Микровольтметр среднеквадратич-НыХ зНАчЕНий Советский патент 1981 года по МПК G01R19/02 

Изобретение относится к измерител ной технике, а именно к измерениям . среднеквадратических значений малых напряжений в широком диапазоне частот, и может быть использовано в самонастраивающихся микровопьтметрах и других устройствах подобного назначения. Известен микровольтметр, содержащий последовательно соеданеншле ключ широкополосный усилитель, квадратичный преобразователь, усилитель напря жения разности, фазочувствительный выпрямитель, нагрузочный резистор и заземленный прерыватель, управляющий вход которого подключен к выходу ген ратора, второй выход генератора чере делитель частоты соединен с управляю щим входом ключа. Первый вход ключа является входом устройства, второй соединен с общей шиной, а третий через ковденсатор - с нагрузочным резистором, образуя цепь обратной связи t1 Однако такое устройство имеет ограниченное быстродействие. Известен также микровольтметр, содержащий последовательно соединенные сумматор, широкополосный усилитель, квадратичный преобразователь, делитель напряжения, усилитель разности напряжения, фазочувствительный выпрямитель, нагрузочный резистор и первый прерыватель, управляющий вход которого подключен к выходу генератора, причем параллельно делителю напряжения включен второй прерыватель, а между одним входом сумматора и нагрузочные резистором через ковденсатор включен третий прерыватель, управлякж1р1е входы которых через делитель частоты соединены с выходом генератора 2. Однако это устройство, имея повышенное быстродействие, обладает недостаточной точностью и чувствительностью измерения в широком динамическом диапазоне работы. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является микровольтметр, который содержит усилитель с изменяемым коэффициентом передачи, охваченный цепью обратной связи из трех последовательно соединенных резисторов, квадратичный преобразова- тель, соединенный с измерительным при бором и через конденсатор, усилитель напряжения и фазочувствительный выпрямитель - с управляющим входом усилителя с изменяемым коэффициентом передачи. Параллельно двум резисторам цепи обратной связи включен ключ, а общий вывод соединения этих резисторов подключен -ко входу квадратичного преобразователя. Управляющие входы ключа и фазочувствительного выпрямителя соединены с выходом генератора. Вход усилителя с изменяемым коэффициентом передачи соединен через входной резистор с общей шиной и является входом микровольтметра 3 Недостатками известного устройства являются неполная компенсация частотной погрешности управляемого усилителя ввиду частотной зависимости коэффициента обратной связи, обусловленной изменегшем импеданса цепи обратной связи в диапазоне частот до 20-30 мГц, и ограничение чувствительности микровольтметра отрицательной обратной связью, охвать1ваю1цей усилитель с изменяемым коэффициентом передачи. Цель изобретения - повьшение точности измерения в широком частотном и динамическом диапазонах работы. Поставленная цель достигается тем что в микровольтметр среднеквадратических значений, содержащий усилитель с изменяемым коэффициентом передачи, вход которого подключен ко входу устройства и через входной резистор к общей шине, квадратичный преобразователь, измерительный прибор, последовательно соединенные конденсатор , усилитель напряжения и фазо чувствительный выпрямитель, выход которого подключен ко входу управлеЩ1Я усилителя с изменяемым коэффицие том передачи, и цепь обратной связи из трех последовательно соединенных резисторов, подключенных с одной стороны .ко входу устройства, а их первый средний вывод соединен с первым выходом ключа, управляющий вход которого и фазочувствительного выпрямителя подключены к выходу генератора, вве14цен корнеизвлекакщий преобразователь, выход которого соединен со вторым средним выводом цепи обратной связи и со входом ключа, подключенного вторым выходом к измерительному Прибору, к конденсатору и через введенный в цепь обратной связи дополнительный резистор к общей шине, а выход усилителя с изменяемым коэффициентом передачи через квадратичный .