Ваттметр
Изобретение относится к ичмерительной технике и может быть использовано в цифровых и аналоговых приборах с автоматическим выбором пределов измерения мощности. Пень 2, изобретения - повышение точности измерения ваттметра достигается путем введения второго блек;; 1 1 onopnoio напряжения, выходное напряжение которого формируется таким образом , чтобы скомпенсировать температурную зависимость выходного напряжения блока 4 потенцировании. Для достижения цели необходимо чтобы транзисторы 13, 20, 21, 4 ч, 47 имели одинаковые параметры и чтобы между ними было минимальное тепловое сопротивление . Ваттметр также содержит логарифмические усилители 1 и 2 тока и напряжения, сумматор 3, вольтметр 5, входные клеммы 6, 7, блок 8 переключения пределов измерения, блок 9 выбора пределов измерения. I з.п. ф-пь, 1 ил. (Л
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (51)S 0 01 R 21/14, 21/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А BTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Г
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГННТ СССР (21) 4683333/21 (22) 25.04в89 (46) 07,02 91. Бк)л. (71) Кировский политехническии институт (72) 0 ° A,ïåcòît), ВА.11р)1ни11п!иков и В.М,ЧаГ!а1!Кин (53) 621 ° 317 (088. 8) (56) Авторско! свидетельство (, (.(:1
h 1559300, кл ° G O l le 21/00, 187.
Авторское свидетельство (;(;01)
13 1287026, кл. Ь Oi К 21/00, 198 ). (54) ВАТТМЕТР (57) Изобретение относится к и:!мерительной технике и может быть использовано в цифровых и ана:!Огонь!х приборах с автоматическим выбором пределов измерения мо33(носги. licit»
„„SU„„1626172 А 1
2, изобретения - 110131,ï!I tilt« f0 и!ости измерения 1)а !"г3!« Ip;1 - достигае fcH путем нв«де)п!я второго ()!10K;! 11
Опорного It;и)ряж«ни», 13ыходное иапряже1н1е которого формиру«rc» таким обра 30м ч гo()t! скомиеисиро!)зть темиер а т у р и у !Г) . 3 а !3 и с и м 0 с т 1> 13 i ix oji l I O I I l;l I l p 11 ж. «пил бл 0 ко 4 и Оте1пlир013;3 ни» ° )(л»
j(0 C fit)i.t3ИИ Я 11«!lit It(0()XOj(!it 10 t TO()bl
Ip 1tt 31icт0ры 13, 2(1, 21, 44, 41 7 имели
ojttt»0t I1 pi. 1ы1н 1«llll» пределов измерения, б)1ок 9 Bt>tt)Op<3 нреДелОв и 3меp«lilt» ° I:3 ° Г1 ° ф Г1 ы 1 иЛ °! 626172 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в цифровых и аналоговых приборах с автоматическим выбором пределов измерения мощности, Цель изобретения повышение точчости эа счет компенсации влияния изменения температуры окружаюцей среды на результат измерения ° I0 На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого ваттметра. Ваттметр, содержащий логарифиические усилители тока 1 и напряжения 2, блок 3 суммирования„ блок 4 !5 потенцирования, вольтметр 5, первую 6 и вторую 7 входные клеммы, бл к 8 переключения пределов измерения, блок 9 выбора пределов измерения, первый 10 и второй 1! блоки опорного 20 напряжения, причем измеряемое напряжение и ток первой 6 и второй 7 входных клемм поступает на входы логарифмических усилителей тока 1 и напряжения 2, при этом логарифмический усилитель 2 напряжения выполнен на операционном усилителе I?, прямой вход которого соединен с общей шиной, а инвертирующий - с базой и коллекто» 30 ром транзистора !3 и через резистор 14 с входной клеммой 7, эмиттер транзистора 13 соединен с выводом операционного усилителя 12 и через резистор 15 с инвертирующим входом операционного усилителя 16, блока 3 35 суммирования, первым выводом резистора 17, .а также через резистор 18 с выходом операционного усилителя 19 и эмиттером транзистора 20, являющимся 40 выходом логарифмического усилителя 1 тока, причем коллектор и база транзистора 20 соединены с входной клеммой 6, иквертирующим входом опера» ционного усилителя 19, прямой вход 45 которого соединен с общей шиной, при этом выход опеоационного усилителя 1Ü соединен с вторым выводом резисто ра 17, входом блока 4 потенцирования, который выполнен на транзисторе 21, 50 коллектор которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 22 и через резистор 23 с выходом операционного усилителя 22, являю» щимся выходом блока 4 потенцчрования, который соединен с первым выводом 55 вольтметра 5, второй вывод которого соединен с общей шиной и прямым входом операционного усилителя 22, при этом блок 8 переключения пределов измерения выполнен на четырех транзисторных ключах 24-27> входы которых подключены к резисторному делителю опорного напряжения, который выполнен на