Микровольтметр среднеквадратич-ных значений

 

CoIo3 Советски»

Социалистически»

Республик

О П И C А Н И Е (840751

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Доаолиительиое к авт. сеид-ву (5l)M. Кл.

& 0l R 19/02 (22)Заявлено 15,! О. 78(21} 26?0128/18-21 с присоединением заявки М (23 ) Приоритет

Ваудеретееелм1 комитет

СССР

«о делам кеебретелик к оюерьинй (53) УДК621.317. . 7 (088. 8 ) Опубликовано 23.06. 81. Бюллетень М 23

Дата опубликовании оиисаиии 24.06.81 (72) Авторы изобретения

Ю. A. Скрипник и В. И. Водотовка (71) Звявитсль (54 ) ИИКРОВОЛЬТИЕТР СРЕДНЕКВАДРАТИЧНЫХ ЗНАЧЕНИЙ

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерениям среднеквадратических значений малых напряжений в широком диапазоне частот, и может быть использовано в самонастраивающихся микровольтметрах и других устройствах подобного назначения.

Известен микровольтметр, содержащий последовательно соединенные ключ, f0 широкополосный усилитель, квадратичный преобразователь, усилитель напряжения разности, фазочувствительный выпрямитель, нагрузочный резистор и заземпенный прерыватель, управлян(щий

15. вход которого подключен к выходу гене" ратора, второй выход генератора через делитель частоты соединен с управляю" щим входом ключа. Первый вход ключа является входом устройства, второй— соединен с общей шиной, а третий— через конденсатор — с нагрузочным резистором, образуя цепь обратной связи 1).

Однако такое устройство имеет ограниченное быстродействие.

Известен также микровольтметр, содержащий последовательно соединенные сумматор, широкополосный усилитель, квадратичный преобразователь, делитель напряжения, усилитель разности напряжения, фазочувствительный выпрямитель, нагрузочный резистор и первый прерыватель, управлян(щий вход которого подключен к выходу генератора, причем параллельно делителю напряжения включен второй прерыватель, а между одним входом сумматора и нагрузочным резистором через конденсатор включен третий прерыватель, управляющие входы которых через делитель частоты соединены с выходом генератора (21.

Однако это устройство, имея повышенное быстродействие, обладает недостаточной точностью и чувствительностью измерения в широком динамическом диапазоне работы.

51 ф дачи соединен через резистор 15 с общей шиной и является входом микровольтметра. Квадратичный преобразователь 2 состоит из последовательно включенных термоэлектрического преобразователя 16 и усилителя 17 постоянного тока.

Измеряемое вольтметром переменное напряжение усиливается усилителем 1

3 8407

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является микровольтметр, который содержит усилитель с изменяемым коэффициентом передачи, охваченный цепью обратной связи из

5 трех последовательно соединенных резисторов, квадратичный преобразователь, соединенный с измерительным прибором и через конденсатор, усилитель напряжения и фазочувствительный выпрямитель — с управляющим входом усилителя с изменяемым коэффициентом передачи. Параллельно двум резисторам цепи обратной связи включен ключ, а общий вывод соединения этих резисторов подключен.-ко входу квадратичного преобразователя. Управляющие входы ключа и фазочувствительного выпрямителя соединены с выходом генератора. Вход усилителя с изменяемым коэффициентом передачи соединен через входной резистор с общей шиной и является входом микровольтметра f3).

Недостатками известного устройства являются неполная компенсация частотной погрешности управляемого усилите" ля ввиду частотной зависимости коэффициента обратной связи, обусловленной изменением импеданса цепи обратной связи в диапазоне частот до

20-30 мГц, и ограничение чувствительности микровольтметра отрицательной обратной связью, охватывающей усилитель с изменяемым коэффициентом передачи. 35

Цель изобретения — повышение точности измерения в широком частотном и динамическом диапазонах работы.

