Измерительный линейный преобразователь среднеквадратического значения напряжения Советский патент 1992 года по МПК G01R19/02 

щим выходом генератора треугольного напряжения.

Данный измерительный преобразователь среднеквадратического значения имеет низкую точность из-за того, что его квадратор обладает низкой чувствительностью. Действительно, в соответствии с работой квадраторов, постоянная составляющая квадратора преобразовате

U

ЭАМР

кв

SNFC . U ц. 4-А,- (1

Т

м

где

ЭАМР SNPC А,

.иЈ

4AN

м 4 ;

1 м , b С1Ю Ь

Ux - среднеквадратическое значение входного напряжения;

AM - амплитуда треугольного напряжения.

На выходе суммирующе-фильтрующего блока постоянное напряжение

U 2

U вых 4 А м

где Кф - коэффициент передачи суммирующе-фильтрующего блока.

С учетом напряжения дрейфа нулевого уровня суммирующе-фильтрующего блока UAP

U вых

Ui

4- U др ) К ф .

(3)

4 А м v др Амплитуда треугольного напряжения AM пропорциональна выходному напряжению преобразователя

Увых ,(4)

где Ки - коэффициент пропорциональности. Подставляя (4) в (3) получают

U выл Отсюда

U выл - и

--(и,

и,

Чк„-4

). (S) 40

ДЈ

В выражении U вых 4 К и

(6)

л Уор-и воуЬК

1JTZ.

«1 45

составляющая

или с учетом выражений (1) и (4),

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Уп

U

ДЕ

U вых

(9)

U 1/2 К и

Погрешность от влияния дрейфа нулевого уровня суммирующе-фильтрующего блока в прототипе определяется составляющей у п .

Цель изобретения - повышение точности преобразования за счет уменьшения влияния погрешности от напряжения дрейфа нулевого уровня суммирующе-фильтрующего блока, а также упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе среднеквадратического значения напряжения, содержащем сумми- рующе-фильтрующий блок, выход которого соединен с выходной шиной преобразователя и входом генератора треугольного напряжения, выход которого подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с входной шиной преобразователя, выход компаратора подключен к управляющему входу первого ключа, выход которого соединен с первым входом суммирующе-фильтрующего блока, другой вход которого подключен к выходу второго ключа, входы первого и второго ключей соединены с вторым входом компаратора, а управляющий вход второго ключа подключен к выходу компаратора.

На фиг.1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг,2 - временные диаграммы напряжений, поясняющие его работу; на фиг.З - пример реализации генератора треугольного напряжения.

Линейный преобразователь среднеквадратического значения напряжения содержит суммирующе-фильтрующий блок 1, выход которого соединен с выходной шиной преобразователя и входом генератора 9 треугольного напряжения, выход которого подключен к первому входу компаратора 3, второй вход которого соединен с входной шиной преобразователя, выход компаратора 3 подключен к управляющему входу первого ключа 4, выход которого соединен с первым входом суммирующе-фильтрующего блока 1, другой вход которого подключен к выходу второго ключа 5. Входная шина преобразователя соединена с входами первого 4 и второго 5 ключей, а управляющий вход второго ключа 5 подключен к выходу компаратора 3.

Генератор 2 треугольного напряжения содержит генератор прямоугольных импульсов типа меандра 6, выход которого соединен с управляющим входом ключа 7, выход которого подключен к входу интегратора 8. Первый вход ключа 7, второй вход которого соединен с общей точкой, является

входом генератора 2 треугольного напряжения, а выход интегратора 8 - его выходом.

Измерительный линейный преобразователь среднеквадратического значения напряжения работает следующим образом.

Треугольное напряжение UT(t) с выхода генератора 2 треугольного напряжения сравнивается с входным напряжением Ux в компараторе 3 (фиг.2а). В результате сравнения компаратор 3 выдает управляющий сигнал на управляющие входы ключей 4 и 5. Один из ключей, например ключ 4, нормально замкнут, а другой (ключ 5) - нормально разомкнут. В результате сравнения, если мгновенные значения входного нал ряже- ния меньше, чем мгновенные значения треугольного напряжения (фиг.2а), ключ 4 нормально разомкнут, а ключ 5 нормально замнут. Если мгновенные значения входного напряжения больше, чем мгновенные значения треугольного напряжения (фиг.2а), то под действием управляющего сигнала с- выхода компаратора 3, ключ 4 замыкается, а ключ 5 размыкается. На первый входсуммирующе-фильтрующего блока 1 поступает входное напряжение Ux в течение интервала времени t2 (фиг.2в), а на второйвход(инвертирующий) суммирующе-фильтрующего блока 1 - в течение интервала времени ti (фиг.2б).

Допуская, что входное напряжение является постоянным, покажем, что преобразователь осуществляет линейное преобразование среднеквадратического значения входного напряжения.

