Преобразователь переменного напряжения в постоянное

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П И С A Н И Е 11,.862080

ИЗОБРЕТЕНИЯ

4r т

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 07.08. 79(21) 2823937/18-21 с присоелииеиием заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 07.09.81. Бюллетень %33

Дата опубликования описания 07 .09 .81 (5l)M, Кд, G 01 и 19/22

Государственный комитет де делам изобретений и открытий (5Ç) УДК б2! .3! 7. . 7 (088. 8) (72) А вторы

С.А.Андрусяк, А.Г.Баяндин, Д,М.Демьянюк (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ПОСТОЯННОЕ

Изобретение. относится к приборостроению и может быть использовано для построения точных аналоговых и цифровых измерителей действующего значения переменного напряжения или тока.

Известен преобразователь перемен5 ного напряжения в постоянное, основанный на методе "взаимообратных преобразований", содержащий операционный дифференциальный усилитель, на входы ! о которого включены выходы дифференциального компаратора напряжения, образованного двумя однонагревательными термопреобразователями, выходы которых соединены встречно, например, отрица- 5 тельными термоэлектродами. При этом нагреватель первого термопреобраэователя включен в цепь измеряемого сигна-. ла, а нагреватель второго " в цепь обратной связи усилителя, выход которого является одновременно выходом преобразователя (1 ).

Недостатки такого устройства — низ— кие чувствительность и точность преобразования иэ-эа значительной нелинейности характеристик . термопреобра-, эователя в начале диапазона измеряемых сигналов, а также разброса их коэффициентов преобразования в динамическом диапазоне входных сигналов.

Наиболее близок к предлагаемому преобразователь действующего значения переменного напряжения,в постоянное, содержащий дифференциальный термокомпаратор напряжения, образованный двумя однонагревательными термопреобраэователями, выходы которых соединены встречно, например, положительными термоэлектродами, общая точка которых подключена на инвертирующий вход первого операционного усилителя, второй вход которого подключен к одному из выходов (например, положительному ) опорного источника постоянного напряжения. Выход первого операционного уси- лителя через ограничительный резистор соединен с входом нагревателя пер" вого термопреобразователя и входом

8б2080 преобразователя, а через модулятор (преобразователь постоянного напряжения в переменное) и второй ограничительный резистор — с входом нагревателя второго термопреобразователя, который включен в цепь обратной связи второго операционного усилителя, выход которого является и выходом преобразователя, а на его входы включены выходы дифференциального термокомпа- 10 ратора напряжений (2 ).

Недостатком прототипа является низкая точность преобразования в широком диапазоне частот, вызванная погрешностью модулятора по амплитуде, часто-15 те (которая постоянна для всего частот-. ного диапазона входных сигналов) и фазе, а также остаточными реактивностями, входных цепей термопреобразователей.

Цель изобретения — повышение точ- 20 ности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий диф25 ференциальный термокомпаратор, образо ванный двумя термоэлектрическими пре" обраэователями, каждый из которых состоит из нагревателя и термопары, источник опорного напряжения постоянного тока, два операционных усилителя и два последовательно соединенных ограничительных резистора, подключенных общим выводом через нагреватель первого термоэлектрического преобразователя к общей шине, а крайними— ко входной шине и к выходу первого операционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен к общему выводу термопар, а неинвертирующий— к источнику опорного напряжения постоянного тока, инвертирующий вход второго операционного усилителя непосредственно, а неинвертирующий через встречно включенные термопары подключены к общей шине, введены усилитель-ограничитель, управляемый делитель напряжения, сумматор напряжений, конденсатор и третий ограничительный резистор, причем первый вход сумматора 50 напряжений соединен с выходом управляемого делителя напряжения, второй входс выходом первого операционного усилителя и через конденсатор — с общей шиной, а выход — через третий ограничительный резистор и нагреватель второго термоэлектрического преобразователя подключен к общей шине, вход усилителя-ограничителя соединен со входной шиной, а выход — со входом управляемого делителя напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу второго операционного усилителя .

Схема преобразователя переменного напряжения в постоянное представлена на чертеже.

Преобразователь содержит входные

/ клеммы 1-1, первая из которых через ограничительный резистор Я! соединена с нагревателем 2-! дифференциального термопреобразователя (ДТП) 2 и с второй входной клеммой 1, которая соединена с общей шиной . ДТП 2 содержит также второй нагреватель 2-4. Нагреватели 2-1 и 2-4 имеют тепловой контакт с торцами 2-2 и 2-3 полупроводникового термоэлемента, средний положительный вывод которого соединен со входом операционного усилителя (ОУ) 3, на неинвертирующий вход которого подключен положительный выход опорного источника постоянного напряжения 4, второй выход которого соединен с общей шиной. Выход ОУ 3 через ограничительный резистор R2, первый вход сумматора 5 и ограничительный резистор ЙЭ соединен соответственно с нагревателями 2-1 и 2-4 ДТП 2, первый и второй выходы которого соединены со входом

ОУ б и общей шиной соответственно, а выход ОУ 6, являющийся и выходом 7 преобразователя, соединен с управляющим входом делителя напряжения 8, выход которого подключен ко второму входу сумматора 5, между первым входом которого и общей шиной подключена емкость С. Вход управляемого делителя напряжения 8 через усилитель-ограничитель 9 соединен со входной шиной

1 преобразователя. На чертеже 0 (4) 0 = соответственно входное и выходное напряжения, К вЂ” корректор (бесконтактный) вольтамперных характеристик по нагревателям 2-1 и 2-4 ДТП; Rl и 2, к 3— ограничительные резисторы; Е 1 и E2— выходные термо-ЭДС ДТП.

