Преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения в постоянное Советский патент 1982 года по МПК G01R19/22 

первого терморезисторного преобразователя и через модулятор и резистор с нагревателем второго терморезисторного преобразователя 2. Недостатком известного преобразо вателя является невысокая чувствительность, а также низкая точность преобразования при наличии шумов терморезисторных преобразователей, дрейфе и смещении нуля используемых усилителей. Целью изобретения является повышение чувствительности и точности преобразования в широком диапазоне частот преобразуем напряжений. Поставленная цель достигается те что в преобразователь среднеквадратического значения переменного напр жения в постоянное, содержащий перв и второй терморезисторные преобразователи, первые выводы нагревателе которых соединены с общей шиной, второй вывод нагревателя первого те морезисторного преобразователя соединен с объединенными первыми вывод ми первого и второго ограничитесьных резисторов, второй вывод первог из которых соединен с входной шиной второй вывод нагревателя второго терморезисторного преобразователя соединен с первым выводом третьего .ограничительного резистора, а первы вывод терморезистора этого преобразователя соединен с общей шиной, источник опорного напряжения, первы вывод которого соединен с общей шиной, а второй через делитель напряжения - с первым входом первого опе рационного усилителя, второй вход которого соединен с первым выводом терморезистора первого терморезис торного преобразователя, и второй операционный усилитель, выход которого соединен с выходной шиной, дополнительно введены второй делитель напряжения, третий операционный уси литель, сумматор напряжений, управляемый делитель напряжения и усилитель-ограничитель, причем второй вывод терморезистора первого терморезисторного преобразователя соединен с выходом первого операционного усКлителя и первым входом второго операционного усилителя, второй вход которого соединен с вторым выводсал источника опорного напряжения и первым входом третьего операционного усилителя, второй вхо которого через второй делитель напр жения соединен с выходной шиной, а выход - с вторым выводом второго ограничительного резистора и первым входом сумматора напряжения, выход которого соединен с вторым выводом третьего ограничительного резистора а второй вход - с выходом управляемо го делителя напряжения, управляющий вход которого соединен с выходной шиной, вход - с выходом усилителяограничителя, вход которого соединен с входной шиной, а второй вьюод терморезистора второго терморезисторного преобразователя соединен с вторым входом первого операционного усилителя. На чертеже представлена блок-схема преобразователя переменного напряжения в постоянное. Преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения в постоянное содержит входную шину 1, терморезисторные преобразователи 2 и 3 (ТРП), операционные усилители (ОУ) 4-6, источник 7 опорного напряжения (ИОН), делители 8 и 9 напряжения (ДН), сумматор 10 напряжения, выходную шину 11, управляемый делитель 12 напряжения, усилительограничитель 13, ограничительные резисторы 14-16. Терморезисторный преобразователь 2 содержит нагреватель 17 и терморезистор 18, а терморезисторный преобразователь 3 содержит нагреватель 19 и терморезистор 20. Входшая шина 1 соединена с первым выводся 1 резистора 14 и входом усилителя-ограничителя 13, второй вывод резистора 14 соединен с первым выво дсм резистора 15 и первым выводом нагревателя 17, второй вывод которого соединен с общей шиной, второй вывод резистора 15 соединен с первым входом сумматора 10 и выходом операционного усилителя 5, первые выводы нагревателя 19 и терморезистора 20 соединены с общей шиной, второй вывод нагревателя 19 соединен через резистор 16 с выходов сумматора 10, второй вход которого через управляемый делитель 12 соединен с выходом усилителя-ограничителя 13, управляющий вход управляемого делителя -12 соединен с выходной шиной 11, с выходом операционного усилителя 4 и через делитель 9 спервым входом операционного усилителя 5/ второй вход которого соединен с выходом источника 7 опорного, напряжения, с первЕФ входом операционного усилителя 4 и через делитель 8 -с первым входом операционного усилителя 6, выход которого соединен с вторым входом операционного усилителя 4 и первьм выводом терморезистора 18, второй вывод которого соединен.с вторялм входом операционного усилителя 6 и вторым выводом терморезистора 20. Преобразователь работает следующим образом. В исходном состоянии, при отсутствий измеряемого напряжения U;j(t) на шине 1 преобразователя, напряжение с выхода ИОН 7 через первый 8 ДН, коэффициент передачи которого равен 1/2, поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя 6, на

выходе которого появляется напряжение, равное

EEL + Eg . Rje

и,

1)

еыХ(

-2

2.0

где Ej, - выходное напряжение ИОН;