преобразователь соединен со входом корнеизвлекающего преобразователя. На чертеже представлена блок-схема микровольтметра среднеквадратичных значений. Микровольтметр, содержит последовательно соединенные усилитель 1 с изменяемым коэффициентом передачи, квадратичный преобразователь 2, корнеизвлекакщий преобразователь 3 и ключ 4. Между входом усилителя с изменяемым коэффициентом передачи и общей шиной включена цепь 5 обратной связи, состоящая из четырех последовательно (Соединенных резисторов 6-8 и 9. Вывод соединения резисторов 6 и 7 подключен к первому выходу ключа 4, вывод соединения резисторов 7 и 8 к выходу корнеизвлекакядего преобразователя 3, а между выводом соединения резисторов 8 и 9 и управляющим входом усилителя I с изменяемым коэффициентом передачи включеи. последовательно соединенные конденсатор 10j усилитель 11 напряжения и фазочувствительный выпрямитель 12. Второй выход ключа 4 соединен с измерительным прибором 13 и с конденсатором 10. Выход генератора 14 подключен к управляющим входам ключа 4 и фазочувствительного выпрямителя 12« Вход усилителя 1с изменяе1 1м коэффициентом передачи соединен через резистор 15 с общей шиной и является входом микровольтметра. Квадратичный преобразователь 2 состоит из последовательно включенных термоэлектрического преобразователя 16 и усилителя 17 постоянного тока. Измеряемое вольтметром переменное напряжение усиливается усилителем 1 с изменяемым коэффициентом передачи и преобразуется квадратичным преобразователем 2 в постоянное напряжение, величина которого пропорциональна квадрату эффективного значения изме- . ряемого напряжения. Далее это напряжение преобразуется корнеизвлекающим преобразователем 3, и величина его 5 пропорциональна первой степени эффек тивного значения измеряемого сигнала Затем выходное напряжение корнеизвле камцего преобразователя 3 делится ре зисторным делителем 8 и 9 цепи 5 обратной связи и поступает через ключ 4 на измерительный прибор 13. Через резисторы 6 и 7 цепи 5 обратной связи на вход усилителя 1 с измеияемым коэффициентом передачи по дается напряжение, совпадающее по фа зе с измеряемым сигналом, т,е. обрат ная связь - положительная. При этом резисторы 7 и 8 цепи 5 обратной свя зи шунтируются ключом 4с частотой генератора 14. Цепь автоподстройки микровольтметра образована конденсатором 10, усилителем И напряжения и фазочувствительным выпрямителем 12. Функция преобразования микровольт метра с положительной обратной связь описывается выражением -К -КЗ-Р где К - коэффициент передачи усилителя Ц Kg - общий коэффициент преобразования квадратичного 2 и корнеизвлекакщего 3 преобразователя; К коэффициент деления делителя 8 и § ()i ib . коэффициент цепи 5 положительной обратной связи равный коэф фициенту деления делителя 6, 7 и 15 (R, Rg-Rg ); УОС среднеквадратическое значение измеряемого напряжения, связанное с мгновенным значением измеряемого напряжения Uy зависимостью )в верхнем положении ключа 4 прибо 13 измеряет величину напряжения -v.w 1-К,;К2.-|Ь Ti, Б нижнем положении ключа 4 на .tiaмерительный прибор 13 подается напря жение и, К4. WQ Vv () ЬК.Кд-Эа л3 1/ и. - Д Рчгг., IbrSP l, при этом (Ьй / ji, 16 При настройке микровольтметра в словиях сличения его с образцовой ерой на средней частоте рабочего иапазона при температуре и других лиматических условиях, обеспечиваеых условиями аттестации, необходио выполнить условие настройки V v которое достигается выбором опрееленных значений резисторов 6-9 15 ( ° уравнению настройкн. Приравняв (2) и (З) , получаем t. К ,-S|bt . Подставив значения Pl Э Kj Kj в последнее выражение, получаем уравнение настройки. К-. ,-(У)-()Х) (()Л ( из которого следует, что коэффициенты преобразования К| , усилительно- . преобразовательного тракта зависят только от значений резисторов 6-9 и 15 (R.-R), точность которых при постоянном токе может быть очень высокой . При подстановке выражения (4) в (2) ив (З) получаем TJ, откуда следует, что измеряемая величина и показания измерительного прибора 13 определяются значениями тех же резисторов. В рабочих условиях, отличающихся от условий аттестации микровольтметра, под действием дестабилизирующих факторов - температуры, изменения напряжения питания и т.д., а также при частотном ходе коэффициента передачи усилителя 1 и квадратичного преобразователя 2 - коэффициенты К, Kj и К, изменяют свое значение, и условие настройки не выполняется. При этом в выходной величине, измеряемой прибором 13, появляется напряжение частоты коммутации, которое выделяется конденсатором 10, усиливается усилителем 11 напряжения, выпрямляется фазочувствительным выпрямителем12. Постоянная