения погрешностей, обусловленных как непостоянством длительности фронтов импульсов в конту- 10 ре автоматического регулирования, так и ограниченностью амплитудночастотной характеристики входного терморезонансного преобразователя.

На чертеже представлена функцио- 15 нальная схема преобразователя среднеквадратичного значения сигналов переменного тока в частоту.

Устройство содержит терморезонанс-20 ный преобразователь 1 с нагревателями 2 и 3, терморезонансный преобразователь 4 с нагревателями 5 и 6, источник 7 опорного напряжения, автогенераторы 8 и 9, блок 10 вычита- 25 НИН частот, формирователь 11 импульсов, стабильных по длительности н амплитуде, генератор 12 опорной частоты и делители 13 и 14 частоты.

На схеме обозначены также клем- 30 ма 15 для подключения потенциального вывода источника входного сигнаа и клемма 16 для подключения потенциального вывода нагрузки. Один из нагревателей терморезонансного пре- 35 образователя 1 соединен с клеммами для подключения источника входного сигнала (клеммой 15 и шиной нулевого потенциала), а другой нагреватель - с выходом формирователя 11. 40 Оба нагревателя терморезонансного преобразователя 4 подключены к выходу источника 7 опорного напряжения. Входы автогенераторов 8 и 9 соединены с выходами соответственно термо- 45 резонансных преобразователей 1 и 4. Входы блока 10 вычитания подключены к выходам автогенераторов 8 и 9, а вьход - к общему выходу преобразователя (клемме 16 и шине нулевого 50 потенциала). Делитель 13 частоты включен между выходом блока 10 вычитания частот и одним из входов-формирователя 11 импульсов. Делитель 14 частоты включен между выхо- 55 ом генератора 12 опорной частоты и другим входом формирователя 11 им пульсов.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал подается на нагреватель 2 терморезонансного преобразователя 1. На нагреватель 3 терморезонансного преобразователя 1 поступает сигнал частотно-импульсной обратной связи с выхода формирователя 11 импульсов.

Благодаря наличию в устройстве замкнутой системы автоматического регулирования, состоящей из блоков 1, 8,10,13 и 11, любое увеличение (уменьшение) среднеквадратического значения входного сигнала приводит к соответствующему уменьшению (увеличению) среднеквадратического значения сигнала частотно-импульсной обратной связи, в результате чего суммарная мощность, рассеиваемая этими сигналами в нагревателях 2 и 3 терморезонансного преобразователя 1, остается постоянной с точностью до погрешности статизма. Таким образом, реализуется изотермический режим работы терморезонансного преобразователя 1. В процессе функционирования замкнутой системы автоматического регулирования на входы блока 10 вьиитания частот поступают сигналы с выходов автогенераторов 8 и 9. При этом напряжение, подводящееся от источника 7 опорного напряжения к нагревателям 5 и 6 .терморезонансного преобразователя 4, задает постоянную величину перегрева кристалла последнего.

