Процентный компенсатор постоянного напряжения Советский патент 1987 года по МПК G01R17/06 

Изобретение относится к электри- 1еским измерениям и может быть использовано для определения относительного отклонения измеряемого напряжения от его номинального значения - при опре- делении нестабильности стабилизаторов напряжения, в поверочной практике при

10

15

проверке цифровых вольтметров, потенциометров, шунтов.

Цель изобретения - повьшение точности и расширение пределов измерения процентного отклонения измеряемого напряжения от его номинального значения за счет уменьшения влияния синфазного сигнала и возможности измерения процентного отклонения измеряемого напряжения с объектов как заземленных, так и с симметричными выходами.

На чертеже представлена принципиальная схема процентного компенсатора постоянного напряжения.

Процентный компенсатор постоянного напряжения содержит генератор стабиль-р. уменьшается. При большом коэффициенте ного тока, образованный операционным . усиления каждого из усилителей этот

го

резистора 3. Номинальное напряжение, равное выходному напряжению генератора стабильного тока, выставляемое вручную на декадах магазина сопротивления до начала измерения, подается на неинвертирующий вход дифференциального усилителя и к шине нулевого потенциала. Измеряемое напряжение, подаваемое на зажимы 7, подключается к инвертирующему входу дифференциального усилителя. Если измеряемое напряжение не равно его номинальному значению, то алгебраическая разность напряжений между ними, предварительно усиленная дифференциальным усилителем прилагается к измерителю 9 напряжения и к инвертирующему входу усилителя 1, При этом напряжение на выходе усилителя 1, равное номинальному значению, ртгебраически суммируется с указанным

разностным напряжением. Вследствие этого разность между измеряемым напряжением и его номинальным значением

усилителем 1, источником 2 опорного напряжения, представляющим собой параметрический стабилизатор напряжения на стабилитронах, который включен одним выводом через образцовый резистор 3 на инвертирующий вход операционного усилителя 1, а вторым выводом - на общую шину 4 нулевого потенциала. Нагрузкой генератора стабильного тока является резисторный измерительный блок 5, представляющий собой декадный магазин сопротивления. Выход операционного усилителя 1 включен на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 6. Его инвертирующий вход включен на один из зажимов 7 подключения измеряемого напряжения. Второй из зажимов 7 подключения измеряемого напряжения соединен с шиной нулевого потенциала. Выход дифференциального усилителя через резистор 8 соединен с инвертирующим выходом операционного усилителя 1 и, кроме того, через измеритель 9 напряжения - с шиной нулевого потенциала.

Устройство работает следующим образом.

Падение напряжения на декадах магазина сопротивления устанав;Й1вается путем прохождения по ним стабильного тока, равного частному от деления напряжения источника 2 стабильного напряжения на сопротивление образцового

;

0

5

р. уменьшается. При большом коэффициенте усиления каждого из усилителей этот

го

резистора 3. Номинальное напряжение, равное выходному напряжению генератора стабильного тока, выставляемое вручную на декадах магазина сопротивления до начала измерения, подается на неинвертирующий вход дифференциального усилителя и к шине нулевого потенциала. Измеряемое напряжение, подаваемое на зажимы 7, подключается к инвертирующему входу дифференциального усилителя. Если измеряемое напряжение не равно его номинальному значению, то алгебраическая разность напряжений между ними, предварительно усиленная дифференциальным усилителем, прилагается к измерителю 9 напряжения и к инвертирующему входу усилителя 1, При этом напряжение на выходе усилителя 1, равное номинальному значению, ртгебраически суммируется с указанным

разностным напряжением. Вследствие этого разность между измеряемым напряжением и его номинальным значением

0

5

0

5

процесс заканчивается тем, что выходное напряжение усилителя 1 становится равным измеряемому напряжению, а напряжение некомпенсации, поступающее на вход дифференциального усилителя, становится пренебрежимо малым. При этом напряжение, приложенное к измерителю напряжения, пропорционально относительному отклонению измеряемого напряжения от его номинального значения .

Существует линейная зависимость между напряжением, приложенным к измерителю напряжения, и относительным отклонением измеряемого напряжение от его номинального значения. Если пренебречь напряжением некомпенсации, что вполне допустимо при большом коэффициенте усиления каждого из усилителей, то при установившемся, режиме выходное напряжение равно измеряемому

где и.