Поставленная цель достигается тем, что в микровольтметр среднеквадрати- о ческих значений, содержащий усилитель с изменяемым коэффициентом передачи, вход которого подключен ко входу устройства и через входной резистор к общей шине, квадратичный преобразователь, измерительный прибор, последовательно соединенные конденсатор, усилитель напряжения и фазочувствительный выпрямитель, выход которого подключен ко входу управления усилителя с изменяемым коэффициентом передачи, и цепь обратной связи из трех последовательно соединенных резисторов, подключенных с одной стороны ко входу устройства, а их первый 55 средний вывод соединен с первым вы ходом ключа, управляющий вход которого и фазочувствительного выпрямителя подключены к выходу генератора, ввецен корнеизвлекакщий преобразователь, выход которого соединен со вторым. средним выводом цепи обратной связи и со входом ключа, подключенного вторым выходом к измерительному прибору, к конденсатору и через введенный в цепь обратной связи дополнительный резистор к общей шине, а выход усилителя с изменяемым коэффициентом передачи через квадратичный преобразователь соединен со входом корнеиэвлекающего преобразователя.

На чертеже представлена блок-схема микровольтметра среднеквадратичных значений.

Иикровольтметр содержит последовательно соединенные усилитель 1 с изменяемым коэффициентом передачи, квадратичный преобразователь 2, корйеизвлекающий преобразователь 3 и ключ 4.

Между входом усилителя с изменяемым коэффициентом передачи и общей шиной включена цепь 5 обратной связи, состоящая из четырех последовательно соединенных резисторов 6-8 и 9. Вывод соединения резисторов 6 и 7 подключен к первому выходу ключа 4, вывод соединения резисторов 7 и 8— к выходу корнеизвлекающего преобразователя 3, а между выводом соединения резисторов 8 и 9 и управляющим входом усилителя 1 с изменяемым коэффициентом передачи включены последовательно соединенные конденсатор 10, усилитель 11 напряжения и фаэочувствительный выпрямитель 12. Второй выход ключа 4 соединен с измерительным прибором 13 и с конденсатором 10. Выход генератора 14 подключен к управляющим входам ключа 4 и фазочувствительного выпрямителя 12. Вход усилителя 1 с изменяемым коэффициентом перес изменяемым коэффициентом передачи и преобразуется квадратичным преобразователем 2 в постоянное напряжение, величина которого пропорциональна квадрату эффективного значения изме- . ряемого напряжения. Далее это напряжение преобразуется корнеизвлекающим преобразователем 3, и величина его

5 840 751 6 пропорциональна первой степени эффек- При настройке микровольтметра в тивиого значения измеряемого сигнала. условиях сличения его с образцовой

Затем выходное напряжение корнеизвле- мерой на средней частоте рабочего какщего преобразователя 3 делится ре- диапазона при температуре и других эисторным делителем 8 и 9 цели 5 о6- 5 климатических условиях, обеспечиваератной связи и поступает через ключ м1х условиями аттестации, необходи.Л

4 на измерительный прибор 13. мо выполнить условие настройки Ч = ч, Через резисторы 6 и 7 цепи 5 об- которое достигается выбором опрератной связи на вход усилителя 1 с .деленных значений резисторов 6 -9 изменяемым коэффициентом передачи по- 1о и 15 (К -R>) по уравнению настройдается напряжение, совпадающее по фа- ки. Приравняв (2) и (3), получаем эе с измеряемым сигналом, т,е. обрат- н-к ная связь — положительная. При этом резисторы 7 и 8 цени 5 обратной связи шунтируются ключом 4 с частотой генератора 4. Цепь автоподстройки микровольтметра образована конденсатором 10, усилителем 11 напряжения и фаэочувствительным выпрямителем 12.

Функция преобразования микровольт- щ (Я+R) R+R +R ) метра с положительной обратной связью описывается выражением

> >д,-кр

Подставив значения К. =ф — „и р

° Ф в последнее выражение, получаем ypasнекие настройки

5 Ъ 4 1 2 Ь1 4 5(1 из которого следует, что коэффициенты преобразования К1, К2 усилительнопреобразовательного тракта зависят только от значений резисторов 6-9 и

15 (R -1! ), точность которых при постоянном токе может быть очень высокой.

