Устройство для измерения параметров источников питания Советский патент 1987 года по МПК G01D5/14 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности может быть использовано при измерении иараметроЕ. I c- точников питания.

Цель изобретения - - повышение тсч- ности, помехозащищенности и сокращение времени измерений за счет устранения необходимости балансировки выходного Н Н1;Яжения перед каждым измерением.

На фиг. 1 представлена функциона,;ь- ная схема устройства; на фиг. 2 -- формы напряжения в характернь х точках устройства.

Устройство состоит из блока 1 возмуп..а- ющего воздействия, усилите.;1я 2, син.хрон- ного фильтра 3 с синхронны.м детектором, фильтра 4 Низких частот (ФНЧ), регистратора 5, переключателя 6 на два положения при трех направлениях, TOKOBOI-O ключа 7, источника 8 напряжения постоянного тока, исследуемого источнике 9 питания (ИИП) и нагрузочногч) резистора 10, при- чем выход ИИП 9 подключен через последовательно соединенные усилитель 2. синхронный фильтр 3 с синхронным детектором и ФНЧ 4 к входу регистратора 5 и через последовательно соединенные нагрузочный резистор 0 и токовый ключ 7 к обп1.ей 1ниь е. На первый и второй входы блока 1 возмупхающего воздействия подается iia- пряжен,ие сети, два его управляющих выхода соедипепы с соответствук лними двумя управляющи.ми входами cHHxpoi-inoro фильт- ра 3 с синхронным детектором, первый се- Н1ИЙ вход токового ключа 7 соединен с пе()- вым подвижным контактом переключателя (J, один из соответств юп1их которому неподвижных контактов соединен с выходом источника 8 напряжения, другой с одщгм из yпpaвляюнJ,иx входов синхронного филот- ра 3 с синхронным детектором, нервый с с- тевой вход блока 1 возмуп1аюн1,его воздействия соединен с первым сетевым входом ИИП 9, их вторые сетевые входы соедьнен1 1 соответственно с вторым и третьим подви; к- ными контактами переключателя 6, nepBi ie неподвижные контакты которых соединены с третьим и четвертым выходами блока 1 .озму- П1ающего воздействия, а BTOpi ie | е;1о;,виж- ные контакты еоеди ены между собой.

Блок 1 возмуп1аюи1,его воздействии ,:о- держнт делитель 1 1 частот1, формировате..- 12 импульсов, первый транссрорматор 13, два электронных к;1юча 14 и ;5, суммирую- П1.ИЙ усилитель 16, усилитель 17 монхности и второй трансформатор 18, причем первый и второй сетевые входы блока 1 возмун1а;о- щего воздействия соединены соответстиепно е первым и вторЕям вывода.ми первичной обмотки первого трансформатора 13 и с вым и вторым входами делителя И частоты. Выход последне1-о соединен с входом фор- мирователя 12 импульсов, два выхода кот о- рого соединены соответственно с управляющими входами электрон 1-Пз1х ключей i4 ч. 1.5 и

5

-

0 ,,- 0

5

5

0

с .авумя управляющими выходами блока 1 воз.му|цающе1 о воздействия, Средний вывод вторичной обмотки первого трансформатора 13 соединен с общей шиной, а ее крайние выводы через электронные ключи 14 и 15 подключены соответственно к первому и второму входам суммирую1цего усилителя 16, выход которого соединен с входом усилителя 17 мoп нocти, к дву.м выходам которого подключены выводы 11ервичной обмотки второго трансформатора 18, оба вывода вторичной обмотки которого соединены с третьим и четвертым выходами блока 1 возмунхающего воздействия.

В одном положении переключателя 6 последовательно с сетевым входом ИИП 9 через третий и четвертый выходы блока 1 возмущающего воздействия подключается вторичная обмотка второго трансформа тора 18, а к управляющему входу токового ключа 7 подключается выход источника 8 напряжения постоянного тока, что приводит к соединению в .орого вывода нагрузочного резистора 10 с общей ишной.

Во втором положении переключателя 6 ИИП 9 неносредственно подключается к се- ги, а управляюп1ий ;зход токового ключа 7 соединяется с одним из управляющих выходов блока 1 возмущающего воздействия.

Формы напряжения показаны в некоторых характер1п 1х точках устройства (фиг. 2), т.е. на концах вторичной обмотки трансформатора 3 (.а и б), на выходах формирователя 12 импул1 сов (0 и г), на входах суммирующего усилителя 16 (дне), на входе усилите. 1я 17 моп.и1ости (з), на входе ИИП 9 (и), на входе усилителя 2 (к), на входе ФНЧ 4 (л). Формы кривых соответствует коэффициенту деления делителя 11 частоты, равному 10, положение переключателя 6 соответствует по. к жению измерения коэффи- влияния нестабильности напряжения сети (первое положение).

