Преобразователь среднеквадратического значения напряжения Советский патент 1989 года по МПК G01R19/02 

3149

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения средне- квадратического значения переменно- го напряжения.

Цель изобретения - повьшение линейности преобразования путем изменения обратно пропорциональной функции преобразования на прямо пропор- циональнуго за счет введения дополнительного корректирующего канала преобразования,

На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого преобразователя; на фиг,2 - пример выполнения регулятора; на фиг,3 - делители напряжения, образованные фотоприемниками оптро- нов,,

.

Преобразователь содержит (фиг,1

регулятор 1, вход которого подключен к входу преобразователя, усилитель

2,вход которого подключен к выходу регулятора 1, термопреобразователь

3,подключенный своим входом к выходу усилителя 2, вычйтатель 4, к первому входу которого подсоединен выход термопреобразователя 3, источник 5 опорного напряжения, тер мопреобразователь 6, вход которого подключен к источнику 5 опорного напряжения, вычйтатель 7, к первому входу которого подключен выход термопреобразователя 6, а также eли- тель 8 напряжения, усилитель 9, термопреобразователь 10, соединенные последовательно, и усилитель- 11 не- |сомпенсации. Вход усилителя 11 некомпенсации подключен к выходу вы- читателя 7, а его вход соединен с управляющим входом регулятора 1 у тестовый вход которого подключен к источнику 5 опорного напряжения. Выход термопреобразователя 10 подклю- чен к второму.входу вычитателя 4, выход которого соединен с вторым входом вычитателя 7, вход делителя

8 напряжения подключен к выходу усилителя 2, а тестовый выход регулятора 1 соединен с выходом преобразователя. Регулятор 1 (фиг,2) может быть выполнен, например, на оптро- нак 12-15., светоизлучатели 16-19 которых по два включены в цепи кол- лекторов транзисторов 20 и 21 дифференциального усилителя, Оптроны имеют каждый по два фотоприемника например, фоторезистора: оптрон 12

фотоприемники 22-1 и 22-2, оптрон 13 - 23-1 и 23-2j оптрон 14 - 24-1 и 24-2,и оптрон 15 - 25-1 и 25-2, которые образуют два управляемых светоизлучателя 16-19 делителя напряжения (фиг,3). Вход делителя напряжения, образованного фотоприемниками 22-1, 23-1, 24-1 и 25-1 подключен к входу, а его выход - к вьгходу регулятора 1, В свою очередь вход делителя напряжения, образованного фотоприемниками 22-2, 23-2, 24-2 и 25-2, подключен к тестовому входу а его выход - к тестовому выходу регулятора 1, а вход дифференциального усилителя - к управляющему входу регулятора 1 :

Делитель 8 напряжения может быть выполнен в виде пассивного частотно- зависимого звена.

Преобразователь работает следующим образом.

Входное переменное напряжение поступает на вход регулятора 1, выходное напряжение Uj, которого равно

U4 lUx-kpCl +ff«t+-b| ). (О

где kp - коэфсЬициент передачи регулятора 1.;

погрешность коэффи1щента передачи регулятора 1, обусловленная изменением температуры и других факторов окружающей среды; 11J, - частотная погрешность коэффициента передачи регулятора 1,

На тестовый вход регулятора 1 пос тупает постоянное напряжение Uj от источника 3 опорного напряжения. При этом на тестовом выходе регулятора 1 напряжение 1 в„, равно

1

k p7T i )

Ue«x U«(2)

Частотная погрешность регулятора 1 в это выражение не входит, так как он тестируется постоянным напряжением ISf,.

Выходное напряжение U регулятора 1 поступает на вход усилители 2, выходное напряжение которого равно

и - U,-k(l -t-Jj) Uex-kp

ki(l )(НГв),ХЗ)

5 14992466

.)где kjj - коэффи1щент передачи уси-. Выходные напряжения Uj н терлителя 2;мопреобразователей 3 и 10 поступают

2 погрешность коэффициентана входы вычитателя 4, выходное наппередачи усилителя 2.ряжение U которого равно Это напряжение U(j поступает на .

