Измерительный преобразователь среднеквадратического значения напряжения

Измерительный преобразователь среднеквадратического значения напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖНИЯ, содержащий фильтрующесуммирующий элемент, выход которого соединен с выходной шиной и входом генератора треугольного напряжения, отличающийся тем, что, с цепью повышения точности преобразования , в него введены первый и второй ключи и компаратор, при этом выход генератора треугольного напряжения соединен с первым входом компаратора и входами ключей, второй вход компаратора подключен к входной шине, его выход - к управляющему входу первого ключа, выход которого соединен с первым входом фильтрующе-суммирующего элемента, другой вход которого подключен к выходу второго ключа, а управляющий вход второго ключа соеди§ нен с синхронизирующим выходом генератора треугольного напряжения.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„Я0„,3 05824

31 @ С 01 R 19/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВ (21) 3506271/18-2 1 (22) 29.10.82 (46) 30.07.84. Бюл. В 28 (72) Б.М.Богданович, В.В ° Кандыбин, N.Ï.Федоринчик и В.В.Васильев (71) Минский радиотехнический институт (53) 621.317.7(088.8) (56) 1. Патент США № 3064192, кл. 324-71, 1959.

2. Авторское свидетельство СССР

В 593158, кл. G 01 R 19/02, 02.12.74. (54)(57) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОГО ЗНАЧЕНИЯ .НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий фильтрующесуммирующий элемент, выход которого соединен с выходной шиной и входом генератора треугольного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены первый и второй ключи H комнаратор, при этом выход генератора треугольного напряжения соединен с первым входом компаратора и входами ключей, второй вход компаратора подключен к входной шине, его выход — к управляющему входу первого ключа, выход которого соединен с первым входом фильтрующе-суммирующего элемента, другой вход которого подключен к выходу второго ключа, а управляющий вход второго ключа соедиO нен с синхрониэирующим выходом гене- Е ратора треугольного напряжения.

1 1105824

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборах, измеряющих эффективное значение электрических сигналов.

Известен преобразователь средне" квадратичного значения напряжения, содержащий генератор треугольного напряжения, выход которого подключен к первому входу ограничителя, второй 1п вход Которого соединен с входной Ши" ной, выход — с входом фильтрующесуммирующего элемента, выход которого является выходом преобразователя (13, 15

Известный преобразователь имеет невысокую точность преобразования вследствие влияния дрейфа нулевого уровйя ограничителя а также недос- таточную линейность преобразования.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь среднеквадратичного значения напряжения, содержащий фильтрующе-суммирующий элемент, выход которого соединен с выходной ши" ной и входом генератора треугольного напряжения, и ограничитель, первый вхоД которого соединен с входной ши" ной второй — с выходом генератора

У

ЗО треугольного напряжения, а выход с входом фильтрующе-суммирующего эле мента (2 .

Однако, известный преобразователь характеризуется недостаточно высокой точностью, т,е. погрешность преобра- 5 зования в нем линейно связана с наПряжением смещения нулевого урбвня огранйчителя.

Ь самой деле, выходное напряжение преобразователей среднеквадратичного

40 значения напряжения, работающих на принциПе формирования треугольных йм" пульсов с амплитудой, йропорциональ".

Ной мгновенным значениям входного сйг" найа с последующим усреднением тре"

45 угольных импульсов следующее: а выходное напряжение иэ (1) и (2) следующее: ! ш х х сщ) „0„0, (U +Ц+Ц )

4 40 „2

Фпы х

6 U U

+ X+ Са х

2 ZU

Входное напряжение Ux является переменным, поэтому Ux=0, а

0 02 0 Uz алых х см см

4 40 2. 40

Поскольку (с< 2

m алых + х, сИ

U. V 0

4 40п,ых 2

1 °

Последнее слагаемое представляет собой погрешность преобразования, обусловленную напряжением смещения, ограничителя.

Амплитуда треугольного напряжения пропорциональна выходному напряжению ц „ы„1 0„, (51 где К коэффициент пропорциональности, Подставляя (5) в (4) и решая уравнение относительно (1 > можно полу", чить с учетом того, что

u = cN + " (al

u„Я ч 4- 1 1к а-к

Относительная погреШНость преобразования в прототипе

Uñð о =

СР ЙД где U p AA выходное напряжение пре" образователя при Бс„„=О.

