Измерительный преобразователь среднеквадратического значения напряжения

 

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖНИЯ, содержащий фильтрующесуммирующий элемент, выход которого соединен с выходной шиной и входом генератора треугольного напряжения, отличающийся тем, что, с цепью повышения точности преобразования , в него введены первый и второй ключи и компаратор, при этом выход генератора треугольного напряжения соединен с первым входом компаратора и входами ключей, второй вход компаратора подключен к входной шине, его выход - к управляющему входу первого ключа, выход которого соединен с первым входом фильтрующе-суммирующего элемента, другой вход которого подключен к выходу второго ключа, а управляющий вход второго ключа соеди§ нен с синхронизирующим выходом генератора треугольного напряжения.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„Я0„,3 05824

31 @ С 01 R 19/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВ (21) 3506271/18-2 1 (22) 29.10.82 (46) 30.07.84. Бюл. В 28 (72) Б.М.Богданович, В.В ° Кандыбин, N.Ï.Федоринчик и В.В.Васильев (71) Минский радиотехнический институт (53) 621.317.7(088.8) (56) 1. Патент США № 3064192, кл. 324-71, 1959.

2. Авторское свидетельство СССР

В 593158, кл. G 01 R 19/02, 02.12.74. (54)(57) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОГО ЗНАЧЕНИЯ .НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий фильтрующесуммирующий элемент, выход которого соединен с выходной шиной и входом генератора треугольного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены первый и второй ключи H комнаратор, при этом выход генератора треугольного напряжения соединен с первым входом компаратора и входами ключей, второй вход компаратора подключен к входной шине, его выход — к управляющему входу первого ключа, выход которого соединен с первым входом фильтрующе-суммирующего элемента, другой вход которого подключен к выходу второго ключа, а управляющий вход второго ключа соедиO нен с синхрониэирующим выходом гене- Е ратора треугольного напряжения.

1 1105824

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборах, измеряющих эффективное значение электрических сигналов.

Известен преобразователь средне" квадратичного значения напряжения, содержащий генератор треугольного напряжения, выход которого подключен к первому входу ограничителя, второй 1п вход Которого соединен с входной Ши" ной, выход — с входом фильтрующесуммирующего элемента, выход которого является выходом преобразователя (13, 15

Известный преобразователь имеет невысокую точность преобразования вследствие влияния дрейфа нулевого уровйя ограничителя а также недос- таточную линейность преобразования.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь среднеквадратичного значения напряжения, содержащий фильтрующе-суммирующий элемент, выход которого соединен с выходной ши" ной и входом генератора треугольного напряжения, и ограничитель, первый вхоД которого соединен с входной ши" ной второй — с выходом генератора

У

ЗО треугольного напряжения, а выход с входом фильтрующе-суммирующего эле мента (2 .

Однако, известный преобразователь характеризуется недостаточно высокой точностью, т,е. погрешность преобра- 5 зования в нем линейно связана с наПряжением смещения нулевого урбвня огранйчителя.

Ь самой деле, выходное напряжение преобразователей среднеквадратичного

40 значения напряжения, работающих на принциПе формирования треугольных йм" пульсов с амплитудой, йропорциональ".

Ной мгновенным значениям входного сйг" найа с последующим усреднением тре"

45 угольных импульсов следующее: а выходное напряжение иэ (1) и (2) следующее: ! ш х х сщ) „0„0, (U +Ц+Ц )

4 40 „2

Фпы х

6 U U

+ X+ Са х

2 ZU

Входное напряжение Ux является переменным, поэтому Ux=0, а

0 02 0 Uz алых х см см

4 40 2. 40

Поскольку (с< 2

m алых + х, сИ

U. V 0

4 40п,ых 2

1 °

Последнее слагаемое представляет собой погрешность преобразования, обусловленную напряжением смещения, ограничителя.

Амплитуда треугольного напряжения пропорциональна выходному напряжению ц „ы„1 0„, (51 где К коэффициент пропорциональности, Подставляя (5) в (4) и решая уравнение относительно (1 > можно полу", чить с учетом того, что

u = cN + " (al

u„Я ч 4- 1 1к а-к

Относительная погреШНость преобразования в прототипе

Uñð о =

СР ЙД где U p AA выходное напряжение пре" образователя при Бс„„=О.

