Измерительный преобразователь активной мощности

 

Изобретение может быть использовано в радиотехнике и гидроакустике для измерения активной мощности непрерьгоных синусоидальных сигналов и радиоимпульсов с длительностью, превышающей единицы миллисекунд, в диапазонах звуковых, ультразвуковых и радиочастот. Цель изобретения - уменьшение -погрешностей преобразования активной мощности. Устройство содержит полевой транзистор 1, корректор 2, аналоговый сумматор 3, делитель 4 напряжения, преобразователь 5 напряжение-ток и фильтр 7 нижних частот. Введение источника 8 стабильного синусоидального напряжения, электронных переключателей 9 и 10, элементов 11, 12 и 14 выборки-хранения , компаратора-интегратора 13, усилителя-интегратора 15, формирователя 7Р а с преде лит ел я 16 импульсов управления , детектора 17 огибакяцей радиоимпульсов и образование новых связей между элементами устройства позволяет обеспечить коррекцию аддитивной и мультипликативной йогрешности с использованием калибровочного синусоидального напряжения и отрицательной обратной связи. Значения указанных погрешностей уменьшаются в 5-10 и более раз. 1 ил. (Л to со Од сл

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 G 01 R 21/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3715264/24-21 (22) 09. 12.83 (46) 23.06.86. Бюл. Р 23 (71) Куйбышевский электротехнический институт связи (72) В.В.Иванютин (53) 621.317 ° 78(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

II 718797,кл. С 01 Р 21/08, 1977 °

Авторское свидетельство СССР

Р 951167, кл. G 01 R 21/06, 1980.

Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. M.: Мир, 1982, с. 205, 277. (54) H3MEPHTEJIbHblA ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ (57) Изобретение может быть использовано в радиотехнике и гидроакустике для измерения активной мощности непрерывных синусоидальных сигналов и радиоимпульсов с длительностью, превышающей единицы миллисекунд, в диапазонах звуковых, ультразвуковых

ÄÄSUÄÄ 1239615 AI и радиочастот. Цель изобретения уменьшение -погрешностей преобразования активной мощности. Устройство содержит полевой транзистор 1, корректор 2, аналоговый сумматор 3, делитель 4 напряжения, преобразователь

5 напряжение-ток и фильтр 7 нижних частот. Введение источника 8 стабильного синусоидального напряжения, электронных переключателей 9 и 10, элементов 11, 12 и 14 выборки-хранения, компаратора-интегратора 13, уси лителя-интегратора 15, формирователя-распределителя 16 импульсов управления, детектора 17 огибающей радиоимпульсов и образование новых связей между элементами устройства позволяет обеспечить коррекцию аддитивной и мультипликативной Погрешности с использованием калибровочного синусоидального напряжения и отрицатель-. ной обратной связи. Значения указанных погрешностей уменьшаются в 5-10 и более раз. 1 ил.

1 (, "ех "вx 1- ) "в ех о

1 12

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в радиотехнике и гидроакустике для измерения активной мощности непрерывных синусоидальных сигналов и радиоимпульсов с длительностью, превышающей единицы миллисекунд, в диапазонах звуковых, ультразвуковых и радиочастот.

Целью изобретения является уменьшение погрешностей измерения.

На чертеже приведена функциональная схема измерительного преобразователя активной мощности.

Измерительный преобразователь активной мощности содержит полевой транзистор 1, соединенные последова,тельно корректор 2 и аналоговый сумматор 3, делитель 4 напряжения,преобразователь 5 напряжение-ток, фильтр

6 нижних частот, источник 7 регулируемого напряжения смещения, выход кото рого соединен с третьим входом аналогового сумматора 3, выход которого соединен с затвором полевого транзистора 1, исток которого соединен с шиной нулевого потенциала, второй вход аналогового сумматора 3 соединен с выходом делителя 4 напряжения, вход которого соединен с входом преобразователя 5 напряжение-ток,выход которого соединен со стоком полевого транзистора 1 и входом фильтра 6 нижних частот, источник 8 стабильного синусоидального напряжения, первый 9 и второй 10 электронные переключатели, первые входы которых соединены соответственно с первым и вторым входами измерительного преобразователя активной мощности, вторые входы — с выходом источника 8 стабильного синусоидального,напряжения а выходы— соответственно с соединенными друг с другом входами делителя 4 напряжения и преобразователя 5 напряжениеток,и входом корректора 2, первый элемент 11 выборки-хранения, вход которого соединен с выходом фильтра

