Измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное
Изобретение относится к электроизмерительной технике, может быть использовано в универсальных цифровых вольтметрах, анализаторах спектра . Цель изобретения - уменьшение погрешности преобразования из-за формы кривой входного напряжения. Устройство содержит однополупериодный преобразователь 1 средневыпрямленного значения с несимметричной обратной связью. Дополнительное введение второго однополупериодного преобразователя 2 средневыпрямленного значения с несимметричной обратной связью и сумматора-фильтра 3, а также введение асимметрии глубины обратной связи в преобразователях 1 и 2позволило достичь поставленную цель. Преимуществом преобразователя является также простота его микромодульного исполнения. 1 з.п. ф-лы, 3ил. I Л Гг« JT оэ ю QO к
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (51) 4 G 01 R 19/22
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3927624/24-21 (22) 08.07 ° 85 (46) 23.05,87. Бюл, Ф 19 (7!) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) И. M. Вишенчук, В. Ф, Ткаченко и Ю, Д, Данилов (53) 621.31?.72(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
У 263736, кл. G 01 R 19/22, l3.08.68.
Авторское свидетельство СССР
N - 938179, кл. G 01 R 19/22, 22,12,80 ° (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Изобретение относится к электроиэмерительной технике, может быть использовано в универсальных цифро„„SU„„1312492 А 1 вых вольтметрах, анализаторах спектра, Цель изобретения — уменьшение погрешности преобразования иэ-за формы кривой входного напряжения.
Устройство содержит однополупериодный преобразователь 1 средневыпрямленного значения с несимметричной обратной связью, Дополнительное введение второго однополупериодного преобразователя 2 средневыпрямленного значения с несимметричной обратной связью и сумматора-фильтра 3, а также введение асимметрии глубины обратной связи в преобразователях 1 и
2 позволило достичь поставленную цель, Преимуществом преобразователя является также простота его микромодульного исполнения. 1 з.п, ф-лы, 3 ил.! 2492 2! !3
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в универсальных цифровых вольтметрах, анализаторах спектра, информационных измерительных системах различного назначения для испытания сложной техники °
Целью изобретения является уменьшение погрешности преобразования из-за формы кривой входного напряжения.
На фиг, l представлена схема измерительного преобразователя переменного напряжения в постоянное; на фиг, 2 — таблица выражений для погрешностей однополупериодного преобразователя средневыпрямленного значения с несимметричной обратной связью для трех видов входных сигналов; на фиг. 3 — рассчитанные зависимости погрешностей этих преобразователей для двух видов входных сигналов, Измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит однополупериодные преобразователи 1 и 2 средневыпрямленного значения, сумматор-фильтр 3, входные шины 4 и 5 которого соединены с выходами однополупериодных преобразователей 1 и ? средневыпрямленного значения, а выход " с выходной шиной, и входной разделительный конденсатор 6, включенный между входной шиной и объединенными входами однополупериодных преобразователей 1 и 2 средневыпрямленного значения, Однополупериодный преобразователь
1 средневыпрямленного значения содержит усилитель 7, диоды 8 и 9, резисторы !Π— 14, конденсаторы 15 и 16, причем соединены последовательно резистор 10, усилитель 7 и конденсатор 16, второй вывод которого соединен с разноименными выводами диодов
8 и 9, вторые выводы которых соединены через резисторы 12 и 14 с первыми выводами резистора 13 и конден" сатора 15, вторые выводы которых соединены соответственно с общей шиной и инвертирующим входом усипителя 7, объединенные выводы 17 диода 8 и резистора 12 соединены через резистор 11 с общей шиной, а объединенные выводы 18 диода 9 и резистора 14 соединены с входной шиной 4 сумматора-фильтра 3, который содержит усилитель 19, резисторы 20 — 22 и конденсатор 23, причем первые выводы резисторов 20 и 21 соединены соответственно с входными шинами 4 и 5 сумматора-фильтра 3, инвертирующий вход усилителя 19 соединен со вторыми выводами резисторов 20 и 21 и первыми выводами резистора 22, конденсатора 23, вторые выводы которых соединены с выходами усилителя 19 и выходной шиной устройства.
