Преобразователь действующего значения напряжения Советский патент 1988 года по МПК G01R19/02 

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть применено в аналоговых измерителях действующего значения напряжения.

Цель изобретения повьпцение точности преобразования напряжений низкого уровня в расширенном диапазоне частот.

На чертеже приведена функциональная схема преобразователя действующего значения напряжения„

Устройство содержит усилитель 1, .переключатель 2, первьй 3, второй 4

счетчика 13 подключен к входу упра ления переключателя 2, Выход перв дешифратора 14 соединен с входам ракпения первого блока 16 выборки- хранения, а выход второго дешифрат ра 15 - с входом управления второг блока 17 выборки-хранения. Выходы первого 16 и второго 17 блоков вы ки-хранения связаны соответственн с инвертирующим и неинвертиругощим входами дифференциального усилител 18э выход которого является выход преобразователя действукицего знач

и треттш 5 сумматоры, аналоговьй пе- напряжения.,Кпемма Переключатель

ремножитель 6 фазоипвертор 7, интегратор 8, источнш 9 напряжений компаратор 10, индикатор 11,, генератор 12 импульсов, счетчик 13э первьш 14 и второй 15 дешифраторы, первый 16 и второй 1 7. блоки выборки-хранения и дифференциальньй /снлитель 18,

Вход преобразователя соединен с первым входом третьего сумматора 5 и взсодом усилителя t выход которого подключен к, второкгу входу третьего сумматора 5 и BTopoivjy входу переключателя 2р первьй вход которого соединен с выходом третьего cyixiMaTopa 5, ВьЕход переключателя 2 связан с вычитающим входом первого су1икатора 3 и суммирующим входом второго сз г.мато- ра 4о Выходы первого 3 и второго 4 су: гг-1аторов соединены с соотзетствую- щими входами аналогового перемножителя 6, выход которого с зязак с входом интегратора, 8, Выход интегратора 8 соедикен с вторым входом комггаратор ра 10, с сигнальными входами первого 1 б и второго 17 блоков выборки-хранения э Bbp-ii-JTающим входом второго сумма-тора 4 и входом фазо1-1нвертора 7, вы- ход коэ орого подктяочен к суммирующему входу первого суг-и-штора 3 Первьш вход ког паратора 10 подключен к первом-/ выходу источника 9 напряженж5 второй выход которого соединен с первым зажимом к -щ -1катора Its второй зажим которого связан с ВЬЕОДОМ j) а тор а 10, Выход генератора 12 им- пульсов соединен со счетньм входом счетчика 13, информационные вьгкоды ч которого соединены с входами первого 14 и второго 15 даШифраторов5 а выход

пределов по усилению подключена к входу управления усилителя 1.

Преобразователь действующего з чения напряжения работает следующи образом.

Пусть входное напряжение U(t) сывается выражением; п

U{t) и„ + HUj sinCco; t + Cf

--

где U - постоянная составлянлдая н ряжения, и,, «;,

С|: - амплитуда, частота и фаза

соответственно i-й компон ты электронного состава . U(t). Действукщее значение напряжения

(1)

35

UA

и.

и .

агде . действующее значение нап жения U, sin(Q;t + Cf; ) .

При умножении вьфажения (1) на имеемf,

U,(t) KU(t) KUo +.К 21 X X sin(oD;t + ),

где К - коэ44|ициент усиления усрши теля 1,

Действ тощее значение напряжения U,(t)

и

А(

1

кг , и| К2 2: иг ; К

и -f

.±U|;

KU,

Просз мируем напряжения U(t) и

и, (t)

счетчика 13 подключен к входу управт ления переключателя 2, Выход первого дешифратора 14 соединен с входам уп- ракпения первого блока 16 выборки- хранения, а выход второго дешифратора 15 - с входом управления второго блока 17 выборки-хранения. Выходы первого 16 и второго 17 блоков выборки-хранения связаны соответственно с инвертирующим и неинвертиругощим входами дифференциального усилителя 18э выход которого является выходом преобразователя действукицего значения

напряжения.,Кпемма Переключатель

пределов по усилению подключена к входу управления усилителя 1.

Преобразователь действующего значения напряжения работает следующим образом.

Пусть входное напряжение U(t) описывается выражением; п

U{t) и„ + HUj sinCco; t + Cf;),

--(1)

где U - постоянная составлянлдая напряжения, и,, «;,

С|: - амплитуда, частота и фаза

соответственно i-й компоненты электронного состава . U(t). Действукщее значение напряжения

(1)

5

UA

и.

и .

а(2)

где . действующее значение напряжения U, sin(Q;t + Cf; ) .

При умножении вьфажения (1) на К имеемf,

U,(t) KU(t) KUo +.К 21 X X sin(oD;t + ),(3)

где К - коэ44|ициент усиления усрши- теля 1,

Действ тощее значение напряжения U,(t)

и

А(

1

кг , и| К2 2: иг ; К

и -f

.±U|;

KU,

(4)

Просз мируем напряжения U(t) и

и, (t)

Изобретение относится к области цифровой измерительной техники. Цель изобретения - повышение точности преобразования напряжений низкого уровня в расширенном диапазоне частот - достигается за счет введения усилителя 1, сумматора 5, переключателя 2, источника 9 напряжений, компаратора 10, генератора 12 импульсов, счетчика 13, дешифраторов 14 и 15, блоков 16 и 17 выборки-хранения и дифференциального усилителя 18, которые обеспечивают работу перемножителя 6 с входными сигналами большой амплитуды и инвариантность результата пре- образов ния от коэффициента усиления усилите.т1Я 1. Кроме того, преобразователь содержит сумматоры 3 и 4, фазо- инвертор 7, интегратор 8 и индикатор 11. 1 ил. € (Л 4 &9 00 сх Л/х

U,(t) U(t) -i- U,(t) - Ид + Z.U: Sin(Q; t+ 4)

i.is-+ кГи + y U;.sin(Qit -;-(J;) -(1 -f- K) U, i: U, sin(c.vt cf ; Я

L ° frt-i(-J

(5)

Действующее значение напряжения ) по аналогии с вьфажением (4)

UA, (1 + к)д|и„ (1 + к) и.

