Преобразователь фазового угла в постоянное напряжение

Преобразователь фазового угла в постоянное напряжение

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Соаетскнн

Соцналистнческнн

Респубпнк

<„,765747

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свыд-ву— (22) Зая влено 07.08.78 (21) 2652739/18-21 с при соеди нен ием заявки ре (23) Приоритет (51) /т т. Кл.. G 01 Я 25/00

Гасударстаенный каннтет

СССР аа делам нэабретаннй н аткрытнй

Опубликовано 23.09.80. Бюллетень,% 35

Дата опубликования описания 23.09.80 (53) УДК 621317. .78 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. И. Зотиков и А. В. Кулешов (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ФАЗОВОГО УГЛА

В ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Изобретение относится к электрическим из. мерительным преобразователям, в частности, к преобразователям фазового угла двух электрических сигналов в напряжение.

Изобретение предназначено для автоматизированных систем измерения, управления и контро5 ля. Кроме того, оно может найти применение при исследовании систем автоматического регулирования частотными методами.

Известно устройство, состоящее иэ канала

l0 формирования линейно-изменяющегося напряжения, который содержит два источника эталонного напряжения разной полярности, соединенных через ключ с входом интегратора, в цепь обратной связи которого включен компенсатор по-. стоянной составляющей (11. Выход первого датчика через усилитель соединен с входом триггера, выход которого подключен к управляющему входу ключа.

Выход интегратора соединен с входом аналогового запоминающего устройства, а выход втОрого датчика через усилитель соединен с управляющим входом аналогового запоминающего устройства, выход которого является выходом устройства. Невысокая точность преобразования фазового угла в постоянное напряжение, которая уменьшается с уменьшением частоты обусловлена разрядом конденсатора аналогового запоминающ его устройства.

Известно также устройство, содержащее входные формирователи импульсов, два усилителяинтегратора с разрядными ключами в цепи обратной связи, входы которых подключены к источникам напряжения разной полярности, причем выход первого из усилителей-интеграторов подключен непосредственно, а второго через ключ к входу схемы фиксации аналогового сигнала (2). Выход первого формирователя импульсов подключен к управляющим входам ключей, стоящим в цепи обратной связи первого усилителя-интегратора и на входе схемы фйксации аналогового сигнала. Выход второго формирователя импульсов подключен к управляющим входам ключей, стоящим в цепи обратной связи и на выходе второго усилителяинтегратора.

Невысокая точность измерения (преобразования)этого устройства обусловлена наличием

765747

3 схемы фиксации аналогового ситнала, в связи с тем, что выходное напряжение схемы фиксации аналогового сигнала, пропорциональное фазовому углу, снимается с конденсатора. Напряжение на конденсаторе в течение периода

5 не остается постоянным,I, так происходит разряд конденсатора через параллельно подключенное сопротивление, величина которого не является бесконечной. Конденсатор разряжается в течение периода тем больше, чем ниже частота исследуемого сигнала. Поэтому погрешность измерения увеличивается особенно на инфраниф ких частотах.

Целью изобретения является повышение точности преобразования фазового угла в напряжение.

Достигается это тем, что в преобразователь фазового угла в постоянное напряжение, содержащий первый и второй формирователи импульсов, три усилителя-интегратора, источник эталон- о ного напряжения, четыре ключа, два из которых включены в цепи обратной связи двух усилителей-интеграторов, а третий подключен к входу третьего усилителя-интегратора, введены дополнительно два аналоговых сумматора, инвертор, 25 элемент. совпадений, нуль-орган, триггер, два ключа, три дифференцирующие цепочки, два диода, притом входы всех трех усилителей-интеграторов соединены с источником эталонного напряжения через третий, четвертый и пятый клю- ЗО чи, выходы первого и второго усилителей-интеграторов подключены к входам первого аналогового сумматора, подсоединенного по выходу к входу инвертора, выход которого и выход первого аналогового сумматора подключены через диоды к входу нуль-органа и к одному из входов второго аналогового сумматора, другой вход которого соединен с выходом третьего усилителя-интегратора с шестым ключом в обратной связи, выход нуль-органа подключен к первому входу триггера, второй вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов через дифференцирующую цепочку, а выход — к управляющему входу третьего ключа, причем управляющий вход шестого ключа подсоединен к выходу элемента совпадений, входы которого подключены к выходам формирователей импульсов к управляющим входам четвертого и пятого ключей и через дифференцирующие цепочки — к управляющим входам первого и второго ключей.