Устройство работает следующим образом.

Синусоидальное напряжение сетевой частоты после делителя 11 частоты и формирователи 12 импульсов нреобразуется в напряжение нрямоу1 ольной формы с низкой частотой с,ледования импульсов (норядка 1 Гц) и син.хронное с сетевым напряжением (фиг. 2з и г). На выводах вторичной обмотки трансформатор 13 при соединении средней точки с общей шиной имеем противофазные колебания напряжения с сетевой частотой (фи 2а и б) и одинаковой амплитудой. .Эти выражения, в зависимости от величины напряжения на управляющих входах ключей 14 и 15, или передаются к входам суммируюидего усилителя 16 поч- |и без потерь, или сильно ослабляются и имеют почти нулевой уровень (фиг. 2(3 и е). Так как напряжения на управляющих входах ключей 14 и 15 противофазные, то в одном по;1унериоде работы на вход усилителя 17 монцюсти поступает напряжение с одного вывода вторичной обмотки трансформатора 13, а в другом полупериоде - на вход усилителя 17 мощности поступает напряжение с другого вывода вторичной обмотки трансформатора 13 и по завершении первого полупериода фаза синусоидального напряжения на его выходе скачком изменяется на 180° (фиг. 2з).

Так как скачок фазы происходит при прохождении сетевого напряжения через нуль, то в цепи ИИП 9 не возникают всплески переходного процесса. После усиления усилителем 17 мощности напряжение на вторичной обмотке второго трансформатора 18, имеющее синусоидальную форму, синфазно с сетевым напряжением в одном полупериоде выходного напряжения формирователя 12 импульсов и противофазно в другом полупериоде. В одном положении переключателя б последовательно с сетевым входом ИИП 9 подключается вторичная обмотка трансформатора 18, а токовый ключ 7 управляемым входом подключается к выходу источника 8 напряжения, что приводит к отпиранию токового ключа 7 и соединению выхода ИИП 9 с общей щиной через нагрузочный резистор 10. Последовательное включение вторичной обмотки второго трансформатора 18 с сетевым входом ИИП 9 приводит к амплитудной модуляции питающего ИИП 9 напряжения, так как в одном полупериоде выходного напряжения формирователя 12 импульсов напряжение вторичной обмотки синфазно с сетевым напряжением и суммируется с ним, а во втором полупериоде напряжение вторичной обмотки трансформатора 18 противофазно с сетевым напряжением и на сетевой вход ИИП 9 поступает разность напряжения сети и вторичной обмотки трансформатора 18 (фиг. 2и).

Глубина амплитудной модуляции определяется коэффициентом трансформации трансформаторов 13 и 18 и коэффициентами передачи усилителей 16 и 17 и электронных ключей 14 и 15 и не зависит от уровня сетевого напряжения. Переменная составляющая выходного напряжения ИИП 9 (фиг. 2к) усиливается усилителем 2 и подается к входу синхронного фильтра 3 с синхронным детектором. На выходе последнего имеем постоянное напряжение, величина которого пропорциональна амплитуде переменной составляющей напряжения на выходе ИИП 9, вызванной низкочастотной модуляцией питающего ИИП 9 напряжения сети, при этом напряжения пульсаций, помех или наводок не влияют на точность измерения, так как синхронный фильтр 3 с синхронным детектором обладает фильтрующим свойством как по частоте, так и по фазе. Постоянная времени синхронного фильтра определяет полосу пропускания и фактически фильтрующие свойства фильтра 3.

После устранения коммутационных помех (фиг. 2л), возникающих в фильтре 3

в результате работы переключающих элементов, фильтром 4 низких частот напряжение измеряется регистратором 5, который представляет аналоговый или цифро- 5 вой вольтметр постоянного токт. Напряжение, измеряемое регистраторе 5, пропорционально коэффициенту г id6 ЛЬНОСТИ

ИИП 9 от изменения напряж чия .