1 R,p - сопротивления термореэисторов ТРП 2 и 3.

При равенстве сопротивлений и RjO на обоих входах операционного усилителя 4 действуют равные по величине и знаку напряжения, вследствие чего на его выходе на инвертирующем входе усилителя 5 и на. шине 11 преобразователя постоянное напряжение t, равно нулю (т.е. О- Напряжение Eg с выхода ИОН поступает на неинвертирующий вход усилитёля 5, выходное напряжение которого через ограничительный резистор 15 поступает на нагреватель 17 ТРП 2, а через сумматор напряжений 10 и ограничительный резистор 16 - на нагреватель 19 ТРП 3 и используется для вывода рабочих точек ТРП на линейный участок их характеристик преобразования.При подаче измеряемого напряжения Ux(t) на шину 1 преобразователя в нагревателе 17 ТРП 2 выделяется дополнительно тепло Джоуля,под действием которого уменьшается величина сопротивления терморезистора 18 и выходное напряжение усилителя б в соответствии с вьоражением (1). Разность между выходными напряжениями усилителя б и ИОН 7 усиливается ОУ 4 выходное напряжение U которого прикладывается к управляющему входу управляемого делителя напряжения 12, Одновременно с этим входное напряжение DX (t) поступает на вход усилителя-ограничителя 13, который формирует двухполярные прямоугольные импульсы со сгабилиэированными уровнями, частота и фаза котор«х совпадают с частотой и фазой у (t), а уровень /импульсов зависит от уровня Ux (t). .Прямоугольные импульсы с выхода усилителя-ограничителя 13 через управляемый делитель 12, сумматор напряжений 10 и ограничительный резистор 16 поступают на нагреватель 19 ТРП З Вследствие этого терморезистор 20 изменяется до установления баланса, при котором выходное напряжение усилителя 6 будет близким к выходному напряжению ИОН 7. В установившемся режиме постоянное напря-. жекие U|bix. выходе усилителя 4 (на шине 11 преобразователя, полярность которого соответствует полярности выходного напряжения ИОН) будет пропорционально действующему значению переменного напряжения Ux(t) на входе преобразователя. Часть напряжения выхода усилителя 4 через ДН 9 поступает на инвертирующий

вход усилителя 5, выходное напряжение которого уменьшается, сохраняя почти неизменным (с погрешностью статизма ОУ) первоначально заданный температурный режим работы обоих ТРП.

Чувствительность преобразования предлагаемого преобразователя увеличена за счет исключения постоянных резисторов, последовательно включаемых с терморезисторами ТРП, которые снижают величину относительного изменения сопротивления терморезисторов.

Точность преобразователя повышен и в широком диапазоне частот за счет того, что оба нагреватели 17 и 19 ТРП работают практически в одинаковом частотном режиме, что значительно уменьшает влияние их остаточных реактивностей на погрешность преобразования.

Таким образом., использование прелагаемого преобразователя в измерительной аппаратуре переменного тока позволяет повысить их метрологические и эксплуатационные характеристики (чувствительность, точность в широком диапазоне, частрт и быстродействие) .

Формула изобретения

Преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения в постоянное, содержащий первый и второй терморезисторные преобразователи, первые выводы нагревателей которых соединены с общей шиной, второй вывод нагревателя первого те1 Орезисторного преобразователя соединен с объединенными первыми выводами первого и второго ограничительных резисторов, второй вывод первого из которых соединен с входной шиной, второй вывод нагревателя второго терморезисторного преобразователя соединен с первым выводом третьего ограничительного резистора, а.первый вывод терморезистрра этого преобразователя соединен с общей шиной, источник опорного напряжения, первый вывод которого соединен с общей шиной, а второй через делитель напряжения - с первым входом первого операционного усилителя, второй вход которого соединен с первым выводом терморезистора первого тегморезисторного преобразователя, и.второй операционный усилитель, выход которого соединен с выходной шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности преобразования, в него введены второ делитель напряжения, третий операционный усилитель, сумматор напряжеНИИ, управляемый делитель напряжения и усилитель-ограничитель, причем второй вывод терморезистора первого тецихорезисторного преобразователя соединен с выходе первого операционного усилителя и первым входе второго операционного усилителя, второй вход которого соединен с вторым выводом источника опорного напряжения .и первым входом третьего операционного усилителя, второй вход которого через второй делитель наПряжейияtсоединен; с выходной шиной, а выход - с вторым выводом второго ограничительного резистора и первым входом сумматора напряжения, выход которого соединен с вторым выводом третьего ограничительного резистора, а второй вход - с выходом управляемого делителя напряжения, управляющий вход которого соединен с выходной шиной,вход - с выходом усилителя-ограничителя, вход которого соединен с входной шиной, а второй вывод терморезистора второго терморезисторного преобразователя соединен с вторым входом первого операционного усилителя,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное. М., Советское радио , 1977, с. 146, рис. 146.

2. Патент Великобритании 1138932, кл. GOl R 19/00, 11.04.69 /таэототип).