Измерительный преобразователь напряжения постоянного тока Советский патент 1979 года по МПК G01R19/22 

1

Изобретение относится к области электрических измерений и автоматики и может быть использовано для непрерывного контроля и измерения напряжения постоянного тока.

Известны устройства с гальваническим разделением входных и выходных цепей для контроля н измерения напряжения постоянного тока, использующие принцип двойного преобразования сигнала (МДМсхема) с различными способами охвата измерительного тракта цепью отрицательной обратной связи (ООС). Такие преобразователи содержат прерыватель, усилитель переменного тока, элементы гальванического разделения, демодулятор, усилитель постоянного тока, генератор. Цепью ООС охвачен весь измерительный тракт устройства, при этом гальваническое разделение осуществляется с помощью двух трансформаторов, входящих как в состав измерительного тракта, так и в цепь ООС 1.

Известные устройства нмеют значительные погрешности преобразования.

Наиболее близким по технической сущности является измерительный преобразователь, напряжения постоянного тока, содержащий последовательно соединенные усилитель и щиротно-импульсный модулятор, выход которого подключен к первичной обмотке трансформатора, к вторичной обмотке которого подсоединен последовательно через резистор диодный ограничитель, подключенный к выходной диагонали выпрямительного диодного моста, связанного с фильтром низких частот. Известный преобразователь имеет низкую точность преобразования напряжения постоянного тока.

Целью изобретения является повышение точности преобразования измерительного преобразователя напряжения постоянного тока с гальваническим разделением входной и выходной цепей.

Для достижения этой цели в измерительном преобразователе напряжения постоянного тока, содержащем последовательно соединенные усилитель и щиротноимпульсный модулятор, выход которого подключен к первичной обмотке трансформатора, к вторичной обмотке которого нодсоединен последовательно через резистор диодный ограничитель, подключенный к выходной диагонали выпрямительного диодного моста, связанного с фильтром низких частот, источник опорного напряжения, один выход которого соединен с опорным входом щиротно-импульсного модулятора, а другой - с общей точкой первичной обмотки трансформатора, к дополнительной вторичной обмотке трансформатора подключен последовательно через резистор дополнительный диодный ограничитель, подключенный к выходной диагонали введенного в преобразователь выпрямительного диодного моста, связанного с фильтром низких частот, иричем выход последнего через введенный делитель напряжения соединен с входом усилителя.

На чертеже схема измерительного преобразователя.

Измерительный преобразователь содержит входной усилитель 1, подключенный к широтно-имнульсному модулятору 2, выход которого соединен с первичной обмоткой 3 трансформатора 4, источник 5 опорного напряжения. Дополнительная вторичная обмотка трансформатора 4 соединена со входом двустороннего симметричного ограничителя 6 амплитуды через резистор 7, ограничитель 6, например, выполнен на основе диодного моста 8 и стабилитрона 9. К выходу ограничителя 6 подключен фильтр 10 низких частот, состоящий из резистора 11 и конденсатора 12.

Входной усилитель 1, широтно-импульсный модулятор 2 с источником 5 опорного напряжения, первичная обмотка 3, вторичная обмотка трансформатора 4, двусторонний симметричный ограничитель 6 амплитуды, состоящий из резистора 7, диодного моста 8, стабилитрона 9, и фильтр 10 образуют измерительный тракт устройства.

Дополнительная вторичная обмотка трансформатора 4 соединена со входом второго двусторонного ограничителя 13 амплитуды через резистор 14, ограничитель 13, например, выполнен на основе диодного моста 15 и стабилитрона 16. К выходу ограничителя 13 подключен фильтр 17 низких частот, состоящий из резистора 18 и конденсатора 19, выход которого соединен со входом делителя 20 напряжения, а выход носледнего подключен к входу усилителя 1. Вторичная обмотка трансформатора 4, двусторонний симметричный ограничитель 13 амплитуды, фильтр 17 и делитель 20 образуют цепь обратной связи устройства.

Преобразователь работает следующим образом.

Измеряемое напряжение t/Ex подается на входной усилитель 1 с коэффициентом усиления К. Усиленный с погрешностью бвх сигнал К UBS. поступает на щнротно-импульсный модулятор 2, нредставляющий собой управляемый генератор импульсов, изменяющих относительную длительность (скважность) под действием управляющего напряжения К t/вх нри сохранении длительности периода.

Работа управляемого генератора в режиме модуляции скважности последовательности импульсов обеспечивается тем, что

его питание осуществляется от источника 5 опорного напряжения.