Преобразователь переменного напряжения в постоянное работает следующим образом. В исходный момент, когда

U (4) =О, на неинвертирующий вход первого ОУ 3 поступает опорное напряжение Eî от источника опорного напряжения 4. Выходное напряжение положительной полярности ОУ 3 через резистор Q,2, сумматор 5 и ограничительный резистор ЙЗ подается на нагреватели 2-1 и 2-4 ДТП 2 соответственно, 5 862080 6 вследствие чего в них выделяется тепло Дет изменяться пропорционально эфДжоуля. В результате разогрева нагре- фективному значению измеряемого навателей на выходе дТП 2 появятся тер- пряжения Uy (t) мо-ЭДС Е1 и Е 2, которые в случае Поскольку на нагреватели 2-1 и 2-4 идентйчности вольтамперных характерис .5 воздействуют сигналы одинаковых частик ДТП 2 будут одинаковы (Е1- Е2) ° тоты и фазы, таким образом исключается (В случае, если Е!ф Е2, корректором, влияние их остаточных реактивностей

К в первоначальный момент корректируют широю вольтамперные характеристики так что ком диапазоне частот, так как погреш— Е21. Нагрев нагревателей 2 1,. о ность будет доказывать только неидени 2=4 дТП 2 будет происходить до тех тичность этих реактивностей. пор, пока не будет достигнуто равенст- Кроме того, в преобразователе отво Eo= Е2,ПосколькУ полЯРности вклю сУтствУют влиЯниЯ на точность пРечения Е 1 и Е 2 ДТП 2 х выходу OY 6 образования погрешности модулятора противоположны при Еl = Е 2 напряжени Eg (преобразователя постоянного напряжена выходе ОУ 6 и на выходе преобразо ния в переменное). вателя будет отсутствовать, т.е. U =O. Таким образом, преобразователь пеВыбором величины напряжения E.о источ- ременного напряжения в постоянное обланика опорного напряжения 4 обеспечи- дает более высокой точностью преобравается такой исходный температуря и 2р зования в широком диапазоне частот режим работы ДТП 2, при котором его по сравнению с прототипом. рабочая точка находится на оптимальном по линейности и чувствительности Формула изобретения участке вольтамперных характеристик.

Под воздействием измеРЯемого пеРе- 25 Преобразователь переменного наменного напряжения в нагревателе 2-1 пряжения в постоянное, содержащий возникает дополнительный нагРев, B дифференциальный термокомпаратор, результате которого термо-ЭДС !"-1 по образованный двумя термоэлектрическилучает приращение. Разность термо-ЭЛС мп преобразователям мп прео разователями, каждый из котоЕ! и Е2 воздействует на инвеР- 30 рых состоит иэ нагревателя и э нагревателя и термотирующий вход усилителя 6,и на выходе его появляется постоянное напря- постоянного тока, два операционных усижение (.1=. Выходное напряжение пере лителя и два последовательно соединен-. менного тока 0 < (t) одновременно с ных ограничительных резистора, подклюэтим воздействует на вход усилителя э ченных общим выводом через нагреватель ограничителя 9, который формирует двух первого термоэлектрического преобраполярные прямоугольные импульсы со зователя к общей шине, а крайними— стабилизированными уровнями, частота ко входной шине и к выходу первого и фаза которых совпадают с частотой и операционного усилителя, ннвертирующий фазой (.1 (Ц, а уровни их зависят от 40 вход которого подключен к общему вывоуровня (1 (, ) ду термопар, а неинвертирующий — к исПрямоугольные импульсы с выхода точнику опорного напряжения постоянноусилителя-ограничителя 9 поступают Ha ro тока, инвертирующий вход второго вход управляемого делителя напряжения операционного усилителя непосредствен8,с выхода которого под воздействием íà 45 но а неинвертирующий — через но, а неинвертирующий — через встреч- . его управляющем входе напряжения (1= но включенные термопары подключены подаются на первый вход сумматора 5, к общей шине, о т л и ч а ю ш и и с я в котором складываются с выход™ нап тем, что, с целью повышения точности, ряжением ОУ 3. Увеличение напряжени" в него введены усилитель-ограничитель, на выходе сумматора 5 приводит к уве Ю управляемый делитель напряжения, сумличению термо-ЭДС Е 2E КоТораЕЕ ВО3 матор напряжений, конденсатор и третий действует на инвертирующий вход ОУ З» ограничительный резистор, причем первследствие чего уменьшается его выход вый вход сумматора ElarrpffEKeHHA соединен ное напряжение, сохраняя первоначально с выходом управляемого делителя напрязаданный температурный Режим ДТП 2 по 5 жения, второй вход — с выходом первого его нагревателям. При этом выходное- операционного усилителя и через коннапряжение 0 ОУ 6, а следовательно, и денсатор — с общей шиной, а выход выходное напряжение преобразователя бу- через третий ограничительный резистор

7 862080 8 и нагреватель второго термоэлектричес- I. Таубе Б.С. Разработка и исследокого преобразователя подключен к об- ванне методов и средств высокой точщей шине, вход усилителя-ограничителя ности для автоматического измерения соединен со входной шиной, а выход — действующего и среднего значений лересо входом управляемого делителя напря- 5 менного напряжения. Диссертация на жения, управляющий вход которого под- соискание ученой степени к.т.н. Л., ключен к выходу второго операционного ВНННМ, 1972, с. 10,рнс. 1-4. усилителя. 2. Патент Великобритании

Источники информации, У 1138932, кл. G 1 V, опублик, принятые во внимание при экспертизе 1о 01.01 .69 (прототип) .

Составитель Д.Ходырев

Редактор Б.Федотов ТехредА. Ач Корректор И.немчик

Заказ 6536/40 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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