Устройство для преобразования среднеквадратического значения переменного напряжения в постоянное

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащее два терморезистивных преобразователя , образованных нагревателем и терморезистором, причем вход устройства подключен через первый резистор и первый нагреватель к общей шине, через усилитель-ограничитель и первый управляемый делитель напряжения - к одному из входов сумматора, через первый и второй резисторы - к второму входу сумматора , выход которого через третий резистор и второй нагреватель соединен с общей шиной, первый усилитель. один из входов которого через первый терморезистор соединен с его выходом, а через второй терморезист )р - с общей шиной, источник опорного напряжения, непосредственно подключенный к первым входам второго и третьего усилителей, а через первый делитель напряжения - к другому входу первого усилителя, причем второй вход второго усилителя соединен с выходом первого усилителя, выход устройства подключен к выходу вто-. рого усилителя и соединен непосредственно с управляющим входом первого управляемого делителя напряжеi Яия, а через второй делитель напря (Л С жения - с вторым входом третьего усилителя, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности , в него дополнительно введены § генератор переменного напряжения и второй управляемый делитель напряжения , включенные последовательно между общей шиной и другим входом сумматора, причем управляннций вход второго управляемого делителя напряжения соединен с выходом третьего усилителя, о 4i

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУбЛИК

09) (11) 1д) С 01 R 19/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Ilo делАм изОбРетений и ОткРытий (21) 3441026/18-21 (22) 20.05.82 (46) 07.08.84. Бюл. ¹ 29 (72) Н.Н.Андрусяк, С.А.Андрусяк, В.И.Боднарук и В.И.Матвиив (53) 621.3 17.7 (088.8) (56) 1. Волгин Л.И. Линейные электрические преобразователи. M. 1971, с. 179, рис. 3.24.

2. Авторское свидетельство СССР № .949527, кл. G 01 R 19/22, 1982. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯ

ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащее два термореэистивных пре— обраэователя, образованных нагревателем и термореэистором, причем вход устройства подключен через первый резистор и первый нагреватель к общей шине, через усилитель-ограничитель и первый управляемый делитель напряжения †. к одному из входов сумматора, через первый и второй резисторы — к второму входу сумматора, выход которого через третий резистор и второй нагреватель соединен с общей шиной, первый усилитель, один из входов которого через первый терморезистор соединен с его выходом, а через второй терморезистор — с общей шиной, источник опорного напряжения, непосредственно подключенный к первым входам второго и третьего усилителей, а через первый делитель напряжения — к другому входу первого усилителя, причем второй вход второго усилителя соединен с выходом первого усилителя, выход устройства подключен к выходу вто-. рого усилителя и соединен непосредственно с управляющим входом первого управляемого делителя напряжейия, а через второй делитель напряжения — с вторым входом третьего усилителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены генератор переменного напряжения и второй управляемый делитель напряжения, включенные последовательно между общей шиной и другим входом сумматора, причем управляющий вход второго управляемого делителя напряжения соединен с выходом третьего усилителя.

1107064 2 второй операционный усилитель, выход которога соединен с выходной шиной

У второй целитель напряжения, третий операционный усилитель сумматор нат пряжений, управляемый делитель напряжения и усилитель-ограничитель, причем второй вывод терморезистара первого ТРП соединен с выходом первого операционного усилителя и первым входом 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 напряжения 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 управляемога делителя напряжения, управляющий вход которого соединен с выходной шиной, вход — с выходом усилителя-ограничителя, вход которога соединен с входной шиной, а второй вывод терморезистара второй

ТРП соединен с вторым входом первого операционного усилителя (2 1.

Недостатком известного устройства является ограниченная точность, вызванная неодинаковым реагированием ТРП на постоянный и переменный так вследствие эффекта Пельтье и

Томсона в нагревателях ТРП. Погрешность измерений может достигать нескольких процентов в зависимости

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в аналоговых и цифровых измерителях переменного напряжения.

