Устройство для измерения отношения двух напряжений Советский патент 1979 года по МПК G01R19/10 

(54).УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ ДВУХ НАПРЯЖЕНИЙ

изобретение касается электроизмеритёльнор техники. Известны устройства для измерения отношения двух напряжений, содержащие общий для сравниваемых напряжений усилительный канал с регутшруемым коэффициентом усиления, управление которьм осу1дествляется с помощью пет ли автоматической регулировки усиления, состоящей из последовательно соединенных регулируемого усилителя, выпрямителя, переключателя, элемента сравнения, усилителя постоянного напряжения, памяти и меры напряжения, подключенной к элементу сравнения 11 .Известные устройства характеризуются следующим общим признаком: регу лируемый усилитель расположен в цепи переменного напряжения, т.е. перед выпрямителем. При этом диапазон вход ных напряжений выпрямителя соответствует измеряемому отношению, что в случае больших отношений приводит к повышенной погрешности от нелинейнос ти характеристики преобразования выпрямителя. Наиболее совершенным является , устройство для измерения отношения двух переменных напряжений, содержащее последовательно соединенные реху лируемый усилитель переменного напряжения, выпрямитель, к.гтч и элемент сравнения, источник эталонного напряжения, к выходу которого подключены последовательно соединенные усилитель постоянного тока и элемент памяти, выходом соединенный с управляющим входом управляемого усилителя переменного напряжения 12). Цель изобретения -повышение точности измерения уменьшением погрешности- от нелинейности характеристики преобразования. Для этого в устройство для изме-рения отношения двух переменных напряжений , содержащеепоследовательно соединенные регулируемый усилитель переменного напряжения, выпрямитель, ключ и источник эталонного напряжения, элемент сравнения, к выходу которого подключены последовательно соединенные усилитель постоянного тока и элемент памяти, выходом соединенный с управляющим входом регулируемого усилителя переменного напряжения, введены два масштабных преобра,зователя, первый из которых подк.пючен к входу регулируемого усилителя переменного напряжения, а второй между одним из входов элемента сравнения и выходом источника эталонного напряжения, а также последовательно соединенные преобразователь напряжения в частоту, счетчик импул сов и блок управления,- причем вход преобразователя нап{зяжения в частот подключен к одному из выходов/ключа а i-ые выходы блока управления подключены к управляющим входам масшта ных преобразователей и к управляющему входу ключа. На чертеже представлена структурная схема устройства. Устрюйство для измерения отношения двух переменных напряжений, не совмещенных во времени, содержит масштабный преобразователь 1, конту автоматической регулировки усиления состоящий из последовательно соединенных регулируемого усилителя 2 пе ременного напряжения, выпрямителя 3 ключа 4, элемента сравнения 5 с под ключенными к нему последовательно соедин енными масштабным преобразова телем б и источником эталонного напряжения 7, усилитель постоянного напряжения 8 и элемент 9.памяти, а также последовательно соединенные преобразователь напряжения в частот 10, счетчик импульсов 11 и блок управления 12, причем вход преобразов теля напряжения в частоту 10 подклю чен ко второму выходу ключа 4, а вы ходы блока управления 12 подключены к ключу 4 и масштабным преобразовате лям 1 и 6. Устройство работает и несколько циклов, каждьй из которых состоит и двух тактов. Первый цикл, первый такт. Устанавливаются коэффициенты пере ,дачи масштабных преобразователей 1 и б в значение, равное 1 и на вход Устройства подается напряжение делителя. Это напряжение сравнивается с источником эталонного напряжения Выходной сигнал элемента сравнения 5 посредством усилителя постоянного напряжения 8 элемента памяти 9 изменяет коэффициент передачи регулируемого усилителя 2 до тех пор, пока напряжения на обоих входах схемы сравнения 5 не ста:нут равными. Значение коэффициента передачи управля мого усилителя 2. после уравновешивания устройства с помощью элемента памяти 9 поддерживается постоянным в течение всего цикла. Первый цикл, второй такт. На вход устройства поступает напряжение делимого и, пройдя последовательно через мёсштабный преобразователь 1, регулируемый усилитель 2 переменного тока, выпрямитель 3, ключ-4f преобразователь напряжения в частоту 10, записываетс;я в счетчик импульсов 11., Уравнения измерения в первом цик ле измерения в предположении большого петлевого усиления в цепи регулируемого усилителя 2 запишутся в виде: U KjUHilK2.. С) ых;.