Измеритель отношения двух напряжений

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<и)81 3277 (6! } Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 180679 (21) 2780340/18-21 (я)м. к .3 с присоединением заявки HP (23) Приоритет

G 01 R 19/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 150381, Бюллетень Но 10

Дата опубликования описания 180381 (53) УДК 621. 317. .7(088.8) (72) Автор изобретения

В.Т. Кондратов (71 ) За яв и тель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ОТНОШЕНИЯ ДВУХ НАПРЯЕЕНИ1 матический переключатель, первый управляемый делитель напряжения, широкополосный усилитель и второй авто5 матический переключатель, первый интегратор, входом под <люченный к первому выходу второго автоматического переключателя, а выходом — к отсчетно-регистрирующему устройству, уси10 тель переменного тока, фазочувствительный выпрямитель и второй интегратор с памятью, выход которого подключен к цепи управления широкополосного усилителя, цепи управления фазочувствительного выпрямителя, первого и второго автоматических переключателей соединены между собой и подключены к выходу генератора напряжения высокой частоты (2).

Изобретение относится к информационно-преобразовательнои и измерительной технике и может быть использовано по прямому назначению при построении фазометров, частотомеров„ измерителей коэффициентов передачи четырехполюсников, компенсаторов переменного тока, анализ;торов гармоник, измерителей направления на объект и другой электронной аппаратуры широкого дипазона частот.

Известен измеритель отношения двух напряжений, содержащий автоматические переключатели, широкополосные усилители, источник опорного напряжения, интегратор и отсчетно-регистрирующее устройство (1) .

Однако этот измеритель отношения двух напряжений характеризуется нестабильностью характеристик и коэффициентов передачи широкополосного усилителя прямой цепи и дрейфа нуля интегратора прямой цепи. Кроме того, он не позволяет осуществлять самопроверку в различных точках шкалы.

Известен также измеритель отношения двух напряжений, содержащий генератор напряжения высокой частоты, источник опорного напряжения, последовательно соединенные первый авто20 данный измеритель отношения также характеризуется нестабильностью характеристик и значений коэффициента передачи широкополосного усилителя прямой цепи и нестабильностью коэффи2 циента передачи элемента памяти. Он не позволяет осуществлять автоматическую калибровку и поверку измерителя в целом (при отношении напряжений, равном единице) и в определен30 ных точках шкалы измерителя(при отисОрдена Ленина институт кибернетики AH i p ; ii(c CCP

813277 шениях напряжений, не равных единице).

ЦелЫ изобретения является повышение точности измерения путем исключения мультипликативной погрешности измерения и обеспечение автоматической калибровки и поверки измерителя в любой точке диапазона иэмеояемых значений отношения, Поставленная цель достигается тем, 10 что в измеритель отношения двух напряжений, содержащий генератор напряжения высокой частоты, источник опорного напряжения, последовательно входом подключенный к первому выходу второго автоматического переключателя, а выходом — к отсчетно-регистрирующему устройству, усилитель переменного тока, фазочувствительный выпрямитель и второй интегратор с памятью, выход которого подключен к цепи управления широкополосного усилителя, цепи управления фазочувствительного выпрямителя, первого и второго автоматических переключателей соединены между собой и подключены к выходу генератора напряжения высокой частоты, введены второй и третий

30 делители напряжения, третий и четвертый автоматические переключатели, делитель частоты, одновибратор, сумматор и ключ, вход которого через третий делитель напряжения подключен к

35 выходу первого интегратора, выход ключа соединен с одним из входов сумматора, второй вход которого подключен ко второму выходу второго автоматического переключателя, выход сумматора подключен к первому входу четвертого автоматического переключателя, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, выход четвертого автоматического переключателя подключен ко входу усилителя переменного тока, цепь управления четвертого автоматического переключателя соединена с выходом генератора напряжения высокой частоты, к которому также подключен и счетный вход делителя частоты, выход последнего соединен со входом одновибратора, выход которого подключен к соединенным между собой цепям управления ключа и третьего автоматического переключателя, выход последнего подключен к первому входу первого автоматического переключателя, первый вход третьего автоматического переключателя соединен с -входной шиной "делитель" измерителя отношения, а второй вход подключен к выходу второго делителя напряжения, вход которого соединен с вторым входом первого автоматического переключателя и с

