Микровольтметр переменного тока Советский патент 1988 года по МПК G01R19/02 

16

О

4; о О)

Изобретение относится к области электроизмерений и может быть использовано для измерения эффективных напряжений.

Цель изобретения - повышение точности путем формирования сигналов оди макового уровня на квадратирующих детекторах каналов перемножения и обратного преобразования выходного сигнала.

На чертеже приведена структурная схема микровольтметра.

Микровольтметр переменного тока содержит суммирующий блок 1 и вычитающий блок 2, первый преобразователь 3 выход которого соединен с первыми вхо дами суммирующего 1 и вычитающего 2 блоков, масштабный преобразователь 4, выход которого соединен с вторыми вхо дами суммирующего 1 и вычитающего 2 блоков, а вход соединен с выходом второго преобразователя 5. Выход суммирующего блока 1 через первый усилитель 6 подключен к входу первого квадратирующего детектора 7. Выход вычитающего блока 2 через второй усилитель 8 подключен к входу второго квадратирующего детектора 9. Выход детектора 7 соединен с прямым, а выход детектора 9 с инверсным входом сумматора 10. к выходу которого подключен интегрирующий усилитель 11, к выходу которого подключены входы третьего 12 и четвертого 13 квадратирую- ищх детекторов. Выход третьего детектора 12 соединен с дополнительным прямым, а выход четвертого детектора 13 с дополнительным инверсным входом сум матора 10. Между выходом интегрирующего усилителя 11 и входами детекторов 12 и 13 при необходимости изменения коэффициента передачи цепи обратной, связи может быть включено звено

14обратной связи. Выход усилителя 11 подключен также к отсчетному блоку

15(стрелочному или цифровому прибору) , Входы преобразователей 3 и 5 под ключены к входной клемме 16.

В качестве преобразователей 3 и 5 50 могут быть использованы усилители переменного напряжения.

Коэффициенты передачи усилителей 6 и 8 и детекторов 7 и 9 связаны между собой соотношением

2 1 KfeO 70 К 80 90

(,0 g коэффициенты передачи

усилителей 6 и 8; 70 90 коэффициенты передачи

детекторов 7 и 9.

Коэффициенты передачи преобразователей 3 и 5, масштабного преобразователя 4, ус1шителей 6 и В связаны между собой соотношением,

(,„.

к.о) к,„ (к -к

40

Эо

50

К,о)К

8о

5

0

5

0

0

5

0

5

5

где Kj(, , - коэффициенты передачи

преобразователей 3 и 5; К4о коэффициент передачи

масштабного преобразователя 4.

Микровольтметр переменного тока работает следующим образом.

Входное переменное напряжение U(t) усиливается преобразователем 3 и поступает на первый вход суммирующего блока 1, на второй вход которого поступает также напряжение Ux(t), усиленное преобразователем 5 и преобразованное масштабным преобразователем 4. Аналогично это напряжение поступает на оба входа вычитающего блока 2, Напряжения с выходов суммирующего 1 и вь1читающего 2 блоков дополнительно усиливаются, например, по мощности усилителями 6 и 8. Эти напряжения затем детектируются с помощью первого 7 и второго 9 детекторов. Выходные напряжения этих детекторов вычитаются в сумматоре 10. Выходные напряжения детекторов 12 и 13 также вычитаются в сумматоре 10, а полученные разности выходных сигналов детекторов вычитаются, т.е. имеет место соотношение

(и, - Ug) - ( ) ли (1)

Полученное напряжение некомпенсации на выходе сумматора 10 усиливается и интегрируется с помощью интегрирующего усилителя 11, после чего измеряется отсчетным блоком 15. Через звено 14 обратной связи или непосредственно выходное напряжение усилителя 11 поступает на входы детекторов 12 и 13. Для высококачественной работы микровольтметра коэффициенты преобразования (усиление, ослабление) блоков 1-6 и 8 выбираются такими, чтобы детекторы 7 и 9 имели одинаковый уровень входных напряжений

(и,- и„) и,-

(2)

Коэффициент передачи каждого блока

к, к„,(1 J,) (3)

Для высококачественной работы микровольтметра необходимо выполнить ус- ловия настройки.

Условие

К„„ (4)

25

н,. н,- к,

60 70 ,0 90

необходимо для подавления квадратичны членов в выражении (2).

Условие

)- К , (К,-К

(Кзо+К с

К.о) К,/5)

Чо 60 зо SO необходимо для обеспечения одинаковых уровней напряжений на входах детекторов 7 и 9.