резисторах 28-30, причем первый вывод резистора 28 соединен с общей шиной, а выходы транзисторных ключей 24 27 объединены, а управляющие входы ключей соединены с выход— и»» блока 9 выбора преде.,»ов»»эме,"е»»ия, выполненного на компараторах 31-33 напряжения, ин»»ерт»»ру»о»»ие входы которых объел»»нень» и»эдключены к» ходу блока 4»»оте»»цирова»»»»я, а нь»ходь» соединены с вход»и» логических элементов TO>IQF»:TBI:IIII0F. 1 И 34-37, причем выход компаратора 31 со динен с втоpb»M входом логическог0 элемента 34 и первым входом элемента 35, а выход компаратора 32 - с втор »и входом элемента 35 и первым входом элемен»a 36> а выход компаратора 33 - с вторым входом элемента 36 и первым входом элемента 37, второй вход которого соеднне»» с источ»н»ком опорного напря» же»»»»я, а гервый вход J»огического элемента 34 — с обшей шиной, при этом выходы логических элеие»»топ ТОЖДЕСТВЕН!!ОЕ ИЛИ являются выходами блока 9 выбора пр делов»»змерения, причем прямые входы ко." и;»раторов напряжения соединены с реэ»»сторным делителем опорного напряжения, выполненным на резисторах 38-40, при этом первый вывод резистора 38 соединен с общей шиной, а точки соединения резисторов 38 и 39, 40 и 39 соединены с прямыми входами коипарлторов 33 и 32 напряжения, а »»рямо»» вход компаратора 31 напряжения соединен через резистор 40 с пр»»мым входом компаратора 32 напряжения, при этом блок !О опорного напряжения выполнен на операцион» ном усилителе 41, выход которого является выходом блока 10 опорного на» пряжения, прямой вход операционного усилителя 41 соединен с общей .шиной, первым выводом источника 42 опорного напряжения, второй вывод которого через резистор 43 соединен с инвер» тирующим входом операционного усили теля 41, введенным во второй блок 11 опорного напряжения, выполненный на транзисторе 44 и операционном усилителе 45, инвертирующий вход которого через резистор 46 .соединен с общей шиной и через резистор 17 с входом! б "
U pf> =(р, Š— —--ТъоЗ г (3) но равны I )t U, -Ц,()1 -- —, I 30< — f 1. у R< = -Ц Ь-- —— э02 (1) 40 (2) 45 55 пряжения, операционного усилителя 16, f 24 соединен с об)ие>< )>)«ной,,> объеди- 70 не«ные выходы всех ключей п<эдк:1>оче)п,) к базе транзистора 21, амитrep которого соединен с )t>f>tvpт>fpyf(>1)))It>II входами компара.горон 31-33 нл))рнжеш)н ° Ваттметр работает сле»ую>1«<>> обрл- 25 зом Пусть требуется измер)<ть мощность ° Измеряемый TQK 1„ посfуп )ет It,l клемму 6 наттметрл ° .1лг(м .>roò гок Ior.,lрифмическим ус«ли f(з>(.«> 1 тока «р(-об- 3О разуется н нлпря ке><и< ° Л><ллог)<ч«о измеряемое напряжение 1 > . >о ryf)avт на клемму 7 наттметрл ° 3лт(.м )<л«рнжение поступает н логлр«; м«ческий Усилитель 2 напрнжеш)я ° Выходные >шпряжения логлрифмическ)<х ус)<л)) тел< « 1 H 2 тока и напрнже>«>я с(эот>зетст>зеll» где (- тем«ератyp)f>,!Il «oтеш<иал: Т Э01 IЭО2 — обРатный roK эмиттеРа т рс1« зисторон 20 «13; R - сопротивлеløе рез«с гора 14 ° Для устранения QL èbîê и <-зл дреи» фа, возникающего вследстние «ерегре» ва, используетсн температурная ста» билиэация, которая направлена на компенсацию температурных коэффици» ентон логарифмических усилителей и потенцирунзщего устройства ° Для ком» пенсации используются два температур» но зависимых источника опорного иа Первый исто«««к о«орногo IIII«pft (= ния (ИОН) пред«лз«:tue « If>R п«иже«и>1 тем«ературной «огреюн<.сти, вносимпй по) лрифмирующнми ус)ы«)тенями тока и на«ряжения ° 1>Kog<)) o P нл «ряже ««е ) tv pr>oго ИО11 составляет где I — обрл r«>f)f ток эм«тт< рл нлпряже«ин 47; Up0 — опо!>нс е «-. «ряже««<, R 2 — cof>pnT) Для компенслц«и обрл гных токов Igpf и 1 Э02логар«ф I«pyl(>III)IK трлн t»o ropn)I 20 «! 3 выходное II;1)fp>)&vlf)IQ U y «ер)зо. го ИОН поступле r )1<»txngt cynftf;Iторл, где скл<эдывлетсн с )зходныз>и нлпря» жениями лога р«(1»»<рую)«))х усилителей U< «U2. Выходное «лпряже)и<е блока 3 суммировл«ия рлв«о В результате «олуч;и тся «л<1!.яже««е, пропорпионлль«ое логлр«фму «роизн<де««я «л«рнж< >>If>I 1!)(«row < >(с уч(ro>) н<. Jt)f( cp;t>I))ff» Длн Hct люченин T(мп«э<>ту<зной зависимости )<апрнже««я 1! — выходного 7 напряже«ин блока 4 «о ro«)<«po»a)<>1» на НЫХОдЕ бЛОКа 8 (1з<эрМ«! уетСН 1<ЛПрНИЕ» = p Ве. (-,— --) Rq 1э0э (s) ТэО4 Rq rp< - 9 = I+-- — кол<1>1>и< «v>< r усиления 4 у c) trl) t тел я, выполнен» ного >и ОУ и резисто» р,зх 49 и 46; R Z R ) — с о Г> р о ти н.