Устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное

 

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано для измерения амплитуды симметричного переменного напряжения. Сущность изобретения: устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное содержит сумматоры 1 и 2, компаратор 3, коммутатор 4, источник 5 опорного напряжения, интегратор 6, входную 7 и выходную 8 шины. Первый (неинвертирующий) вход сумматора 1 соединен с шиной 7, второй (инвертирующий) вход - с выходом интегратора 6 и шиной 8, а выход - с информационным входом коммутатора 4 и первым входом компаратора 3, второй вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а выход - с управляющим входом коммутатора 4. Первый (неинвертирующий) вход сумматора 2 соединен с выходом коммутатора 4, второй (инвертирующий) вход - с выходом источника 5, а выход - со входом интегратора 6. 1 ил.

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано для измерения амплитуды симметричного переменного напряжения.

Известно устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное, содержащее первый и второй квадраторы, амплитудный преобразователь, источник компенсирующего напряжения, сумматор и фильтр нижних частот, в котором вход устройства соединен со входом амплитудного преобразователя и первым входом первого квадратора, соединенного своим вторым входом с выходом амплитудного преобразователя и вторым входом второго квадратора, а выходом - с первым входом сумматора, второй вход сумматора соединен с выходом второго квадратора, а выход - со входом фильтра нижних частот, выход которого соединен с управляющим входом источника компенсирующего напряжения, соединенного своим выходом с первым входом второго квадратора [1].

Недостатком этого устройства является низкая точность преобразования, обусловленная тем, что при работе устройства необходимо выполнение большого количества нелинейных операций, осуществляемых со значительной погрешностью (квадратирование, нелинейное изменение амплитуды компенсирующего напряжения, нелинейное изменение коэффициентов передачи квадраторов).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное, содержащее фазовращатель, первый и второй сумматоры, первый и второй компараторы, первый и второй одновибраторы, первый и второй блоки выборки-хранения, первый и второй коммутаторы, первый и второй блоки деления, первый и второй нелинейные преобразователи и блок управления, в котором первые входы первого и второго сумматоров соединены со входом устройства и входом фазовращателя, вторые входы - с выходом фазовращателя, а выходы - с первыми входами соответственно первого и второго компараторов и информационными входами соответственно второго и первого блоков выборки-хранения, вторые входы первого и второго компараторов соединены с шиной нулевого потенциала, а выходы - со входами соответственно первого и второго одновибраторов, выходы которых соединены с управляющими входами соответственно первого и второго блоков выборки-хранения, первые информационные входы первого и второго коммутаторов соединены с выходом первого блока выборки-хранения, вторые информационные входы - с выходом второго блока выборки-хранения, управляющие входы - соответственно с первым и вторым выходами блока управления, а выходы - соответственно с первым и вторым входами первого блока деления, выход которого соединен с информационным входом первого нелинейного преобразователя, соединенного своим управляющим входом с третьим выходом блока управления, а выходом - с информационным входом второго нелинейного преобразователя, управляющий вход второго нелинейного преобразователя соединен с четвертым выходом блока управления, а выход - с первым входом второго блока деления, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход - с выходом устройства [2].

Недостатком этого устройства является низкая точность преобразования, обусловленная тем, что устройство выполняет большое количество нелинейных операций, выполняемых с существенной погрешностью (две операции деления, синусное преобразование, арктангенсное преобразование).

Другим недостатком устройства являются сложность и относительно низкая надежность, обусловленные большим числом входящих в состав устройства элементов.

Целью изобретения является упрощение устройства и повышение его точности и надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное, содержащее первый и второй сумматоры, компаратор и коммутатор, в котором первый вход первого сумматора соединен со входом устройства, первый вход компаратора соединен с выходом первого сумматора, а второй - с шиной нулевого потенциала, введены источник опорного напряжения и интегратор, информационный вход коммутатора соединен с выходом первого сумматора, управляющий вход - с выходом компаратора, а выход - с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, вход интегратора соединен с выходом второго сумматора, а выход - со вторым входом первого сумматора и выходом устройства, Совокупность вновь введенных элементов и связей не является самостоятельным устройством. Вместе с остальными элементами и связями устройства она обеспечивает достижение положительного эффекта - упрощение устройства и повышение его точности и надежности, поэтому предлагаемое устройство следует считать новым и удовлетворяющим критерию "существенные отличия".

