Устройство для измерения относительной разности двух напряжений Советский патент 1987 года по МПК G01R19/10 

ство содержит ключи 1 и 2, цепи управления которых соединены с противофазными выходами генератора 3 частоты коммутации, регулируемьм усилитель 4, амплитудный детектор 5, фильтр 6 нижних частот, усилитель 7 напряжения частоты коммутации, фазочувстви- тельный выпрямитель 8, индикатор 9, источник 10 опорного напряжения, клюИзобретение относится к электро- и-радиоизмерительной технике и может быть исцользовано для измерения относительной разности амплитуд двух переменных напряжений независимо от их фазовых соотношений или относительной разности постоянных напряжений в системах допускового контроля.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет исключения погрешности, вносимой нестабильностью аналоговой памяти, ста- тизмом цепи автоматической регулировки усиления и дрейфом нуля усилителя напряжения.

Целью изобретения является также расширение функциональных возможностей за счет измерения разности двух напряжений отнесенной как к одному, так и к другому из них.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит ключи 1 и 2, цепи управления которых соединены с противофазными выходами генератора 3 частоты коммутации, регулируемьй усилитель 4, вход которого соединен с входными клеммами устройства через ключи 1 и 2, последовательно соединенные амплитудный детектор 5, под- ключенный к выходу усилителя 4, фильтр 6 нижних частот, усилитель 7 напряжения частоты коммутации, фазочувстви- тельный выпрямитель 8 и индикатор 9. Устройство содержит также источник 10 опорного напряжения ключи 11 и 12 через которые выход фильтра 6 нижних частот и источник 10 опорного напряжения соответственно подключены к входу усилителя 13 напряжения .часточи 11 и 12, yrHTIHTf . 1 ||;)1(1Я +Г НИМ

члгтоты к о мм у тп ни и , фячочупстпитРП)- Hhn i тп 11 рямитепь 1А, интегратор 15 и вyxпoJIЮ :н п переключлте.пь 16, Уст- ронстно почноляет повысить точность и достоперность допускового контроля методом сравнения с эталоном в широком частотном диапазоне. 1 з.п. ф-лы. 1 ил.

ты коммутации, к выходу которого подключены последовательно соединенные фазочувствительный выпрямитель 14 и интегратор 15, выходом соединенный с управляющим входом регулируемого усилителя 4, и двухполюсный переключатель 16, входы которого соединены с противофазными выходами генератора 3 частоты коммутации, а выходы - с управляющими входами ключей 1 и 2. Управляющие входы фазочувствительных выпрямителей 8 и 14 подключены к противофазным выходам генератора 3 частоты коммутации, а управляющие входы

ключей 11 и 12 раздельно связаны каждый с соответствующим выходом этого же генератора 3.

Устройство работает следующим образом.

Сравниваемые напряжения U и U через ключи 1 и 2, цепи управления которых соединены с противофазными выходами генератора 3, поочередно поступают на вход регулируемого усилителя 4. При измерении относительной разности двух переменных напряжений частоту коммутации генератора 3 выбирают в 10-100 раз меньшей частоты сравниваемых напряжений. В этом случае усилителем 4 поочередно усиливаются пакеты напряжений U и Uj, которые затем выпрямляются амплитудным детектором 5 и сглаживаются фильтром 6 нижних частот. При замкнутом ключе

1 и разомкнутом ключе 2 на выходе

фильтра 6 выделяется напряжение, равное и,К -Kj-Kj U, , где К, Kj, К - коэффициенты преоб азопанчя регулируемого усилителя 4, детектора 5 и фильтра 6 соответг тнрнно, В nporupcinci ЮЖИПМ II(V()(M1I1H КЧ|)Ч(М I и } 11.)

выходе (фильтра 6 пьиим1лется нппряже- нме, ранноб U,. Если амплитуды сравниваемых напряжений не равны, то в выходном напряжении 11, фштьтра 6 появляется переменная составляющая частоты ког-1мутации, равная и, -Uz

,. К,К, 2

которая усиливается усилителем 7 частоты коммутации и выпрямляется фазочувствительным выпрямителем 8. Это выпрямление напряжения, равное и ,.KgK Kg--T--,

где К и Kg - коэффициенты преобразования усилителя 7 и фазочувствитель- ного выпрямителя соответственно измеряется индикатором 9.