При подстановке выражения (4) в (2) и в (3) получаем

К К К

Я

1 Я

Y=V =Vk е

К R+R

R . - ф 3

Яе Х

Я1+IZ1+R5

В верхнем положении ключа 4 прибор

13 измеряет величину напряжения

55 ф = — е —,— К к *=- —

М 1-К

2 Р+Р 1 2 -К где при этом (ф,, К, =1 где К вЂ” коэффициент передачи усили1 теля 1 К - общий коэффициент преФ образования квадратичного 2 и корнеизвлекакицего 3 преобразователя; K>— коэффициент деления делителя 8 и 9 (g."R4}; > - коэффициент цепи 5 положительной обратной связи равный коэффициенту деления делителя 6, 7 и 15 (R R-"R> )1 У " среднеквадратичес1 2 5 Ос кое значение измеряемого напряжения, связанное с мгновенным значением измеряемого напряжения Цх зависимостью

К1 Ка Р1 где

4 5 3 4

;В нижнем положении ключа 4 на из.мерительный прибор 13 подается напряжение х откуда следует, что измеряемая величина и показания измерительного прибора 13 определяются значениями тех же резисторов.

В рабочих условиях, отличакщихся от условий аттестации микровольтметра, под действием дестабилизирующих факторов — температуры, изменения напряжения питания и т.д., а также при частотном ходе коэффициента передачи усилителя 1 и квадратичного преобразователя 2 †. коэффициенты К, К и

K изменяют свое значение, и условие настройки не выполняется. При этом в выходной величине, измеряемой прибором 13, появляется напряжение частоты коммутации, которое выделяется конденсатором 10 усиливается усилителем ,lt напряжения, выпрямляется фазочувствительным выпрямителем 12. Постоянная

Формула изобретения

Микровольтметр среднеквадратичных значений, содержащий усилитель с изменяемым коэффициентом передачи, вход которого подключен ко входу устройст- >> ва и через входной резистор к общей шине, квадратичный преобразователь, измерительный прибор, последовательно соединенные конденсатор,. усилитель напряжения и фазочувствительный выпря- >0 митель, выход которого подклеен ко входу управления усилителя с изменяе7 8407 составляюЩая этого сигнала воздействует на управляющий вход усилителя 1 до тех пор, пока не выполнятся условия настройки, т.е. пока напряжение коммутации не уменьшится до весьма ма- лой величины, определяемой статизмом цепи автоподстройки. Последнее обстоятельство(МЪМ )обусловливает остаточ ную погрешность микровольтметра, которая может быть весьма малой, если )0 увеличивать коэф4ащиент усиления усилителя 11.

Таким образом, повышение чувствительности микровольтметра достигается увеличением коэффициента обратной свя- з зи в пределах значений, определяемых условиями устойчивости. мым коэффициентом передачи, и цепь обратной связи иэ трех последовательно соединенных резисторов, подключенных с одной стороны ко входу устройства, а их первый средний вывод соединен с первым выходом ключа, управля ощий вход которого и фазочувствитель- . ,ного выпрямителя подключены к выходу генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения в широком частотном и динамическом диапазоне работы, в него введен корнеизвлекающий преобразователь, выход которого соединен со вторым средним выводом цепи обратной связи и со входом ключа, подключенного вторым выходом к измерительному прибору„ к конденсатору и через введенный в цепь обратной связи дополнительный резистор к общей шине, а выход усилителя с изменяемым коэффициентом передачи через квадратичный преобразователь соединен со входом корнеизвлекающего преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при. экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 2788844, кл. G 01 R. 19/026, 1969.

2 ° Авторское свидетельство СССР

11 542144, кл ° G 01 R 19/02, 1975.

3. Авторское свидетельство СССР .У 480987, кл. 6 01 R 19/02, 1972.

ВНИИПИ Заказ 4754/65

Тираж 732 Подписное

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