Измерительный преобразователь Советский патент 1981 года по МПК G01R19/22 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для точного преобразования переменного напряжения произвольной форг.1ы по уровню среднеквадратического значения в постоянное напряжение.

Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий усилитель с измерительным прибором иа выходе и два последовательно включенные термопреобразователя со встречно включенными термопарами, а также источник постоянного напряжения, подключенный к выходу термоэлектрического преобразователя к входу усилителя, и резистор, включенный между выходом усилителя и нагревателем термоэлектрического преобразователя 1.

Недостатком преобразователя является низкая точность преобразовния переменного напряжения в постоянное.

Наиболее близким техническим решеиием к изобретению является измерительный преобразователь, по основному авт. св. № 620904, содержащий термоэлектрический преобразователь, нагреватель которого через блок развязки подключен к входу устройства, а выход термоэлектрического преобразователя подсоединен через источник постоянного напряжения к входу усилителя, и цепь обратной связи, включенную между выходом усилителя и нагревателем термоэлектрического преобразователя 2. Недостатком преобразователя является низкая точность преобразования переменного напряжения в постоянное, вызванная наличием иа выходе преобразователя переменной составляющей в том случае, если период преобразуемого напряжения соизмерим с постоянной времени термоэлектрического преобразователя, что приводит к появленню на выходе устройства пульсаций напряжения низкой частоты. Уменьшение пульсаций возможно при увеличении

постоянной времени усилителя преобразователя, что приводит к ухудщению быстродействия устройства.

Целью изобретения является повышение точности преобразователя переменного напряжения в постоянное.

Достигается это тем, что в измерительный преобразователь, содержащий термоэлектрический преобразователь, нагреватель которого через блок развязки подключен к входу устройства, а выход термоэлектрического преобразователя подсоединен через источник постоянного напряжения к входу усилителя в цепь обратной связи, включенную между выходом усилителя и

нагревателем термоэлектрического преобразователя, между входом термоэлектрического преобразователя и входом усилителя включены последовательно соединенные фильтр и управляемый масштабный преобразователь, управляющий вход которого подключен к выходу усилителя.

На фиг. 1 приведена блок-схема измерительного преобразователя; на фиг. 2 приведены временные диаграммы изменения напряжения на нагревателе термоэлектрического преобразователя при разных уровнях входного переменного напряжения.

Измерительный преобразователь содержит входные клеммы 1 и 2, к которым через блок развязки 3 присоединен термоэлектрический преобразователь 4, выход которого через источник постоянного напряжения 5 соединен с входом усилителя 6, к выходу которого присоединена цепь обратной связи 7, а ее выход присоединен к термоэлектрическому преобразователю 4. Между -входной клеммой 1 преобразователя и входом усилителя 6 .включены последовательно соединенные фильтр 8 и управляемый масштабный преобразователь 9, управляющий вход которого присоединен к выходу усилителя 6. Выход устройства образован клеммами 10 и 11. Клемма 10 присоединена к выходу усилителя 6, а клемма И присоединена к клемме 2 и соединена с термоэлектрическим преобразователем 4 и источником постоянного напряжения 5.

Устройство работает следующим образом. Поступающее на входные клеммы 1 и 2 переменное напряжение через блок развязки 3 подается на нагреватель термоэлектрического преобразователя 4 и преобразуется им в постоянное напряжение, которое алгебраически i складывается с напряжением источника 5, имеющим обратную полярность, а разность этих напряжений поступает на вход усилителя 6, с выхода которого через цепь отрицательной обратной связи 7 подается на нагреватель термоэлектрического преобразователя 4. Блок развязки 3 не пропускает постоянное напряжение на вход термоэлектрическо преобразователя 4. Напряжение с выхода усилителя 6 поступает на выходные клеммы 10 и 11 преобразователя. Отрицательная обратная связь 7 стабилизирует электрическую мощность на нагревателе термоэлектрического преобразователя 4 при любом уровне входного напряжения, что обеспечивает высокое быстродействие устройства, определяемое постоянной времени усилителя 6 и глубиной обратной связи преобразователя.