6 нижних частот, а выход — с выходом измерительного преобразователя активной мощности, соединенные последовательно второй элемент 12 Bbl6GpKH-хранения и компаратор-интегратор 13, соединенные последовательно третий элемент 14 выборки-хранения и усилитель-интегратор 15, формировательраспределитель 16 импульсов управления. выходь(которого соединены с входами управления электронных переклю39615 2 чателей 9 и 10 и входами управления элементов 11, 12 и 14 выборки-хранения,детектор 17 огибающей радиоимпульсов, вход которого соединен с вхо. дом электронного переключателя 9, а выход — с входом управления формирователя-распределителя 16 импульсов управления, причем входы второго и третьего элементов 12 и 14 выборкихранения соединены с выходом фильтра

6 нижних частот, выход компаратораинтегратора 13 соединен с входом управления корректора 2, а выход усилителя-интегратора 15 — с входом управления делителя 4 напряжения.

Измерительный преобразователь активной мощности осуществляет преобразование напряжений 0, и 0 пропоргь циональных соответственно мгновенным значениям тока, и напряжения нагруз ки источника сигнала к которой подЭ ключен измеритель активной мощности, в соответствии в уравнением 0 и ип х О, Мг,где К де — коэффициент пресбразования измерительного преобразователя,а черта над произведением

0, и г означает нахождение среднего значения этого произведения, которое пропорционально активной мощности

J поскольку активная мощность

Особ енно стью предлаг аемого измерительного преобразователя является то, что он в отличие от известного вырабатывает выходное напряжение U z не непрерывно, а. периодически.Это связанс с тем, что для обеспечения автоматической коррекции аддитивной и мультипликативной погрешностей интервалы времени работы измеритель,ного преобразователя разбиваются на многократно повторяющиеся периоды с длительностью Т каждый из которых содержит три цикла. Бо время перного цикла осуществляется коррекция аддитивной погрешности, связанной с составляющей напряжения исток-сток нолевого транзистора 1, пропорциопальной квадрату тока канала. Во время второго цикла осуществляется коррекция мультипликативной погрешности, связанной с непостоянством коэффициентов преобразования узлов измерительного преобразователя и коэффициента к полевого транзистора з 12:39

Во время третьего цикла преобразователь формирует напряжение Оп,пропорциональное измеряемой мощности.

В течение этого цикла предлагаемьп измерительный преобразователь работа5 ет аналогично преобразователю активной мощности известного измерителя активной мощности.При этом в измерительном преобразователе входные напря ъ жения 0, и U через электронные переключатели 9 и 10 соответственно поступают на входы делителя 4 напряжения и преобразователя 5 напряжение-ток и вход корректора 2.

Выходной ток преобразователя

5 напряжение-ток,протекающий через канал полевого транзистора 1, линейно связан с первым входным напряжением 0 измерительного преобразователя и вхОдным тОкОм 4>) .измерите ля мощности, в состав которого входит преобразователь. Переменное напряжение, поступающее в цепь затвора полевого транзистора от аналогового сумматора 3, является суммой выходного напряжения корректора 2, которое пропорционально второму входному напряжению -измерительного преобразователя и входному напряжению 0 <„ измерителя мощности и выходного напря)

30 жения дьлителя 4 напряжения. При этом напряжение исток-сток полевого транзистора 1 содержит три составляющих.

Первая из них пропорциональна Ц,, вторая- квадрату U, а третья — произведению 0, U среднее значение ко- 35 торого . пропорционально измеряемой мощности. Подавление первой и выделение среднего значения третьей составляющей достигаются с помощью фильтра

6 нижних частот. 40

Составляющая.,пропорциональная квадрату 0, при измерении мощности в цепях,где действуют синусоидальные напряжения, представляет собой сумму постоянного и переменного напряжений с частотой, в два раза нревьппающей частоту 0<, и входного напряжения измерителя мощности. Так как посто50 янное напряжение этой составляющей на выходе фильтра 6 складывается с постоянным напряжением пропорциональным активной мощности,эта составляющая должна быть подавлена. В измерительном преобразователе это достигается установкой такого коэффициента передачи делителя 4 напряжения при котором его выходное напряжение приб

615 4 лизительно равно полонине вапря)кения исток-сток полевого транзистора 1.

