Измерительный преобразователь напряжения постоянного тока

 

О П И САН"И-ЕИЗОБРЕТЕН ИЯ i ц 659970

Союз Советских

Социалистических

Респу .оик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09.03.76 (21) 2331517/18-21 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.04.79. Бюллетень № 16 .(45) Дата опубликования описания 28.02.79 (51) М. Кл.

G 01 19/22

Государственный комитет

Оовета Министров СССР ло делан изоаретеннй и открытий (53) УДК 621.317.7 (088.8) (72) Авторы изобретсния В. М. Машенков, В. И. Майзель, Р. И. Агрест и А. А, Иванов (71) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к области электрических измерений и автоматики и может быть использовано для непрерывного контроля и измерения напряжения постоянного тока.

Э

Известны устройства с гальваническим разделением входных и выходных цепей для контроля и измерения напряжения постоянного тока, использующие принцип двойного преобразования сигнала (МДМ- 1р схема) с различными способами охвата измерительного тракта цепью отрицательной обратной связи (ООС). Такие преобразователи содержат прерыватель, усилитель переменного тока, элементы гальванического разделения, демодулятор, усилитель постоянного тока, генератор. Цепью ООС охвачен весь измерительный тракт устройства, при этом гальваническое разделение осуществляется с помощью двух трансформаторов, входящих как в состав измерительного тракта, так и в цепь ООС (1).

Известные устройства имеют значительные погрешности преобразования.

Наиболее близким по технической сущности является измерительный преобразователь напряжения постоянного тока, содержащий последовательно соединенные усилитель и широтно-импульсный модулятор, выход которого подключен к первич- 30 ной обмотке трансформатора, к вторичной обмотке которого подсоединен последовательно через резистор диодный ограничитель, подключенный к выходной диагонали выпрямительного диодного моста, связанного с фильтром низких частот. Известный преобразователь имеет низкую точность преобразования напряжения постоянного тока.

Целью изобретения является повышение точности преобразования измерительного преобразователя напряжения постоянного тока с гальваническим разделением входной и выходной цепей.

Для достижения этой цели в измерительном преобразователе напряжения постоянного тока, содержащем последовательно соединенные усилитель и широтноимпульсньш модулятор, выход которого подключен к первичной обмотке трансформатора, к вторичной обмотке которого подсоединен последовательно через резистор диодный ограничитель, подключенный к выходной диагонали выпрямительного диодного моста, связанного с фильтром низких частот, источник опорного напряжения, один выход которого соединен с опорным входом широтно-импульсного модулятора, а другой — с общей точкой первичной обмотки трансформатора, к допол659970 нительной вторичной обмотке трансформатора подключен последовательно через резистор дополнительный диодный ограничитель, подкл1оченный к выходной диагонали введенного в преобразовате..IL в Illp>Iмительного дподного моста, связанного с фильтром низких частот, причем выход последнего через введенный делитель напряжения соединен с входом усилителя.

На чертеже схема измерительного пре- 10 образователя.

Измерительный преобразователь содержит входной усилитель 1, подключенный к широтно-импульсному модулятору 2, выход которого соединен с первичной обмоткой 3 15 трансформатора 4, источник 5 опсрного напряжения. Дополнительная вторичная обмотка трансформатора 4 соединсна со входом двустороннего симметричного ограничителя 6 амплитуды через резистор 7, 20 ограничитель 6, например, выполнен на основе диодного моста 8 и стабилптрона 9.

К выходу ограничителя 6 подключен фильтр 10 низких частот, состоящий из резистора 11 и конденсатора 12. 25

Входной усилитель 1, широтно-импульсный модулятор 2 с источником 5 опорного напряжения, первичная обмотка 3, вторичная обмотка трансформатора 4, двусторонний симметричный ограничитель 6 амплитуды, состоящий из резистора 7, диодного моста 8, стабилитрона 9, и фильтр 10 образуют измерительный тракт устройства.

Дополнительная вторичная обмотка трансформатора 4 соединена со входом второго двусторонного ограничителя 13 амплитуды через резистор 14, ограничитель 13, например, выполнен на основе диодного моста 15 и стабилитрона 16. К выходу ограничителя 13 подключен фильтр 17 низких частот, состоящий из резистора 18 и конденсатора 19, выход которого соединен со входом делителя 20 напряжения, а выход последнего подключен к входу усили- 45 теля 1. Вторичная обмотка трансформатора

-1, двусторонний симметричный ограничительь 13 амплитуды, фильтр 17 и делитель

20 образуют цепь обратной связи устройства. 50

Преобразователь работает следующим образом.

Измеряемое напряжение U„, подается на входной усилитель 1 с коэффициентом усиления К. Усиленный с погрешностью б,п 55 сигнал К О,, поступает на широтно-импульсный модулятор 2, представляющий собой управляемый генератор импульсов, изменяющих относительную длительность (скважность) под действием управляющего 00 напряжения К U» при сохранении длительности периода.

Работа управляемого генератора в режиме модуляции скважности последовательности импульсов обеспечивается тем, что 0> его питание осуществляется от источника 5 опорного напряжения.