Одновременно от источника 10 опорного напряжения и с выхода фильтра 6 нижних частот через ключи 12 и 11 на вход усилителя 13 частоты коммутации поочередно поступают опорное напряжение и и выпрямленное напряжение одного из пакетов сравниваемых напряжений. При фазировке ключей, указанной на чертеже, на усилитель 13 поочередно поступают напряжения U и и. Усиленная усилителем 13 переменная составляющая частоты коммутации, равная

и --2--, выпрямляется фазочувствительным выпрямителем 14 и после чего поступает на вход интегратора 15. Выходное напряжение интегратора 15 воздействует на управляющий вход регулируемого усилителя 4 и изменяет его коэффициент усиления в направлении уравнивания напряжения U выпрямленного пакета переменного напряжения с постоянным опорным напряжением U . В состоянии равенства этих напряжений вькодное напряжение фазочувствитель- ного выпрямителя 14 становится равным нулю, и процесс интегрирования интегратора 15 прекращается. При установившемся значении выходного напряжения интегратора 15 коэффициент усилений регулируемого усилителя 4 определяется равенством , К, и,, откуда коэффициент усиления регулируемого усилителя 4

«и, .

С учетом установившегося значения коэффициента К усиления регулируемого усилителя 4 напряжение, измеряемое индикатором 9, равно

.-- -I

U, -1.г

,

17 , т/ IT

где - погтоянньп) коэффициент пропорциональности.

Если изменить положение двухполюсного переключателя 16 на противоположное, то на вход усилителя 13 частоты коммутации будут поочередно поступать напряжения U и U,

В соот

ветствии с этим коэффициент усиления регулируемого усилителя 4 станет равным ,j К Uj , а индикатор 9 будет измерять напряжение

и, К

U,-U2

и.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет измерять разность двух напряжений, отнесенную как к одному, так и к другому сравниваемому напряжению в зависимости от положения двухполюсного переключателя 16. При этом повышение точности измерения достигается за счет исключения из схемы нестабильного элемента памяти и дифференциального усилителя постоянного тока, имеющего неизбежный дрейф нуля. Исключается также погрешность статизма за счет введения интегратора 15 в цепь автоматической регулировки усиления регулируемого усилителя 4. При этом нестабильность введенного интегратора не влияет на результат измерения, так как при любом изменении выходного напряжения интегратора 15 изменяется коэффициент усиления регулируемого усилителя 4 до восстановления равенства U,,U(5 или ,. При сравнении амплитуд основных гармоник напряжений регулируемый усилитель выполняют избирательным, настроенным на первую гармонику входных напряжений. В случае измерения относительной разности двух постоянных напряжений регулируемьй усилитель выполняют на основе широкополосного операционного усилителя с регулируемой глубиной отрицательной обратной связи. При этом надобность в амплитудном детекторе 5 и фильтре 6 отпадает.

Предлагаемое устройство позволяет повысить точность и достозерность до- пускового контроля источников питания, масштабных преобразователей и т.п. на постоянном и переменном токе

методом сравнения с эталоном в широком частотном диапазоне.

Формула изобре те и и я

1. Устройство для измерения относительной разности двух напряжений, содержащее последовательно включенны регулируемый усилитель, амплитудный детектор, фильтр нижних частот, усилитель напряжения частоты коммутации фазочувствительный выпрямитель и индикатор, источник опорного напряжения, генератор частоты коммутации и три ключа, цепи управления двух из которых соединены с противофазными выходами генератора частоты коммутации и управляющими входами фазочув- ствительного выпрямителя, а управляю щий вход третьего ключа - с одним выходом генератора частоты коммутации, причем первая входная клемма устройства соединена через первый ключ с входом регулируемого усилителя, вто- рая входная клемма связана с входом регулируемого усилителя через второй ключ, отличающееся тем, что, с целью повышения точности

Редактор Ю.Середа

Составитель С.Вейский Техред М.Ходанич

Заказ 5185/44Тираж 729

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

измерения, введены четвертый ключ, вторые последовательно соединенные усилитель напряжения частоты коммутации и фазочувствительный выпрямитель, интегратор, выходом соединенны с управляющим входом регулируемого усилителя, причем вход второго ускпи теля напряжения частоты коммутации через третий ключ соединен с выходом фильтра нижних частот, а через четвертый ключ связан с выходом источника опорного напряжения, управляющие входы второго фазочувствительного выпрямителя соединены с противофазными выходами генератора частоты коммутации и его выход подсоединен к входу интегратора, а управляющий вход четвертого ключа подключен к другому выходу генератора частоты коммутации

2. Устройство по п.1, о т л и - чающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, дополнительно введен двухполюсный переключатель, входы которого . соединены с противофазными выходами генератора частоты коммутации, а выходы связаны с управляющими входами первого и второго ключей.

Корректор Л.Пилипенко Подписное

Изобретение может быть использовано в устройствах для измерения относительной разности амплитуд двух переменных напряжений, независимо от их фазовых соотношений или относительной разности постоянных напряжений в системах допускового контроля. Цель изобретения - повьш1ение точности измерения - достигается в результате исключения погрешности, вносимой нестабильностью аналоговой памяти, ста- тизмом цепи автоматической регулировки усиления и дрейфом нуля усилителя напряжения. Другая цель - расширение функциональных возможностей - достигается за счет измерения разности двух напряжений, отнесенной как к одному, так и к другому из них. Устройс (Л 00 X)