Ч(и,)к,..Н.-11, (2) где и - напряжение делителя; U2 - напряжение делимого; К. - коэффициент передачи выпрямителя ; К, - коэффициент передачи регулируемого усилителя; V - напряжение меры; JMJ2 погрешность от нелинейности характеристики выпрямителя при подаче на его вход напряжений делителя (U-f) и делимого (и) . Однако полученный результат не может быть принят за окончательный,поскольку погрешности J1 и J2. в общем случае не равны, причем разность между этямк погрешностями возрастает с увеличением динамического диапазона измеряемых отношений, что являетс я следствием, как отмечалось, нелинейнрсти характеристики преобразования . выпрямителя 3, в большом диапазоне входных напряжений. Поэтому, с целью уменьшения погрешности от нелинейности характеристик и выпрямителя,необходимо произвести второй цикл измерения т- цикл коррекции,в результате чего для измерения отношения двух напрялсений будет использоваться окрестность одной точки на характеристике преобразования выпрямителя 3 - точки, соответствующей напряжению делителя. б теории измерения такой метод носит название иттеративной мультипликативной коррекции погрешности. Второй цикл, первый такт. Блок управления 12 изменяет коэффициент передачи асштабного преобразователя б, делая его равным Vgyn. Поданное на вход устройство напряжение делителя сравнивается с новым значением источника эталонного напряжения 7 иустанавливается новое значение коэффициента передачи регулируемого усилителя 2 на время цикла.. Второй цикл, второй такт, Блоком управления изменяется коэффициент передачи масштабного преобра.зователя 1 в значение ( а вход устройства поступает напряжение делимого, которое пройдя через измерительный тракт, записывается в счетчик импульсов 11. Уравнения измерения во втором цикле измерения запишутся в виде: K,«.o,),, Bbix liK-rk ci j ij . С-) V- U+&i-&i j) , ( ) коэффициент передачи регулируемого усилителя во втором цикле; К, К - коэффициенты передачи масштабных преобразователей 1 и б соответстве но; &j - остаточная погрешность от нелинейности. Полученный результат свидетельствует о сходимости процесса к ч рекции погрешности, в результате чего сама погрешность значительно уменьшается Количество циклов коррекции определяется заданной точностью измерения Таким образом, устройство позволяет расширить динамический диапазон измеряемых отношений с сохранением рысоких метрологических характеристик результата измерения. Формула изобретения Устройство для измерения oTHobieния двух напряжений, содержащее последовательно соединенные регулируе мый усилитель переменного напряжени выпрямитель, ключ и источник эталон ного напряжения, элемент сравнения, к выходу которого подключены поспедо вательно соединенные усилитель постоянного тока и элемент памяти, выходом соединенный с управляющим входом регулируемого усилителя переменного . напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения,в него введены два масштабных преобразователя, первый из котбрых подключен к входу регулируемого усилителя переменного напряжения, а второй - между одним из входов элемента сравнения и выходом источника эталонного напряжения, а также последовательно соединенные преобразователь напряжения в частоту, счетчик импульсов и блок управления, причем вход преобразователя напряжения в частоту подключен к одному из выходов ключа, а i-ые выходы блока управления подключены к управляющим входам масштабных преобразователей и к управляющему входу ключа. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 117989, кл. G 01 R 19/10, 1967. 2.Авторское свидетельство СССР 389463, кл. G 01 R 19/10, 1973.