Индикатор равенства напряжений Советский патент 1980 года по МПК G01R19/10 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для индикации равенства пост янных напряжений. Известны устройства, которые могут выполнять функции индикации равенства напряжений, построенные на основе симметричного мультивибра тора, один выход которого соединен с интегрирующей цепью, а входные напряжения соединены с базами транзисторов мультивибраторов через резисторы 1 . Недостаток его -низкая чувствительность. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является индикатор равенства напряжений, содержащий два источника входных напр жений, усилители постоянного и пере менного напряжений, последовательно соединенные выпрямитель и ключ, пер ключатель, истоковый повторитель напряжения, диодно-емкостную цепь обратной связи, вых.одом подключенну к входу выпрямителя 2. Известный индикатор имеет ограни ченные функциональные возможности. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства. Для достижения этой цели в инДН1Гатор равенства напряжений, содержащий два источника входных напряжений, усилители постоянного и переменного напряжений, последовательно соединенные выпрямитель и к.люч, перек.лючатель, истоковый повторитель напряжений, диодно-емкостную цепь обратной связи, выходом подключенную к входу выпрямителя, дополнительно введен коммутатор, источник первого входного напряжения через нормально замкнутые контакты реле подключен к первому входу коммутатора, а через нормально разомкнутые контакты реле подключен к первому входу усилителя постоянного напряжения, выход которого подсоединен через нормально разомкнутые контакты реле к первому входу коммутатора и через нормально замкнутые контактные реле - к входу истокового повторителя напряжения, выход которого через нормально разомкнутые контакты реле соединен со вторым входом коммутатора, а через нормально замкнутые контакты реле - со вторым ис;точдцком входного напряжения, который соединен со вторым.входом усилителя постоянного напряжения, а через нор мально замкнутые контакты реле - с первым входом усилителя постоянного напряжения, обмотка реле соединена с выходом ключа, авыход выпрямител подключен к выходу усилителя переменного напряжения, вход которого соединен с выходом коммутатора, дополнительным вьоходом подключенного к входу диодно-емкостной цепи обрат ной связи. На фиг, 1 приведена схема индика тора равенства напряжений на фиг.2 его амплитудная характеристика. Индикатор равенства напряжений вктшчает в себя коммутатор 1, выход которого соединен со входом усилителя переменного напряжения 2, выход последнего соединен со входом выпря мителя 3. Выход выпрямителя 3 соединен со входом ключа 4, который управляет реле 5. Источник первого входного напряжения б:соединен через нормально-разомкнутые контакты реле 5 с первым входом дифференциального усилителя постоянного напряжения 7, а через.нормально замкнутые контакты реле 5 с первым входом коммутатора 1 Источник второго входного напряжения 8 соединен со вторым входом усилителя 7; через нормально замкнутые контакты реле 5 с первым входом усилителя 7; через нормально замкнутые контакты реле 5 со вторым входом коммутатора 1. Выход усилителя 7 соединен через нормально разомкнутые контакты реле 5 с первым входом коммутатора 1 и через нормально замкнутые контакты реле 5 с истоковым повторителем 9, выход которого через нормально разомкнутые контакты реле 5 соединен со вторым входом коммутатора 1. К затвору истокового повторителя 9 подключен запоминающий конденсатор 10, Выход усилителя переменного напря жения 2 через цепь пороговой положи тельной обратной связи 11 подключен к дополнительному входу коммутатора 1. Цепь пороговой положительной Обратной связи представляет собой ко денсатор 12, соединенный с двумя па раллельно и встречно включенными дио дами 13, 14, которые через конденса тор 15 соединены с истоком полевого транзистора 16 коммутатора 1, В точ ках соединения диодов 13, 14 с конд саторами 12, 15 включены .резисторы 17, 18, соединенные с корпусом. Устройство функционирует следующим образом. Возможны три случая функционирования;1. разность напряжений ли от источников 6,8 больше величины опреде ленного значения напряжений (см. Фиг.2): IU4.l Величины напряжений U,U2определяются коэффициентом передачи коммутатора, щумами. усилителя и коэффициентом усиления последнего. Источники входных напряжений 6, 8 подключены к входам коммутатора 1. Разность напряжений усиливается, выпрямляется, поступает на вход ключа 4 и запирается, реле 5 не включается. На выходе ключа выдается сигнал в виде высокогоуровня напряжения (см. фиг.2), что означает, что сравнительные напряжения не равны; 2 . .