40 соединенные первый автоматический переключатель, первый управляемый де- 15 литель напряжения, широкополосный усилитель и второй автоматический переключатель, п рвый интегратор, входной шиной "делимое" измерителя отношения.

На чертеже приведена функциональная схема измерителя отношения двух напряжений.

Устройство содержит генератор 1 напряжения высокой частоты дискретизации и соответственно первый, второй, третий и четвертый автоматические переключатели 2,3,4 и 5, первый управляемый делитель 6 напряжения, первый и второй широкополосные усилители 7 и 8 переменного тока, фазочувствительный. выпрямитель 9, первый и второй интеграторы 10 и 11, отсчетнорегистрирующее устройство 12, источник 13 опорного напряжения, второй и третий делители 14 и 15 напряжения, делитель 16 частоты, одновибратор 17, сумматор 18, ключ 19. При этом первый вход первого автоматического переключателя 2 соединен со входом второго делителя 14 напряжения и подключен к входной шине делимого. Второй вход первого автоматического переключателя 2 соединен с выходом третьего автоматического переключателя 4, первый вход которого подключен к выходу второго делителя 14 напряжения, а второй вход — к входной шине делителя. Выход первого автоматического переключателя 2 подключен к последовательно соединенным между собой управляемому делителю 6 напряжения, широкополосному усилителю 7, с управляемым коэффициентом передачи, и второму автоматическому переключателю 3. Первый выход автоматического переключателя 3 подключен через интегратор 10 к соединенным между собой входам отсчетно-регистрирующего устройства 12 и третьего делителя 15 напряжения. Второй выход автоматического переключателя 3 соединен с одним из входом сумматора 18, второй вход которого подключен через ключ 19 к выходу третьего делителя 15 напряжения. Выход сумматора 18 соединен со вторым входом четвертого автоматического переключателя 5. Первый вход автоматического переключателя 5 соединен с источником 13 опорного напряжения, а выход подключен ко входу цепи обратной связи, состоящей из последовательно .соединенных между собой усилителя 8 переменного тока, фазочувствительного выпрямителя 9 и второго интегратора 11 с памятью, выход которого подключен к цепи управления коэффициентом передачи первого широкополосного усилителя 7.

Цепи управления фазочувствительного выпрямителя 9, первого, второго и четвертого автоматических переключателей 2, 3 и 5 соединены между собой и подключены к выходу генератора 1 напряжения высокой частоты дискретизации, с которым соединен счетный вход делителя 16 частоты. Выход де813277 лителя 16 частоты соединен со входом одновибратора 17, выход которого подключен к соединенным между собой це-

° пям управления ключа 19 и третьего asтоматического переключателя 4.

Работа измерителя отношения двух напряжений заключается в следующем.

Напряжение U., (делимого.) и напряжение U (делителя) при указанном на чертеже положении третьего автоматического переключателя 4 поступает f0 через первый автоматический переключатель 2 и управляемый делитель 6 напряжения, на вход первого широкополосного усилителя 7. В результате периодической работы автоматического переключателя 2, управляемого напряжением высокой частоты дискретизации ии, с выхода генератора 1 осуществляется дискретизация напряжений U и U . В результате, в нечетные полупериоды напряжения высокой частоты дискретизации, т.е. в положениях автоматического переключателя 2, противоположных указанйому на чертеже, на вход усилителя 7 поступает напряжение 25 (° ) к U (O 5 +

35

45

50 где Кд — коэффициент передачи фаэо1чувствительного выпрямителя.

