Устройство для измерения эффективных значений напряжения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ ЗНАЧЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее первый и второй термопреобразователи , каждый из которых состоит из нагревателя и терМопары, операционный усилитель, подключенный к выходу устройства, и генератор смещения , отличающееся тем, что, с целью расширения частотного диапазона измерения, в него введены второй генератор смещения, третий и четвертый терялопреобразователи, причем выводы противоположной полярности генераторов смещения объединены и подключены к общей шине и к одному из входов устройства, один вывод нагревателя первого термопреобразователя соединен с выводом нагревателя второго термопреобразователя и подключен к другому входу устройства, один вывод нагревателя третьего термопреобразователя соединен с выводом нагревателя четвертого термопреобразоЪатёля и подключен к выходу устройства , другие выводы нагревателей первого и третьего термопреобразователей объединены и подключены к другому выводу первого генератора смещения , другие выводы нагревателей второго и четЬертого термопреобразователей объединены и подключены к другому выводу второго генератора смещения , положительные выводы термопар (П первого и третьего термопреобразователей подключены к одному из входов операционного усилителя каждый, поло жительные выводы термопар второго и -С четвертого термопреобразователей под ключены к отрицательным выводам термопар первого и третьего термопреобразователей соответственно, а отрицательные их выводы объединены и под ключены к общей шине. 4 05 О5 СО

COIO3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

1(50 G 01 R 19/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ

1(21) 3273510/18-21 (22) 09.04,81 (46) 07.10.83, Бюл. Р 37 (72) Ю.Ф.Курдя, Ф.М.Мацкул и П.A.×åðняев (53) 621.317.7(088.8) (56) 1. Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное. М., Советское радио, 1977, с. 130-165.

2. Патент США 9 3911359, кл. 324-106, 1975 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЭФФЕКТИВНЫХ ЗНАЧЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ, со. держащее первый и второй термопреобразователи, каждый из которых состоит иэ нагревателя и термопары, операционный усилитель, подключенный к выходу устройства, и генератор смещения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона измерения, в него введены второй генератор смещения, третий и четвертый термопреобраэователи, причем выводы противоположной полярности генераторов смещения объединены и подключены к общей шине и к одному

„„SU„„104 А из входов устройства, один вывод нагревателя первого термопреобраэователя соединен с выводом нагревателя второго термопреобраэователя и подключен к другому входу устройства, один вывод нагревателя третьего термопреобраэователя соединен с выводом нагревателя четвертого термопреобразователя и подключен к выходу устрой.ства, другие выводы Нагревателей первого и третьего термопреобразователей .объединены и подключены к другому выводу первого генератора смещения, другие выводы нагревателей второго и четВертого термопреобраэователей объединены и подключены к другому выводу второго генератора смеще-Е

«О ния, положительные выводы термопар первого и третьего термопреобразователей подключены к одному из входов операционного усилителя каждый, поло С жительные выводы термопар второго и четвертого термопреобраэователей под-Б ключены к отрицательным выводам термопар первого и третьего термопреобраэователей соответственно, а отрицательные их выводы объединены и подключены к общей шине..1046691

Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть использовано для измерения эффективного значения широкополосных электрических сигналов произвольной формыа

Иэвестнй устройства для измерения эффективных значений электрических сигналов, основанные на промежуточном преобразовании электрической энергии в тепловую и реализующие 10 способ вэаимообратных.преобразований,, содержащие первый и второй термопреобраэователи, каждый из которых состоит иэ нагревателя и термопары, и операционный усилитель рассогласова- 15 ния, при этом вход устройства соединен с одним из выводов первого нагре" вателя, а первый вывод его термопары соединен с первым входом усилителя, выход усилителя, являющийся выходом 20 устройства, соединен с первым выводом второго нагревателя, а первый вывод его термопары соединен с вторым входом усилителя, вторые выводы на" гревателей и термопар первого и вто" рого термопреобразователя соединены с общей шиной (1).

Недостатком таких устройств явля-. ется значительная погрешность при из мерении малых уровней эффективного значения напряжения. Для повышения точности измерений необходимо применение широкополосных операционных усилителей входного сигнала, которые снижают частотный диапазон устройства.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения эффективных значений напряжения, содержащее первый и второй термопреобразователи, операционный усилитель рас-40 согласования, первый и второй блоки развязки, при этом вход перного блока развязки соединен с входом устройства, а его выход с одним выводом

nepsoro нагревателя и с выходом гене-45 ратора смещения, вход второго блока развязки подключен к выходу устройства, а его выход связан с одним выводом второго нагревателя и с выходом генератора смещения, вторые выводы нагревателей первого и второго термопреобразователей соединены с общей шиной (2) °

Недостатком этого устройства является то, что оно требует применения специального узла развязки на входе для исключения взаимного влияния . входного сигнала и сигнала генератора смещения, которые ограничивают полосу частот измеряемых устройством сигналов. 60

