Тепловой компаратор переменного тока Советский патент 1981 года по МПК G01R19/02 H03K13/20 

(54) ТЕПЛОВОЙ КОМПАРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

1

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники, а более конкретно - к области измерения электрических величин переменного тока.

Известен преобразователь напряжения в частоту, содержащий два токовых ключа, интегрирующий усилитель, два генератора, триггер, имеющий два выхода, каждый из которых связан с управляющими входами токовых ключей Г13Недостатком его является то, что результат измерения зависит от постоянной времени интегратора и пороговых уровней сравнения.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является ци4 ровой вольтметр, который содержит источник регулируемого напряжения постоянного тока, термочувствительный элемент с нагревателем, усилитель, формирователь и схему управления с коммутатором С23.

Недостатком устройства является влияние нелинейной характеристики термочув- , ствительного элемента, что резко снижает

чувствительность на малых сигналах, снижает устойчивость системы в следящем режиме работы и вызывает увеличение погрещностей.

Целью изобретения является упрощение теплового компаратора переменного тока и повышение точности преобразования действующего значения напряжения во временной параметр.

Для этого в тепловой компаратор пе10ременного тока, содержащий опорный стабилизатор тока, коммутатор, термочувствительный элемент с нагревателем, источник постоянного напряжения, усилитель и формирователь импульсов, введены двух15пороговый нуль-орган и две линии задержки, причем нагреватель термочувствительного элемента соединен с входной клеммой устройства через первую контактную пару KCTvinapaTopa, а через его вторую

20 контактную пару - с опорным стабилизатором тока, а выход термочувствительного элемента соединен с выходом источника nocTosmHoro напряжения и через усЕли- тепь - со входом двухпоррго ого нуль-органа, выход которого соединём со входом формирователя импульсов, первый выход которого соеди 1ен с первой выходной клеммой устройства и через первую линию задержки с управляющим входом первой контактной пары коммутатора, а второй выход формирователя импульсов соединен с о второй выходной клем1 ой уст ройства и через вторую линию задержкис управляющим входом второй контактной пары коммутатора. На фиг. 1 дана ст руктурная схема теплового ком паратора; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы. Он содержит коммутатор 1, опорный стабилизатор 2 тока, термочувствительный элемент 3 с нагревателем 4, источник по стоянного напряжения 5, усилитель 6, дцухпороговый нуль-орган 7, формирователь 8 импульсов, первую и вторую линии задержки 9 и 10 соответственно, первую контактную пару 11 коммутатора, вторую контактную пару 12 коммутатора. Компаратор работает следующим обрав начальном полржении при отсутствии измеряемо величины контактные пары 1 и 12 коммутатора 1 разомкнуты, и термо чувствительный элемент 3 (фиг. 2) харак теризуется некоторой начальной температурой TQ окружающей среды (Трсх-20 0). Формирователь импульсов 8 в режиме измерений устанавливается в положение, при котором первая контактная пара 11 откры та, и преобразуемая величина J(UT(.) по 1ключается к нагревателю 4 термочувствительного элемента 3. Под действием преобразуемой велич1 ны термочувствительный элемент 3 нагревается, причем регулярный режим нагрева описывается выражениемУ где Ту, , Тт - текущая и установившаяся температуры; - время; - теплопроводность и теплоемкость термочувств тельного элемента. Сопротивление последнего зависит от температуры RT СТ) и при прохождении по нему некоторого небольшого ста билизированного тока 3 Qy, от источника постоянного напряжения 5 выхо/1ной сигн с термочувствительного элемента 3 раве (Tx)Напряжение uU-j- усиливается усилителем с коэффициентом усиления 1C у и выходое напряжение усилителя 6U)( поступает на двухпороговый нуль-орган 7. В момент времени -) , когда выходное напряжение иу будет равно первому уровню дискриминации Цс на выходе двухпорогового нуль-органа 7 формируется первый импульс. Через интервал времени Д выходное напряжение и UQ , двухпороговый нуль-орган 7 формирует второй импульс сравнения, поступающий на формирователь импульсов 8, на выходе которого формируется интервал времени Air . По второму импульсу сравнения через время задержки u-tfl) , формируемое линией задержки 9, контактная пара 11 размыкается, и нагреватель 4 обесточивается, и термочувствительный элемент 3 остывает. При этом выходное напряжение Uy,j уменьшается. Как только Uxo станет равно сначала и2 затем (J , двухпороговый нульорган 7 формирует третий ( -tj ) и четвертый ( -Ь. ) импульсы. По четвертому (4-) импульсу через время задержки д-bj , формируемое линией задержки 10, замыкается контактная пара 12 и через нагреватель 4 протекает ток Jg опорного стабилизатора тока 2. В течение времени Д-ь нерегулярный режим заканчивается, и температура термочувствительного элемента 3 изменяется как Т.:Г (1-е - установившаяся температура при токе 30 в нагревателе 4. Напряжение Uyj сначала достигает первого уровня U , затем UQ ив моменты равенства двухпороговым нуль-органом 7 формируются импульсы tg и tg . Пошестому импульсу (t ) через время задержки ДЬз формируется задний фронт управляющего контактной парой 12 импульса Utj , контактная пара 12 размыкается, и термочувствительный элемент 3 охлаждается (кривая Uy ), По восьмому импульсу через время задержки A-fcij формируется импульс управления Uy контактной парой 11 -коммутатора, и процесс компарирования продолжается.. Считая в первом приближении зависимость йт (.Т) на малом участке температур линейной, т.е. Й... Ту , изменение выходного напряжения UK , с

