Устройство для измерения переменного напряжения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее выпрямитель, выполиеннь.1й в виде операционного усилителя с диодиорезисторным мостом в обратной связи , два плеча которого, образованные диодами, подключены к выходу операционного усилителя, а два других плеча, образованных двумя одинаковыми резисторами - к его инверсному входу, соединенному через третий резистор с одной из входных клемм устройства, другая входная клемма соединена с прямым входом операционного усилителя, каждое из соединений диода и резистора образует два выхода выпрямителя, первый из которых подключен к измерителю среднего значения напряжения или тока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия., в него введены сумматор, фильтр, интегратор, масштабирующий элемент и эквивалент загрузки, причем второй i Ёход выпрямителя подключен к эквиваленту нагрузки и к одному из вхо (О дов сумматора, к другому входу которого подключен первый выход выпрямителя , выход сумматора через фильтр, интегратор и масштабирующий элемент подключен к корректирующему входу операционного усилителя. г 65 ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (Н) (59 4 Ol К 22

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ и ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3620180/24-21 (22) 13,07.83 (46) 07.12. 85. Бюл. № 45 (7I) Омский ордена Ленина завод электрических точных приборов (72) 10. С. Мальцев и В. Д. Шевченко (53) 621.3)7.7(088.8) (56) 1. Патент Великобритании № 1094776, кл. 0 1, 1965.

2. Швецкий Б. И. Электронные цифровые приборы. Киев: Техника, 1981, с. 132-133, рис. 67. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее выпрямитель, выполненный в виде операционного усилителя с диоднорезисторным мостом в обратной связи, два плеча которого, образованные диодами, подключены к выходу операционного усилителя, а два других плеча, образованных двумя одинаковыми резисторами — к его инверсному входу, соединенному через третий резистор с одной иэ входных клемм устройства, другая входная клемма соединена с прямым входом операционного усилителя, каждое из соединений диода и резистора образует два выхода выпрямителя, первый из которых подключен к измерителю среднего значения напряжения или тока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены сумматор, фильтр, интегратор, масштабирующий элемент и эквивалент загрузки, причем второй вход выпрямителя подключен к эквиваленту нагрузки и к одному из входов сумматора, к другому входу которого подключен первый выход выпрямителя, выход сумматора через фильтр, интегратор и масштабирующий элемент подключен к корректирующему входу операционного усилителя °

1 ll

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности, к измерителям средневыпрямленных; значений переменного напряжения.

Цель изобретения " повышение точности устройства путем компенсации погрешности, обусловленной изменением параметров выпрямительных диодов при измерении температуры и неидентичностью их вольт-амперных характеристик, и повышение быстродействия.

На чертеже изображена схема устройства для измерения,переменного

1 напряжения.

Устройство содержит выпрямитель 1 измеритель 2 среднего значения напряжения, эквивалент нагрузки 3, сумматор 4, фильтр 5, интегратор 6 и масштабирующий элемент 7. Выпрямитель 1 включает- в себя операционный усилитель 8, диодно-резисторный мост, образованный диодами 9 и 10 и резисторами 11 и 12, а также резистор 13.

Входы операционного усилителя S соединены с входными клеммами 14 и 15 устройства для измерения переменного напряжения, первый выход 16 выпрямителя 1 — с входом измерителя

2, второй выход 17 выпрямителя 1 с входом эквивалента нагрузки 3.

Выходы 16 и 17 выпрямителя 1 соединены также с входами сумматора 4, выход которого через высокочастотный фильтр 5 соединен с входом интегратора 6, выход которого через масштабирующий элемент 7 присоединен к корректирующему входу 18 операционного усилителя 8, входящего в состав выпрямителя 1.

Диодио-реэисторный мост, образованный диодами 9 и 10 и резисторами

11 и 12, включен в цепь отрицательной обратной связи усилителя 8, Разноименные электроды диодов 9 и 10 соединены между собой и присоединень! к выходу усилителя 8. Выводы резисторов 11 и 12 соединены между собой и присоединены к. инвертирующему входу усилителя 8. Неинвертирующий вход усилителя 8 служит входом устройства и присоединен к входной клемме 14. Инвертирующий вход усилителя 8 служит вторым входом измерителя и через резистор 13 присоединен к второй входной клемме

1 5.

Точка соединения диода 10 с резистором 12 служит первым выходом

96775 2

16 выпрямителя 1, точка соединения диода 9 с резистором 11 — вторым

-выходом 17 выпрямителя 1.

В качестве. усилителя 8 выпрями5 теля 1 может быть использован стандартный операционный усилитель (например, типа К574УД1).

В качестве измерителя 2 среднего значения напряжения (тока) может быть использован стандартный, вольтметр или миллиамперметр постоянного тока магнитоэлектрической системы, реагирующий на среднее значение сиг. нала, поданного на его вход (наприl5,ìåð, типа М2018). В качестве измерителя 2 среднего значения может быть использован также цифровой вольтметр постоянного тока типа

Ф283 со сглаживающим фильтром на входе, выполненным по одной из стандартных схем, например, в виде оптимального усреднителя с весовой функцией Блекмана.

Конструкция эквивалента нагрузки зависит от примененного измерителя

2 среднего значения. Если в качестве измерителя 2 использован магнитоэлектрический прибор, то .эквивалент нагрузки представляет собой катушку индуктивности, последовательно которой включен резистор. При этом катушка индуктивности должна иметь индуктивность, равную индуктивности магнитоэлектрического измерителя 2, а сопротивление резистора должно быть равно активному сопротивлению магнитоэлектрического измерителя 2.

