Цифровой измеритель эффективного значения напряжения переменного тока

 

Изобретение может быть использовано при разработке широкополосных вольтметров. Цель изобретения - расширение динамического диапазона входньрс сигналов п сторону малых значений . Цифровой измеритель содержит высокочастотный переключатель 1, нагрузочный резистор 2, авт.обалансный термисторный мост 3, коммутатор 5,аналого-цифровой преобразователь 6,цифровой вычислитель 7, цифровой 5х индикатор 8 и источник I3 напряжения постоянного тока. В устройство введены цифроаналоговый преобразователь 10, регистр 1 Г последовательного приближения и компаратор 12. Суммирующий усилитель 4 постоянного тока позволяет произвести вычитание умноженного на коэффициент передачи выходного напряжения источника 9 опорного напряжения, вьтолненного в виде автобалансного термисторного моста, из выходного напряжения автобалансного термисторного моста 3. Кроме того, обеспечивает близость к нулю результирующего напряжения при отсутствии измеряемого сигнала, что, в свою очередь, позволяет получить линейную зависимость результирзгащего напряжения и напряжения на выходе суммирующего усилителя 4 постоянного тока от температуры. При таких условиях зависимость результируюп;его напряжения от температуры уменычается в 5...20 раз. 3 ил. с € (Л СО о 00 со о vl

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

G 01 R 19/02 списочник изовряткния

Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 r 4

Ы: .

Фиг.4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ll0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4002681/24-21 (22) 03.01.86 (46) 07.05.87. Бюл. N - 17 (72) А.С.Викторов (53) 621.317.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1056062, кл. G 01 R 19/02, 1981.

Авторское свидетельство СССР

11 - 635432, кл.G 01 R 19/02, 1976. (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭФФЕКТИВНОГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО

ТОКА (57) Изобретение может быть использовано при разработке широкополосных вольтметров. Цель изобретения — расширение динамического диапазона входнцх сигналов в сторону малых значений. Цифровой измеритель содержит высокочастотный переключатель 1, нагруэочный резистор 2, автобаланс ный термисторный мост 3, коммутатор

5, аналого-цифровой преобразователь

6, цифровой вычислитель 7, цифровой

„,SU„, 1308907 А1 индикатор 8 и источник 13 напряжения постоянного тока. В устройство введены цифроаналоговый преобразова. тель 10, регистр 11 последовательного приближения и компаратор 12.

Суммирующий усилитель 4 постоянного тока позволяет произвести вычитание умноженного на коэффициент передачи выходного напряжения источника 9 опорного напряжения, выполненного в виде автобалансного термисторного моста, из выходного напряжения автобалансного термисторного моста 3.

Кроме того, обеспечивает близость к нулю результирующего напряжения при отсутствии измеряемого сигнала, что, в свою очередь, позволяет получить линейную зависимость результирующего напряжения и напряжения на выходе суммирующего усилителя 4 пос- С тоянного тока от температуры. При

Ф с таких условиях зависимость результирующего напряжения от температуры уменьшается в 5...20 раэ. 3 ил.! 1308907

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано при разработке широкополосных вольтметров или в системах автоматического контроля радиоэлектрон- 5 ного оборудования при измерении эффективного значении напряжения переменного тока.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона входных !О сигналов в сторону малых значений путем компенсации погрешности измерения входных сигналов с малыми значениями, вызванной изменением температуры окружающей среды за время !5 измерения.

2 первым входом компаратора 12, второй вход которого соединен с выходом источника 13 напряжения постоянного тока, а выход — с входом регистра ll последовательного приближения, первый второй и третий управляющие выходы цифрового вычислителя 7 соединены соответственно с управляющими входами высокочастотного переключателя I, коммутатора 5 и АЦП 6.

Измеритель работает следующим образом.

Мощность, необходимая для приведения термистора автобалансного термисторного моста 3 в рабочую точку, изменяется по линейному закону в зависимости от температуры окружающей среды (фиг.2а) .

1 о а (Е-20), На фиг.l представлена схема измерителя; на фиг.2 — зависимости мощности и напряжений от температуры окружающей среды; на фиг.3 — зависимость результирующего напряжения от времени.

Измеритель содержит высокочастотный переключатель 1, нагрузочный ре- 25 зистор 2, автобалансный термисторный мост 3, суммирующий усилитель

4 постоянного тока, коммутатор 5, аналого-цифровой преобразователь (АЦП ) 6, цифровой вычислитель 7, циф- ЗО роной индикатор 8, источник 9 опорного напряжения в виде автобалансного термисторного моста, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП ) 10, регистр 11 последовательного приближения, компаратор 12 и источник 13 напряжения постоянного тока.