На фиг.2а показано треугольное напряжение Ur(t) с периодом Т и амплитудным значением Ам, а также преобразуемое входное напряжение Ux. Площади импульсов (фиг.2б, в), поступающих на прямой и инвер- тирующий входы суммирующе-фильтрующего блока 1 соответственно равны

Ux;

.(10)

Значение ti можно найти из подобия треугольников ABC и MBN: 7 -|Јили

t1 AM-Ux ъ% AM

Отсюда ti j-AMAMUx . - (11)

Аналогично, из подобия треугольников NDE и CDO

,. Т А м 4- U х,10.

t2 2 AM (12)

Подставив выражения (11) и (12) в (10), получают

с 1 (AM-Ux)-Ux .

Ь t1 2 Ам

Т .(AM+Ux)-U

О IV гл IV I - X /

S 2 2АЙГ (13)

Средние значения заштрихованных импульсов (фиг.2б, в) за период треугольного напряжения характеризуют напряжения на входах суммирующе-фильтрующего блока 1

Ц.ф--9н

(-К)

UKB Ui-U2 UxVAM . Напряжение на выходе суммирующе- фильтрующего блока 1

к

ф

(IS)

где Кф - коэффициент передачи суммирующе-фильтрующего блока 1.

Генератор 2 треугольного напряжения работает следующим образом.

Генератор прямоугольных импульсов типа меандра 6 формирует последовательность импульсов с частотой

где Т - период треугольного напряжения, управляющих ключом 7. В течение первого полупериода Т/2 на вход интегратора 8 подается выходное напряжение преобразователя, а на время второго полупериода вход интегратора 8 заземляется. Амплитуда треугольного напряжения Ам, формируемого на выходе интегратора 8, пропорциональна выходному напряжению преобразователя

Ам К„иВых,(16)

где Ки - коэффициент преобразования генератора 2 треугольного напряжения.

Подставляют (16) в выражение (15):

U вых -

Ui

Ки -U

к

Отсюда

U ВЫХ

вых

ф

УКи

Кф

(17)

где К

/s.

I Ки

коэффициент преобразова

ния преобразователя.

Таким образом, преобразователь осуществляет линейное преобразование.

Наибольшее влияние на точность преобразования оказывает напряжение дрейфаидрнулевогоуровнясуммирующе-фильтрующего блока 1, которое добавляется к входному напряжению суммирующе-фильтрующего блока 1

U вых - ( U др С учетом (16)

UJL

Ам

) КФ

и.

(18)

Отсюда

+ )-V(f9)

U

др

U

вых

Ки

UX

Подставляя Ам из (25), получают

«1

Поэтому, учитывая, что при малых X

где

«.„.- .(г/)

Ua Чип Х„ (JarUt t i-Л

у -ЈЈKtJZc - у I SI

2vS гоЦк, и,.„ 21/„„ .-Ј-J

Для прототипа выходное напряжение ивых определяется выражением (7).

Для сравнения необходимо, чтобы рассматриваемые преобразователи работали в одинаковых условиях, т.е. коэффициенты преобразования обоих преобразователей были равны и допустимые коэффициенты амплитуды Ка входных сигналов одинаковы.

Так как условием работоспособности для обоих преобразователей является AM$maxjUx(t)n

maxl Ux(t)l

й

ОД

то допустимый коэффициент амплитуды преобразователей равен v AM

К Адоп - у

(24)

Принимаем коэффициенты преобразования преобразователей равными, например, 1, т.е. UBbix Ux. Тогда с учетом выражения (16)

v А м К и U вых .,

Адоп у х - у х - и

Сравним составляющие упи у,

(25)

характеризующие погрешности от влияния дрейфанулевогоуровнясуммирующе-фильтрующего блока 1. Для этого подставим в (9) и (22) выражения (1) и (14) для UKB и икв соответствующих преобразователей:,. Jp . fV . --jfe. ЈЈ .

Г -ГЈГ 21/,. 2VЈ,,.

24Г„-(аь)2л„ №)

2U K

10

15

Из выражений (28) и (29) видно, что при одинаковых условиях работы данного преобразователя и прототипа, погрешность от влияния дрейфа нулевого уровня в рассмотренном преобразователе в 4 раза меньше, чем у прототипа

7 4

0)

20

25

30

35

40

Согласно изобретению можно применить генератор треугольного напряжения с более простой схемой, так как отсутствует необходимость в формировании синхронизирующего прямоугольного напряжения для управления вторым ключом. Формула изобретения Измерительный линейный преобразователь среднеквадратического значения напряжения, содержащий суммирующе-фильтрующий блок, выход которого соединен с выходной шиной преобразователя и входом генератора треугольного напряжения, выход которого подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с входной шиной преобразователя, выход компаратора подключен куп равляющему входу первого ключа, выход которого соединен с первым входом суммирующе-фильтрующего блока, другой вход которого подключен к выходу второго ключа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования и упрощения устройства, входы первого и второго ключей соединены с вторым входом компаратора, а управляющий вход второго ключа подключен к выходу компаратора

4v

Ч|

|

ч

i

к.

У

:

5

N tJ «о

«м

I

Фиг. 3