Разность напряжений ЛУ от источников 6, 8 меньше величины определенного значения напряжения (см. фиг.2) .| и,1. В этом случае сигнал на выходе выпрямителя 3 отсутствует, ключ 4 открывается, реле 5 включается. Источники 6,.В подключаются к дифференциальному усилителю 7. К входам коммутатора 1 подключс1ются выход дифференциального усилителя 7 и выход истокового повторителя 9, который функционирует как схема запоминания напряжения. На выходе усилителя 2 сигнал отсутствует, ключ 4 открыт, реле 5 постоянно включено. На выходе ключа 4 выдается сигнал в виде низкого уровня напряжения, что означает, что сравниваемые напряжения равны точно. Величина напряжений Ug.Oj зависит от коэффициента усиления дифференциального усилителя 7j 3. Разность на-пряжений &U от источников 6, 8 меньше величины/0 /, /Оч/ . но больше величин |U2(-lUj| uU(U.ih|U4.|. В этом случае, когда реле 5 включено, на выходе усилителя 2 появляется сигнал, который отключает реле 5. После этого на выходе усилителя 2 сигнал исчезает, реле 5 опять включается. На выходе ключа выдается сигнал в виде импульсов напряжения, период которых определяется, в основном, временем переключения реле 5 и постоянной времени фильтра выпрямителя 3, что означает, что сравниваемые напряжения равны грубо. Рассмотрим более подробно работу устройства. После включения питающих напряжений ключ 4 закрыт, реле 5 не вклю.чено, замкнуты контакты реле не включено, замкнуты контакты реле 5. Входное напряжение от источника 6 через контакты реле 5 поступает на первый вход коммутатора 1. Входное напряжение от источника 8 поступает на второй вход дифференциального усилителя 7, через контакты на первый вход дифференциального усилителя 7 и через контакты на второй вход коммутатора 1. В качестве коммутатора использует ся полевой транзистор 16., на затвор которого поступает управляющее напря жениев виде прямоугольных импульсов типа Меандр . В зависимости от полярности управляющего напряжени полевой транзистор открывается или закрывается, т.е. коммутирует напряжение от источника 6 или от источника 8. На выходе коммутатора выделяется разность напряжений от источников 6 и В в виде импульсов с часто той управляющего напряжения. Амплитуда импульсов пропорциональ на разности входных напряжений. Напряжение от источника 8, поступающее на оба входа дифференциального усилителя 7, создает на его выходе определенное напряжение, которо через контакты реле 5 поступает на затвор полевого транзистора истокового повторителя 9 и заряжает конден сатор lOj, Если входные напряжения не равны, и разност-ь их больше величин/Uj (,/(4/, то на выходе коммутатора появляются импульсы, амплитуда которых пропорциональна разности входных напряжений „ Эти импульсы усиливаются усилителем 3, который охвачен цепью пороговой положительной обратной связи 11, которая включается только тогда, когда сигнал на выходе усилителя 2 превысит порог отпирания диодов 13 или 14 (в зависимости от полярности выходного сигнала) и когда откроется полевой транзистор 16 коммутатора 1, Эта цепь формирует релейную амплитуд ную характеристику усилителя 2, что позволяет уменьшить зону нечувствительности устройства и повысить стабильность порогов срабатывания.. Таким образом, если разность вход ных напряжений больше величин/lj /Д/ д то сигнал с выхода усилителя 2 включает положительную обратную связь в те моменты времени, когда полевой транзистор 16 открыт. Усилитель будет генерировать импульсы, частота которых определяется конденсаторами 12, 15 и резисторами 17, 18. Так как частота генерации больше частоты управляющего напряжения коммутатора на выходе усилителя 2 будет сигнал в виде пачек иМпульсов, Этот сигнал выпрямляется выпрямителем 3, поступает на ключевую схему 4 и запирает ее, в результате чего реле 5 не вкл чается. Наличие постоянного напряя е высокого уровня с выхода ключа 4 сви детельствует о том, что входные Напряжения не равны. Если разность входных напряжений AU /U2/-/Uj/ , то амплитуда сигнала на выходе усилителя 2 станет недостаточной для включения положительной обратной связи (диоды 13, 14 будут иметь большое сопротивление)„ пачки импульсов исчезнут, напряже- ние на выходе выпрямителя 3 yмeнь шится до нуля, ключ 4 откроется и включит реле 5. Замкнутся контакты реле 5. Источник первого входного напряжения 6 отключится от первого входа коммутатора и через контакты реле 5 подключится к первому входу дифференциального усилителя, к второму входу которого подсоединен источник второго входного напряжения 8. Вьлход дифференциального усилителя 7 отключится от входа истокового повторителя 9 и подключится через контакты реле 5 к первом входу коммутатора 1„ Выход истокового повторителя через контакты реле 5 подключится к второму входу коьс татора 1.. При этом происходит более точное сравнение напряжений.