Устройство для измерения переменного напряжения Советский патент 1985 года по МПК G01R19/22 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частйости, к измерителям средневыпрямленных; значений переменного напряжения.

Цель изобретения - повышение точности устройства путем компенсации погрешности, обусловленной изменением параметров выпрямительных диодов при измерении температуры и неидентичностью их вольт-амперных характеристик, и повьшение, б1 стродействия

На чертеже изображена схема устройства для измеренияпеременного напряжения. V .

Устройство содержит выпрямитель 1 измеритель 2 среднего значения напряжения, эквивалент нагрузки 3, сумматор 4, фильтр 5, интегратор 6 и масштабирующий элемент 7. Вьшрямитель 1 включает в себя операционный усилитель 8, диодно-резисторный мост,.образованный диодами 9 и 10 и резисторами 11 и 12, а также резистор 13.

Входы операционного усилителя 8 соединены с входными клеммами 14 и 15 устройства для измерения переменного напряжения, первый выход 16 выпрямителя 1 - с входом измерителя 2, второй выход 17 выпрямителя 1 с входом эквивалента нагрузки 3.

Выходы 16 и 17 вьтрямителя 1 соединены также с входами сумматора 4, выход которого через высокочастотный фильтр 5 соединен с входом интегратора 6, выход которого через масштабирующий элемент 7 присоедине к корректирующему входу 18 операционного усилителя 8, входящего в состав выпрямителя 1.

Диодно-резисторныймост, образованный диодами 9 и 10 и резисторами 11 и 12, включен в цепь отрицательной обратной связи усилителя 8. Разноименные электроды диодов 9 и 10 соединены между собой и присоединен к выходу усилителя 8. Выводы резисторов 11 и 12 соединены между собой и присоединены к. инвертирую. щему входу усилителя 8. Неинвертирующий вход усилителя 8 служит входом устройства и присоединен к входной клемме 14. Инвертирующий вход усилителя 8 служит вторым входом измерителя и через резистор 13 присоединен к второй входной клемме 15.

Точка соединения диода 10 с резистором 12 служит первым выходом

67752

16 выпрямителя 1, точка соединения диода 9 с резистором 11 - вторым выходом 17 выпрямителя 1.

В качестве усилителя 8 выпрямителя 1 может быть использован стандартный операционный усилитель (например, типа К574УД1).

В качестве измерителя 2 среднего значения напряжения (тока) может

Q быть использован стандартный,вольтметр или миллиамперметр постоянного тока магнитоэлектрической системы, ; реагирующий на среднее значение сигнала, поданного на его вход (напри5, мер, типа М2018). В качестве измерителя 2 среднего значения может быть использован также цифровой вольтметр- постоянного тока типа Ф283 со сглаживающим фильтром на

Q входе, выполненным по одной из стандартных схем, например, в виде оптимального усреднителя с весовой функцией Блекмана.

Конструкция эквивалента нагрузки

5 зависит от примененного измерителя 2 среднего значения. Если в качестве измерителя 2 использован магнитоэлектрический прибор, то эквивалент нагрузки представляет собой катущку индуктивности, последовательно которой включен резистор. При этом катушка индуктивности должна иметь индуктивность, равную индуктивности . магнитоэлектрического измерителя 2, а сопротивление резистора должно

5 быть равно активному сопротивлению магнитоэлектрического измерителя 2. ЕСЛИ же в качестве измерителя 2 использован цифровой вольтметр с RCфильтром на входе, то эквивалент

0 нагрузки 3 должен быть выполнен в виде резистора, параллельно которому включен конденсатор. При этом сопротивление резистора должно быть равно.входному активному сопротивлению вольтметра, а емкость конденсатора равна эквивалентной емкости фильтра измерителя 2. В любом случае полное сопротивление эквивалента нагрузки должно быть равно полному

0 сопротивлению измерителя 2.

Сумматор 4 может быть выполнен по одной из стандартных схем. В частности, он может быть выполнен в виде двух резисторов 19 и 20 5 (фиг. 1), одни из вьшодов которых , служат входами сумматора, а другие, соединенные вместе, - выходом сумматора.

3

Фильтр 5 может быть выполнен по одной из известных схем. В частном случае он представляет собой конденсатор 21, соединенный одной из обкладок с выходом сумматора 4 и с входом интегратора 6, а другой - с общей шиной. В этом случае резисторы 19 и 20 сумматора одновременно вьтолняют функции элементов фильтра 5, образуя вместе с конденсатором 21 однозвенный RC-фильтр.

Интегратор 6 может быть выполнен по стандартной схеме на основе прецизионного усилителя 22 постоянного тока с конденсатором 23 в цепи обратной связи и с резистором 24 на входе.