Однополупериодный преобразова-!
О тель 2 средневыпрямленного значения содержит усилитель 24, диоды 25 и 26, резисторы 27 — 31, конденсаторы 32 и 33, причем соединены последовательно резистор 27, усили-!
5 тель 24 и конденсатор 33, второй вывод которого соединен с разноименными выводами диодов 25 и 26, вторые выводы которых соединены через резисторы 29 и 31, с первыми выводами
20 резистора 30 и конденсатора 32, вторые выводы которых соединены соответственно с общей шиной и инвертирующим входом усилителя 24, объединенные выводы 34 диода 25 и резис25 тора 29 соединены через резистор 28 с общей шиной, а объединенные выводы 35 диода 26 и резистора 31 соединены с входной шиной 5 сумматорафильтра 3, при этом объединенные вы30 воды !7 и 34 объединены с одноименными выводами диодов 8 и 25, величины отношений резисторов 11 и 12 и
28 и 29 выбраны различными, а вторые выводы резисторов 10 и 27 соеди35 иены через входной разделительный конденсатор 6 с входной шиной устройства.
В измерительном прелбразователе переменного напряжения в постоянное
40 однополупериодные преобразователи 1 и 2 средневыпрямленного значения могут быть выполнены не только на базе усилителя, охваченного параллельной отрицательной обратной связью по
4 переменному напряжению, но и на базе усилителя, охваченного последовательной отрицательной обратной связью по переменному напряжению. При этом выпрямительные диоды и резисто50 ры в цепи: последовательно отрицательной обратной связи должны также быть отделены от выхода и входа усилителя с помощью разделительных конденсаторов. Аналогичным образом сумматорфильтр 3 преобразователя может быть выполнен по другой схеме, I
Измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное работает следующим образом.
3 3 l24
Переменное напряжение Б поУ ступает одновременно на входы однополупериодных преобразователей ) и 2 средневыпрямленных значений, детектируется в них и далее суммируется и усредняется с помощью сумматорафильтра 3 ° Величина асимметрии глубины обратной связи в однополупериодных преобразователях l и 2 средневыпрямленного значения различна и lg выбрана таким образом, что в результате суммирования их выходных сигналов на сумматоре-фильтре 3 происходит компенсация погрешности из-за формы кривой измеряемого сигнала.
Асимметрия глубины обратной связи в однополупериодных преобразователях
1 и 2 средневыпрямпенного значения осуществляется отводом части тока положительной полуволны сигнала че- Zo рез резисторы ll и 28, помимо цепи обратной связи в общую шину. Введение асимметрии глубины обратной связи можно осуществить путем отвода части тока .отрицательной полуволны 25 сигнала помимо цепи обратной связи в общую шину, изменив включение диодов 8, 9, 25 и 26 на противоположное.
Коэффициент асимметрии а опреде- 3О ляется соотношением попротивлений резисторов К„ /К „ и R PR . При этом вторая полуволна сигнала не должна искажаться, тОк от нее не должен отводиться помимо цепи обратной связи.
