Преобразователь среднеквадратических значений напряжения Советский патент 1991 года по МПК G01R19/02 

О 00 00

vj

N

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частное™ к преобразователям соеднеквадратических значений напряжения, и может быть использовано при построении информационно измерительных систем,

Целью изобретения является повышение точности преобразования.

На чертеже приведена структурная схема преобразователя среднеквадратических значений напряжения.

Преобразовагель среднеквадратических значений напряжения содержит операционный усилитель 1, блок 2 выборки-хранения, конденсатор 3, блок 4 управления импульсои, делительный блок 5, переключатели 6 и 7, квадратор 8, переключатель 9 и блок 10 извлечения квадратного корня. Блок А управления содержит усилитель- ограничитель 1 , триггер 12 и ждущий мультивибратор 13, делитель 14 частоты, счетчик 15 импульсов и регистр 16, а также генератор 17 опорной частоты, подключенный к счетчику 15 импульсов. Вход блока 10 извлечения квадратного корня соединен с выходом блока 2 выборки-хранения, неинвертирующий вход операционного усилителя 1 соединен с общей шиной, вход блока 2 выборки-хранения соединен с выходом one рационного усилителя 1, вход блока 4 управления соединен с входом устройства, вход переключателя 6 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 1, а выходы соединены с обкладками конденсатора 3, выходы переключателя 7 соединены с обкладками конденсатора 3, а вход - с выходом операционного усилителя 1, выход квадратора 8 соединен с входом делительного блока 5, а вход соединен с выходом переключателя 9, входы которого соединены соответственно с и ходом и выходом устройства, первый выход блока 4 управления соединен с входом делительного блока 5, выход блока 2 выборки-хранения является выходом устройства выход делительного блока соединен с иьиертмрующим входом операционного усилителя 1, второй выход блока 4 управления соединен с входами управления переключателей 6, 7, 9, а первый выход соединен с входом управления блока 2 выборки-хранения.

Вход усилителя-ограничителя 11 является входом блока 4 управления, а выход соединен с входом триггера 12, выход которого является третьим выходом блока 4 управления и соединен с входом ждущего мультивибратора 13, выход которого является третьим выходом блока 4 управления, выход делителя К частоты которого соединен с первым входом регистра 16 и периым

входом счетчика 15, второй вход которого соединен с выходом генератора 1 7, а вы ход - с вторым входом регистра 15, выход которого является первым выходом блоха 4

управления.

Преобразователь работает следующим образом.

Входной сигнал Ux,пройдя через усилитель-ограничитель 11, поступает на счетный

вход триггера 12, на выходе которого формируется меандр, частота которого в два раза ниже частоты входного переменного напряжения Ux. Сигнал с выхода триггера 12 управляет переключателями 6, 7 и 9, в

результате чего во время одного из двух смежных периодов входное напряжение поступает на вход квадратора 8 и конденсатор 3 подключается первой обкладкой к инвертирующему входу операцибнного усилителя

1, а второй обкладкой - к выходу операционного усилителя. Во время следующего периода напряжения Ux к входу квадратора 8 оказывается подключенным выходное напряжение устройства, а конденсатор 3 подключенным к операционному усилителю 1 в обратной полярности, т.е. первой обкладкой - к выходу, а второй обкладкой - к инвертирующему входу. Операционный усилитель в совокупности с конденсатором 3 образует интегратор. Блок 2 выборки- хранения в момент прихода на его вход управления короткого импульса, сформиро- вань го ждущим мультивибратором 13 (один раз в два периода напряжения Ux),

осуществляет выборку и последующее запоминание напряжения на выходе операционного усилителя 1. 5лок 10 извлечения квадратного корня преобразует напряжение так, что его значение становится пропорциональным корню квадратному из значения напряжения, поступившего с выхода блока 2 выборки-хранения. Функцию делительного блока 5 может выполнять преобразователь кода в сопротивление, подключенный к входу интегратора. Делитель 14 частоты задает период сброса счетчика 15с предварительной переписью его кода в регистр 16, в результате чего код, поступающий с регистра 16 на делительный блок 5,

определяется выражением

N 2ki4Txfo,

где ki4 - коэффициент деления частоты де- лителя 14 частоты;

Тх - период входного напряжения;

fo - частота генератора 17,

Таким образом код, поступающий на делительный блок 5, прямо пропорционален длительности периода Тх, а сопротивление, включенное между выходом квадратора 8 и входом операционного усилителя 1, равно

R ksNx 2kski4f0Tx.