На чертеже дана структурная электрическая схема предлагаемого преобразователя.

В ее состав входят формирователи импуль55 сов 1 и 2, электронные ключи 3 — 8, усилителиинтеграторы 9, 10, 11, аналоговые сумматоры

12, 13, источник 14 эталонного напряжения, инвертор 15, нуль-орган 16, триггер 17, эле4 мент совпадений 18, дифференцирующие цепочки 19 — 21, диоды 22-23.

Работает преобразователь следующим образом.

На входы формирователей импульсов 1 и 2. поступают периодически изменяющиеся напряжения одной частоты, но сдвинутые по фазе, из которых формируются напряжения прямоугольной формы одной полярности. Эти импульсы поступают на управляющие входы электронных ключей 3 и 4, которые попеременно подключают к входам интеграторов 9 и 10 эталонные напряжения разной полярности. Причем, с. приходом импульса на вход усилителяинтегратора 9 прикладывается напряжение отрицательной полярности, а с приходом импульса на вход усилителя-интегратора 10 должно поступать напряжение положительной полярности. Когда импульсы на выходе формирователей

1 и 2 отсутствуют, напряжения, прикладываемые к входам усилителей-интеграторов 9 и 10, изменяются на противоположную полярность, В результате интегрирования полученных прямоугольных импульсов на выходе усилителя-интегратора 9 образуется напряжение треутольной формы положительной полярности, а на выходе усилителя-интегратора 10 — отрицательной полярности. При подключении к входу усилителя-интегратора 9 напряжения отрицательной полярности, происходит процесс интегрирования, в результате чего выходное напряжение усилителя-интегратора положительного знака нарастает по линейному закону от нулевого уровня. При смене полярности входного напряжения изменяется направление интегрирования и выходное напряжение линейно уменьшается до нулевого уровня. Если по каким-либо причинам выходное напряжение усилителя-интегратора не дойдет до нулевого уровня, то в результате открывания ключа б произойдет принудительная фиксация нулевого уровня выходного напряжения. Этот ключ открывается на короткое время импульсами, поступающими с дифференцирующей цепочки 19, которые получаются от дифференцирования передних фронтов импульсов формирователя импульсов 1. Поскольку ключ 6 является проводящим для входного напряжения любого знака, при наличии сигнала на управляющем входе ключа, производится автоматичесj кая привязка выходного напряжения усилителяинтегратора 9 к нулевому уровню, и поэтому его выходное напряжение имеет треугольную форму положительной полярности.

Аналогичным образом работает схема, состоящая из ключей 4 и 7, формирователя импульсов 2, дифференцирующей цепочки 20, усилителя-интегратора 10, которая формирует пилу

Ф отрицательной полярности. Привязка к нулево765747 му уровню выходного напряжения усйлителяинтегратора 10 происходит импульсом, приходяшим с дифференцируюшей цепочки 20, который получается от дифференцирования передних фронтов импульсов формирователя импульсов 2.

С выходов усилителей-интеграторов 9 и 10 напряжения треугольной формы поступают на входы аналогового сумматора 12, на выходе которого после суммирования получается напряжение трапецеидальной формы. Амплитуда данного напряжения пропорциональна величине фазового угла.

Напряжение с выхода аналогового сумматора 12 поступает на анод диода 23 и на вход инвертора 15, выход которого подключен к аноду диода 22. С помошью этих диодов отри1 цательная часть полупериода напряжения трапецеидальной формы отсекается и на вход аналогового сумматора 13 поступают положительные по-1 лупериоды напряжений трапецеидальной формы.