U см 1с

0г Ф-М

Целью изобретения являЕтся повышение точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в измерительный преобразователь среднеквадратичного значения напряжения, содержащий фильтрующе-суммирующий элемент, выход которого соединен с выходной шиной и входом генератора треугольного напряжения, введены перU 4 () moх Х "с

50 где 0 — амплитуда треугольного наВМХ пряжения;

U t) — среднеквадратичное значе-ние входного сигнала.

С учетом влияния напряжения смеще-55 см

2 вых x. 0cv см

4 . М„2 И

1105824

50

3 вый и второй ключи и компаратор, при

Этом выход генератора треугольного напряжения соединен с первым входом компаратора и входами ключей, второй вход компаратора подключен к входной шине, его выход — к управляющему входу первого ключа, выход которого соединен с первым входом фильтрующе-суммирующего элемента, другой вход которого подключен к выходу второго ключа, а управляющий вход второго ключа соединен с синхронизирующим выходом генератора треугольного напряжения.

На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг. 2 временные диаграммы напряжений; на фиг. 3 . — пример реализации генератора треугольного напряжения1 на фиг.4эпюры напряжений в цепях генератора.

Измерительный преобразователь среднеквадратического значения напряжения содержит фильтрующе-суммирующий элемент 1, выход которого соединен с выходной шиной и входом генератора 2 треугольных импульсов. В пре- g образователь дополнительно введены первый 3 и второй 4 ключи и компаратор 5, при этом выход генератора 2 треугольного напряжения соединен с первым входом компаратора 5 и входами ключей 3 и 4, второй вход компаратора 5 подключен к входной шине, его выход — к управляющему входу первого ключа 3 выход которого соединен с первыми входами фильтрующе-суммирующего элемента 1, второй вход которого подключен к выходу второго ключа

4, а управляющий вход второго ключа4 соединен с синхронизирующим выходом генератора 2 треугольного напряжения.

Генератор 2 треугольного напряжения содержит генератор 6 тактовых импульсов, к выходу которого подключен вход первого триггера 7, выходы которого соединены с входами второго

8 и третьего 9 триггеров, а выход третьего триггера 9 соединен с управляющим входом аналогового ключа 10, выход которого подключен к входу интегратора 11. Вход аналогового ключа

10 является входом генератора 2 треугольного напряжения, выход интегратора 11 — выходом генератора 2 треугольного напряжения, а выход второго триггера 8 — синхронизирующим выходом генератора 2 треугольного напряжения.

Измерительный преобразователь среднеквадратичного значения напряжения работает следующим образом.

Треугольник напряжение с выхода генератора 2 треугольного напряжения сравнивается с входным напряжением в компараторе 5. В результате сравнения компаратор 5 выдает отпирающий сигнал на управляющий вход ключа 3, если мгновенные значения входного напряжения больше, чем мгновенные значения треугольного напряжения.

На первый вход фильтрующе-суммирующего элемента 1 через ключ 3 поступают импульсы напряжения, затшрихованные на фиг. 2с . На второй вход суммирующе-фильтрующего элемента 1 через ключ 4 под действием на его управляющий вход синхронизирующих прямоугольных импульсов с синхронизирующего выхода генератора 2 треугольного напряжения поступают треугольные импуЛьсы отрицательной полярности, заштрихованные на фнг.2

Фильтрующе-суммирующий элемент 1 суммирующий элемент 1 суммирует две последовательности импульсов, поступающие на его входы, таким образом, что они преобразуются в последовательность треугольных импульсов (фиг.2B), амплитуды которых равны соответствующим мгновенным значениям входного напряжения. Затем фильтрующе-суммирующий элемент 1 интегрирует полученную последовательность импульсов, в результате чего на выходе преобразователя формируется постоянное напряжение, пропорциональное среднеквадратичному значению входного напряжения.

Генератор 2 треугольного напряжения работает следующим образом. Генератор тактовых импульсов 6 формирует последовательность тактовых импульсов (фиг. 4e) с частотой UP, где

Т вЂ” период треугольного напряжения.

На выходах первого триггера 7 формируется прямая (фиг. 4Ь) и обратная (фиг. 4в) последовательности прямоугольных импульсов, частота повторения которых в два раза ниже тактовой.

Третий триггер 9 уменьшает частоту повторения импульсов еще в два раза и формирует импульсы, управляющие аналоговым ключом 10 (фиг. 4a). В интервале времени, равном длительности этих импульсов, на вход интегратора 11 подается выходное напряжение

1105824

О а 02512

U = +

1 1 ср 2

0 Т

Я1ах т

20 гаях т rn e 1

25 где Б1, 30

U

111

Д t„)gt),...