Блок 10 вычитания частот вырабатывает последовательность импульсов с частотой следования, равной разности частоты fj, сигнала с выхода автогенератора 9 и частоты сигнала, вырабатываемого автогенератором 8. С выхода блока 10 вычитания частот последовательность импульсов, пройдя через делитель 13 частоты, поступает на вход формирователя 11 импульсов, вырабатывающего- на своем выходе последовательность импульсов, частота следования которых равна астоте следования импульсов на его входе, а амплитуда и длительность стабилизированы. С выхода формирователя 11 импульсы поступают на нагреватель 3 терморезонансного преобразователя 1, замыкая тем самым цепь отрицательной обратной связи. Увеличение среднеквадратичвского значения входного сигнала приводит к увеличению частоты сигнала на выходе автогенератора и соответствующему уменьшению частот следования импульсов на выходе блока 10 вычитания частот. Следовательно, уменьшается частота следования и среднеквадратическое значение импульсов обратной связи, поступающих с выхода формирователя 11 на нагрева тель 3 терморезонансного преобразова теля 1. Аналогично работает система регулирования при уменьшении среднеквадратического значения входного сигнала, Номинальная функция преобразования предложенного устройства имеет вид f(x)f(o)-kx2, где X и f(х) - соответственно средне квадратическое значение входного сигнала и соответствующее ему значение выходной час тоты устройства; f(o) - значение f(x) при k - коэффициент преобразо вания устройства. Благодаря наличию в контуре автом тического регулирования делителя 13 частоты, имеющего коэффициент делеНия N, частота импульсов на выходе формирователя 11 импульсов оказьшается в N раз меньше выходной частоты всего преобразователя, а не равной ей, как это имеет место в извест ном устройстве. Вместе с этим введение в контур автоматического регулирования делителя 13 частоты уменьшает в N раз глубину отрицательной обратной связи, охватывающей терморезонансный преобразователь 1, что при водит к ухудшению динамических харак теристик устройства. Эквивалентная тепловая постоянная времени терморезонансного преобразователя, охваченного отрицательной обратной связью, в первом приближении может считаться обратно пропорциональной значению глубины обратной связи. Поэтому уменьшение глубины обратной связи приводит к увеличению эквивалентной тепловой постоянной времени терморезонансного преобразователя 1 и, следовательно, к увеличению време ни установления показаний устройства Для получения такого же, как в из154 вестном устройстве, значения глубины обратной связи в предложенном устройстве использован делитель 14 частоты с коэффициентом деления N, выполненный аналогично делителю 13 частоты. В связи с тем, что длительность импульсов на выходе формирователя 11 равна половине периода сигнала, постурающего на его. вход от генератора 12 опорной частоты, введение делителя 14 частоты обеспечивает увеличение в N раз по сравнению с известным, устройством длительности импульсов, вырабатываемых формирователем 11. Благодаря этому в N раз увеличивается глубина отрицательной обратной связи, охватывающей терморезонансный преобразователь 1. Таким образом, -в предложенном устройстве на нагреватель 3 терморезонансного преобразователя 1 поступают импульсы, следующие с в N раз меньшей частотой и имеющие в N раз большую длительность по сравнению с известным устройством при такой же глубине отрицательной обратной связи, охватывающей терморезонансный преобразователь 1, и тождественности номинальных функций преобразования. Увеличение в N раз длительности импульсов, поступающих на нагреватель 3, приводит к уменьшению во столько же раз удельного веса фронтов в их вольт-секундной площади и, следовательно, влечет за собой уменьшение погрешности устройства, вызванной нестабильностью длительности фронтов этих импульсов. Уменьшение в N раз частоты следования и увеличение длительности импульсов, поступающих на нагреватель 3, приводит к уменьшению доли их энергии, приходящейся на область спада амплитудно-частотной характеристики терморезонансного преобразователя 1 и, следовательно, к уменьшению погрешности устройства, вызванной ограниченностью амплитудно-частотной характеристики терморезонансного преобразователя 1. Снижение частоты импульсов, поступающих на нагреватель 3, не сказьгоается на работе устройства до тех пор, пока период этих импульсов существенно меньше эквивалентной постоянной времени терморезонансного преобразователя 1.

Р

Вяо9

f;;ta

U)f(il i

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯ СИГНАЛОВ ПЕРЕ.МЕННОГО ТОКА В ЧАСТОТУ, содержащий первый терморезонансньй преобразователь, один из нагревателей которого соединен с клеммами для подключения источника входного сигнала, а другой нагреватель - с выходом формирователя импульсов, стабильных по длительности и амплитуде, второй терморезонансный преобразователь, оба нагревателя которого подключены к выходу источника опорного напряжения, два автогенератора, входы которых соединены с выходами соот.ветственно первого и второго термо резонансных преобразователей, блок ;вычитания частот, входы которого подключены к выходам автогенераторов, а выход - к общему выходу преобразователя, генератор опорной частоты, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности, в него введены два делителя частоты, причем первый делитель частоты включен между выходом блока вычитания частот и одним из входов формирователя .импульсов, а второй делитель частоты - между выходом генератора опорной частоты и другим входом форми J | рователя импульсов. СП О1