U см 1с

0г Ф-М

Целью изобретения являЕтся повышение точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в измерительный преобразователь среднеквадратичного значения напряжения, содержащий фильтрующе-суммирующий элемент, выход которого соединен с выходной шиной и входом генератора треугольного напряжения, введены перU 4 () moх Х "с

50 где 0 — амплитуда треугольного наВМХ пряжения;

U t) — среднеквадратичное значе-ние входного сигнала.

С учетом влияния напряжения смеще-55 см

2 вых x. 0cv см

4 . М„2 И

1105824

50

3 вый и второй ключи и компаратор, при

Этом выход генератора треугольного напряжения соединен с первым входом компаратора и входами ключей, второй вход компаратора подключен к входной шине, его выход — к управляющему входу первого ключа, выход которого соединен с первым входом фильтрующе-суммирующего элемента, другой вход которого подключен к выходу второго ключа, а управляющий вход второго ключа соединен с синхронизирующим выходом генератора треугольного напряжения.

На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг. 2 временные диаграммы напряжений; на фиг. 3 . — пример реализации генератора треугольного напряжения1 на фиг.4эпюры напряжений в цепях генератора.

Измерительный преобразователь среднеквадратического значения напряжения содержит фильтрующе-суммирующий элемент 1, выход которого соединен с выходной шиной и входом генератора 2 треугольных импульсов. В пре- g образователь дополнительно введены первый 3 и второй 4 ключи и компаратор 5, при этом выход генератора 2 треугольного напряжения соединен с первым входом компаратора 5 и входами ключей 3 и 4, второй вход компаратора 5 подключен к входной шине, его выход — к управляющему входу первого ключа 3 выход которого соединен с первыми входами фильтрующе-суммирующего элемента 1, второй вход которого подключен к выходу второго ключа

4, а управляющий вход второго ключа4 соединен с синхронизирующим выходом генератора 2 треугольного напряжения.

Генератор 2 треугольного напряжения содержит генератор 6 тактовых импульсов, к выходу которого подключен вход первого триггера 7, выходы которого соединены с входами второго

8 и третьего 9 триггеров, а выход третьего триггера 9 соединен с управляющим входом аналогового ключа 10, выход которого подключен к входу интегратора 11. Вход аналогового ключа

10 является входом генератора 2 треугольного напряжения, выход интегратора 11 — выходом генератора 2 треугольного напряжения, а выход второго триггера 8 — синхронизирующим выходом генератора 2 треугольного напряжения.

Измерительный преобразователь среднеквадратичного значения напряжения работает следующим образом.

Треугольник напряжение с выхода генератора 2 треугольного напряжения сравнивается с входным напряжением в компараторе 5. В результате сравнения компаратор 5 выдает отпирающий сигнал на управляющий вход ключа 3, если мгновенные значения входного напряжения больше, чем мгновенные значения треугольного напряжения.

На первый вход фильтрующе-суммирующего элемента 1 через ключ 3 поступают импульсы напряжения, затшрихованные на фиг. 2с . На второй вход суммирующе-фильтрующего элемента 1 через ключ 4 под действием на его управляющий вход синхронизирующих прямоугольных импульсов с синхронизирующего выхода генератора 2 треугольного напряжения поступают треугольные импуЛьсы отрицательной полярности, заштрихованные на фнг.2

Фильтрующе-суммирующий элемент 1 суммирующий элемент 1 суммирует две последовательности импульсов, поступающие на его входы, таким образом, что они преобразуются в последовательность треугольных импульсов (фиг.2B), амплитуды которых равны соответствующим мгновенным значениям входного напряжения. Затем фильтрующе-суммирующий элемент 1 интегрирует полученную последовательность импульсов, в результате чего на выходе преобразователя формируется постоянное напряжение, пропорциональное среднеквадратичному значению входного напряжения.

Генератор 2 треугольного напряжения работает следующим образом. Генератор тактовых импульсов 6 формирует последовательность тактовых импульсов (фиг. 4e) с частотой UP, где

Т вЂ” период треугольного напряжения.

На выходах первого триггера 7 формируется прямая (фиг. 4Ь) и обратная (фиг. 4в) последовательности прямоугольных импульсов, частота повторения которых в два раза ниже тактовой.