Вычитая из

п

т. щ-

fr, J

(6)

уравнение

(6) (4), имеем

и

AI

- и

А

(1 - К).ид - кид ид.

(7)

Операция (7) положена в основу работы предложенного устройства, поскольку результат (7) определения Од не зависит от значения коэффициента К усиления усилителя 1, а значения Од, и Цд, выбирая К, могут быть довольно большими (1 в).

Источник входного напряжения U(t) подключается к входу усилителя 1 и первому входу третьего сумматора 5. На выходе усилителя 1 получается напряжение (3), а на выходе третьего сумматора 5 - напряжение (5)

В исходном состоянии счетчик 13 сброшен в нуль. При этом выходным сигналом счетчика 13 переключатель 2 переводится в нижнее положение II. На вычитающий вход первого сумматора 3 и суммирующий вход второго сумматора 4 поступает напряжение (3). На выходе интегратора 8 в установившемся режиме получается постоянное напряжение, значение которого равно

Ид, (4). Напряжение Цд, поступает на второй вход компаратора 10, на первый вход которого.с выхода источника 9 опорных напряжений поступает напряжение . Если-Uon Ufti то срабатывает компаратор 10 и на инди

каторе 11 (светодиод) появляется сиг

и

ых

UA - ид,

(1 - к)ид, - к.ид ид.

равное действующему значению входного напряжения U(t).

С приходом четвертого импульса с выхода генератора 12 импульсов на вход счетчика 13 последний переходит в нулевое исходное состояние 00. При этом переключатель 2 переходит в нижнее положение II. Дальте работа предложенного устройства происходит аналогично описанному.

Поскольку погрешность перемножени аналогового перемножитёля 6 значи тельно возрастает при работе с сигналами низкого уровняJ то путем введения усилителя 1 обеспечивается работа аналогового перемножителя 6 с

нал,свидетельствующий о недостаточно большом значении коэффициента К усиления усилителя 1. В этом случае оператор увеличивает коэффициент усиления усилителя 1 до выполнения условия и.

и.

on At пр котором устраняется сигнал (свечение светодиода) на индикаторном устройстве.

С приходом первого импульса с вы- хода генератора 12 импульсов счетчик 13 переходит в состояние 10 (счетчик 13 состоит из двух последовательно включенных триггеров). При этом срабатывает дешифратор 14 и своим выходным импульсом записывает напряжение и( (4) в первьш блок 16 выборки- хранения. Второй импульс с выхода генератора 12 импульсов переводит счет- чик 13 в состояние 01. На выходе счетчика 13 возникает единичный сигнал (единичный выход второго триггера) , который переводит переключатель

2 в верхнее положение I. С выхода третьего сумматора 5 через переключатель 2 на вычитающий вход первого сумматора 3 и суммирующий вход второго сумматора 4 поступает напряжение

U2(t) (5). На выходе интегратора 8 имеем действующее значение U д (6) напряжения U(t). Третий импульс с выхода генератора 12 импульсов переводит счетчик 13 в состояние 11.

При этом срабатывает второй дешифратор 15, выходной сигнал которого записывает во второй блок 17 выборки- хранения напряжение U д/j (6). На выходе дифференциального усилителя 18

(8)

45

50

55

входными сигналами амплитудой больше Чд и тем самым точность перемножения сигналов в аналоговом перемножителе 6 возрастает.,результат преобразования действуюп его значения напряжения не зависит от значения коэф-. фициента К усиления усилителя 1, что позволяет изменять его значения произвольно, т.е. отпадает необходимость введения декадных переключателей с точным значением коэффициента К передачи усилителя 1. Формула изобретения Преобразователь действующего значения напряжения, содержащий два сумматора, аналоговый перемножитель.

интегратор, фазоинвертор, выход которого соединен с суммирунщим входом первого сумматора, вьгчитающий вход которого подключен к суммирующему входу второго.сумматорау вычитающим входом связанного с входом фазоинвер- тора и выходом интегратора, вход которого соединен с выходом аналогового перемножителя, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго сумматоров, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности преобразования напряжений низкого уровня и в расширенном диапазоне частот, в него дополнительно введены усилитель, третий сумматор, переключатель, источник напряжений, компаратор, генератор импульсов, счетчик, два дешифратора, два блока выборки- хранения и дифференциальный усилитель, при этом вход преобразователя действующего значения напряжения соединен с первым входом третьего сумматора и со входом усилителя, выход которого подключен к второму входу третьего сумматора и к второму входу

переключателя, первый вход которого связан с выходом третьего сумматора, а выход - с вычитающим входом первого сумматора, выход интегратора подключен к второму входу компаратора, первый вход которого соединен с первым выходом источника напряжений, вторым выходом подключенного к

первому зажиму индикатора, второй зажим которого соединен с выходом компаратора, причем выход генератора импульсов подключен к счетному входу счетчика, выход которого соединен с

входом управления переключателя, а информационные выходы счетчика связаны с информаиионными входами первого и второго дешифраторов, выходы которых подключены соответственно,

к входам управления первого и второго блоков выборки-хранения, сигнальные входы которых присоединены к выходу интегратора, а выходы - к инвертирующему и неинвертирующему входам дифференциального усипителя соответственно, выход которого является выходом преобразователя действуклцего значения напряжения.