достаточной точностью можно зависимость

Ь

«тСт

).

4,/КтЦ

(i-e

710856

В качестве термочувствительного апё мента может быть использовано любое термосопротивление,причем к стабильности и линейности его характеристики не 5 предъявляется высоких требований. Желательна только лишь его высокая чувствительность. Аналогично не предъявляется высоких требований к стабильности чувст вительности и нуля элементов электриче10 ской схемы: усилителю, нуль-органу, опорным напряжениям и току, элементам задержки и т.д., кроме опорного тока . Это позволяет построить -простью, надеж-: ны1г и дешевые преобразователи перемен15 ного тока с временным параметром на выходе с погрешностями менее 0,3-О,5%, где Um; и т. - напряжения установившихся тепловых режимо При ли 1ОО погрешностью поряд ка О,1% можно считать , и Учитывая, что ц ц К -Э, . 4 . Ае тепло, выделяемое нагревателем при напряжениии(). ,, Так как ТО ,,r,ula а ,ддь i oТаким образом, осуществляется преобразование действующего значения напряже ния (тока) во временной параметр, не зависящее от коэффициента чувствительноети термочувствительного элемента ЗКт -s:. коэффициента усиления К у усилителя 6, тока Jg , сопротивления наг ревателя Кц. . Кроме того, долговременный дрейф уро вней дискриминации Ц и О , а также дрейф нуля усилителя 6 не сказываются на результате преобразования, а их кратковременным дрейфом нуля за время компарирования (Л4: +4i/j +-t окл ) равное до лям или единицам секунд, можно пренебречь. Формула изобретения Тепловой компаратор переменного тока, содержащий опорный стабилизатор тока, коммутатор, термочувствительный элемент с нагревателем, источник постоянного напряжения, усилитель и формирователь импульсов, отличающийся тем, что, с целью упрощения теплового компаратора переменного тока и повышения точности преобразования действующего значения напряжения во временной параметр, в него введены двухпороговый нул1 орган и две линии задержки, причем -нагреватель термочувствительного элемента соединен с входной клеммой устройства через первую контактную пару коммутатора, а через его вторую контактную парус опорным стабилизатором fOKa, а вькод термочувствительного элемента соединен с выходом источника постоянного напряжения и через усилитель - со входом двухпорогового нуль-органа, выход которого соединен со входом формирователя импульсов, первый выход которого соединен с первой выходной клеммой устройства и через первую линию задержки - с ynpasninoщим входом первой контактной пары ком.мутатора, а второй выход формирователя импульсов соединен со второй выходной клеммой устройства и через вторую линию задержки - с управляющим входом второй контактной пары коммутатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское св.идетельство NO 166178, кл. Q О1 R 19/26, 1963. 2.Патент США № 34847О5, кл. 328-149, опублик. 1969 (прототип).