Преобразование управляющего напряже ия К U,, в относительную длительность импульсов происходит с погрешностью б „„. С выхода широтно-импульсногомодулятора 2 сигнал поступает на первичную обмотку 3 трансформатора 4, который осуществляет гальваническое разделение цепей входа и выхода. Первичная цепь 3 трансформатора 4 вносит погрешность бт1. перв. обм.

С основной вторичной обмотки трансфор

МатОРа 4, ВНОСЯЩЕЙ ПОГРЕШНОСТЬ бтр. вт. вб>в широтно-модулированная последовательность импульсов поступает на двусторонний симметричный ограшгчптель 6 амплитуды, представляющий собой дподный мост

8, в одну из диагоналей которого включен стабилитрон 9, задающий уровень огран:1ченпя. Резистор 7 задает рабочий ток стабилитрона 9.

Двусторонний симметричный огра>1и>п1тель 6 амплитуды формиру.ет прямоугольное напряжение с малой погрешностью б„р, „„,, воспроизведения скважностп импульсов широтно-импульсно. о модулятора, что позволяет снизить требования к управляемому генератору и трансформатору и упростить их схемы, Введение двустороннего симметрично: о ограничения амплитуды позволяет непосредственно выделить постоянную составляющую из последовательности широтномодулированных импульсов с использованием фильтра 10 низких частот, вносящего погрешность б,>,, „,„„-.. с. получить выходное напряжение U„,- постоянного тока.

Широтно-модул11рова1шая последовательность импульсов, снимаемая с дополнптельной вторичной обмотки трансформатора 4с погрешностью б > р п>п >>ò пб>>, пост па rr на двусторонпий симмстр11чпый ограничптел1.

13, формирующий прямоугольное напряжение с малой погрешносгью б,, воспроизведения скважностп импульсов широтноимпульсного модулятора.

Фильтр 17 низких частот выделяет постоянную составляющую из последовательно широтно-модулированных импульсов с погрешностью бф, которая поступает на делитель 20, последним устанавливается требуемая глубина обратной связи с погрешпость10 бп в.

Сигнал обратной связи с результирующей погрешностью, вносимой каждым из элементов цепи отрицательной обратной связи (ООС), снимается с делителя 20 и подается на вход усилителя 1.

Таким образом, входной усилитель 1, широтно-импульсный модулятор 2, источник 5 опорного напряжения, первичная цепь 3 трансформатора 4 оказываются охваченными ООС.

Результирующая погрешность, определя659970

Йх

Редактор М, Афанасьева Составитель В. Ваганов Корректоры; Л. Орлова

ii T. Добровольская

Заказ 570/6 Изд. ¹ 283 Тираж 1089 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по де.там изобретений и открытий

113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4, 5

Типографи."„пр. Сапунова, 2 емая б„,-, — погрешностью входного усилителя, б „„— погрешностью широтноИМПУЛЬСНОГО МОДУ 1ЯТОРа бтр. перв. ебм — ПОгрешностью трансформатора гальванического разделения по первичной цепи 3а 5 счет введения цепи ООС уменьшается в коэффициент усиления раз.

Другой составляющей погрешности на выходе преобразователя при достаточной глубокой ООС является результирующая IO погрешность, определяемая элементами цепи ООС и имеющая отрицательный знак.

Так как в устройстве элементы измерительного тракта не охваченные цепью ООС: основная вторичная обмотка трансформа- 15 тора 4, двусторонний симметричный ограничитель амплитуды 6 и фильтр 10 низких частот выполнены идентично соответствующим элементам цепи, то погрешности, вносимые этими элементами, одинаковы по 20 величине и противопоставлены по знаку, в результате этого результирующая погрешность цепи ООС компенсируется на выходе преобразователя результирующей погрешностью элементов измерительного тракта, 25 не охваченных цепью ООС. Погрешностью же делителя 20 напряжения можно пренебречь ввиду ее малой величины.

Таким образом, точность преобразования измерительного преобразования повышает- 30 ся в коэффициент усиления раз.

Формула изобретения

Измерительный преобразователь напряжения постоянного тока, содержащий по- 35 следовательно соединенные усилитель и широтно-импульсный модулятор, выход которого подключен к первичной обмотке трансформатора, к втори -гной обмотке которого подсоединен последовательно через резистор диодный ограничитель, подключенный к выходной диагонали выпрямительного диодного моста, связанного с фильтром низких частот, источник опорного напряжения, один выход которого соединен с опорным выходом широтно-импульсно-,о модулятора, другой — с общей точкой первичной обмотки трансформатора, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, к дополнительной вторичной обмотке трансформатора подключен последовательно через резистор дополнительный диодный ограничитель, подключенный к выходной диагонали введенного в преобразователь выпрямптельного днодного моста, связанного с фильтром низких частот, причем выход последнего через введенный делитель напряжения соединен с выходом усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3483476, кл. 330 — 10, 1967.

2. Измерительный преобразователь постоянного тока Е-827, разработанньш Витебским заводом электроизмерительных приборов.