гl < . н и я р е 3 и с торо» 43 и 48; Iypg > Т gpss — обрати))е токи эмитте» ро» транзисторов 47 и 44 ° При срабатывании i-го ком))лратора его выходное напряжение через логический элемент ТОЖДЕСТВЕ1!11ОЕ ИЛИ зл» 1626172 мыкает i-й ключ, На базу потенцирую щего транзистора через делитель напряжения поступает напряженре U второго ИОН, кото ое с учетом коэф5 фициента деления делителя равно 6 5 (6) Выражение для коллекторного тока по- . тенцирующего транзистора можно записать эо5 ехр("-- ) у Щу Чт (7) где I о — обратный ток эмиттера 15 транзистора 21; Ug> — напряжение база - эмиттер транзистора 21, равное ™4 06 114 05 ° Сделав подстановку (3) в выражение (7), получим о I 1 --.— - - (— — -),(9) I>UxR I>oS RZ Iso4 Iso I>MR 30 (10) 35 1 п Вол 1 -Ч, п -- — — 1 г эоз где Е „ - напряжение источника 42., I Напряженые 0 зависит от темпера- 55 3 туры аналогично напряжениям U4 и U<, поэтому выбор пределов измерения от температуры не зависит, С компаратоПри выполнении равенства I =I> = eoi авэо = Тэо+= 1 обеспечивается о низкое значение погрешности измерения в широком диапазоне температур, а выражение (9) принимает вид К Ry й1 — (— ) к К4 Цоп В Изготовлечие транзисторов на одной подложке позволяет получать практически одинаковую их температуру и равенство их обратных токов в широком диапазоне температур Из выражения (10) следует, что для изменения предела измерений необходимо переключить коэффициент де- 40 ления делителя напряжения в блоке 8 Предел измерения выбирается блоком 9, который состоит иэ компараторов 31-33 напряжения, сравнивающих напряжение блока 3 суммирования с по- 45 ,роговыми напряжениями делителя напряжения, собранного на резисторах 38 40, который питается от первого источника опорного напряжения на ОУ 41 блока 10 Выходное напряжение 50 ров напряжения выходные логические сигналы поступают на входы элементов 34-37, на выходе которых формируются сигналы, соответствующие измеряемому диапазону, Этн сигналы поступают в блок 8 переключения пределов измере» ния, где замыкают один иэ ключей 2427, через который напряжение с делителя опорного напряжения, выполненно» го на резисторах 28 30, поступает на вход блока 4 потенцирования, Делитель опорного напряжени:. питается с входа блока 11, выходное напряжение которого зависит от температуры. Это позволяет исключить влияние температуры на погрешность измерения электронного ваттметра, Ваттметр может быть использован в цифровых и аналоговых приборах с автоматическим выбором пределов изме рения мощности. формул а изобретения 1. Ваттметр, содержащий логариф мический усилитель тока и логарифми» ческий усилитель напряжения, входы которых являются входами устройства, а выходы соединены с первым и вторым входами сумматора, подключенного выходом к первому входу блока потенцирования и первому вхоцу блока выбо ра пределов измерения, второй вход которого соединен с выходом первого блока опорного напряжения, выходы блока выбора пределов измерения со» единены с управляющими входами блока переключения пределов измерения,подключенного выходом к второму входу блока потенцнрования, выход которого соединен с входом вольтметра, о тл и ч а ю шийся тем, что, с це лью повышения точности за счет ком» пенсации влияния изменения темпера» туры окружающей среды, в него введен второй блок опорного напряжения, соединенный первым входом с выходом первого блока опорного напряжения, а вторым - с вторым выходом первого блока опорного напряжения, выход вто» рого блока опорного напряжения соединен с входом блока переключения ппеделов измерения ° " ° Ваттметр по п,1, о т л ич а ю шийся тем, что второй, блок опорного напряжения содержит операционный усилитель, неинверти рующий вход которого соединен. z le2e 7 Составитель С,Хромов Техред М.Дидык Корректор Н ° Ренская Редактор И,Горная Заказ 275 Тираж 407 Подписное ВИИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óëòoðoä, ул . Гагарина, 101 объединенными ба: ой и коллектором транзистора, эмит rep которого является первым входом второго блока опорного напряжения, инвсртирующпй вход операционного усилителя соеди нен с объединенными выводами первого второго резисторов, второй вывод первого резистора соединен с общей шиной, неинвертирун1щии вход oneрп" циоиного усилителя через I ретий резистор подключен к второму входу второго блока опорного напряжения, выход которого является выходом операционного усилителя, объединенного с вторым выводом второго резистора °
