Преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1981 года по МПК G01R19/22 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для построения точных аналоговых и цифровых измерителей действующего зна чения переменного напряжения или тока Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное, основан М)1й на методе взаимообратных преобразований, содержащий операционный дифференциальный усилитель, на входы которого включены выходы дифферешщапьного компаратора напряжения, образованного двумя однонагревательшлми термопреобразователями, выходы которы соединены встречно, например, отрицательными термоэлектродами. При этом нагреватель первого термопреобразователя включен в цепь измеряемого сигна ла, а нагреватель второго - в цепь обратной связи усилителя, выход которого является одновременно выходом преобразователя |. Недостатки такого устройства - низ кие чувствительность и точность преобразования из-за значительной нелинейности характеристик . термопреобра-. зователя в начале диапазона измеряемых сигналов, а также разброса их коэффи.циентов преобразования в динамическом диапазоне входных сигналов. Наиболее близок к предлагаемому преобразователь действующего значения переменного напряжения в постоянное, содержавши дифференциальный тёрмокомпаратор напряжения, образованшлй двумя однонагревательными термопреобразователями, выходы которых соединены встречно, например, положительными термоэлектродами, общая точка которых подключена на инвертируимций вход первого операционного усилителя, второй вход которого подк/вочен к одному из выходов (например, положительному ) опорного источника постоянного напряжения. Выход первого операционного усилителя через ограт чительный резистор соединен с входом нагревателя первого термопреобразователя и входом преобразователя, а через модулятор (преобразователь постоянного напряжения в переменное) и второй ограничительный резистор - с входом нагревателя второго термопреобразователя, который включен в цепь обратной связи второго операционного усилителя, выход которого является и выходом преобразователя, а на его входы включены выходы дифференциального термокомпаратора напряжений 2. Недостатком прототипа является низкая точность преобразования в широком диапазоне частот, вызванная погрешностью модулятора по амплитуде, частоте (которая постоянна для всего частот ного диапазона входных сигналов) и фазе, а также остаточными реактивностями входных цепей термопреобразователей. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий дифференциальный термокомпаратор, образованный двумя термоэлектрическими преобразователями, каждьй из которых состоит из нагревателя и термопары, источник опорного напряжения постоянного тока, два операционных усилителя и два последовательно соединенных ограничительных резистора, подключенных общим выводом через нагреватель первого термоэлектрического преобразователя к общей шине, а крайними ко входной шине и к выходу первого операционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен к общему выводу термопар, а неинвертирзтощий к источнику опорного напряжения посто янного тока, инвертирующий вход второго операционного усилителя непосред ственно, а неинвертирующий через встречно включенные термопары подключены к общей шине, введены усилитель-огра1шчитель, управляемый дели тель напряжения, сумматор напряжений, конденсатор и третий ограничительный резистор, причем первый вход сумматор напряжений соединен с выходом управля емого делителя напряжения, второй вхо с выходом первого операционного усили теля и через конденсатор - с общей шиной, а выход - через третий ограничитальный резистор и нагреватель второго термоэлектрического преобразователя подключен к общей шине, вход уси лителя-ограничителя соединен со вход8604 ной шиной, а выход - со входом управляемого делителя напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу второго операционного усилителя. Схема преобразователя переменного напряжения в постоянное представлена на чертеже. Преобразователь содержит входные клеммы 1-1 , первая из которых через ограничительный резистор R1 соединена с нагревателем 2-1 дифференциального термопреобразователя (ДТП) 2 и с второй входной клеммой 1 , которая соединена с общей шиной. ДТП 2 содержит также второй нагреватель 2-4, Нагреатели 2-1 и 2-4 имеют тепловой контакт с торцами 2-2 и 2-3 полупроводникового термоэлемента, средний положительный вывод которого соединен со входом операционного усилителя (ОУ) 3, на неинвертирующий вход которого подключен положительный выход опорного источника постоянного напряжения 4, второй выход которого соединен с общей шиной. Выход ОУ 3 через ограничительный резистор R2, первьш вход сумматора 5 и ограничительный резистор R3 соединен соответственно с нагревателями 2-1 и 2-4 ДТП 2, первый и второй выходы которого соединены со входом ОУ 6 и общей щиной соответственно, а выход ОУ 6, являющийся и выходом 7 преобразователя, соединен с управляющим входом делителя напряжения 8, выход которого подключен ко второму входу сумматора 5, между первым входом которого и общей шиной подключена емкость С. Вход управляемого делителя напряжения 8 через усилитель-ограничитель 9 соединен со входной щиной 1 преобразователя. На чертеже U,r(t),U- соответственно входное и выходное