+ 2 sin(2n - 1)иэ., + (1) ! й., 2n - 1 где D (t> — функция дискретизации;

К вЂ” коэффициент деления делителя напряжения 6.

В четные полупериоды напряжения высокой частоты дискретизации, т.е. в положениях автоматического переключателя 2, укаэанному на чертеже, на вход усилителя 7 поступает напряжение

u (t) = О, 0,t) — K

2 s in(2n - 1)и>дс (2)

2n - 1

n=1 где D (t ) — функция дискретизации, 2. сдвинутая по времени относительно

0 (t ) на половину периода напряжения высокой частоты дискретизации. В результате непрерывной работы автоматического переключателя 2, на вход широкополосного усилителя 7 поступает напряжение

О. (t)=U„(t)+U t= k*(U„+U ) + (U 11 ) 2 sin(2n-1) д". ,о, 55 !! н= !

В исходном состоянии коэффициент усиления усилителя 7 оавен

3С 0 (4) о0

В результате на вход второго автоматического перключателя 3 поступает напряжение .

04(с)= Кокд U D (t)+V 0 (t) (5) 65

Со второго выхода второго автоматического перключателя 3 через сумматор 18 на второй вход четвертого. автоматического переключателя 5 поступает напряжение

Uz(t) 0 (t) 02(t) к кдГ0 D (t)»

° 0 (t)» U„D (t) ° 0 (t)l

Ко КА" 0 б () (6) так как

0„(t) - 0 (t) 0 а0 (t) 0э(t).

На первый вход автоматического переключателя 5 поступает напряжение

U0 с выхода источника 13 опорного напряжения. B результате дискретиза.ции на выходе автоматического переключателя 5 в нечетные полупериоды управляющего напряжения формируется напряжение

U,(t) = 0001(t) (7)

В результате непрерывной работы автоматического переключателя 5 на вход усилителя 8 переменного тока поступает напряжение

U (С)-0 (t) + U5(t)

Uð С (с ) + Кокд0 01 (с) (Со+ КоКд" ) 2 +

+ (0о- КоКд11 ) Г0„() - 0>(t)).

В результате усиления переменной составляющей напряжения (8), на вход фазочувствительного выпрямите.ля 9 поступает напряжение

В ) -1 (о Ко Кд0ь) Г0„(а)-о2 (t3) (9) где К коэФфициент усиления усилителя 8 переменного тока. на управляющий вход фазочувствительного выпрямителя 9 с выхода генератора 1 поступает напряжение с единичной амплитудой

U9(t) = 0 (t) (10)

В результате перемножения напряжений

U0(t) и Us(t), осуществляемое фазочувствительным выпрямителем, на вход интегратора 11 с памятью поступает напряжение

1110(t) = KgU0(t) .Ug(t)

= К„К (Ц,- К К, из) 0з(г) =

Ко А" п= с помощью интеграТора 11 осуществляется выделение постоянной составляющей напряжения (11) и его запоминание. В результате на вход управления коэффициентом передачи широко813277 полюсного усилителя 4 поступает напряжение

- О„,(И = K(Ua- KoK Uз), (12) где К = 0,5 ° K„K - K>, à K — коэффициент передачи ийтегратора 11, которое изменяет коэффициент передачи уси- 5 лителя 7. Этот процесс изменения коэффициента передачи будет осуществляться до момента равенства амплитуды входных напряжений Ub(t) и Uo четвертого автоматического переключателя 5, или до момента равенства нулю амплитуды выходного напряжения, усилителя 8 переменного тока, т.е. .при 08(t)=O или

0o = КОКА02) (13)

Оо где ко = — — установивший-. (4 1

Кд Uo ся коэффициент передачи широкополосного усилителя 7. При установившемся 70 коэффициенте передачи К<, широкополосного усилителя 7 на интегратор 10 через первый выход автоматического переключателя 3, поступает напряжение

0, ()=о,,()0,-(с)=к кд о D, () + 25

+ Од 0 (а )Я 0,, (t ) =Ko K U„D (t ) = (15)

1 1 2 у +s и (2n-1) д?

o,4 Х О А 1п=q 2п

С помощью интегратора 10 напряжение (15) интегрируется, и на вход отсчетно-регистрирующего устройства

12 поступает напряжение () 0 к 5 К4- КО к,д о 1> (16). 35 где К4 — коэффициент передачи интегратора 10.