Известно устройство среднеквадратичного значения переменного напряжения, содержащее два термарезистивных преобразователя, включающих нагреватель и термарезистар, 10 вход устройства соединен с нагревателем первого термапреобразавателя, операционный усилитель, вход которого через первый резистор и терморезистср первого преобразователя со- 15 единен с общей шиной, вход операционного усилителя соединен через второй резистор и терморезистор второго термапреабразователя с общей шиной и через третий резистор также с об в 30 щей шиной, выход операционного усилителя„ который является выходом преобразователя, через дегп.тель напряже,ния соединен с нагревателем второго термапреабразавателя 1 1 ). 2S

Недостатком устройства является низкая точность преобразования, связанная с неодинаковым реагированием термапреабраэователей на постоянный и переменный так.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройства среднеквадратическага значения переменнаго напряжения в постоянное, содержащее первый и второй термарезистивные преобразователи,. первые выводы нагревателей которых соединены с общей шиной, второй вывод нагревателя первого термарезистивнаго преобразователя соединен с объединенными первыми выводами перного и второго ограничительных резисторов, второй вывод первого из которых соединен с входной шиной, вто— рай вывод нагревателя второго термарезистивнаго преобразователя (ТРП) соединен с первым r.ûâîäoì третьего ограничительного резистора, а первый вывод термарезистора этого преобразователя соединен с общей шиной, источник опарнога напряжения (ИОН), первый вывод которого соединен с общей шиной, а второй — через делитель напряжения с первым входом первого операционного усилителя, второй вход которого соединен с первым выводам термореэистара первого ТРП, от динамического диапазона. входных сигналов.

Цель изобретения — повышение точности преобразования путем устранения погрешности термарезистивных преобразователей, вызванной неодинаковым реагированием их нагревателей на постоянный и переменный ток.

Поставленная цель достигается тем, чта в устройство среднеквадратическага значения переменного напряжения в постоянное, содержащее два термарезистивных преобразователя, образованных соответствующим нагревателем и термарезистарам, причем вход устройства подключен через первый резистор и первый нагреватель к общей шине, через усилитель-ограничитель и первый управляемьш делитель iëïðÿæåíèÿ — к одному из входов з 11 сумматора, через первый и второй резисторы — к второму входу сумматора, выход которого через третий резистор и второй нагреватель соединен с общей шиной, первый усилитель, .адин из входов которого через первый терморезистор соединен с его выходом, а через второй терморезистор — с общей шиной, источник опор.ного напряжения, непосредственно подключенный к первым входам второго и третьего усилителей, а через первый делитель напряжения — к другому входу первого усилителя, причем второй вход второго усилителя соединен с выходом первого усилителя, выход устройства подключен к выходу второго усилителя и соединен не— посредственно с .управляющим входом первого управляемого делителя напряжения, а через второй делитель напряжения — с вторым входом третьего усилителя, дополнительно введены генератор переменного напряжения и вт,,й управляемый делитель напряжения, включенные последовательно между общей шиной и другим входом сумматора, причем управляющий вход второго управляемого пелителя напряжения соединен с BblxoIIQM третьего усилителя .

На чертеже представлена структурная схема устройства среднеквадратического значения напряжения в посто25

В исходном состоянии, при отсутствии измеряемого напряжения Б (t)

8х на входе 1 преобразователя, выходное напряжение Ео источника 9 опоркого напряжения через первый делитель 10 напряжения (ДН), козффициент передачи которого равен 0,5, поступает на неинвертирующий вход первого операционного усилителя 5, на выходе которого появляется напряжение

07064 4 лем 12 второго ТРП, второи вывод которого через ограничительный резистор 13 связан с выходом сумматора 14.

Первый вход сумматора 14 соединен с выходом первого управляемого делителя 15 напряжения, вход которого через усилитель-ограничитель 16 соединен с входом 1 преобразователя.

Второй вход сумматора 14 связан с выходом второго управляемого делителя 17 напряжения, а через резистор

18 и резистор 2 — с входом устройства. Вход второго управляемого делителя 17 соединен через генератор 19 переменного напряжения с общей шиной. Управляющие входы первого, 15 и второго 17 управляемых делителей напряжений соединены с выходами второго 6 и третьего 8 усилителей соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Eo Eo . 1

U +

Вь х 2 2 Н

35 янное.