напряжения, К - корректор (бесконтактный) вольтамперных характеристик по нагревателям 2-1 и 2-4 ДТП; RI, 2, R3 ограничительные резисторы; El и Е2 выходные термо-ЭДС ДТП. I Преобразователь переменного напряжения в постоянное работает следующим образом. В исходный момент, когда Ux()-0 на неинвертируюпдай вход первого ОУ 3 поступает опорное напряжение ЕО от источника опорного напряжения 4. Выходное напряжение положительной полярности ОУ 3 через резистор R,2, сумматор 5 и ограничительный резистор R3 подается на нагреватели 2-1 и 2-4 ДТП 2 соответственно. вследствие чего в них выделяется теп Джоуля, В результате разогрева нагре вателей на выходе ДТП 2 появятся тер мо-ЭДд Е1 и Е2, которые в случае идентичности вольтамперных характери тик ДТП 2 будут одинаковы (El- Е2). (в случае, если Е1 Е2, корректором К в первоначальный момент корректирую вольтамперные характеристики так, что бы Е| Е2) . Нагрев нагревателей 2-1 -и2-4 ДТП 2 будет происходить до тех пор, пока не будет достигнуто равенст во ЕО Е2;;Поскольку полярности включения Е1 и Е 2 ДТП 2 к выходу ОУ 6 противоположны при Е1 Е 2 напряжение на выходе ОУ 6 и на выходе преобр&зователя будет отсутствовать, т.е. Выбором величины напряжения Е-о источника опорного напряжения 4 обеспечивается такой исходный температурный режим работы ДТП 2, при котором его рабочая точка находится на оптимальном по линейности и Чувствительности участке .вольтамперных характеристик. Под воздействием измеряемого переменного напряжения в нагревателе 2-1 возникает дополнительный нагрев, в результате которого термо-ЭДС Е1 получает приращение.Разность термо-ЭДС Е1 и Е2 воздействует на инвертирующий вход усилителя 6,и на вы- , ходе его появляется постоянное напряжение и. Выходное напряжение переменного тока и )( (.t) одновременно с этим воздействует на вход усилителяограничителя 9, который формирует дву полярные прямоугольные импульсы со стабилизированными уровнями, частота и фаза которых совпадают с частотой и фазой U)(,(t), а уровни их зависят отуровня Un Н) Прямоугольные импульсы с выхода усилителя-ограничителя 9 поступают на вход управляемого делителя напряжения 8,с выхода которого под воздействием на его управляющем входе напряжения Uподаются на первый вход сумматора 5, в котором складываются с выходным напряжением ОУ 3. Увеличение напряжения на выходе сумматора 5 приводит к увеличению термо-ЭДС Е2, которая воздействует на инвертирующий вход ОУ 3, вследствие чего уменьшается его выходное напряжение, сохраняя первоначально заданный температурный режим ДТП 2 по его нагревателям. При этом выходное напряжение U ОУ 6, а следовательно, и выходное напряжение преобразователя бу806Дет изменяться п опорционально эффективному значению измеряемого напряжения UK (t) . Поскольку на нагреватели 2-1 и 2-4 воздействуют сигналы одинаковых частоты и фазы, таким образом исключается влияние их остаточных реактивностей на погрешность преобразования в широком диапазоне частот, так как погрешность будет доказывать только неидентичность этих реактивностей. Кроме того, в преобразователе отсутствуют влияния на точность преобразования погрешности модулятора (преобразователя постоянного напряжения в переменное). Таким образом, преобразователь переменного напряжения в постоянное обладает более высокой точностью преобразования в отроком диапазоне частот по сравнению с прототипом. Формула изобретения Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий дифференциальный термокомпаратор, образованн1з1й двумя термоэлектрическими преобразователями, каждый из которых состоит из нагревателя и термо|П ры, источник опорного напряжения постоянного тока, два операционных силителя и два последовательно соединен-, ных ограничительм 1х резистора, подключенных общим выводом через нагреватель первого термоэлектрического преобразователя к общей шине, а крайними ко входной шине и к выходу первого операционного усилителя, инвертируиидий вход которого подключен к общему выводу термопар, а неинвертирующий - к источнику опорного напряжения постоянного тока, инвертирующий вход второго операционного усилителя непосредственно, а неинвертирующий - через встречно включенные термопары подключены к общей шине, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, него введены усилитель-ограничитель, правляемый делитель напряжения, суматор напряжений, ко1зденсатор и третий граничительный резистор, причем перый вход сумматора напряжений соединен выходом управляемого делителя напряения, лторой вход - с выходом первого перационного усилителя и через коненсатор - с общей шиной, а выход ерез третий ограничительный резистор

7 .862080

и нагреватель второго термоэлектрического преобразователя подключен к общей шине, вход усилителя-ограничителя соединен со входной шиной, а выход со входом управляемого делителя напря-5 жения, управляющий вход которого подключен к выходу второго операционного усилителя. Источники информацииJ принятые во внимание при экспертизе

I. Таубе B.C. Разработка и исследование методов и средств высокой точности для автоматического измерения действующего и среднего значений пере10менного напряжения. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Л., ВНИИМ, 1972, с. 10,рис. 1-4. 2. Патент Великобритании № ПЗЙ932, кл. G 1 V , оггублик. 01.01.69 (прототип).