Подставляем выражение для К н (16)

1 и получаем

0 (t) = Kuo„ = Ко „(7) оК 2. где К = 0 5 К4.

Отсчетно-регистрирующее устройство 12 выдает результат отношения двух 4$ напряжений U и 0> согласно выражению (17).

Автоматическое исключение мультипликативной погрешности измерения осуществляется следующим образом.

Через равные промежутки времени, определяемые коэффициентом деления делителя 16 частоты (например 1 раз в 100 периодов напряжения высокой частоты дискретизации при коэффициенте деления делителя частоты, равном

100), запускается одновибратор 17, который перенодит ключ 19 и третий автоматический переключатель 4 в положение, противоположное указанному на чертеже, и держит их в течение 60 времени, достаточном для установления переходных процессов в инерционных блоках и запоминания корректирующего напряжения интегратором 11. Это время равно нескольким периодам напряжения 65 о„ () = о () + о +—

Kobu., Do(t) + (KUo> a U)> а на вход усилителя 8 переменного тока — напряжение (19) 0.,„(t) = (Kuo лО +

+ КоКд07)О а. (t)+ оо 0„(). (20)

В результате усиление переменной составляющей напряжения (20), на вход фазочувствительного выпрямителя 9 поступает напряжение

u (t) = к ((к — 1) uo + u +

+ Kg KpU,1 (В„(с ) — Dg(t )j, (21)

I где К„ †коэффицие усиления усилителя 8 н изменившихся условиях, например н результате изменения условий эксплуатации температуры, влажности и т.д.

Напряжение (21) выпрямляется, т.е. перемножается с напряжением (10). В результате на интегратор 11 поступает напряжение

01З (С) = К .. 0 (С) 09()

+ KО K U,) D (t) =. к. к ((к 1) ио1

+ U+ Ko Кдо„Д - — К„к ((K-1). Ugt

1 ) At (2 )

2и -1 где К вЂ” коэффициент передачи фазоI чувствительного ныпрямителя в изменившихся условиях.

С помощью интегратора 11 осуществляется выделение постоянной составляющей напряжения (22). В результате на вход управления коэффициентом передачи широкополосного усилителя 7 поступает напряжение

Qg(t) = К ((К-1) Uo+ a U+Ko К Ц1 (23) высокой частоты дискретизации. Второй и третий делители 14 и 15 напряжения идентичны, конструктивно связанные одной общей системой переключения и устанавливаются в нулевое положение, соответствующее нулевому коэффициенту деления или коэффициенту передачи, равном единице. В результате на входы автоматического переключателя

2 поступает одно и то же напряжение

0„, а на второй вход сумматора 18 поступает напряжение о,< — — коо „"

2 так как Up = 01 пропорциональное отношению напряжений 0„ и 0 и содержащее погрешность измерения 0.

В сумматоре 18 напряжения 0<(t) и UÄ суммируются. На второй вход автоматического переключателя 5 поступает уже напряжение

813277

1.0

1 (! I где К = 0,5К„К КЗ, а К вЂ” коэффициент передачи интегратора 11 в изменившихся условиях.

Напряжение (33) изменяет коэффициент передачи усилителя 7 до момента равенства нулю амплитуды выходного напряжения (21) усилителя переменного тока 8 (К -1) 0о + hU + Koh Uq О, (24) и (К-1) 0 1а0

Ко К0

"A .1

KUp U o ь0 (25)

К*0, Кд0, Кд0, установившееся значение коэффициента передачи усилителя 7.