В другом положении переключателя 6 ИИП 9 непосредственно подключается к

сети (нет модуляции напряжения сети), а на управляющий вход токового ключа 7 подается напряжение с одного из управляющих выходов блока 1 возмущающего воздействия. Это приводит к модуляции тока нагрузки, 5 так как в одном полупериоде работы нагрузочный резистор 10 через открытый трко- вый ключ 7 вторым выводом соединен с общей шиной (первый вывод резистора всегда соединен с выходом ИИП 9), и через резистор протекает номинальный ток нагруз0 ки. В другом полупериоде токовый ключ 7 заперт, и ток через резистор отсутствует. Переменная составляющая напряжения на выходе ИИП 9 усиливается усилителем 2 фильтруется и выпрямляется синхронным фильтром 3 с синхронным детектором и после подавления коммутационных помех фильтром 4 низких частот измеряется регистратором 5. Очевидно, что напряжение, измеряемое регистратором 5, обусловлено модуляцией тока нагрузки ИИП и пропорцио0 нально выходному сопротивлению ИИП 9. Применение синхронного фильтра с синхронным детекором уменьщает влияние щу- мов, пульсаций и помех на точность измерения параметров источника питания. Отсутствие необходимости балансировки

5 выходного напряжения перед каждым измерением сокращает время, необходимое для измерения.

Применение предлагаемого устройства позволяет повысить точность и расширить диапазон измерения параметров, ускорить

0 процесс измерения как в стадии изготовления ВИП, так и при их разработке.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения параметров источников питания, содержащее блок возмущающего воздействия, регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, помехозащищенности и уменьшения времени измерений, в него введены переключатель, токовый ключ, нагрузочный резистор, источник напряжения постоянного тока, последовательно соединенные усилитель, синхронный фильтр с синхронным детектором и фильтр низких частот, причем вход усилителя соединен с первой клеммой для подключения объекта контроля и через последовательно соединенные нагрузочный резистор и токовый ключ - с общей шиной, выход фильтра низких частот соединен

€ ВХОДОМ регистратора, два управляюидих выхода блока возмущающего воздействия соединены с двумя управляющими входами синхронного фильтра с синхронным детектором, управляющий вход токового ключа сое- динен с первым подвижным контактом переключателя, соответствующий которому первый неподвижный контакт соединен с выходом источника напряжения постоянного тока а второй - с одним из управляющих выходов блока возмущающего воздействия, пер- вый сетевой вход которого соединен с второй клеммой для подключения объекта контроля, второй сетевой вход блока возмущающего воздействия и третья клемма для подключения объекта контроля соединены с соответствующими вторым и третьим подвижными контактами переключателя, третий и четвертый неподвижные контакты которых соединены соответственно с третьим и четвертым выходами блока возмущающего воздействия, а пятый и щестой неподвижные контакты соединены между собой.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок возмущающего воздействия содер

5

0

жит делитель частоты, формирователь импульсов, два трансформатора, два электронных ключа, суммирующий усилитель и усилитель мощности, причем первый и второй сетевые входы блока возмущающего воздействия соединены соответственно с первым и вторым выводами первичной обмотки первого трансформатора и первым и вторым входами делителя частоты, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, два выхода которого соединены соответственно с управляющими входами электронных ключей и с двумя управляющими выходами блока возмущающего воздействия, средний вывод вторичной обмотки первого трансформатора соединен с общей щиной, а ее крайние выводы через соответствующие электронные ключи подключены соответственно к первому и второму входам суммирующего усилителя, выход которого соединен с входом усилителя мощности, к выходам которого подключены выводы первичной обмотки второго трансформатора, выводы вторичной обмотки которого соединены с третьим и четвертым выходами блока воз- мч чцающего воздействия.

Изобретение служит для повышения точности помехозащищенности и сокращения времени измерения. Устройство содержит блок 1 возмущающего воздействия и регистратор 5. Введение в устройство усилителя 2, фильтра 4 низких частот, переключателя 6 на два положения при трех направлениях, токового ключа 7, источника 8 напряжения постоянного тока и нагрузочного резистора 10 устраняет необходимость балансировки выходного напряжения перед каждым напряжением. Кроме того, использование синхронного фильтра 3 с синхронным детектором существенно уменьщает влияние щумов, пульсаций и помех на точность измерений параметров. В описании приведен пример выполнения блока 1 возмущающего напряжения, включающего делитель 11 частоты, формирователь 12 импульсов, трансформаторы 13 и 18, электронные ключи 14 и 15, суммирующий усилитель 16 и усилитель 17 мощности. 1 3. п. ф-лы, 2 ил. S (Л со со О1 00 ел Фиг 1

-Р Редактор Н. Тупица Заказ 3798/35

С-оставитель В. Быков

Техред И. ПересКорректор Г. Решетник

Тираж 693Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва. Ж--35, Рауи1ская наб., д. 4/5 Прризводствеиио-гюлиграфическое предприятие, г. Ужг ород, ул. Проектная, 4

(риг г