Преобразователь фазового угла в постоянное напряжение Советский патент 1980 года по МПК G01R25/00 

1

Изобретение относится к электрическим измерительным преобразователям, в частности, к преобразователям фазового утла двух электрических сигналов в напряжение.

Изобретение предназначено для автоматизнрованных систем измерения, управления и контроля. Кроме того, оно может найти применение при исследовании систем автоматического регулирования частотными методами.

Известно,устройство, состоящее из канала формирования линейно-изменяющегося напряжения, который содержит два источника эталонного напряжения разной полярности, соединенных через ключ с входом интегратора, в цепь обратной связи которого включен компенсатор по-, стоянной составляющей 1. Выход первого датчика через усилитель соединен с входом триггера, выход которого подключен к управляющему входу ключа.

Выход интегратора соединен с входом аналогового запоминающего устройства, а выход второго датчика через усилител1 соединен с управляющим входом аналогового затюмштающего устройства, выход которлго является выходом

устройства. Невысокая точность преобразования фазового угла в постоянное напряжение, которая уменьшается с уменьшением частоты обусловлена разрядом конденсатора аналогового запоминающего устройства.

Известно также устройство, содержащее входные формирователи импульсов, два усилителяинтегратора с разрядными ключами в цепи обратной связи, входы которых подключены к источникам напряжения разной полярности, при10чем выход первого из усилителей-1штеграторов подключен непосредственно, а второго через ключ к входу схемы фиксатщи аналогового сигнала {2. Выход первого формирователя , импульсов подключен к управляющим входам

IS ключей, стоящим в цепи обратной связи первого усилителя-интегратора и на входе схемы фиксации аналогового сигнала. Выход второго формирователя импульсов подключен к управляющим входам ключей, стоящим в цепи обгоратной связи и на выходе второго уси;штеляинтегратора.

Невысокая точность измерения (преобразования)этого устройства обусловлена наличием схемы фиксации аналогового сигнала, в связи с тем, что выходное напряжете схемы фиксации аналогового сигнала, пропорциональное фазовому углу, снимается с конденсатора. Напряжение на конденсаторе в течение периода не остается постоянным, i. так происходит разряд конденсатора через параллельно подключенное сопротивление, величина которого не является бесконечной. Конденсатор разряжается в течение периода тем больше, чем ниже частота исследуемого сигнала. ITojTOMy погрешность измерения увеличивается особенно на инфрани:}ких частотах. Целью изобретения является повышение точности преобразования фазового угла в напряже iffle. Достигается это тем, что в преобразователь фазового угла в постоянное напряжение, содержащий первый и второй формирователи импуль сов, три усилителя-интегратора, источник эталон ного напряжения, четыре ключа, два из которы включены в цепи обратной связи двух усилителей-интеграторов, а третий подключен к входу третьего усилителя-интегратора, введены дополнительно два аналоговых сумматора, инвертор, элемент совпадений, нуль-орган, триггер, два ключа, три дифференцируюшие цепочки, два ци ода, притом входы всех трех усилителей-интеграторов соединены с источником эталонного на пряжения через третий, четвертый и пятый клю чи, выходы первого и второго усилителей-интег раторов подключены к входам первого аналого вого сумматора, подсоединенного по выходу к входу инвертора, выход которого и выход первого аналогового сумматора подключены через диоды к входу нуль-органа и к одному из вхо дов второго аналогового сумматора, другой вход которого соединен с выходом третьего усилителя-интегратора с шестым ключом в обратной связи, выход нуль-органа подключен к первому входу триггера, второй вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов через дифференцируюшую цепочку, а выход - к управляющему входу треть его ключа, причем управляющий вход шестого ключа подсоединен к выходу элемента совпадений, входы которого подключены к выходам формирователей импульсов к управляющим входам четвертого и пятого ключей и через дифференцирзтощие цепочки - к управляющим входам первого и второго ключей. На чертеже .дана структурная электрическая схема предлагаемого преобразователя. В ее состав входят формирователи импульсов 1 и 2, электронные ключи 3-8, усилителиинтеграторы 9, 10, 11, аналоговые сумматоры 12, 13, источник 14 эталонного напряжения, инвертор 15, нуль-орган 16, триггер 17, элемент совпадеьсий 18, дифференцирующие цепочки 19-21, диоды 22-23. Работает преобразователь следующим образом. На входы формирователей импульсов 1 и 2 . поступают периодически изменяюшиеся напряжения одной частоты, но сдвинутые по фазе, из которых формируются напряжения прямоугольной формы одной полярности. Эти импульсы поступают на управляющие входы электронных ключей 3 и 4, которые попеременно подключают к входам интеграторов 9 и 10 эталонные напряжения разной полярности. Причем, с- приходом импульса на вход усилителяинтегратора 9 прикладывается напряжение отрицательной полярности, а с приходом импульса на вход усилителя-интегратора 10 должно поступать напряжение положительной полярности. Когда импульсы на выходе формирователей 1 и 2 отсутствуют, напряжения, прикладываемые к входам усилителей-интеграторов 9 и 10, изменяются на противоположную полярность. В результате интегрирования полученных прямоугольных импульсов на выходе усилителя-интегратора 9 образуется напряжение треугольной формы положительной полярности, а на выходе усилителя-интегратора 10 -отрицательной полярнсх;ти. При подключении к входу усилителя-интегратора 9 напряжения отрицательной полярности, происходит процесс интегрирования, в результате чего выходное напряжение усилителя-интегратора положительного знака нарастает по линейному закону от нулевого уровня. При смене полярности входного напряжения изменяется направление интегрирования и выходное напряжение линейно уменьшается до нулевого уровня. Если по каким-либо причинам выходное напряжение усилителя-интегратора не дойдет до нулевого уровня, то в результате открывания ключа 6 произойдет принудительная фиксация нулевого уровня выходного напряжения. Этот ключ открывается на короткое время импульсами, поступающими с дифференцирующей цепочки 19, KOTOpbie получаются от дифференцирования передних фронтов импульсов формирователя импульсов 1. Поскольку ключ 6 является проводящим для входного напряжения любого знака, при наличии сигнала на управляющем входе ключа, производится автоматическая привязка выходного напряжения усилителяинтегратора 9 к нулевому уровню, и поэтому его выходное напряжение имеет треугольную форму положительной полярности. Аналогичным образом работает схема, состоящая из ключей 4 и 7, формирователя импульсов 2, дифференцирующей цепочки 20, усилителя-интегратора 10, которая формирует пилу отршительной полярности. Привязка к нулевому уровню выходного напряжения усилителяинтегратора 10 происходит импульсом, приходящим с дифференцирующей цепочки 20, который получается от дифференцирования передних фронтов импульсов формирователя импульсов 2.