Устройство с;одержит вход 1, который через первый резистор 2 соединен с нагревателем 3 первого ТРП, терморезистор 4 которого одним выводом соединен с инвертирующим входом первого усилителя 5, а вторым выводом — с его выходом и инвертирующим входим второго усилителя 6, выход которого соединен с выходом устройства, который через второй делитель

7 напряжения подключен к инвертирующему входу третьего усилителя 8, неинвертирующий вход которого подключен к выходу источника 9 опорного напряжения и к неинвертирующему входу первого усилителя 6, а через первый управляемый делитель 10 напряжения — с неинвертирующим входом первого усилителя 5. Терморезистор

11 второго ТРП одним выводом соединен с инвертирующим входом первого усилителя 5, а вторым — с нагревателем 3 первого ТРП и с общей шиной, к >торая также связана с нагревате40

55 где R u R — сопротивления термоФ 11 резисторов первого и второго ТРП.

При равенстве сопротивлений терморезисторов 4 и 11 на выходе первого усилителя 5 устанавливается напряжение, равное напряжению источника 9 опорного напряжения (ИОН). Таким образом, на обоих входах второго усилителя 6 действуют равные по величине и знаку напряжения, вследствие чего напряжение на его выходе, на инвертирующем входе третьего усилителя 8 и на выходе преобразователя равно нулю (Н „,„= О). Напряжение Е с выходе ИОН 9 через третий усилитель 8 в той же полярности поступает на управляющий вход второго управляемого делителя 17 напряжения, под действием которого переменное напряжение с выхода генератора 19 через второй управляемый делитель 12

110706

40 напряжения поступает на второй вход сумматора 14 и резистор 18, а затем с выхода сумматора 14 на резистор 13.

Переменный ток через резисторы 18 и 13 проходит через нагреватели 3 и 12 соответственно первого и второго ТРП, выделяя в них тепло Джоуля, что приводит к выводу обоих ТРП в исходный температурный режим. Выбором напряжения ИОН 9 и напряжения генератора 19 выбирается положение рабочих точек ТРП на тех участках их вольт-амперных характеристик (BAX), где чувствительность и линейность ВАХ преобразования оптимальны.

При подаче измеряемого напряжения

u,„„(e) на вход 1 преобразователя через нагреватель 3 первого ТРП протекает ток, под действием которого 20 в нагревателе 3 выделяется тепло

Джоуля и изменяется величина сопротивления терморезистора 4, например уменьшается при отрицательном ТКС терморезистора. Уменьшение сопротив- 25 ления терморезистора 4 приводит к уменьшению коэффициента усиления и выходного напряжения первого усилителя 5, что вызывает нарушение установленного баланса напряжений gp на входах второго усилителя 6.

Под действием разности напряжений на входах второго усилителя б на его выходе появляется постоянное напряжение, которое прикладывается 35 к управляющему входу первого управляемого делителя 15 напряжения.

На его выходе получают прямоугольные двухполярные импульсы, частота и фаза которых совпадают с частотой и фазой входного напряжения u,„ „(e). а уровень зависит от уровня первона4 6 чального "sx (t.), которые поступают на первый вход сумматора 14. Вследствие этого через нагреватель 12 второго ТРП протекает дополнительный переменный ток, что приводит к повышению температуры терморезистора 11 и, как следствие, к уменьшению его сопротивления. Последнее обстоятельство вызывает увеличение коэффициента передачи у первого усилителя

5, который в установившемся тепловом режиме близок к исходному, а на выходе второго усилителя 6 и выходе преобразователя установится постоянное выходное напряжение, пропорциональное действующему значению u (t).

Вх

Часть выходного напряжения через второй делитель 7 напряжения поступает на инвертирующий вход третьего усилителя 8, вызывая уменьшение его выходного тока, что, в свою очередь, приводит к уменьшению переменного щэка, поступающего через делитель 17 на второй вход сумматора 14, а через него и резисторы 13 и 18 — на нагреватели 12 и 3 ТРП, чем обеспечивается их первоначальный тепловой режим терморезрсторов 11 и 4.

Протекание по нагревателям 3 и

12 ТРП только переменных токов исключает дополнительные погрешности этих ТРП, такие как погрешность от асимметрии и перехода. с постоянного на переменный ток, так как эффекты

Пельтье и Томсона на переменном токе не проявляются, Таким образом, использование предлагаемого устройства в измерительной аппаратуре позволит повысить метрологические характеристики измерителей среднеквадратического сигнала переменного напряжения.

1107064

Составитель О.Глухарев

Техред П. Коцюбняк Корректор А.Тяско

Редактор А.Козориз

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 5752/31 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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