вход термопреобразователя 3, постояв-U4 1 % - U,j, kpkgk (1 + У it ,ное выходное напряжение II, которого равно

r.f (1- l,f (1 rc)4Vkpi F 4

10 k.o(i ) ( + Ге) -О - а)

и k u,j л

u,.kp.k1.k(i +УН+

2

f)( У.) (1 ). W

k j, - коэффициент передачи термопреобразователя 3; погрешность коэффициента

передачи термопреобразователя 3.

С учетом того, что (1 у) ( 2 i + i 1 + 2 ч а также, 15 что kgi kg k-., ktno . так как неидентичность блоков 2,9, 20 и 3 вошла в погрешности , и j, напряжение Ид на выходе вычита теля 4 можно выразить как

Кроме того, выходное напряжение и усилителя 2 поступает на вход 20 делителя 8 напряжения. Выходное напря- UA U6 kpk -kTno(l + ff 2у) жение и которого равноMl + 2 ,U1 + у,) - k - 2

U4 1 % - U,j, kpkgk (1 + У it

r.f (1- l,f (1 rc)4Vkpi F 4

10 k.o(i ) ( + Ге) -О - а)

(1 + 9)(1 -TYO).

(8)

С учетом того, что (1 у) ( 2 i + i 1 + 2 ч а также, что kgi kg k-., ktno . так как неидентичность блоков 2,9, 20 и 3 вошла в погрешности , и j, напряжение Ид на выходе вычитателя 4 можно выразить как

UA U6 kpk -kTno(l + ff 2у) Ml + 2 ,U1 + у,) - k - 2

Изобретение относится к области измерительной технике. Цель изобретения - повышение линейности преобразования путем изменения обратно пропорциональной функции преобразования на прямо пропорциональную. Преобразователь содержит регулятор 1 переменного напряжения, усилители 2 и 9 переменного напряжения с закрытым входом, термопреобразователи 3,6 и 10, вычитатели 4 и 7, делитель 8 напряжения, усилитель 11 некомпенсации и источник 5 опорного напряжения с соответствующими связями. Принцип действия преобразователя основан на компенсации частотной погрешности основного усилителя 2 с помощью аналогичного дополнительного усилителя 9 путем установки при настройке преобразователя коэффициента передачи делителя 8 напряжения равным 1/√2K, где K - коэффициент усиления основного усилителя 2, численно равный коэффициенту усиления дополнительного усилителя 9. 3 ил.

и,

U2p(Ua)U,,|bkp(l 25

х(1 + 2у,)(1 + )(1 + 2а). (9)

ki(l -I- г)(1 + а), где Ь

(5)

- коэффициент передачи делителя 8 напряжения; а - коэффициент, характеризующий частоту среза делителя 8 напряжения. Выходное напряжение IJg делителя В напряжения поступает на вход уси30

Выполняя усилители 2 и 9 идентичными , т.е. 1 У ч также выполняя термопреобразователи 3 и 10 идентичными, т.е. у, j- получают, что

ид U|, + 2 4 лителя 9, на выходе которого напря-35 |b ( 4уу + жение и а равно,.п

2а)1.(10)

U4 « U,(l+ y9)Ue,/ikp-k2kg( +

. +,)(1+а)(1 )(1 ), . где kg

(6)

-коэффициент передачи усилителя 9;

-погрешность коэффициента передачи усилителя 9.

Напряжение Ug поступает на вход термопреобразователя 10, постоянное выходное напряжение U,(j которого равно

,0 (1 + У(о) uL-k pk| f,l ЦЦо 50 ( ) + )Ч1 + а)5л С

Щ UgxkVk y kTooil + 2.,+ 2j,t + + 2г + « тп- I - 2,f - 2уч- . Ui.k«pk,k5,kTnoI f - - I u ,..kTno(l + 2,t +Ут(,) (И)

Напряжение U поступает на один из входов вычитателя 7, на второй ;- вход которого поступает напряжение и# с выхода термопреобразователя 6, мопреобразователя 10;55 причем

погрешность коэффициента,t

передачи термопреобразо- б Uj,k(l + Ji) r jktnp (()

вателя 10.(12)

XI + J 9)(l )(7)

где k« - коэффициент передачи тер(5)

Выполняя усилители 2 и 9 идентичными , т.е. 1 У ч также выполняя термопреобразователи 3 и 10 идентичными, т.е. у, j- получают, что

