Преобразователь действующего значения несинусоидального напряжения в частоту Советский патент 1980 года по МПК G01R19/18 

Изобретение относится к электроизмеритель ной технике и может быть использовано для преобразования действующего значения несинусоидального напряжения или тока в пропорциональное значение частоты периодического напряже1шя. Известны преобразователи действующего значения переменного напряжения в частоту, вьшолиениые на основе одного квадратичного преобразователя с периодическим переключением преобразуемого напряжения (тока) и напря женил цепи обратной связи на его входе 1 . Однако такие устройства являются малочув ствительными. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь действующего значения несинусоидального напряжения в частоту, содержащий точный инерционный преобразователь, состоящий из последовательно включенЩ)1Х переключателя, термопреобразователя, усилителя, синхронного детек тора, цепь управления которого и цепь управления переключателя соединены с генератором низкой частоты, быстродействующий грубый линейный преобразователь действующего значения переменного напряжения в постоянное, выход которого, так же как и выход точного инерционного преобразователя, подсоединен к входам сумматора, преобразователь постоянного напряжения в частоту и обратный преобразователь частоты в напряжение 2. Недостатком этих устройств является малое быстродействие из-за низкой частоты переключения (0,5-1 Гц), что обусловлено большой тепловой инерционностью электротепловых преобразователей. Кроме того, в замкнутых схемах преобразования, в которых реализуется глубокая отрицательная обратная связь, существенно понижена результирующая ч)твствительность 11реобразова1шя. Поэтому известные устройства при своей высокой точности не могут быть использованы для преобразования быстро . меняющихся величин в высокочувствительных информащюнно-измерительных системах. Цель изобретения - повышение чувствительности преобразователей несинусоидальных па3. 7 пряжений и токов в частоту при сохранении высокой точности преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе действующего значения несинусоидального напряжения в частоту, содержащем точный инерционный преобразователь, состоящий из последовательно включенных переключателя, термопреобразователя, усилителя, синхро1шого детектора, цепь управления которого и цепь управления переключателя соединены с генератором низкой частоты, быстродействующий грубый линейный преобразователь действующего значения переменного напряжени в постоянное, выход которого, также как и выход точного инерционного преобразователя, подсоединены к входам сумматора, преобразователь постоянного напряжения в частоту и об ратный преобразователь частоты в напряжение, к выходу сумматора подключен преобразователь постоянного напряжения в частоту, выход ная клемма которого соединена через обратны преобразователь частоты в напряжение с первы входом переключателя; второй вход которого связан с входной клеммой устройства и входом быстродействующего грубого ;шнейного преобразователя. Изобретение поясняется чертежом, где приведена функциональная схема устройства. Устройство содержит переключатель 1, низкочастотный генератор 2, термопреобразователь 3, усилитель низкой частоты 4, синхронный детектор 5, сумматор 6, квадратичный преобразователь 7, усилитель 8 постоянного тока, корнеизвлекающая схема 9, преобразователь 10 постоянного напряже{шя в частоту, обратный преобразователь 11 частоты в напряже1ше, делитель 12 постоянного напряжения, точный инерционный преобразователь 13, быст родействующий грубый линейный преобразователь 14. Преобразуемое напряжение Uj и выходное напряжение обратного преобразователя U2 поступают на переключатель 1, который управля ется низкочастотным генератором 2. При непр рывной работе переключателя с частотой, значительно меньщей частоты преобразуемого напряжения, на выходе термопреобразователя 3 появляется переменная составляющая частоты коммутации. Амплитуда этого напряжения пропорциональна разности квадратов напряжений Ui и Uj. Напряжение частоты коммутации усиливает ся усилителем 4 и выпрямляется синхронным детектором 5. Вьшрямленное напряжение Uj Si (Uf - иЬ, где Si - крутизна преобразования одноканал ного тракта сравнения 1-5, поступает с выхода преобразователя 13 на один вход сумматора 6. А На второй вход сумматора воздействует выходное напряжение линейного преобразователя 14 действующего значения, выполнешюго, например в виде последовательно соединенных квадратора 7, усилителя 8 и корнеизвлекающей схемы 9. Поэтому выходное напряжение линейного преобразователя U4 SjUi, где Si - крутизна его преобразования по действующему значению. Суммарное напряжение Us Us + U4 возействует на преобразователь 10 постоянного наиряи ения в частоту, f 83 (Us + U4), где Sj - крутизна преобразова{шя частотного преобразователя. С помощью обратного преобразователя 11 значение выходной частоты преобразуется в напряениеUj S4f, где 84 - крутизна обратного преобразователя. При достаточно больщой крутизне преобразования одноканального тракта сравнения ( автоматически происходит выравнивание мощностей, вьщеляюи.(ихся в нагревателе термопреобразователя 3. Таким образом (kiUi) (k2Uj) (kS4f)Hnnf Ugj где и - действующее значение преобразуемого - напряжения. Для повышения чувствительности и быстродействия всего преобразователя крутизна обратного преобразова1Л1я выбирается из условия 84 . В этом случае выходная частота f kSaSsU , а сравниваемые напряжения равны (Uj UQ ). При отклонении крутизны преобразоваш я линейного преобразователя напряжения Sa и частотного преобразователя БЗ от номинальных значений нарушается равенство сравниваемых напряжений (У Ua). Разностное напряжение Us восстанавливает первонашльное значение частоты f, соответствующее действующему значению преобразуемого напряжения U . Так как коммутациошюе преобразование осуществляется только в канале преобразования погрещности, то быстродействие всего преобразователя в основном определяется неточным, но быстродействующим линейным преобразователем 7, 8, 9. Чувствительность преобразования может быть высокой, гак как отрицательная обратная связь действует по norpeijuности преобразования, а не по преобразуемой величине. При сил;ли 1Х искажениях формы преобразуемого напряжения возникает дополнительная погрешность из-за огранлченной полосы пропускания быстродействующего линейного пре57

