Преобразователь отношения двух переменных напряжений Советский патент 1980 года по МПК G01R19/10 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в различных измерительных приборах, например мостах переменного тока, преобразователях параметров многозлементных двухполюсников, в измерителях характеристик четырехполюсников, в устройствах контроля, а также для решения других измерительных задач. Известно устройство для измерения отношения двух переме1шых напряжений, содержащее электронный усилитель, на входе и выходе которого включены два синхронно работающих переключателя, а также вклютающий в себя схему- автоматического регулирования усиления того же усилителя, подключенную к нему через пиковый детектор с фильтром 1 . Однако зто устройство при сравнительной простоте имеет низкую точность измерения, обусловленную инерционностью схемы. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для преобразования отношения двух иереме1шых напряжений, содержащее схему сравнения токов. образцовый и регуяируемьш элементы, источник опорного напряжегшя и усилитель 21. Однако и это устройство имеет низкое быстродействие и узкий частотный диапазон, обусловленные алгоритмом преобразования, который заложен в основу работы устройства. Целью изобретения является повышение точности, быстродействия и расишрения диапазона частоты. Поставлеш ая цель достигается тем, что в преобразователь отношения двух перемеш1ых напряжею{й, содержащий фильтр нижних частот, ко входу которого подключен вход элемента сравнешш, и последовательно соединенные источник опорного напряжения, сумматор, регулируемьш элемент, управляющий вход которого соединен с выходом элемента сравнения, и усилитель с образцовым элементом в цени обратной связи, введены второй регулируемый и второй образцовьш элементы, последовательно соедиюнные второй усилитель, второй сумматор, второй элемент сравнения и третий сумматор, выход которого подключен к у1 рав;1яющему входу второго регулируемого элемента, причем выход сумматора через второй регулируемый э/вмент соединен со вхо дом второго усилителя, выход усилителя подключен ко второму входу второго сумматора к ко второму входу второго элемента сравнения, выход элемента сравнения связан со вторым входом третьего сумматора,, а выход второго сумматора со входом фильтра нилсних частот и через второй образцовый элемент свя зан со входом второго усилителя. На чертеже представлена функциональная схема преобразователя отношеш й двух переменных напряжений. Устройство содержит элемент 1 сравнения, физтьтр 2 нмнших частот, регулируемый элемент 3, усилитель 4, образцовый элемент 5, сумматор 6, источник 7 опорного напряжения, усилитель 8, регулируемый элемент 9, сумматор 10. элегишнт 11 сравнений, образцовый зле меиГ {2 к сумматор 13, Устройство работает следующим образом. Входные сигналы поступают на входы элемента 1 сравнения, причем Ui непосредственно а Uj через первый суА матор 6 и зт1равляемый масщтабньи преобразователь (УМП), состоящий КЗ первого усилителя 4, второго усшштеля 8, первого и второго регулируемых элементов 3 и 9, образцовых элементов 5 и 12 и второго сумматора 10. При равенстае регутшруемых элементов 3 и 9 в УШ1 достигается итерационны.й эфс|)ект, заключающийся в умен шении norpeifjiiocBi преобразования. Напряжение Us на выходе УПМ равно сум ме напряжений IJ и U соотаетствеюю с выхода первого усилителя 4 и второго усилителя 8. и. УЗ + U4. BOi Ж .lMi.... 2 (i+1/ад) () где k - коэффициент усилеш1я усилителя при разомкнутой петле обработанной связи; я Rj. . й„ .Од I „ J-i RO + Ra Подставляя (2) к (3) в (I) можно получить .fk.. .. ,.Ri.llML 1+В2 l + Vki3a I -f-T/k|5i Us -и, , RCL ., (4) -us Выходной сигнал элемента 1 сравнения ре ryjiHpyeT коэффициент передачи УМП до тех пор, пока сигналы на входах элемента 1 не б дут равны. Регулирование коэффшдаента перещ ш УМП осуществляется путем изменения значений регу1шруемых элементов 3 и 9. В за висимости от вида элемента 1 сравнение может производиться по действующим, среднепьшрямленным и a fflлитyдным значениям. Коэффи Шент передачи УМП в установившемся режиме равен отношению входных сигналов Uj и U2. Для одновременного измерения и регулирова1шя коэффищ{ента передачи УМП на его вход i поступает суммарный сигнал, состоящий из суммы сигнала источника опорного напряжеиия Uo и входного сигнала U2, причем элемент I нечувствителен к сигналу UQ. Постоянная составляющая напряжешш с выхода УМП через фильтр нижних частот поступает на выход устройства. .. ,. LVJ. . UB O|L,| 61 ,деб„ ---4(1. Rx. ); 1 - /l /5jRZ 1 t Из (5) следует что если Rj R2, то погрешность преобразования уменьшается в раз. Равенство З1шчещ1й регулируемых элементов Ri и R2 устанавливается при помощи дополнительного элемента И сравнения. Напряжен5ш с выхода первого усилителя 4 и второго сумматора Ш тоступагот на вход дополнительного элемента 11 сравнения, выходной сигнал которого четез третий сумматор 13 управляет регулируемым элементом 9 до равенства сигналов на входах дополнительного элемента 11 сравнения. Дополнительньш элемент 11 сравнения представляет собой эдемент сравнения постоянных нанряже1шй. Из (5) следует, что погрешность предлагаемого преобразователя oTHomeifflH по сравнению с известным уменьшается в k|3t раз. В качестве регулируемьос элементов 3 и 9 можно использовать, например фоторезисторные оптроны, которые отличаются от других регулнруемых элементов, таких как диоды, транзисторы и т.п. гальванической развязкой сигнальной цени и цепи управления и малым уровнем нелинейных искажений. Однако фоторезисторные оптроны имеют малое быстродействие, порядка 10 - 100 мкс, которое и определяет быстродействие устройства. Для повышения быстродействия устройства в качестве регулируемых элементов можно использовать транзисторные оптроны или другие бысгродействующие элементы, например полевые транзисторы с быстродействием порядка 0,01 -10 мкс. Однако эти элементы имеют существенно нелинейную вольт-алтерную характерисппсу, т.е. создают большой уровень нелинейных искажеНИИ. Нелинейные искажения, вносимые регулируемым элементом 3 в напряжение Us, как следует из (5), уменьшается в раз. Поэтоfkfy в качестве регулируемого элемента 3 можно использовать быстродействующие элементы.