ид U|, +

50

40Выполняя при настройке преобразователя условия k§.c, 1/2, т.е. п| 2/2 и . а, получают

Щ UgxkVk y kTooil + 2.,+ 2j,t + + 2г + « тп- I - 2,f - 2уч- . Ui.k«pk,k5,kTnoI f - - I u ,..kTno(l + 2,t +Ут(,) (И)

где kg r

1,1499246б

- коэффициент передачи тер ряжение предлагаемого преобразоватемопреобразователя 6; - погрешность коэффициента передачи термопреобразователя 6. Выходное напряжение U вычитателя 7 равно

ля прямо пропорционально среднеквад- ратическому значению входного переменного напряжения. Кроме того, оНо практически не зависит от погрешностей коэффициентов передачи регулятора, усилителей и термопреобразователей.

и U4 - Ufc.

(13)

Формула изобретения

Преобразователь среднеквадрати- ческого значения напряжения, содержаНапряжение И поступает на вход усилителя 11 некомпенсации, который изменяет коэффициент k передачи регулятора 1. Это изменение коэффициента передачи k( происходит до момента is W регулятор, вход которого под- авенства нулю напряжения UY, т.е. ключен к входу преобразователя, усилитель некомпенсации и источник опорного напряжения, выходы которых подключены соответственно к управляю- 20 щему и тестовому входам регулятора, : первый и второй усилит и, к выходам которых подключены соответственно пер

Ut U/I - и О или . (14) С учетом этого можно записать I U2,,kTno(l + + ta) «

Uekrnod +УТП)

первый и второй термопреобразователи, выходы которых соединены с входами

первый и второй термопреобразователи выходы которых соединены с входами

-Ua,kpkt,a(l + 2 «, ) б 3(тп|- i 25 первого вычитателя, и делитель нап ряжения, выход которого подключен Из уравнения 2 коэффициент k- передачи регулятора 1 равен

. .

вЫ1г С Y rt ) 30 тора соединен с выходом преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повьшения линейности преобразования, в него дополнитель(16)

к входу второго усилителя, вход первого усилителя соединен с выходок регулятора, а тестовый вЫход регуляПодставляя значение k в уравнение (15), получают выходное напряже-- ниё U(w)( преобразователя

но введены второй вычитатель и треUbv,. 2 у (T+b::H :5:24rj ii v

но введены второй вычитатель и трео VO /TIol..( 7):,t тий термопреобразователь,причем вход

е. P t 5ГтП vrri Trff/

о «т атп Oft лтгг . третьего термопреобразователя подклю Пренебрегая величиной вто- чен к источнику опорного напряжения, ; рого порядка малости, получают, что его выход соединен с первым входом второго вычитателя, второй вход которо- го подключен к выходу первого вычитателя, вхсдк усилителя некомпенсации присоединен к выходу второго вычитателя, а вход делителя напряжения подключен к выходу первого усилителя.

выходное напряжение преобразователя равно

и

Bkrv

,(18)

Выражение (18) показывает, что в отличие от известного выходное нап

ля прямо пропорционально среднеквад- ратическому значению входного переменного напряжения. Кроме того, оНо практически не зависит от погрешностей коэффициентов передачи регулятора, усилителей и термопреобразователей.

Формула изобретения

W регулятор, вход которого под- ключен к входу преобразователя, усилитель некомпенсации и источник опорного напряжения, выходы которых подключены соответственно к управляю- щему и тестовому входам регулятора, первый и второй усилит и, к выходам которых подключены соответственно пер

Преобразователь среднеквадрати- ческого значения напряжения, содержа W регулятор, вход которого под- ключен к входу преобразователя, усилитель некомпенсации и источник опорного напряжения, выходы которых подключены соответственно к управляю- щему и тестовому входам регулятора, первый и второй усилит и, к выходам которых подключены соответственно пер

первый и второй термопреобразователи, выходы которых соединены с входами

первого вычитателя, и делитель напряжения, выход которого подключен

тора соединен с выходом преобразовак входу второго усилителя, вход первого усилителя соединен с выходок регулятора, а тестовый вЫход регуляно введены второй вычитатель и тре12

к 5/10кд

Id

14

Фиг. 2