Коррекция аддитивной погрешности. связанной с квадратичной составляющей напряжения исток-сток в объекте предлагаемого изобретения,обеспечивается регулировкой коэффициента передачи делителя 4 напряжения во время первого цикла (цикла коррекции, нуля) измерительного преобразователя мощности. Во время этого цикла выходное напряжение источника 8 синусоидального напряжения поступает на входы преобразователя 5 напряжение-ток и делителя 4 напряжения через электронный переключатель 9. При этом на входе корректора 2 переменное напряжение отсутствует,так как электронный переключатель 10 не пропускает ни одного из его входных напряжений.

Постоянное напряжение квадратичной составляющей выделяется фильтром 6 нижних частот ° В конце цикла коррекции нуля третий элемент 14 выборкихранения обеспечивает выборку этого напряжения и оно усиливается усилителем-интегратором 15, выходное напряжение которого обеспечивает управление коэффициентом передачи делителя 4 напряжения, В результате Того, что усилитель-интегратор 15 в такой схеме измерительного преобразователя через делитель 4 напряжения, поле вой транзистор 1, фильтр 6 нижних частот и элемент 14 выборки-хранения охватывается отрицательной обратной связью, через несколько циклов коррекции нуля достигается подавление постоянного напряжения квадратичной составляющей.

Для обеспечения устойчивости режима коррекции нуля постоянная времени усилителя-интегратора 15 должна быть во многа раз больше, чем длительность переходных процессов в фильтре 6 нижних частот.

Коррекция мультипликативной погрешности,связанной с непостоянством коэффициентов преобразования узлов измерительного преобразователя,обеспечивается регулировкой коэффициента передачи корректора 2,входящего как сомножитель в выражение .для значения коэффициента преобразования измерительного преобразователя.Для этого во время второго цикла (цикла калибровки) на входы делителя 4 напряжения, преобразователя 5 напряжение-ток и корректора 2 через элек12 Зс961 1 тронные переключатели 9 и 10 поступает синусаидальное напряжение чстачника 8 стабильного синусоидально— го напряжения, равное, например, мак5 симальным входным напряжениям:измерительногс преобразователя активной мощности. Ва время цикла калибровки

1 как и во время цикла измерения, на выходе фильтра 6 нижних частот фар1О мируется напряжение пропорциональное среднему значению произведения выходных напряжений эпектронньгл переключателей 9 и 10 и квадрату амплитудного значения выходного напряжения источника 8 стабильного синусаидальнага ;-лапряжения, частота ката -oro выбирается порядка центральной частоты рабочега диапазона частот напряжения LI> измерителя мощности, в состав которого входит измерительный преобразователь. Поскольку выходное напряжение источника

8 стабильного синусоидального напряжения имеет малую нестабильность

25 амплитудного значения, нестабильность выходного напряжения фильтра 6 нижних частот определяется нестабильностью коэффициентов преобразования узлов измерительного преобразователя.

В конце никла калибровки второй элемент 12 выборки--хранения обеспечивает выборку этого напряжения, а компаратов-интегратор 13 сбрасывает ега с опорным напряжением соответствуюЗ5 паж номинальному значению коэффи-KHепта преобразования измерительного преобразователя,осуществляя получение и усиление разности указанных напряжений.Выходное напряжение кампаратара-интегратора 13 чспользуется для управления коэффициентом передачи корректора 2.3 результате того„что компаратор-интегратор 13 в такой схеме измерительного преобразователя через корректор 2,палевой транзистор 1р фильтр 6 .нижних частот и элемент 12 выборки-хранения охватывается отрицательной обратной связью, через несколько циклов калибровки достигаются равенство выходного напряжения фильтра 6 нижних частот опорному напряжению и стабилизация коэффициента преобразования измерительного преобразователя. Для обеспечения устойчи5 2" вости режима калибровки постоянная времени компаратора-интегратора 13 должна быть выбрана аналогично времени усилителя-интегратора 15.