Иреобразование управляющего напряжения К f/Bx в относительную длительность импульсов происходит с погрещностью бш-п. м. с выхода щиротно-имнульсного модулятора 2 сигнал поступает на первичную обмотку 3 трансформатора 4, который осуществляет гальваническое разделение цепей входа и выхода. Первичная цепь 3 трансформатора 4 вносит погрешность

Отр. перв. обм.

С ОСНОВНОЙ вторичной обмотки трансформатора 4, вносящей погрешность бтр. вт. обм,

щиротно-модулированная последовательность импульсов поступает на двусторонний симметричный ограничитель 6 амплитуды, представляющий собой диодный мост 8, в одну из диагоналей которого включен

стабилитрон 9, задающий уровень ограничения. Резистор 7 задает рабочий ток стабилитрона 9.

Двусторонний симметричный ограничитель 6 амплитуды формирует прямоугольное напряжение с малой погрешностью богр. изм. воспроизведения скважности импульсов широтно-импульсного модулятора, что позволяет снизить требования к управляемому генератору и трансформатору и

упростить их схемы.

Введение двустороннего симметричного ограничения амплитуды позволяет непосредственно выделить постоянную составляющую из последовательности щиротномодулированных импульсов с использованием фильтра 10 низких частот, вносящего погрешность бф. и;)м, т. е. получить выходное напряжение (7вых. постоянного тока. Широтно-модулированная последовательность импульсов, снимаемая с дополнительной вторичной обмотки трансформатора 4с погрещностью бтр.доп.вт.обм. поступает на двусторонний симметричный ограничитель 13, формирующий прямоугольное напряжение с малой погрешностью бо. с. воспроизведения скважности импульсов широтноимпульсного модулятора.

Фильтр 17 низких частот выделяет постоянную составляющую из последовательно щиротно-модулированных импульсов с погрешностью бф, которая поступает на делитель 20, последним устанавливается требуемая глубина обратной связи с погрещностью бо. с.

Сигнал обратной связи с результирующей погрешностью, вносимой каждым из элементов цепи отрицательной обратной связи (ООС), снимается с делителя 20 и подается на вход усилителя 1.

Таким образом, входной усилитель 1, широтно-импульсный модулятор 2, источник 5 опорного напряжения, первичная цепь 3 трансформатора 4 оказываются охваченными ООС.

Результирующая погрешность, определяемая бвх. ус - погрешностью входного усилителя, бш-и. м - погрешностью шпротноимпульсного модулятора, бтр. перв. обм - погрешностью трансформатора гальванического разделения по первичной цепи за счет введения цепи ООС уменьшается в коэффициент усиления раз.

Другой составляюшей погрешности на выходе преобразователя при достаточной глубокой ООС является результирующая погрешность, определяемая элементами цепи ООС и имеюшая отрицательный знак.

Так как в устройстве элементы измерительного тракта не охваченные цепью ООС: основная вторичная обмотка трансформатора 4, двусторонний симметричный ограничитель амплитуды 6 и фильтр 10 низких частот выполнены идентично соответствуюшим элементам цепи, то погрешности, вносимые этими элементами, одинаковы по величине и противопоставлены по знаку, в результате этого результирующая погрешность цепи ООС компенсируется на выходе преобразователя результирующей погрешностью элементов измерительного тракта, не охваченных цепью ООС. Погрешностью же делителя 20 напряжения можно пренебречь ввиду ее малой величины.

Таким образом, точность преобразования измерительного преобразования повышается в коэффициент усиления раз.

Формула изобретения

Измерительный преобразователь напряжения постоянного тока, содержащий последовательно соединенные усилитель и широтно-импульсный модулятор, выход которого подключен к первичной обмотке трансформатора, к вторичной обмотке которого подсоединен последовательно через резистор диодный ограничитель, подключенный к выходной диагонали выпрямительного диодного моста, связанного с фильтром низких частот, источник опорного

напряжения, один выход которого соединен с опорным выходом широтно-импульсного модулятора, другой - с общей точкой первичной обмотки трансформатора, отличающийся тем, что, с целью повышения

точности преобразования, к дополнительной вторичной обмотке трансформатора подключен последовательно через резистор дополнительный диодный ограничитель, подключенный к выходной диагонали введенного в преобразователь выпрямительного диодного моста, связанного с фильтром низких частот, причем выход последнего через введенный делитель напряжения соединен с выходом усилттеля.

Источники информации,

принятые во внимание при экснертизе

1.Патент США № 3483476, кл. 330-10, 1967.

2.Измерительный преобразователь постоянного тока Е-827, разработанный Витебским заводом электроизмерительных приборов.

Г -45 fi- ---

Г 1 :

w w: :--- - i: -.. x2iL...,T:r-i