Таким образом, на нагревателе термоэлектрического преобразователя 4 действует постоянная составляющая напряжения, поступающего на нагреватель с выхода усилителя 6, и переменное напряжение, поступающее с входа устройства. Увеличение входного переменного напряжения приводит к уменьшению постоянной составляющей напряжения на нагревателе термоэлектрического преобразователя 4. На фиг. 2 приведена форма напряжения на нагревателе термоэлектрического преобразователя 4 при разных уровнях входного переменного напряжения, где

12- постоянная составляющая напряжения на нагревателе термоэлектрического преобразователя;

13- входное переменное напряжение малого уровня;

14- постоянная составляющая напряжения на нагревателе термоэлектрического преобразователя 4 при малом уровне входного переменного напряжения 13;

15- входное переменное напряжение большого уровня;

16- постоянная составляющая напряжения на нагревателе термоэлектрического преобразователя 4 при большом уровне входного переменного напряжения 15. Если период входного переменного напряжения соизмерим с постоянной времени термоэлектрического преобразователя 4, то на его выходе появляется напряжение пульсации, амплитуда которого увеличивается с увеличением периода входного переменного напряжения. Если амплитуда переменного напряжения 13 меньше постоянной составляющей 14, то частота напряжения пульсации на выходе

термоэлектрического- преобразователя 4 совпадает с частотой входного переменного напряжения. Если амплитуда напряжения 15 больще постоянной составляющей 16, то в спектре напряжения пульсации появляется вторая гармоника 17, так как термоэлектрический преобразователь 4 не реагирует на фазу напряжения на нагревателе. Таким образом, термоэлектрический преобразователь 4 действует как двухполупернодный выпрямитель, а напряжение пульсации на его выходе образуется в результате двухполупериодного детектирования входного переменного напряжения и фильтрации продетектированного напряжения фильтром с постоянной времени, равной времени термоэлектрического преобразователя 4.

Из временных диаграмм, изображенных на фиг. 2, следует, что при превышении амплптудой входного переменного напряжения значения постоянной составляющей напряжения на нагревателе термоэлектрического преобразователя нарушается пропорциональность изменения на нем входного и

выходного напряжений, так как амплитуда первой гармоники в спектре напряжения пульсации уменьшается.

Входное переменное напряжение поступает также на фильтр 8, постоянная времени которого равна постоянной времени

термоэлектрического преобразователя 4. С выхода., фильтра 8 переменное напряжение подается на управляемый масштабный преобразователь 9, охваченный отрицательной обратной связью. Величина постоянного напрял ения на выходе усилителя 6 определяется, при этом уровне входного переменного напряжения. Так как выходное напряжение усилителя 6 управляет коэффициентом передачи масштабного лреобразователя 9, то уровень входного переменного напряжения определяет и величину переменного напряжения на выходе масгитабного преобразователя 9 по Цепи: вход преобразователя- управляюш,ая цепь масштабного преобразователя 9 - выход масштабного преобразователя 9.

Масштабный преобразователь 9 подобран таким образом, чтобы для синусоидального входного напряжения амплитуда первой гармоники спектра напряжения пульсации на выходе термоэлектрического преобразователя 4 была равна амплитуде переменного напряжения на выходе масштабного преобразователя 9.

Так как постоянная iBpeMenn фильтра 8 равна постоянной времени термоэлектрического преобразователя 4, то при фазовом сдвиге масштабного преобразователя 9 равном 180°, первая гармоника напряжеПИЯ пульсации, поступаюш,ая на вход усилителя 6 с выхода термоэлектрического преобразователя 4, будет равна по амплитуде и противоположна по фазе переменному напряжению, поступаюш,ему на вход

усилителя 6 с выхода масштабного преобразователя 9.

Поэтому эти переменные напряжения на входе усилителя 6 компенсируют друг друга, что позволяет уменьшить напряжение пульсации на выходных клеммах 10 и 11 преобразователя.

Введение фильтра 8 и масштабного преобразователя 9 не ухудшает быстродействия устройства, так как в этих целях отсутствуют постоянные напряжения и онн не входят в петлю обратной связи преобразователя.

Сравнительные испытания данного преобразователя с известным показали, что уровень пульсаций на выходе преобразователя может быть уменьшен на порядок, что приводит к повышению точности измерительного преобразователя.

Формула изобретения

Измерительный преобразователь по авт. СБИд. N° 620904, отличаюш;ийся тем, что, с целью повышения точности, между входом термоэлектрического преобразователя и входом усилителя включены последовательно соединенные фильтр и управляемый масштабный преобразователь, управляющий вход которого подключен к выходу усилителя.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе.

1.Авторское свидетельство СССР N9 33480, G 01 R 19/00, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР № 620904, кл.а 01 R 19/22,1974 (прототип).

/J

/г

1