Формирователь-распределитель lb импульсов обеспечивает формирование импульсов управления для электронных переключателей 9 и 10 и импульсов выборки элементов 11, 12 и 14 выборки-хранения. Импульсы управления имеют длительность, равную длительности цикла работы измерительного преобразователя,и определяющую длительность цикла, которая обычно выбирается равной нескольким миллисекундам. Длитепьнасть импульсов выборки обычно равна единицам-десяткам микросекунд. На вход управления элемента 11 выборки-хранения, импульс выборки поступает в конце цикла измерения, обеспечивая выборку выходного напряжения фильтра 6 нижних частот, пропорциональногэ измеряемой мощности, па окончании переходного процесса в фильтре. С выхода элемента 11 выборки-хранения это напряжение поступает на вьпсад измерительного преобразователя активной мощности.

Источник 7 регулируемого напряжения смещения введен в измерительный преобразователь для обеспечения возможности изменения значения коэффициента управления % полевого транзистора 1. Это необходимо в связи с тем, чта полевые транзисторы одного и того же тина имеют значительный разброс значений указанного коэффициента. Кроме того, использование запирающего смещения позволяет расщирить динамический диапазон изм рчтельного преобразователя за счет увеличения допусгимых значений переменного напряжения в цепи затвора полевага транзистора с р-п-переходом.

Де:-.ектар 1. огибающей используется ь основном,цля прецотвращения формирования импульса выборки> пасту пающего на вход управления элемента

":1, во время паузы между радиоимпульсами при измерении их мощности, Это обеспечивается тем, что во время паузы вхоцные напряжения измерительного преобразователя равны нулю и управ ляющее напряжение на выходе детектора 17 огибающей соединенного с одним из входов преобразователя и входом управления формирователя 16, отсутствует.

Таким образом, в предлагаемом изобретении обеспечивается коррекция аддитивна:л и мультипликативной погрешностей с использов" íèåì калибра.

7 1 вочного синусоидального напряжения и отрицательной обратной связи.В

5-10 и более раз удается уменьшить значения указанных погрешностей по отношению к значениям аналогичных погрешностей известного измерительного преобразователя, в котором используется параметрическая коррекция мультипликативной погрешности и отсутствует автоматическая коррекция нуля.

В результате этого полная погрешность предлагаемого изобретения в широком диапазоне температур может быть уменьшена до значения, не превьппающего 0,2-0,37.

239615 Я дены источник регулируемого напряжения смещения, выход которого подключен к третьему входу аналогового сумматора источник стабильного синусоид дального напряжения, первый и второй электронные переключатели, первые входы которых подключены соответственно к первому и второму входам измерительного преобразователя активной мощности, вторые входы — к выходу источника стабильного синусоидального напряжения, а выходы — соответственно к входам делителя напряжения и корректора, первый элемент выборки-хранения,вход которого подключен к выходу фильтра нижних частот, а выход — к выходу измерительного преобразователя активной мощности, соединенные последовательно второй элемент выборО. ки-хранения и компаратор-интегратор, соединенные последовательно третий элемент выборки-хранения и усилительинтегратор, формирователь-распределитель импульсов управления, выходы которого соединены с входами управления электронных переключателей и входами управления элементов выборкихранения,и детектор огибающей радиоимпульсов, вход которого соединен с входом электронного переключателя, выход — с входом управления формирователя-распределителя импульсов управления, причем входы второго и третьего элементов выборки-хранения подключены к выходу фильтра нижних

35 частот, выход компаратора-интегратора соединен с входом управления корректора,а выход усилителя-интегратора — с входом управления делителя напряжения.

Формула изобретения

Измерительный преобразователь активной мощности, содержащий полевой транзистор, соединенные последовательно корректор и аналоговый сумматор, делитель напряжения, преобразователь напряжение-ток и фильтр нижних частот, причем выход аналогового сумматора подключен к затвору полевого транзистора, исток которого соединен с шиной нулевого потенциала, второй вход аналогового сумматора соединен с выходом делителя напряжения, вход которого соединен с входом преобразователя напряжение-ток, выход которого подключен к стоку полевого транзистора и входу фильтра нижних частот, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения погрешностей измерения, корректор и делитель напряжения выполнены управляемыми напряжением,и в него ввеСоставитель В.Быков

Редактор Л.Гратилло Техред О.Сопко Корректор И.Муска

Заказ 3390/44 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие,;г.ужцород, ул. Проектная, 4