образователя, например преобразователя, с квадратором и корнеизвлекающей схемой на полупроводниковых диодах. Однако одноканальная схема сравнения вырабатьшает корректирующее напряжение Ua, которое восстанавливает номинальное значение крутизны преобразования

SjSs - по действующему значению

S4

преобразуемого напряжения.

В ряде случаев схему преобразователя можно существенно упростить. Так крутизна преобразования постоянного напряжения в частоту Зз может быть стабилизированна местной отрицательной обратной связью. Поэтому высокая точность всего преобразования обеспечивается при стабилизации крутизны преобразования только быстродействующего линейного преобразователя $2. Для этого в схему преобразователя дополнительно вводится делитель 12 постоянного напряжения, входом подключенный к выходу сумматора 6. Выход делителя напряжения соединен с одним из входов автоматического переключателя (входом со стороны цепи обратной связи).

Коэффициент деления делителя напряжения 12 Krt выбирается равным номинальному значению крутизны преобразования быстродействующего линейного преобразователя (1(). В этом случае U2 - U

Sa Kg

и разностное напряжение Us Отсутствует ().

При изменении Sj нарушается равенство коммутируемых напряжений по действующему значению и вырабатьгоается разностное напряженке Us, которое автоматически компенсирует погрешность преобразования переменного напряжения в постоянное. При использовании стабильного частотного преобразователя 10 надобность в обратном преобразователе 11 (преобра36

зовагеле частопл в действуюшсе зиаи-ннс- напряжения) отпадает.

Формула изобретения

Преобразователь действующего значения несинусоидального напряжения в частоту, содержащий точный инерционный преобразователь, состоящий из последовательно включенных переключателя, термопреобразователя, усилителя, синхронного детектора, цепь управления которого и цепь управления переключателя соединены с генератором низкой частоты, быстродействующий грубый линейный преобразователь действующего значения переменного напряжения в постоянное, выход которого, также как и выход точного инерционного преобразователя, подсоединены к входам сумматора, преобразователь постоянного напряжения в частоту и обратный преобразователь частоты в напряжение, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, к выходу сумматора подключен преобразователь постоянного напряжения в ifecTOTy, выходная клемма которого соединена через обратный преобразователь частоты в напряжение с первым входом переключателя, второй вход которого связан с входной клеммой устройства и входом быстродействующего грубого линейного преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Догановский С. А. Устройства запаздывания и их применение в автоматических системах. М., Мапшностроение, 1966, с. 266.

2.Авторское свидетельство СССР № 238003, кл. G 01 R 19/18, 1968.

Ш Щ