Однополупериодные преобразователи ОПСЗ 1 и 2 имеют различные значения параметра а и коэффициентов передачи Кп. Преобразователь ОПСЗ при значении параметра с<„ имеет коэф- 4О фициент передачи К„,. В преобразователе ОПСЗ 2 значение параметра выбирается равным а и обеспечивает ко2 эффициент передачи Кп„Выходные сигналы ОПСЗ 1 и 2 суммируются с помо- 45 щью сумматора-фильтра 3. При этом выходной сигнал ОПСЗ дополнительно усиливается в К раз. Если значения параметров <х и с<2 выбрать определенным образом, то можно полностью 50 устранить методическую погрешность от формы кривой. для трех форм сигналов синусоидального, прямоугольного и треугольного, и значительно ее уменьшить для выбранного класса сигналов, Аналитические зависимости Kn=f(а) этих трех форм сигналов показаны на фиг. 2. Используя эти зависимос+
Пвь<к с«н вк с«н п1с«н п2с«н > явь<к пр Пвк пр (К и " пр К+К п2пр) > (1) явь<к тр вктр (К п1пр К Кп?тр) °
Полагая, что коэффициенты передачи ОПСЗ l и 2 для прямоугольного и треугольного сигналов можно выразить через коэффициенты передачи для синусоидального сигнала, получим
np =U ex пр ( ri.UB; В точках c(и с< ° Если коэффициент К выбрать равным пр а Z < трс< отношению — — --= — — —, то выражение пр с< с-.р а (2) можно представить в виде явь<к пр =U ex пр (K n си í K+K п c«н ) > (3) Пвых тр =U«x xp (Кп1с«н -K+Kng с«н) ° Следовательно, в схеме измерительного преобразователя переменного напряжения в постоянное можно выбрать такие значения параметров а,„ с<2 и К, при которых выходные напряжения для трех форм кривой разны при равенстве среднеквадратичных значений входных напряжений. Из (! ) и (3 ) получаем выражение для суммарного коэффициента передачи измерительного преобразователя переменного напряжения в постоянное для синусоидального, 92 4 ти, несложно с помощью 3ВМ построить для ОПСЗ зависимости погрешностей преобразования прямоугольного o np и треугольного напряжений а, от значения параметра с< при калибровке ОПСЗ по синусоидальному напряжению, Анализ графика погрешностей ОПСЗ (фиг. 3)показывает, что существуют зоны равных отношений погрешностей с< фтр Если значения параметров с< р пр и с< преобразователей ОПСЗ и 2 выбрать внутри этих зон определенным образом, то методическая погрешность от формы кривой будет устранена. Рассмотрим уравнения, описывающие напряжения на выходе преобразователя для трех форм сигналов 312492 6 обр азов атель, следов ательно, можно выполнить на резисторах невысокого класса точности, имеющих большой разброс номиналов (например, на интегральных резистивных микросхемах типа 301HP7) Поскольку коэффициент передачи ОПСЗ 1 и 2, а также величины а и а зависят только от отноше1 ния резисторов, то имеется возможность создания преобразователей высокого класса точности, работающих в тяжелых условиях эксплуатации, Особенность пары минимальной погрешности д„= 2,2, a>= 188,5, K=15,33 состоит в том, что в ней обеспечивается минимально возможная погрешность от формы кривой для рассматриваемых сигналов, которая не превышает 0,161%, Дополнительное введение второго однополупериодного преобразователя средневыпрямленного значения с несимметричной обратной связью и сумматора-фильтра, а также введение 25 асимметрии глубины обратной связи в первом и втором однополупериодном преобразователях средневыпрямленного значения путем соединения выходного зажима одного из выпрямитель30 ных диодов через резистор с общей шиной позволяет уменьшить погрешность из-за формы сигнала во всем динамиче=ком диапазоне измеряемых сигналов, (41 п1 с я К Кпg !лн 4 Коэффициент К, с которым усиливается выходной сигнал ОПСЗ 1, может быть введен как с помощью отношения резисторов 22 и 20 сумматора-фильтра 3, так и с помощью отношения резисторов 14 и 10 самого ОПСЗ 1. Усреднение выходных сигналов ОПСЗ 1 и 2 осуществляется одновременно с их суммированием с помощью общего сумматора-фильтра 3. Фильтрация таким образом в измерительном преобразователе переменного напряжения в постоянное осуществляется с помощью электронного интегратора, умножающего емкость конденсатора 23 обратной связи в линейном режиме, Интегрирование определяется эквивалентными постоянными времени, зависящими от величины сопротивлений 20 и 21 величины емкости конденсатора 23 и величины коэффициента усиления усилителя 19„ Схема сумматора-фильтра 3 при перегрузке обеспечивает более быстрый разряд конденсатора 23 по сравнению с простейшей интегрирующей RC — öåïî÷êîé, а также меньшую величину емкости конденсатора 23, Как было уже указано выше, внутри зон равных отношений погрешностей срф тр существует множество пар пара ф Пр метров и, H clg . а также соответствующих им значений К. Если подойти к выбору пар и, и р для класса сигналов с точки зрения двух критериев: минимальной погрешности и максимальной стабильности, то с помощью 3IN можно определить эти пары внутри зон, значения К и величины погрешностей из-за формы кривой dy. Так, например, особенность пары максимальной стабильности а„=1, q.