Для практической реализации, кроме

того, удобно выбрать так, что Kjp К

К

№

К,

К

10- Мо 50 Если считать беспроигрышным Y. 0,5 (делитель напряжения), то из условий (4) и (5) получают

(6)

к,о

7о 90 5

К,40 9 к,50

с учетом выражений (3) - (6) вьфаже- ние (2) после преобразований и, пренебрегая произведением погрешностей, принимает вид

К,о Кз о 2+3,25,-2,25;,- 0,

0, 2уз -ь

2т,

К

К,с

3 (2П 2

7

к,

7о(2з,+ - 23,,) U,Kyi+2j.).

х(9 +у,,- 1 -,). Откуда с учетом

и 11 UB получают 35

J

j

Ю

15

20

25

30

35

40

телей 6 и 8, детекторов 7 и 9 и может быть очень малой (составлять сотые доли процента). I I.

Все детекторы работают при одинаковых уровнях напряжений и влияние их на результирующую погрешность микровольтметра определяется также их неидентичностью. Эта неидентичность составляет (0,05-0,1)%.

Микровольтметр имеет линейный характер зависимости его выходных показаний от среднеквадратического значения измеряемого напряжения и он может быть реализован как с аналоговым, так и цифровым отсчетом.

Формула изобретения

1. Микровольтметр переменного тока, содержащий первый и второй об- разователи, входы которых подключены к входной клемме, суммирующий и вычитающий блоки, первые входы которых объединены между собой и с выходом первого преобразователя, вторые входы объединены между собой, первый и второй квадратирующие детекторы, выход первого из которых подключен к прямому, а выход второго - к инверсному входу с гмматора, выход которого соединен с выходом интегрирующего усилителя, выход которого подключен к выходной клемме, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены масштабный преобразователь, первый и второй усилители, третий и четвертый квадратирующие детекторы, сумматор выполнен с дополнительными прямым и инверсным входами, при этом вход масштабного преобразователя подключен к выходу второго.преобразова

Изобретение может быть использовано для измерения эффективности напряжений. Микровольтметр переменного тока содержит преобразователи (П) 3, 5, суммирующий и вычитающий 2 блоки, кв адратирующие детекторы (КД) 7, 9, 12, 13, сумматор 10, интегрирующий усилитель 11, масштабный П 4, усилители 6, 8, звено 14 обратной связи. При этом коэффициенты передачи усилителей 6, 8 и КД 7, 9 связаны соотношением . , К 90, где К, 70 80 90 коэффициенты передачи усилителя 6, КД 7, усилителя 8 и КД 9 соответственно, а коэффициенты передачи П 3, 5, масштабного И 4 и усилителей 6, 8 связаны соотношением (Кзо + К Кдо) К/л- (к,..- Ксо К.К, 40 V J 60 - 30 « 4о fiO 50 40 коэффициенты пе50 где Kjo, К редачи П 3, 5 и масштабного П 4 соответственно. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. S

где

или

ибь,,5Кзо К,, Ук7о 1 - -(-.-у)д, +0,25и;;5г а-п ; - входам LTt Tfb ifi суммирующего и вычитающего блоков,

выход суммирующего блока через первый усилитель соединен с входом первого квадратирующего детектора, выход вычитающего блока через второй

50 усилитель соединен с входом второго квадратирующего детектора, выход интегрирующего усилителя соединен с входами третьего и четвертого кйад- ратирующих детекторов, выход третье55 го квадратирующего детектора подклю- дополнительному прямому.

1 , .13

-Тб T3-:yii)+T63 fe

j 16

IVI

Гтгз(8)

Из анализа выражений (7), (8) следует, что в данном микровольтметре аддитивная погрешность, вызванная шумами преобразователей 3 и 5, резко подавлена и зависит лишь от разности мультипликативных погрешностей усиличен к дополнительному прямому, а выход четвертого квадратирующего детектора - к дополнительному инверсному входу сумматора, кроме того.

го квадратирующего детектора подклю- дополнительному прямому.

чен к дополнительному прямому, а выход четвертого квадратирующего детектора - к дополнительному инверсному входу сумматора, кроме того.

коэффициенты передачи первого и рого усилителей и коэффициенты дачи первого и второго квадрати щих детекторов связаны соотноше

К,. к:.- К,

к5„ К,. К

где Kj,

К

ЧО 70

-коэффициент передачи вого усилителя;

-коэффициент передачи вого квадратирующего тектора;

-коэффициент передачи рого усилителя;

-коэффициент передачи рого квадратирующего тектора,

а коэффициенты передачи первого второго преобразователей, масштК

70

90

К

30

ного преобразователя, первого и второго усилителей связаны соотношением

()К4о (Кзо-К

5t)4o)-Kjo ,

где Kjo - коэффициент передачи первого преобразователя; коэффициент передачи масштабного преобразователя; коэффициент передачи второго преобразователя.

I.

2. Микровольтметр по п.1, о т л ичающийся тем, что, выход интегрирующего усилителя соединен с входами третьего и четвертого квад- ратирующих детекторов через звено обратной связи.