Вход высокочастотного переключателя 1 является входом измерителя, а выходы соединены с нагрузочным резистором 2 и входом автобалансного термисторного моста 3, выход которого соединен с первым входом суммирующего усилителя 4 постоянного тока и первым входом коммутатора 5, вы- 4S ход которого соединен с входом АЦП 6, выходом соединенного с входом цифрового вычислителя 7, информационный выход которого соединен с входом цифрового индикатора 8, выход источника 9 опорного напряжения в виде автобалансного термисторного моста соединен с аналоговым входом ЦАП 10, цифровой вход которого соединен с выходом регистра 11 последователь5 ного приближения, а выход — с вторым входом суммирующего усилителя 4 постоянного тока, выход которого соединен с вторым входом коммутатора 5 и где Pp — мощность при температуре

20 0; а — температурный коэффициент мощности, При установке термистора одним из плечей автобалансного моста к нему прикладывается напряжение, от.воздействия которого на термисторе выделяется необходимая мощность. Напряжение на термисторе поддерживается автоматически, величину его можно определить по формуле где R0 " сопротивление термистора в рабочей точке.

Характер изменения напряжения на термисторе при изменении температуры окружающей среды определяется из зависимости

График зависимости напряжения на термисторе от температуры окружающей среды (фиг.2б) представляет собой одну ветвь параболы, начинающуюся в точке tд (максимальная рабочая температура ).

Ксли взять два одинаковых автобалансных термисторных моста, термисторы которых находятся в одинаковых условиях (в непосредственной близости друг от друга), и вычесть из величины выходного напряжения одного моста умноженную на коэффициент К1 величину выходного напряжения второ! 308907

ro моста, то при определенном значении К результирующее напряжение

U . будет изменяться по линейному закону в зависимости от температуры окружающей среды (фиг.2в) У

К !!2 °

Интервалы времени 7, — i„; à — <, 7 - (фиг.3 ) равны между собой и определяются временем преобразования

АИП 6, интервалы 7„ — Г, — .,! так- 10 же равны между собой, длительность их определяется временем переходного процесса при подключении и отключении измеряемого сигнала.

На изменение напряжения dU от воздействия измеряемого сигнала (фиг.3) — накладывается изменение, связанное с изменением температуры окружающей среды. Однако, если за значение напряжения при отсутствии 20 на термисторе измеряемого сигнала взять среднее арифметическое значение напряжения в интервале 7 — „ (до включения измеряемого сигнала)

Up< и напряжения в интервале — 25 г (после снятия измеряемого сигна— ла) Up„, то температурный дрейф будет учтен и исключен. Это обусловлено тем, что при линейном характере изменения результирующего напряжения от температуры окружающей среды среднее арифметическое значение напряжений Ур„ и П соответствует значению напряжения в интервале г r при отсутствии на термисторе иэмеряе-35 мого сигнала, то есть измерение результирующего сигнала при отключенном и подключенном сигналах производится как бы одновременно и изменение напряжения аБ,вычисленное по 40 формуле

UР1+ UP1

1 т 0

Р2

45 — результирующее напряжение в интервале — с (при

3 подключенном измеряемом сигнале), не зависит от температуры окружающей 5g среды во время измерения.

После включения питания и окончания переходных процессов на выходе автобалансного моста 3 устанавливается напряжение Ц,, которое поступает на первый вход суммирующего усилителя 4 постоянного тока, на второй его вход поступает напряжение с выхода

ЦАП 10. Регистр 11 последовательного приближения устанавливает код

ЦАП 10 обеспечивающий коэффициент передачи напряжения с выхода источника 9 опорного напряжения на вход суммирующего усилителя 4 постоянного тока, при котором на его выходе устанавливается напряжение, равное выходному напряжению источника !3 напряжения постоянного тока. При этом разница в величине выходных напряжений автобалансного термисторного моста 3 и ЦАЛ 10 незначительна (так как при коэффициенте передачи суммирующего усилителя постоянного тока К = 10 и выходном напряжении источника 13 напряжения постоянного тока 0,1 В, например, разница составит всего

l0 мВ ). чего на практике вполне достаточно для обеспечения линейной зависимости выходного напряжения суммирующего усилителя 4 постоянного тока от температуры. Величина напряжения на выходе источника 13 напряжения постоянного тока выбирается равной верхнему пределу диапазона АЦП 6, обладающего максимальной разрешающей способностью.

Далее работа измерителя осуществляется в три такта.