Третий триггер 9 уменьшает частоту повторения импульсов еще в два раза и формирует импульсы, управляющие аналоговым ключом 10 (фиг. 4a). В интервале времени, равном длительности этих импульсов, на вход интегратора 11 подается выходное напряжение

1105824

О а 02512

U = +

1 1 ср 2

0 Т

Я1ах т

20 гаях т rn e 1

25 где Б1, 30

U

111

Д t„)gt),...

П ъ

Т т

5 преобразователя, а поскольку оно в указанном интервале времени практически постоянно, то на выходе интегратора 11, являющемся выходом генератора 2 прямоугольного напряжения, формируется треугольное напряжение (фиг. 4 ) с амплитудой, пропорцио1 нальной выходному напряжению преобразователя. Последовательность импульсов с другого выхода первого >0 триггера 7 поступает на вход второго триггера 8, который формирует после" довательность синхрониэирующих импульсов (фиг. 4е) .

Среднее значение напряжения, по- 15 ступающего иа первый вход фильтрующе-суммирующего элемента 1, равно

U ddt tU М

n n шах т 1 1 2 2

2 4 2 2 амплитуда треугольных импульсов положительной полярности, формируемых на первом входе суммирующефильтрующего элемента; длительности указанных импульсон; мгновенные значения входного напряжения в моменты его равенства о>трицатеЛь 45 ным треугольным напряжением; соответствующие HHrepsem» 0 времени; период треугольного напряжения; период входно- 5

ro напряжения; число срабатываний компара" тора 5 в течение положитель" ных полупериодов треугольного напряжения;

m — число его срабатываний в течение отрицательных полупериодов треугольного напряжения.

В общем виде среднее значение напряжения равно и ) аа.а . (1ю г х(п От

U ср 2Т;=1 2Т

Поскольку Т >) Тт, то или

fl+ TYl Т т (n+NlT

=1 . (91

2Т

Первые два слагаемых правой части выражения (8) являются площадями прямоугольных импульсов с амплитудами, равными мгновенным значениям входного напряжения U(t). Среднее значение такой последовательности импульсов в соответствии с выражением (1)

02(1)

0 P 40п„„

Выражение (8) с учетом (9) можно записать г(U

На второй вход суммирующе"фильт" рующего элемента 1 поступает последовательность импульсов отрицатель" ной полярности со средним значением

Uvula X

0 ср

В результате обработки входных напряжений с учетом их знаков на выходе фильтрующе-суммирующего элемента 1 получается постоянное напряжение: (i(I

u И)

С учетом влияния напряжения смещения компаратора 5, которое суммируется с входным переменным напряжением 4I (u+u, ) и „.го„о, .U

1105824

Среднее значение 0„ равно нулю, поэтому ср, 1.% 0 откуда

Я ° U,„

2 ГК (13) ОТносительная погрешность преобразования

7 см

)М °

-2U2,х (141

О 2д2

U х + „(f71

Р 4ummoox x40

Из сопоставления (4) и (12) видно, что предлагаемый преобразователь имеет погрешность преобразования за счет влияния Напряжения смещения ком паратора 5 намного меньшую, чем известный так как обусловленная этим

У напряжением составляющая пропорциональна его квадрату, Если в (12) подставить Uù „= kU сР йолучим:

Выигрыш в точности работы предлагаемого преобразователя по сравнению с прототипом за счет уменьшения влияния напряжения смещения можно определить из (7) и г u „

Ь= = — ° (15)

Ф Цс 4

Из (13) с учетом того, чтоЦ = ( можно найти связь между и

С учетом этой связи из (15) следует, что в U х

".х при к=2. В=2Г2 см

При средних значениях величин и

1В и U =1мВ выигрыш в точности преСР образования за счет уменьшения влияния напряжения В=2800.

Приведенные расчеты подтверждают, что в предлагаемом измерительном преобразователе повышается точность преобразовання за счет значительного . уменьшения погрешности, вызванной смещением нуля компаратора.

1105824

Составитель А. Пучковский

Редактор М,Циткина Техред Ж. Кастелевич Корректор М.Шароши

Заказ 5595/35 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîpoä, ул.Проектная; 4