Цель изобретения — расширение частотного диапазона измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения эффективных значений напряжения, содержа-,g5 щее первый и второй термопреобраэонатели, каждый из которых состоит из нагревателя и термопары, операционный усилитель, подключенный к выходу устройства, и генератор смещения, введены второй генератор смещения, третий и четвертый термопреобраэователи, причем выводы противоположной полярности генераторов смещения объединены и подключены к общей шине и к одному из входов устройства, один вывод нагревателя первого термопреобразователя соединен с выводом нагревателя второго термопреобразователя и подключен к другому входу устройсава, один вывод нагревателя третьего термопреобразователя соединен с выводом нагревателя четвертого термопреобразователя и подключен к выходу устройства, другие выводы нагревателей первого и третьего термопреобраэователей объединены и подключены к другому вывоДу первого генератора ,смещения, другие выводы нагревателей второго и четвертого термопреобразователей объединены и подключены к другому выводу второго генератора смещения, положительные выводы термопар первого и третьего термопреобразоьателей подключены к одному из входов операционного усилителя каждый, положительные выводы термопар второго и четвертого термопреобразователей подключены к отрицательным выводам термопар первого и третьего термопреобразователей соответственно, а отрицательные их выводы объЕдинены и подключены к общей шине.

На чертеже изображена электрическая схема устройства.

Устройство состоит из первого генератора 1 смещения постоянного напряжения, источника 2 входного сигнала, второго генератора 3 смещения постоянного напряжения, первого термопреобразователя 4, содержащего нагреватель 5 и термопару 6, второго термопреобразователя 7, содержащего нагреватель 8 и термопару 9, третьего термопреобразователя 10, содержащего термонару 11 и нагреватель 12, четвертого термопреобразователя 13, содержащего термопару 14 и нагреватель 15, операционного усилителя (ОУ) 16. При этом выводы противоположной полярности генераторов 1 и 3 смещения объединены и подключены к общей шине, .один из выводов нагрева" теля 5 термопреобразователя 4 соединен с выводом нагревателя 8 термопре образователя 7 и подключен к выходу источника 2 входного сигнала, один иэ выводов нагревателя 12 термопреоб. разонателя 10 соединен с выводом нагренателя 15 термопреобраэователя

13 и подключен к выходу операционного усилителя 16, являющегося выходом устройства, другие выводы нагревате1046691 лей 5 н 12 термопреобразователей 4 и 10 объединены и подключены к другому выводу генератора 1 смещения, другие выводы нагревателей 8 и 15 термопреобразователей 7 и 13 объединены и подключены к другому выводу генератора 3 смещения. Положительные выводы термопар б и 11 термопреобраэователей 4 и 10 подключены к одному из входов ОУ 16 каждый, положительные выводы термопар 9 н 14 термопреобразоэателей 7 и 13 подключены к отрицательным выводам термопар 6 и

11 термопреобраэователей 4 и 10, соответственно, а отрицательные кх выводы объединены и подключены к общей 15 шине.

Устройство работает следующим об.разом.

При равных по абсолютной величине напряжениях смещения через нагревате- 2О ли 5, 8, 12 и 15 протекают токи смещения,.прк идентичных.нагревателях

5 и 8 .точка приложения. входного сигнала имеет нулевой потенциал и, сле-. довательно, взаимное влияние входно" 2я

ro сигнала и сигнала смещения исключается.

При отсутствии входного сигнала (при условии идентичности термопреобраэователей 4, 7, 10 и 13) напряжения на дифференциальных входах усилителя 16 равны и выходное напряженке устройс ва равно нулю.

При подаче входного сигнала термопреобразователь 4 выделяет напряжение, пропорциональное эффективному значению СУммы сигналов 08 и (-Ц к), термопреобразователь 7 выделяет на-„ пряжение, пропорциональное эффектив- ному значению суммы сигналовОщр(+О м+, Сигнал иа первом входе ОУ 16 прк этом

Оы» т 1 1еК л о

Ъ т.е. выходное напряжение устройства равно эффективному значению выходного сигнала.

Из приведенного видно, что при изО мереннк малых входных сигналов на нагреватели термопреобразователей йодается большой смешанный сигнал (+ ) и его обработка ведется на участках характеристик термопреобра5 эователей, имеющих наибольшую крутизну, а следовательно, и высокую

I точность, преобразования, за счет чего сохраняется. точность измерения устройства в целом.

С другой стороны, не требуется специальных узлов развязки для исключения взаимного влияния сигналов смещения и входного сигнала, т.е. расширяется частотный диапазон измеряемых сигналов по сравнению с прототипом.

Экспериментальные исследования по казали, что частотный диапазон уст ройства, в котором погрешность измерения сигналов произвольной формы не

50 прерывает 5%, составляет 0-100 МГц.

1 где К

1 2 Ь»

Псе

» коэффициент преобразования термопреобраэователей 4 и 7» время измерения входное напряжение напряжение смещения.

Сигнал с выхода усилителя 16, пода ется на термопреобразователь 10, на котором выделяется напряжение, пропорциональное эффективному значению суммы сигналов 0 5blx и (-Ос ), н на термопреобразователь 13, на котором выделяется напряжение, пропорциональ. ное эффективному значению суммы сигналов ()щ и О м . Сигнал на втором входе ОУ 16 при этом

Так как напряжение между дифферен .циальными входами ОУ 16 близко к нулю, можно записать

При иденткчности всех термопреобразователей имеем равенство

1046691

Составитель A.Ïè÷óãèí

Редактор Т.Портная Техредц.Тепер Корректор С. Шекмар

Заказ 7723/44 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", I.Óæãîðoä, ул,Проектная, 4