Самонастраивающийся измерительный преобразователь

 

Союз Севетсинм

Сецнаамстмчесимк

Ржпубаик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<>658483 л:; (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 020776 (21) 2380513/18-21 (51) M. Кл. с присоединением заявки № (23) Приоритет—

G 01 R 19/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 2504.795юллетень № 15

Дата опубликования описания 2804.79 (53) УДК 621. 317. .7(088.8) (72) Автори иВОфрЕтЕНИя Ю. А. Масюренко, и ° Д. Ниженский и Ю, A. Скрипник

Институт электродинамики AH CCP (54 ) САМОНАСТРАИВАЮЩИЙСЯ ИЗМЕРИТЕЛЬИЬ)Й ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к измеритель. ной технике и может быть использовано для преобразования переменных напряжений и токов в постоянное напряжение и наоборот, а также для преобразования незлектрических величин в электрическое напряжение с повышенной точностью, Известны самонастраивающиеся измерительные устройства и преобраэовате- 1 ) ли, в которых реальная функция тракта прямого преобразования подстраивается так, чтобы погрешность преобразования, выявляемая дополнительным трактом сравнения,поддержчвалась рав- >5 ной нулю (if.

Для повышения точности самонастройки тракт сравнения самонастраивающихся преобразователей выполняют по одноканальной схеме. Поочередное преобра- @ эование сравниваемых величин одними и теми же преобразователями тракта исключает погрешность сравнения изза нестабильности коэффициентов преобразования. И

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является самонастраивающийся измерительный преобразователь, .содержащий последовательно соединенные первый преобразователь входного сигнала в электрическое напряжение, первый широкополосный регулируемый усилитель напряжения и выходной преобразователь, а также обратный преобразователь выходного напряжения, переключатель, последовательно включенные усилитель низкой частоты и синхронный детектор, выход которого соединен с управляющим входом синхроннополосного регулируемого усилителя, а один из входов — с первым выходом генератора низкой частоты, вторым выходом свяэ нного с управляющим входом переключателя (2).

Недостатком известных самонастраивающихся преобразователей является зависимость разностногс сигнала от абсолютных уровней сравниваемых величин.

В результате этого самонастройка действует эффективно только при боль:— ших уровнях входного напряжения преобразователя. С уменьшением входного напряжения снижаются и уровни сравниваемых напряжений. При том же значении погрешности преобразовательного тракта уменьшается управляющий сигнал, что влечет возрастание погрешности от статизма системы регулирования.

Поэтому известные самонастраивающиеся измерительные преобразователи име658483 ют ограниченный динамический диапазон по входной преобразуемой величине.

Целью изобретения является расширение диапазона преобразования.

Для этого в самонастраивающийся измерительный преобразователь, содержащий последовательно соединенные первый преобразователь входного сигнала в электрическое напряжение, первый широкополосный регулируемый усилитель напряжения и выходной преобразователь а также обратный преобразователь вы-,10 ходного напряжения, переключатель, последовательно включенные усилитель низкой ча тоты и синхронный детектор, выход которого соединен с управляющим входом широкополосного регулируемого )5 усилителя, а один из входов — с первым выходом генератора низкой частоты, вторым выходом связанного с управляющим входом переключателя, введены последовательно соединенные второй преобразователь входного сигнала в электрическое напряжение и второй широкополосный регулируемый усилитель напряжения, а также источник опорного напряжения, фильтр низких частот и дифференциальный усилитель, выход которого соединен с управляющим входом второго широкополосного регулируемого усилителя напряжения, первый вход — с источником опорного напряжения,второй вход — с выходом фильтра низких частот, вход которого связан с входом усилителя низкой частоты,выходом соединенного с входом синхронного детектора, причем, первый вход переключателя связан с входом первого преобразователя входного сигнала в элект. рическое напряжение, второй вход — с выходом обратного преобразователя выходного напряжения, вход которого соединен с выходом выходного преобразо40 вателя, выход переключателя связан с входом второго широкополосного регулируемого усилителя.