Одним из напряжений является выходное напряжение истокового повторителя 9, соответствующее выходному напряжению дифференциального усилителя 7 при нулевом разбалансе на его входе. При этом истоковый повторитель выполняет функцию схемы запоминания этого выходного напряжения UQ . Вторым сравниваемым напряжением является выходное напряжение с дифференциального усилителя 7 при наличии на его входах напряжений от источников 6 и 8о Это напряжение равно U -UQ-V/VU-K, где К - коэффициент усиления дифферен- циального усилителя 7; дУ - разность напряжений от источников 6 и 8. На выходе коммутатора 1 выделяется усиленная дифференциальным усилителем 7 разность напряжений, равная U.U.K , Если полученной разности напряжеНИИ с выхода усилителя 2 не хватит для включения цепи пороговой положительной обратной связи,- то на выходе выпрямителя 3 напряжение будет отсутствовать ключ 4 останется в открытом .состоянии, а реле 5 - включенным. Наличие низкого напряжения с выхода ключа 4 свидетельствует о том, что входные напряжения равны. Если разность входныУ напряжений больше величин /Ugl, iUjf f но меньше или )и / , то включится цепь пороговой положительной обратной связи, на выходе усилителя 2 появятся пачки импульсов... которые поступят на вход выпрямителя 3« На выходе выпрямителя 3 появится напряжение, которое запрет ключ 4, и результате чего реле 5 выключится. После выключения реле 5 замкнутся его контакты. Источники входных напряжений б, 8 подключатся к входам коммутатора 1. Чувствительность устройства уменьшится на величину коэффициента усиления усилителя 7, сигна на выходе усилителя 3 исчезнет, ключ 4 откроется/ реле 5 включится. С вы хода ключа будут сниматься импульсы напряжения с периодом, определяемым временем переключения реле 5 и постоянной времени фильтра вь прямителя 3 . Функциональные возможности устро ства могут быть расширены за счет съема информации о величине разности входных напряжений с ВЕзЕхода усилите ля 2, так как при изменении знака разности входных напряжений меняетс фаза сигнала с выхода этого усилите ля 2 по отношению к управляюще у напряжению, поэтому, используя синхронное детектирование выходного сигнала с усилителя 2, можно грубо и точно определять, какое из входных напряжений больше или меньше другого Формула изобретения Индикатор равенства напряжений, содержащий два источника входных напряжений, усилители постоянного и переменного напряжений,последовател но соединенные выпрямитель и ключ, переключатель, истоковый повторител напряжения, диодно-емкостную цепь обратной связи, выходом подключенну к входу выпрямителя, отличающийся тем, 4TOj с целью расширения функциональных возможностей устройства, в него дополнительно введен коммутатор, источник первого входного напряжения через нормально замкнутые контакты репе подключен .к. первому входу коммутатора, а через нормально разомкнутые контакты реле подключен к первому входу усилителя постоянного напряжения, выход которого через нормально разомкнутые контакты реле подсоединен к первому входу коммутатора и через нормально замкнутые контакты реле к входу истокового повторителя напряжения, выход которого через нормально разомкнутые контакты реле соединен со вторым входом коммутатора, а через нормально замкнутые контакты реле - со вторым источником входного напряжения, который соединен со вторым входом усилителя постоянного напряжения, а через нормально замкнутые контакты реле - с первым входом усилителя постоянного напряжения, обмотка реле соединена с выходом ключа, а выход выпрямителя подключен к выходу усилителя переменного напряжения, вход которого соединен с выходом коммутатора, дополнительным выходом подключенного к входу диодноемкостной цепи обратной связи. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №179096, кл. G Об F 5/00, 1969. 2.Авторское свидетельство СССР 209058, кл. G 05 В 1/01, 1967 (прототип) .

у 2 О fj

4i

,

Фиг.г