П ъ

Т т

5 преобразователя, а поскольку оно в указанном интервале времени практически постоянно, то на выходе интегратора 11, являющемся выходом генератора 2 прямоугольного напряжения, формируется треугольное напряжение (фиг. 4 ) с амплитудой, пропорцио1 нальной выходному напряжению преобразователя. Последовательность импульсов с другого выхода первого >0 триггера 7 поступает на вход второго триггера 8, который формирует после" довательность синхрониэирующих импульсов (фиг. 4е) .

Среднее значение напряжения, по- 15 ступающего иа первый вход фильтрующе-суммирующего элемента 1, равно

U ddt tU М

n n шах т 1 1 2 2

2 4 2 2 амплитуда треугольных импульсов положительной полярности, формируемых на первом входе суммирующефильтрующего элемента; длительности указанных импульсон; мгновенные значения входного напряжения в моменты его равенства о>трицатеЛь 45 ным треугольным напряжением; соответствующие HHrepsem» 0 времени; период треугольного напряжения; период входно- 5

ro напряжения; число срабатываний компара" тора 5 в течение положитель" ных полупериодов треугольного напряжения;

m — число его срабатываний в течение отрицательных полупериодов треугольного напряжения.

В общем виде среднее значение напряжения равно и ) аа.а . (1ю г х(п От

U ср 2Т;=1 2Т

Поскольку Т >) Тт, то или

fl+ TYl Т т (n+NlT

=1 . (91

Первые два слагаемых правой части выражения (8) являются площадями прямоугольных импульсов с амплитудами, равными мгновенным значениям входного напряжения U(t). Среднее значение такой последовательности импульсов в соответствии с выражением (1)

02(1)

0 P 40п„„

Выражение (8) с учетом (9) можно записать г(U

На второй вход суммирующе"фильт" рующего элемента 1 поступает последовательность импульсов отрицатель" ной полярности со средним значением

Uvula X

0 ср

В результате обработки входных напряжений с учетом их знаков на выходе фильтрующе-суммирующего элемента 1 получается постоянное напряжение: (i(I

u И)

С учетом влияния напряжения смещения компаратора 5, которое суммируется с входным переменным напряжением 4I (u+u, ) и „.го„о, .U

1105824

Среднее значение 0„ равно нулю, поэтому ср, 1.% 0 откуда

Я ° U,„

2 ГК (13) ОТносительная погрешность преобразования

7 см

)М °

-2U2,х (141

О 2д2

U х + „(f71

Р 4ummoox x40

Из сопоставления (4) и (12) видно, что предлагаемый преобразователь имеет погрешность преобразования за счет влияния Напряжения смещения ком паратора 5 намного меньшую, чем известный так как обусловленная этим

У напряжением составляющая пропорциональна его квадрату, Если в (12) подставить Uù „= kU сР йолучим:

Выигрыш в точности работы предлагаемого преобразователя по сравнению с прототипом за счет уменьшения влияния напряжения смещения можно определить из (7) и г u „

Ь= = — ° (15)

Ф Цс 4

Из (13) с учетом того, чтоЦ = ( можно найти связь между и

С учетом этой связи из (15) следует, что в U х

".х при к=2. В=2Г2 см

При средних значениях величин и

1В и U =1мВ выигрыш в точности преСР образования за счет уменьшения влияния напряжения В=2800.

Приведенные расчеты подтверждают, что в предлагаемом измерительном преобразователе повышается точность преобразовання за счет значительного . уменьшения погрешности, вызванной смещением нуля компаратора.

1105824

Составитель А. Пучковский

Редактор М,Циткина Техред Ж. Кастелевич Корректор М.Шароши

Заказ 5595/35 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîpoä, ул.Проектная; 4

Измерительный преобразователь среднеквадратического значения напряжения Измерительный преобразователь среднеквадратического значения напряжения Измерительный преобразователь среднеквадратического значения напряжения Измерительный преобразователь среднеквадратического значения напряжения Измерительный преобразователь среднеквадратического значения напряжения Измерительный преобразователь среднеквадратического значения напряжения 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электрифицированному железнодорожному транспорту

Изобретение относится к диагностическому устройству для амперометрического определения тока, текущего через датчик

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к измерениям действующего значения переменного напряжения по результатам оценки выборок такого напряжения

Изобретение относится к области электрических измерений, в частности к измерению больших постоянных токов пакета шин

Изобретение относится к электрорадиоизмерениям, а именно к измерениям постоянной составляющей гармонического сигнала

Изобретение относится к электронике
Наверх