С выходов усилителей-интеграторов 9 и 10 напряжения треугольной формы поступают на входы аналогового сумматора 12, на выходе которого после суммирования получается напряжение трапецеидальной формы. Амплитуда данного напряжения пропорциональна величине фазового угла.

Напряжение с выхода аналогового сумматора 12 поступает на анод диода 23 и на вход инвертора 15, выход которого подключен к аноду диода 22. С помощью этих диодов отрщ дательная часть полупериода напряжения трапецеидальной формы отсекается и на вход аналогового сумматора 13 поступают положительные полупериоды напряжений трапецеидальной формы. Это же напряжение поступает на вход нуль-органа 16, на выходе которого получаются кратковременные импульсы в моменты, когда напряжение на входе нуль-органа равно нулю.

На выходе дифференцирующей цепочки 21 получаются импульсы от дифференцирования переднего и заднего фронтов импульсов формирователя импульсов 1. Импульсы, приходящие с выхода нуль-орагна и дифференцирующей цепочки 21, переключают поочередно триггер 17, на выходе Которого получаются импульсы напряжения, включающие ключ 5. В результате чего на вход усилителя-интегратора 11 прикладывается напряжение отрицательной полярности и происходит формирование положительной части напряжения треугольной формы. Напряжение будет нарастать до прихода импульса с нульоргана, который переключит триггер, в результате чего на вход усилителя-интегратора приложится напряжение положительной полярности. После чего формируется спадающая часть напряжения треугольной формы. Формирование будет продолжаться до прихода импульса с элемента совпадения 18 на управляющий вход ключа 8.. Ключ включается, напряжение на выходе усилителя-интегратора 11 становится равным нулю и останется таким пока будет импульс на выходе схемы совпадений. На выходе схемы совпадений 18 будет импульс напряжений, когда на его обоих входах будут сигаалы соответствующие лог.1, или лог.О. В противном случае на выходе напряжение равно нулю. ,

На выходе усилителя-интегратора 11 формируются импульсы треугольной формы. Амплитуда этих импульсов пропорциональна фазовому углу. При конструировании усилителей-интеграторов необходимо выполнить условие: крутизна импульсов треугольной формы усилителя-интегратора 11 долж-на быть в два раза больще крутизны усилителей-интеграторов 9 и 10. В результате суммирования йапряжения и импульсов в аналоговом сумматоре 13. образуется сигнал в виде постоянного напряжения. Величина этого напряжения пропорциона.пьна фазовому углу. Это наглядно видно из диаграммы напряжений, которые рассматриваются для фазовых углов 45° и 135°.

Предлагаемый преобразователь обеспечивает высокоточное преобразование фазового угла в аналоговое напряжение в практически неограниченном частотном диапазоне по сравнению с преобразователями, использующими запоминающие ухтройствя.

Использование изобретения в автоматизированных системах измерения и контроля управления обеспечит более качественное и надежное испытание элементов энергосистем.

Формула изобретения

Преобразователь фазового угла в постоянное напряжеш1е, содержащий первый и второй формирователи импульсов, три усилителя-интегратора, источник эталонного напряжения, четыре ключа, два из которых включены в цепи обратной связи двух усилителей-интеграторов, а третий подключен ко входу третьего усилителя-интегратора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, введены дополнительно два аналоговых сумматора, инвертор, элемент совпадений, нуль-орган, триггер, два ключа, три дифференцирующие цепочки, два диода, при этом, входы всех трех усилителей-1штеграторов соед1шены с источником эталонного напряжения через третий и четвертый и пятый ключи, выходы первого и второго усилителей-интеграторов подключены к входам пер вого аналогового сумматора, иодсоед}шенного по выходу к входу инвертора, выход которого и выход первого аналогового сумматора подключены через диоды к входу нуль-органа и к одному из входов второго аналогового сумматора, другой вход которого соединен с выходом третьего усилителя-интегратора с щестым ключом в обратной связи,, выход нуль-органа подключен к первому входу триггера, второй вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов через дифференцирующую цепочку, а выход - к уттравляющему входу третьего ключа, причем тгравляющий вход шестого ключа соединен с выходом элемента совпадений, входы которого подключены к выходам формирователей импульсов к управляющим входам четвертого и пятого ключей.

7 П, - -765747 . 8

и через дифференцирующие цепочки - к управ-1. Авторское свкдете/тьство СССР № 264804,

ляющим входам первого и второго ключей.кл. G 01 R 25/04, 1965.

Источники информации,2. Авторское свидетельство СССР № 569965,

принятые во внимание при экспертизекл. G 01 R 25/OOi 1976.