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное содержит сумматоры 1 и 2, компаратор 3, коммутатор 4, источник 5 опорного напряжения, интегратор 6, входную 7 и выходную 8 шины. Первый (неинвертирующий) вход сумматора 1 соединен с шиной 7, второй (инвертирующий) вход - с выходом интегратора 6 и шиной 8, а выход - с информационным входом коммутатора 4 и первым входом компаратора 3, второй вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а выход - с управляющим входом коммутатора 4. Первый (неинвертирующий) вход сумматора 2 соединен с выходом коммутатора 4, второй (инвертирующий) вход - с выходом источника 5, а выход - со входом интегратора 6.

Работа устройства заключается в следующем.

На первый (неинвертирующий) вход сумматора 1 с шины 7 поступает преобразуемое переменное напряжение амплитудой А, а на второй (инвертирующий) вход этого сумматора - постоянное напряжение некоторого уровня U_вых с выхода интегратора 6.

На второй (инвертирующий) вход сумматора 2 от источника 5 поступает сигнал положительной полярности постоянного уровня.

При выполнении условия: U_вых > А на выходе сумматора 1 формируется сигнал отрицательной полярности, компаратор 3 под действием этого сигнала формирует управляющий сигнал, под действием которого коммутатор 4 разомкнут, поэтому сигнал на первом (неинвертирующем) входе сумматора 2 отсутствует. На выходе сумматора 2 под действием сигнала с его второго (инвертирующего) входа формируется сигнал отрицательной полярности, под действием которого уровень U_вых сигнала на выходе интегратора 6, шине 8 и втором входе сумматора 1 уменьшается до выполнения условия U_вых < А.

При выполнении этого условия на выходе сумматора 1 появляется разнополярный сигнал. В промежутки времени, когда этот сигнал имеет положительную полярность, компаратор 1 формирует управляющий сигнал, под действием которого коммутатор 4 подключает сигнал положительной полярности с выхода сумматора 1 к первому (неинвертирующему) входу сумматора 2. Коэффициент передачи по первому входу сумматора 2 выбирается значительно большим, чем по второму, поэтому в промежутки времени, соответствующие положительной полярности сигнала на выходе сумматора 1, на выходе сумматора 2 и входе интегратора 6 формируются положительные импульсы, повторяющие по форме этот сигнал, с амплитудой, значительно превышающей отрицательный уровень сигнала на выходе сумматора 2 в паузах между этими импульсами. Под действием указанных положительных импульсов с каждым периодом входного преобразуемого напряжения уровень U_вых постоянного напряжения на выходе интегратора 6 и шине 8 вырастает до выполнения условия U_вых = А.

Таким образом, в установившемся режиме на выходе устройства формируется сигнал, уровень U_вых которого равен амплитуде А входного преобразуемого напряжения.

В предлагаемом устройстве, в отличие от прототипа, отсутствуют нелинейные функциональные преобразователи, характеризующиеся большой погрешностью, а выполняемые устройством операции сравнения, суммирования и интегрирования выполняются с высокой точностью. Это обеспечивает предлагаемому устройству более высокую, чем у прототипа, точность преобразования.

Нетрудно видеть, что предлагаемое устройство значительно проще, чем прототип, так как в его составе отсутствуют входящие в состав прототипа блоки деления, синусный и арктангенсный функциональные преобразователи, блоки выборки-хранения, одновибраторы, второй коммутатор, второй компаратор и блок управления. Большая простота обеспечивает предлагаемому устройству более высокую надежность. Расчет показывает, что наработка на отказ у предлагаемого устройства примерно в 2,5 раза больше, чем у прототипа.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащее первый и второй сумматоры, компаратор и коммутатор, в котором первый вход первого сумматора соединен с входом устройства, первый вход компаратора соединен с выходом первого сумматора, а второй - с общей шиной, отличающееся тем, что в него введены источник опорного напряжения и интегратор, информационный вход коммутатора соединен с выходом первого сумматора, управляющий вход - с выходом компаратора, а выход - с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, вход интегратора соединен с выходом второго сумматора, а выход - с вторым входом первого сумматора и выходом устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1