и т ВЫХ К

(1)

бых

0

5

- напряжение на выходе операционного усилителя 1; Uj( - измеряемое напряжение. Оно равно

и и„-ьдих,(2)

где и - номинальное значение измеряемого напряжения, равное U(Utr (Rj/ /R), где Up - напряжение источника стабильного напряжения; ли;( - отклонение измеряемого напряжения от его номинального значения, иначе абсолютная погрешность измеряемого напряжения.

Выходное напряжение усилителя 1 как сумматора двух напряжений, приложенных к его инвертирующему входу, равно

п D + Уий. R

еых R, 3 р

где R - сопротивление образцового

резистора 3;

Rj - сопротивление резистора 8; RJ 7 сопротивление резисторного

измерительного блока 5; Uj - выходное напряжение диффе- ренциального усилителя, приложенное к измерителю напряжения .

Подставляя в выражение (1) значения из уравнений (2) и (3), получаем

,р-Кз-| -Кз (4)

IV л-TV л

Т г или после преобразований

Ri UH UCT Ri

(5)

Отсюда

,, -Дух Ra UH tT

Поскольку множитель Up- „ явля 1

ется постоянной величиной, то

и К.У

ин UH

Из выражения (7) следует, что напряжение, приложенное к измерителю 9 напряжения, пропорционально относительному отклонению измеряемого нап ряжения от его номинального значения источник которого соединен с общей щиной нулевого потенциала.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет измерять процентно отклонение измеряемого напряжения от его номинального значения, источники сигналов которого могут быть как заземленными, так и с симметричными выходами. В качестве измерителя напря жения может быть использован прибор как с симметричным, так и с заземленным входом. Как следует из формулы (6), изменяя значение сопротивления резистора, включенного между выходом дифференциального усилителя и инвертирующим входом усилителя генератора

13073524

стабильного тока, можно получить ряд пределов процентного отсчета, испол1 - зуя один и тот же измеритель напряжения.

|Q

2Q

25

30

35

«О

W

,

50

55

Формула изобретения

1. Процентный компенсатор постоянного напряжения, содержащий генератор стабильного тока, состоящий из последовательно соединенных источника опорного напряжения, первый вывод которого соединен с шиной нулевого по- тенци ала, образцового резистора и операционного усилителя, первый выход которого с оединен с шиной нулевого потенциала, а второй вьрсод операционного усилителя соединен через резис- торный измерительный блок с-инвертирующим входом операционного усилителя, дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с первым зажимом для подключения объекта измерения, отличающий- с я тем, что, с целью повьппения точности и расширения пределов измерения процентного отклонения измеряемого напряжения от его номинального значения за счет уменьшения влияния синфазного сигнала и возможности измерения процентного отклонения измеряемого напряжения с объектов как заземленных, так и с симметричными выхода- (ми, в него введены измеритель напряжения и резистор, при этом второй выход операционного усилителя соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, второй зажим для подключения объекта измерения подключен к шине нулевого потенциала, выход дифференциального усилителя через резистор соединен с инвертирующим вхо-, дом операционного усилителя и через измеритель напряжения - с шиной нулевого потенциала.

2.Компенсатор по п.1, о т л и - чающийся тем, что резисторный измерительный блок выполнен в виде магазина сопротивлений.

3.Компенсатор по п.1, о т л и - чающийся тем, что резистор, включенный между выходом дифференциального усилителя и инвертирующим входом операционного усилителя, выполнен переменным с дискретными значениями сопротивлений, соответствующими пределам процентного отсчета.

Изобретение относится к области электроизмерений и может быть использовано для определения относительного отклонения измеряемого напряжения от его номинального значения при определении нестабильности стабилизаторов напряжения, при проверке цифровых вольтметров, потенциометров, шунтов. Цель изобретения - повышение точности и расширение пределов измерения процентного отсчета - достигается за счет уменьшения влияния синфазного сигнала и возможности измерения про - центного отклонения измеряемого напряжения как заземленных, так и с симметричными выходами объектов. Для этого в устройство дополнительно введены измеритель 9 напряжения, резистор 8 и соответствующие функциональные связи. Устройство также содержит образцовый операционный усилитель 1, не-- точник 2 опорного напряжения, образцовый резистор 3, опорную шину 4, резисторный измерительный блок 5, дифференциальный усилитель 6, зажимы 7 для подключения измеряемого напряжения. Изменяя сопротивление резистора, с включенного между выходом дифференци ального усилителя и инвертирующим входом усилителя стабильного тока, можно получить ряд пределов процентного отсчета, используя один и тот же измеритель напряжения. 2 з.п. , 1 ил. (Л со о ОО ел