На чертеже приведена функциональная схема самонастраивающегося изме- 45 рительного преобразователя. B ее состав входят преобразователи 1 и 2 входной величины в электрическое напряжение, широкополосные регулируемые усилители 3 и 4, выходной преобразова- 50 тель 5, переключатель б, генератор 7 низкой частоты, обратный преобразователь 8 выходного напряжения в величину, однородную с входной величиной, фильтр 9 низких частот, дифференциальный усилитель 10, источник 1.1 опорного напряжения, усилитель 12 низкой частоты, синхронный детектор 13.

Входная физическая величина х (электрическая или неэлектрическая) преобразуется с помощью входного преобразователя 1 в электрическое напряжение, которое усиливается широкополосным регулируемым усилителем 3. С помощью выходного преобразователя 5 формируется выходное напряжение U в заданном диапазоне значений (унифицированный сигнал).

Одновременно входная величина х1 поступает на один из входов переключателя б, который управляется напряжением низкой частоты от генератора

7. На второй вход переключателя б поступает величина хг однородная с входной величиной которая создается с помощью обратного преобразователя

8. Коэффициент обратного преобразования Р выбирается равным обратной величине номинального коэффициента преобразования К„ тракта прямого преобразования (Jb = f /К„1/К, Кг К ) где К., К, К5 — коэффициенты преобразования соответствующих преобразователей 1,2 и 5.

Сравниваемые величины Х, и Хг поочередно воздействуют на преобразователь 2, выходное напряжение которого усиливается широкополосным регулируемым усилителем 4. При одном положении переключателя б на выходе усилителя

4 возникает импульс напряжения

К, К Х,, а при другом— г Ks K Хг rze К5 коэффициент преобразования преобразователя 5, К вЂ” коэффициент усиления усилителя д

4. В процессе непрерывной работы переключателя б импульсы напряжений

1 и

U u tJ образуют одно непрерывное напряженйе с изменяющейся амплитудой.

С помощью фильтра низких частот 9 из последовательности импульсов выделяется постоянная составляющая наw 1J" пряжения U = — -. — -,которая воздейстЬ г вует на один из входов дифференциального усилителя 10. К другому входу усилителя 10 приложено постоянное напряжение U = const от стабилизиро4 ванного источника опорного напряжения 11.

Усиленное разностное напряжение о (U4 U>) во действует на уйравляющий вход регулируемого усилителя 4, изменяя его коэффициент усиления в направлении уменьшения разностного напряжения U5 . При достаточ- но большом значении коэффициента усиления К дифференциального усилителя

10 сравйиваемые напряжения уравниваются ц ц" y p y г г )(1 г)

4 3 Я 7 В 2

В установившемся режиме коэффициент усиления регулируемого усилителя 4 становится равным

2 у 7 (1 Хг)

Переменная составляющая последовательности импульсов (U - U ) усилиг г вается усилителем низкой частоты 12 и выпрямляется синхронным детектором

l3. Выпрямленное напряжение на выходе одноканального тракта сравнения равно

U2 Х -Ъ

Ь 12 1Ъ 2 7 6 12 13 Г

658483 где К и К, — коэФфициенты преобразования соответственно усилителя 12 и детектора 13.

С учетом установившегося значения коэффициента усиления регулируемого усилителя 4 выпрямленное напряжение

U, подаваемое на управляющий вход регулируемого усилителя 3, будет иметь вид:

Х» - 7(2 где Kz = К «К,3 U+ — коэффициент пре — «О образования одноканального тракта сравнения.

При равенстве коэффициента преобразования тракта первого преобразования К его номинальному значению 15 (Kä = KH ) сравниваемые величины

Х» и Х равны (Х вЂ” — Р ц» = p Kõ и управляющее воздействие на 1:сили— тель 3 отсутствует (U = О) .