Масштабирующий элемент может быть выполнен по схеме масштабного усилителя постоянного тока. В простейшем случае он представляет собой резистор 25.

Устройство для измерения переменного напряжения работает следующим образом.

Источник измеряемого сигнала подключается к входным клеммам 14 и } 5, прич-ем одна из клемм 1А и 15 соединяется с общей щиной. Входной сигнал переменного тока поступает на неинвертирующий вход усилителя 8 выпрямителя 1, с выхода усилителя 8 одна полуволна напряжения через диод 9 и резисторы 1 к 13 проходит на входную клемму 15 (на второй вывод источника входного сигнала), а вторая полуволна через диод 10 и резисторы 12 и 13 также поступает на входную клемму 15. Одновременно одна полуволна напряжения (положительная) с выхода усилителя 8 через диод 10 поступает на вход измерителя 2. Вторая полуволна (отрицательная ) с выхода усилителя 8 через диод 9 поступает на вход эквй валента нагрузки 3. Сигналы с выходов 16 и 17 выпрямителя 1 поступают на входы сумматора 4 и после суммирования сумматором 4 и фильтрации высокочастотным фильтром 5 интегрируются интегратором 6. Полученный сигнал с выхода интегратора 6 через масштабирующий элемент 7 поступает на корректирующий вход 18 усилителя 8, корректируя этот усилитель так, чтобы напряжение смещения по постоянному току этого усилителя, вызванное дрейфом напряжения и тока смещения самого усилите96775 4

ля, а также неидентичностью параметров диодов 9 и 10, было равно нулю. При этом среднее значение напряжения на выходе 16 выпрямителя станет - равно среднему значению напряжения на выходе 17 выпрямителя 1.

Эквивалент нагрузки 3 обеспечивает работу диодов 9 и 10 в одинаковых точках вольт-амперных характеристик,

IQ что повышает точность работы измерителя во всем диапазоне частот входного сигнала.

Резистором 13 можно изменять коэффициент передачи выпрямителя 1.

Наличие в предлагаемом измерителе

t5 сумматора с фильтром позволяет использовать в интеграторе прецизионный высокочастотный усилитель, имеющий малый дрейф нуля при большом коэффициенте усиления. Это поз20воляет использовать в качестве операционного усилителя в вьтрямителе щирокополосный усилитель со сравнительно малым коэффициентом передачи (и, следовательно, с боль25шим запасом устойчивости и со сравнительно больптм дрейфом по напряжению и току. Наличие астатического звена (интегратора) с большим коэффициентом усиления позволяет практи30чески полностью скомпенсировать ошибки, вносимые усилителем и диодами выпрямителя.

В предлагаемом устройстве напряжение смещения операционного усилителя автоматически компенсируется вновь введенными блоками независимо от причин, вызвавших это смещение (температурный и временной дрейф усилителя, неидентичность параметров

40 диодов и их дрейф и др.).

Полоса частот измеряемого сигнала в устройстве может быть расширена в сторону низких частот, при этом время установления (быстродействие) устройства практически полностью определяется инерционностью измерителя средних значений, подключенного на выходе выпрямителя, и не зависит от параметров выпрямителя, как

это имеет место в известных устройствах.

Наличие в устройстве эквивалента нагрузки обеспечивает работу диодов в одинаковых точках их характеристик во всем диапазоне изменения входного сигнала по уровню и во всем диапазоне изменения входного сигнала по частоте. Это способствует более точной компенсации ошибок, связанных с изменением параметров выпрямительных диодов.

Экономический эффект от использования предлагаемого измерителя определяется повьшением точности и

11967756

сокращением времени измерения сигна лов переменного тока при проведении контроля параметров изделий с помощью датчиков, выходной сигнал котоJ рых представляет собой сигнал переменного напряжения.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее выпрямитель, выполиеннь.1й в виде операционного усилителя с диодиорезисторным мостом в обратной связи, два плеча которого, образованные диодами, подключены к выходу операционного усилителя, а два других плеча, образованных двумя одинаковыми резисторами - к его инверсному входу, соединенному через третий резистор с одной из входных клемм устройства, другая входная клемма соединена с прямым входом операционного усилителя, каждое из соединений диода и резистора образует два выхода выпрямителя, первый из которых подключен к измерителю среднего значения напряжения или тока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия., в него введены сумматор, фильтр, интегратор, масштабирующий элемент и эквивалент загрузки, причем второй i Ёход выпрямителя подключен к эквиваленту нагрузки и к одному из вхо(О дов сумматора, к другому входу которого подключен первый выход выпрямителя, выход сумматора через фильтр, интегратор и масштабирующий элемент подключен к корректирующему входу операционного усилителя. г 65 ел