где ks - коэффициент передачи делительного блока 5.

Квадратор 8 осуществляет возведение в квадрат напряжения, подключенного к его входу.

Предположим, перед началом первого из рассматриваемых периодов входного напряжения Ux выходное напряжение устройства было равно Do. Тогда после окончания первых двух периодов напряжения Ux выходное напряжение станет равным

-((-ПП&тйГ ()-f-Wfe)

- + uio

где С - емкость конденсатора 3;

1 Тх Ux -у- / Us (t) dt - квадрат сред х о

него значения входного напряжения Ux, усредненного за период Тх;

0 1

2 ks ki4 to С

ks, kto- коэффициенты передачи блоков 8 и 10 соответственно.

После окончания вторых двух периодов- напряжения Ux выходное напряжение станет равным

У5татпг +0 -м 0

После окончания n-х двух периодов

kskfoUS A j-1 2 Qn Un Vo ь,-ь,„ f г Ј u uou ,

2 kski4foC j

где j - порядковый номер пары рассматриваемых периодов напряжения Ux; j 1, п.

Первый член под корнем в последнем выражении представляет собой сумму п членов геометрической прогрессии со знаменателем прогрессииО, сходящейся при выполнении условия IQI 1. Второй член - U02Qn убывает по абсолютной величине при выполнении этого же условия при п . Воспользовавшись формулой для определения суммы бесконечного числа членов геометрической прогрессии, запишем выражение для определения выходного напряжения устройства в установившемся режиме, т.е. уравнение преобразования устройства

Uoo -tetfoGS

1

2 ks ku f0 С 1 - Q

fuT

0

5

0

5

0

5

5

Это выражение соответствует определению среднеквадратического значения напряжения переменного тока, т.е. выходное постоянное напряжение устройства Uco в установившемся режиме прямо пропорционально среднеквадратическому значению входного переменного напряжения Ux.

Формула изобретения

1. Преобразователь среднеквадратиче- ских значений напряжения, содержащий квадратор, делительный блок, блок выборки-хранения, блок извлечения квадратного корня, вход которого соединен с выходом блока выборки-хранения, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него дополнительно введены операционный усилитель, конденса,. тор, первый, второй, третий переключатели, блок управления, причем неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с общей шиной устройства, вход блока выборки-хранения соединен с выходом опе(. рационного усилителя, первый вход блока управления соединен с входом устройства, вход первого переключателя соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, а выходы соединены с обкладками конденсатора, выходы второго переключателя соединены с обкладками конденсатора, а вход - с выходом.операционного усилителя, выход квадратора соединен с входом делительного блока, а вход соединен с выходом третьего переключателя, входы которого соединены соответственно с входом и выходом устройства, первый выход блока управления соединен с входом делительного блока, выход блока извлече- tмя квадратного корня является выходом устройства, выход делительного блока соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, третий выход блока управления соединен с входами управления переключателей, а первый выход блока управления соединен с входом управления блока выборки-хранения.

2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а га- щи и с я тем, что, блок управления содержит усилитель-ограничитель, триггер, ждущий

710881748

мультивибратор, регистр, счетчик, делительлителя частоты соединен с выходом ждуще- частоты, генератор опорной частоты, выходго мультивибратора, который является вто- которого соединен с первым входомсчетчи-рым выходом блока управления, вход ка, второй вход которого соединен с выхо -ждущего мультивибратора соединен с выходом делителя частоты и первым входом 5дом триггера и является третьим выходом регистра, второй вход которого соединён сблока управления, вход триггера соединен с выходом счетчика, выход регистра является «выходом усилителя-ограничителя, вход ко- первым В,ь$одом блока управления, входде-торого является входом блока управления.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано при построении информационно-измерительных систем. . Цель изобретения - повышение точности преобразования - достигается применением переключателей 6, 7, квадратора 8, переключателя 9, блока 4 управления, блока 10 извлечения квадратного корня. Устройство содержит также операционный усилитель 1, блок 2 выборки-хранения, конденсатор 3, делительный блок 5. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.