-.=38,443, К = 7,92 состоит в том, что в ней существенные отклонения а1, д, К от их расчетных значений незначительно увеличивают погрешности из-за формы кривой ° Например, при изменении а„, б, К в этой паре на +17.. во всех возможных комбинациях максимальная погрешность из-за формы кривой для рассматриваемых форм сигналов увеличивается не более чем на 0,097., т.е. в этой паре влияние разброса ч,, с, К на погрешность от формы кривой на порядок ослабляется, Пре40 5 1 треугольного и прямоугольного сигна лов Еще одним пр еимуще ств ом пр ео бр азователя является простота его микромодульного исполнения. Изобретение позволяет расширить область применения и функциональные возможности измерительных преобразователей средневыпрямленного значения и приборов на их основе, обеспечить высокую точность измерения в жестких условиях эксплуатации, Формула изобретения И змери тельный пр еобр аз ов атель переменного напряжения в постоянное, содержащий однополупериодный преобразователь средневыпрямленного значения с несимметричной обратной связью, ко горый содержит соединенные последовательно первый резистор, первый усилитель и первый выходной разделительный конденсатор, второй вывод которого соединен с разноименными выводами первого и второ о дио-! 7 13 l2 дов, вторые выводы которых через второй и третий резисторы соединены с первыми выводами четвертого резистора и первого конденсатора обратной связи, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом первого усилителя, а объединенные выводы первого диода и второго резистора соединены с первым выводом пятого резистора, входной разделительный конденсатор, включенный между входной шиной и первым резистором, и фильтр, выход которого соединен с выходной шиной, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности преобразования, в него дополнительно введены сумматор и второй однополупериодный преобразователь средневыпрямленного значения с несимметричной обратной связью, который содержит 2О соединенные последовательно шестой резистор, второй усилитель и второй выходной разделительный конденсатор, второй вывод которого соединен с разноименными выводами третьего и чет- 25 вертого диодов, вторые выводы которых через седьмой и восьмой резисторы соединены с первыми выводами девятого резистора и второго конденсатора обратной связи, второй вывод ;1О которого соединен с инвертирующим входом второго усилителя, а объединенные выводы третьего диода и седьмого резистора соединены с первым 492 8 выводом десятого резистора, причем второй вывод шестого резистора соединен с объединенными выводами входного разделительного конденсатора и первого резистора, вторые выводы четвертого, пятого, девятого и десятого резисторов соединены с общей шиной, пятый и десятый резисторы подключены к одноименным выводам первого и третьего диодов, а отношения величин их сопротивлений к величинам сопротивлений второго и седьмого резисторов не равны между собой, объединенные выводы второго диода и третьегсг резистора соединены с первым входом сумматора, а объединенные выводы четвертого диода и восьмого резистора — со вторым входом сумматора, выход которого соединен с входом фильтра. 2. Измеритель по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что сумматор и фильтр выполнены на третьем усилителе, инвертирующий вход которого соединен через параллельно соединенные одиннадцатый резистор и третий конденсатор обратной связи, с выходом и выходной шиной„ а через двенадцатый и тринадцатый резисторы — с объединенными выводами второго диода, третьего резистора и четвертого диода, восьмого резистора соответственно, 1312492 1 Ъ" н 4Ч 5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Q +@ K>Q> AR+Pwй ц I ! Составитель Е. Борзов Редактор Г. Волкова Техред Л.,Сердюкова Корректор А. Тяско Заказ 1968/43 Тираж 731 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/3 ъ3 ф Я С с 