В первом такте коммутатор 5 подключает к входу АЦП 6 выход автобалансного термисторного моста 3, где напряжение П„ преобразуется в цифровой код, поступающий в цифровой вычислитель 7. Затем коммутатор 5 подключает к входу AIt11 6 выход суммирующего усилителя 4 постоянного тока, напряжение с него U преобразуется в цифровой код, поступающий в цифровой вычислитель 7.

Во втором такте срабатывает высокочастотный переключатель 1 и подключает измеряемый сигнал U к входу автобалансного термисторного моста.3, напряжение на его выходе уменьшается, также уменьшается напряжение на выходе суммирующего усилителя

4 постоянного тока. Через время Т, необходимое для окончания переходных процессов АЦП 6 преобразует напряжение U с выхода суммирующего усилителя 4 постоянного тока в цифровой код, поступающий в цифровой вычислитель 7.

В третьем такте вновь срабатывает высокочастотный переключатель I u отключает измеряемый сигнал U от входа автобалансного термисторного

5 130890 моста 3, напряжение на его выходе и на выходе суммирующего усилителя 4 постоянного тока возрастает. Через время Т АЦП 6 преобразует напряжение

U с выхода суммирующего усилителя

4 постоянного тока в цифровой код, поступающий в цифровой вычислитель

7. Управление высокочастотным переключателем 1, коммутатором 5, АЦП 6, формирование временных интервалов 1О осуществляются цифровым вычислителем 7. В цифровом вычислителе 7 производится также вычисление результата по формуле

U и н которой величина dU вычисляется по формуле

U3+ U3 аи = (— -- — — U )/К

4 2 где К вЂ” коэффициент передачи суммирующего усилителя 4 постоянного тока. 25

Величины U>, U>, 11, представляют собой усиленные суммирующим усилителем 4 постоянного тока результирую( щие напряжения Up 0 2, UpZ соответственно, т.е. 30 !

3 Р1 2 3 Р1 2

+ Р2 2

Таким образом, величина лБ не зависит от изменений температуры ок35 ружающей среды (реально существующих ) за счет возможности учета температурных изменений выходного (результирующего ) напряжения при линейной

40 зависимости его от температуры.

Суммирующий усилитель 4 постоянного тока позволяет произвести вычитание умноженного на коэффициент передачи К выходного напряжения ис (45 точника 9 опорного напряжения из выходного напряжения автобалансного термисторного моста 3, обеспечивает близость к нулю результирующего напряжения при отсутствии измеряемого сигнала, что позволяет получить

50 линейную зависимость результирующего напряжения и напряжения на выходе суммирующего усилителя 4 постоянного тока от температуры. Кроме того, 55 при таких условиях зависимость результирующего напряжения от температуры уменьшается в 5-20 раз,что поэ1 волит значительно расширить динамический диапазон входных сигналов устройства н сторону малых значений.

Формула изобретения

Цифровой измеритель эффектинного значения напряжения переменного тока, содержащий автобалансный термисторный мост, нагрузочный резистор, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, источник напряжения пос тоянного тока, цифровой индикатор, цифровой вычислитель и высокочастотный переключатель,вход которого является входом измерителя, а первый и второй выходы подключены соот- ветственно к входу автобалансного термисторного моста и к нагрузочному резистору, информационный выход цифрового вычислителя подключен к входу цифрового индикатора, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона входных сигналов сторону малых значений, н него введены источник опорного напряжения в виде автобалансного термисторного моста, цифроаналоговый преобразователь, суммирующий усилитель постоянного тока, регистр последовательного приближения и компаратор, выход автобалансного моста подключен к первым входам коммутатора и суммирующего усилителя постоянного тока, выход источника опорного напряжения подключен к входу цифроаналогового преобразователя, цифровой вход которого подключен к выходу регистра последовательного приближения, а выход — к второму входу суммирующего усилителя постоянного тока, выход которого подключен к второму входу коммутатора и первому входу компаратора, второй вход которого подключен к выходу источника напряжения постоянного тока, а выход — к входу регистра последовательного приближения, выход коммутатора подключен к входу аналого-. цифрового преобразователя, выход которого подключен к входу цифрового вычислителя, первый управляющий выход которого подключен к управляющему входу высоконастотного переключателя, второй — к управляющему входу коммутатора, третий — к управляюц(ему входу аналого-цифрового преобразователя.

1308907

Фиг. 5

Составитель А.Морозов

Редактор Л.Гратилло Техред М.Ходанич . Корректор С. Шекмар

Заказ 1792/35 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4