Если же в качестве измерителя 2 использован цифровой вольтметр с RCфильтром на входе, то эквивалент

40 нагрузки .3 должен быть выполнен в виде резистора, параллельно которому включен конденсатор. При этом сопротивление резистора должно быть равно. входному активному сопротив45 лению вольтметра, а емкость конденсатора равна эквивалентной емкости фильтра измерителя 2. В любом случае полное сопротивление эквивалента нагрузки должне быть равно полному

50 сопротивлению измерителя 2.

Сумматор 4 может быть выполнен по одной из стандартных схем. В частности, он может быть выполнен в виде двух резисторов 19 и 20

55 (фиг. 1), одни из выводов которых . служат входами сумматора„ а другие, соединенные вместе, — выходом сумматора.

3 11

Фильтр 5 может быть выполнен по одной из известных схем. В частном случае он представляет собой конденсатор 21, соединенный одной из обкладок с выходом сумматора 4 и с входом интегратора 6, а другой — с общей шиной. В этом случае резисторы

19 и 20 сумматора одновременно выполняют функции элементов фильтра 5, образуя вместе с конденсатором 21 одноэвенный ВС-фильтр.

Интегратор 6 может быть выполнен по стандартной схеме на основе прецизионного усилителя 22 постоянного тока с конденсатором 23 в цепи обратной связи и с резистором 24 на входе.

Масштабирующий элемент может быть выполнен по схеме масштабного усилителя постоянного тока. В простейшем случае он представляет собой резистор 25.

Устройство для измерения переменного напряжения работает следующим образом.

Источник измеряемого сигнала подключается к входным клеммам 14 и

)5, причем одна из клемм 14 и 15 соединяется с общей шиной. Входной сигнал переменного тока поступает на неинвертирующий вход усилителя 8 выпрямителя 1, с выхода усилителя

8 одна полуволна напряжения через диод 9 и резисторы 11 и 13 проходит на входную клемму 15 (на второй вывод источника входного сигнала), а вторая полуволна через диод 10 и резисторы 12 и 13 также поступает на входную клемму 15. Одновременно одна полуволна напряжения (положительная) с выхода усилителя 8 через диод 10 поступает на вход измерителя 2. Вторая полуволна (отрицательная ) с выхода усилителя 8 через диод 9 поступает на вход эквивалента нагрузки 3. Сигналы с выходов 16 и 17 выпрямителя 1 поступают на входы сумматора 4 и после суммирования сумматором 4 и фильтрации высокочастотным фильтром 5 интегрируются интегратором 6. Полученный сигнал с выхода интегратора 6 через масштабирующий элемент 7 поступает на корректирующий вход 18 усилителя 8, корректируя этот усилитель так, чтобы напряжение смещения по постоянному току этого усилителя, вызванное дрейфом напряже;ния и тока смещения самого усилите96775 жение смещения операционного усилителя автоматически компенсируется вновь введенными блоками независимо от причин, вызвавших это смещение (температурный и временной дрейф

35 усилителя, неидентичность параметров

40 диодов и их дрейф и др.)..

Полоса частот измеряемого сигна" ла в устройстве может быть расширена в сторону низких частот, при этом время установления (быстродействие) устройства практически полностью определяется инерционностью измерителя средних значений, подключенного на выходе выпрямителя, и не зависит от параметров выпрямителя, как это имеет место в известных устройствах, Наличие в устройстве эквивалента нагрузки обеспечивает работу диодов в одинаковых точках их характеристик во всем диапазоне изменения входного сигнала по уровню и во всем диапазоне изменения входного сигна45

55 ла по частоте. Это способствует боля, а также неидентичностью параметров диодов 9 и 10, было равно нулю.

При этом среднее значение напряжения на выходе 16 выпрямителя станет равно среднему значению напряжения на выходе 17 выпрямителя 1.

Эквивалент нагрузки 3 обеспечивает работу диодов 9 и 10 в одинаковых точках вольт-амперных характеристик, 10 что повышает точность работы измерителя во всем диапазоне частот входного сигнала.

Резистором 13 можно изменять коэффициент передачи выпрямителя I.

Наличие в предлагаемом измерителе сумматора с фильтром позволяет использовать в интеграторе прецизионный высокочастотный усилитель, имеющий малый дрейф нуля при боль20 шом коэффициенте усиления. Это позволяет использовать в качестве операционного усилителя в выпрямителе широкополосный усилитель со сравнительно малым коэффициентом передачи (и, следовательно, с большим запасом устойчивости ) и со сравнительно большим дрейфом по напряжению и току. Наличие астатического звена (интегратора) с большим коэффициентом усиления позволяет практически полностью скомпенсировать ошибки, вносимые усилителем и диодами выпрямителя.

В предлагаемом устройстве напряСоставитель О. Глухарем

Редактор А.Шишкина Техред Л.Мартяшова Корректор M. Самборская

Заказ 7559/43 Тираж 747 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

S лее точной компенсации ошибок, связанных с изменением параметров выпрямительных диодов.

Экономический эффект от использования предлагаемого измерителя определяется повышением точности и

1196775 4. сокращением времени измерения сигна лов переменного тока при проведении контроля параметров изделий с помощью датчиков, выходной сигнал кото рых представляет собой сигнал переменного напряжения.