Если допустить, что коэффициент передачи интегратора 10 К,, = 1, то

К . = 0,5 K, 1. = 0,5, тогда установившийся коэффициент передачи усилителя 7 в новых условиях будет раве» и 0р ь0

О - К 0 + 0 Ко+

A - КА

20 (26) так как 0„= 0г..

На вход интегратора 10 поступает напряжение (15) при коэффициенте передачи, определяемом выражением (26) и значении Uz = U . Подставляя (26) в (15), получаем

Upped с ) — Ко Kg (О 1 О (с ) +

30

+ 0„о (с )) о, (с ) = ко к, 0„о., () (— ""+, ")кд0 о (с)

Кдо„

35 (U + и О) о, (z j =0,5 (Ug а0) +

2 () 1П(2п- ) Ас (27)

t1=- 2n - 1

С помощью интегратора 10 напряже-. 4() ние (27) интегрируется и на вход отсчетно-регистрирующего устройства 12 поступает напряжение

0 - = О, 5K )Up Ь U ) = 0,5 (Upg ь0)(28) как видно из BbIPBIKc.IHÿ (28), в ре- 45 зультате описанных преобразований устанавливается такое значение коэффициента передачи широкополюсного усилителя 4 аК = 0/K 0, которое обеспечивает исключение погрешности gU, вносимой H результат измерения при изменении условий эксплуатации — окружающей температуры, давления, влажности и т.д. Через 100 периодов процесс автоматического исключения погрешности измерения, т.е. процесс калибровки повторяется. Для осуществления калибровки и поверки измерителя отношения в точках диапазона измеряемых отношений напряжений, например больших единицы устанавли- @) вают соответствующий коэффициент деления делителей 14 и 15 напряжения.

Формула изобретения

Измеритель отношения двух напряжений, содержащий генератор напряже- 65 ния высокой частоты, источник опорного напряжения, последовательно соединенные первый автоматический переключатель, первый управляемый делитель напряжения, широкополосный усилитель и второй автоматический переключатель, первый интегратор, входом подключенный к первому выходу второго автоматического переключателя, а выходом — к отсчетно-регистрирующему устройству, усилитель переменного тока, фазочувствительный выпрямитель и второй интегратор с памятью, выход которого подключен к цепи управления широкополосного усилителя, цепи управления фазочувствительного выпрямителя, первого и второго автоматических переключателей соединены между собой и подключены к выходу генератора напряжения высокой частоты, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в измеритель отношения введены второй и третий делители напряжения, третий и четвертый автоматические переключатели, делитель частоты, одновибратор, сумматор и ключ, вход которого через третий делитель напряжения подключен к выходу первого интегратора, выход ключа соединен с одним из входов сумматора, второй вход которого подключен ко второму выходу второго автоматического переключателя, выход сумматора подключен к первому входу четвертого автоматического переключателя, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, выход четвертого автоматического переключателя подключен ко входу .усилителя переменного тока, цепь управления четвертого автоматического переключателя соединена с выходом генератора напряжения высокой частоты, к которому также подключен и счетный вход делителя частоты, выход последнего соединен со входом одновибратора, выход которого подключен к соединенным между собой цепям управления ключа и третьего автоматического переключателя, выход последнего подключен к первому входу первого автоматического переключателя, первыи вход третьего автоматического переключателя соединен с входной шиной "делитель" измерителя отношения, а второй вход подключен к выходу второго делителя напряжения, вход которого соединен с вторым входом первого автоматического переключателя и с входной шиной "делимое" измерителя отношения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США, Р 2913663, кл. 1324-140, 1972.

2. Жилинскас Р.П. Измерители отношения. М., "Советское радио", 1975, с. 11".

813277

Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж»35„ Раушская наб., д. 4/5

Заказ 761/54

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Ваганов

Редактор М. Погориляк Техред Т. Маточка Корректор C, Шекмар