В случае отклонения коэфФициентаК ат номинального значения под дейст1 вием дестабилизирующих факторов нарушается равенства сравниваемых величин .

Появляющееся при этом управляющее напряжение U восстанавливает первона6 чальное значение коэффициента тракта прямого (К„ = К„).

Управляющее воздействие не зависит от абсолютного значения входной величины Х, а определяется только отнасительйым изменением коэффициента лре-З0 образования „= ЛК /К„

Коэффициент усиления регулируемого усилителя 3 можно представить н виде K> = К о (1 . SU6), где К«0 — начальное значение коэффициента преабра- 35 зования; S — крутизна преобразования управляющего напряжения U6 в относительное изменение коэффициента усиления. Тогда результирующее изменение коэффициента преобразования всего «U тракта равно К„= Кн (1 + „) (1 1 SU ), или, пренебрегая членами второго порядка малости, К = Кн(1 + f«« 1 SU ) °

Управляющее напряжение восстанавливает первоначальное значение коэффици45 ента преобразования. Поэтому в процессе самонастройки стремится по значению к Х (X Х ). Вблизи установив2 шегося значения можно считать, что управляющее напряжение

6 0 Х+Х О 2х, Подставляя значение х = ф К„Х, и учитывая, что J K 1 получаем

Ка (1 l" K)«) (Ка (- к + SUg) 55

Решив это уравнение относйтельно управляющего напряжения U, получим

П

К

6 %5+2 Э"

Если теперь подставить значение управляющего напряжения н ныражение для коэффициента преобразования .прямого тракта, то получим

Х Ь к„- к„(«» «„« -»+,-; «„)

ppv выборе да татачно большого значеНия коэффциента преобразования тракта сравнения К можно выполнить услоО ние самонастройки К,S»2. В этом случае коэффициент преобразования прямого тракта К» автоматически поддерживается равнйм номинальному значению (К„ = К„) .

Из полученного выражения для К ,« следует, чта погрешность от статизма системы самонастройки (К S — конечо ная величина, наранная бесконечности) определяется величиной коэффициента преобразования тракта сравнения К и не зависит ат абсолютного значения входной величины Х

1 формула изобретения

Самонастраивающийся измерительный преобразователь, содержащий последовательно соединенные перный преобразователь нхадного сигнала в электрическое напряжение, первый широкополосный регулируемый усилитель напряжения и ныходной преобразователь, а также обратный преобразователь выходного напряжения, переключатель, последонательна включенные усилитель низкой частоты и синхронный детектор, выход которого соединен с управляющим входом широкополосного регулируемого усилителя, а один из входан с первым выходом генератора низкой частоты, вторым выходом связанного с управляющим входом переключателя, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона преобразования, в него введены последовательна соединенные второй преобразователь входного сигнала в электрическое напряжение и второй широкополосный регулируемый усилитель напряжения, а также источник опорного напряжения, фильтр низких частот и дифференциальный усилитель, выход которого соединен с управляющим входом второго широкополосного регугируемога усилителя напряжения, первый вход — с источником опорного напряжения, нтарой входс выходом фильтра низких частот, вход которого связан с входом усили"«å ÿ низкой частоты, выходам соединеннога с входом синхронного детектора, причем, первый вход переключателя связан с входом первого преобразователя входного сигнала в электрическое напряжение, второй вход — с

:.-.ходом обратного преобразонателя выходного напряжения, вход которого соединен с выходам выходного преобразователя, выход переключателя связан с входом второго широкополосного регулируемого усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР (Ф 243720, G 01 R 19/00, 19 04.69.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 1999984, 6 01 Р 19!00, 1967

658483

Составитель В. Баганов

Редактор Е. Гончар Текред Н,Бабурка Корректор A.Ãðèöåíêo

Заказ 2049/40 Тираж 1089 Подписное

gHHHIIH Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Раушская наб. д. 4 55

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, Ул. ПРс ектная, 4