Это же напряжение поступает на вход нуль-органа 16, на выходе которого получаются кратковременные импульсы в моменты, когда напряжение на входе нуль-органа равно нулю.

На выходе дифференцирующей цепочки 21 получаются импульсы от дифференцирования переднего и заднего фронтов импульсов формирователя импульсов 1. Импульсы, приходящие с выхода нуль-орагна и дифференцнруюшей це30 почки 21, переключают поочередно триггер 17, на выходе которого получаются импульсы напряжения, включающие ключ 5. В результате чего на вход. усилителя-интегратора 11 прикладывается напряжение отрицательной полярности

35 и происходит формирование положительной части напряжения треугольной формы. Напряжение будет нарастать до прихода импульса с нульоргана, который переключит триггер, в результате чего на вход усилителя-интегратора прило40 жится напряжение положительной полярности.

После чего формируется спадающая часть напряжения треугольной формы. Формирование будет продолжаться до прихода импульса с элемента совпадения 18 на управляющий вход ключа 8..

Ключ включается, напряжение на выходе усилителя-интегратора 11 становится равным нулю и останется таким пока будет импульс на выходе схемы совпадений. На выходе схемы совпадений 18 будет импульс напряжений, когда на его обоих входах будут сигналы соответст50 вуюшие "лог.1", или "лог.О". В противном случае на выходе напряжение равно нулю.

На выходе усилителя-интегратора 11 формируются импульсы треугольной формы. Ампли55 туда этих импульсов пропорциональна фазово-. му углу. При конструировании усилителей-интеграторов необходимо выполнить условие: крутизна импульсов треугольной формы усилителя-интегратора 11 должна быть в два раза больше крутизны усилителей-интеграторов 9 и 10. В результате суммирования йапряжения и импульсов в аналоговом сумматоре 13. образуется сигнал в виде постоянного напряжения. Величина этого напряжения пропорциональна фазовому углу. Это наглядно видно из диаграммы напряжений, которые рассматриваются для фазовых углов 45 и 135 .

Предлагаемый преобразователь обеспечивает высокоточное преобразование фазового угла в аналоговое напряжение в практически неограниченном частотном диапазоне по сравнению с преобразователями, использующими запоминаюшие устоойствя.

Использование изобретения в автоматизированных системах измерения и контроля управления обеспечит более качественное и надежное испытание элементов энергосистем.

Формула изобретения

Преобразователь фазового угла в постоянное напряжение, содержаший первый и второй формирователи импульсов, три усилителя-интегратора, источник эталонного напряжения, четыре ключа, два из которых включены в цепи обратной связи двух усилителей-интеграторов. а третий подключен ко входу третьего усилителя-интегратора. о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, введены дополнительно два аналоговых сумматора, инвертор, элемент совладений, нуль-орган, триггер, два ключа, три дифференцирующие цепочки, два диода, при этом, входы всех трех усилителей-интеграторов соединены с источником эталонного напряжения через третий и четвертый и пятый ключи, выходы первого и второго усилителей-интеграторов подключены к входам первого аналогового сумматора, подсоединенного по выходу к входу инвертора, выход которого и выход первого аналогового сумматора подключены через диоды к входу нуль-органа и к одному из входов второго аналогового сумматора, другой вход которого соединсн с выходом третьего усилителя-интегратора с шестым ключом в обратной связи, выход нуль-органа подключен к первому входу триггера, второй вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов через дифферснцируюшую цепочку, а выход — к управляющему входу третьего ключа, причем управляющий вход шестого ключа соединен с выходом элемента совпадений, входы которого подключены к выходам формирователей импульсов к управляющим входам четвертого и пятого ключей, ВНИИПИ Заказ 6502/43 Тираж 1019 Подписное

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

7, 76574 и через дифференцирующие цепочки — к управляющим входам первого и второго ключей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

7 8

1. Авторское свидетельство СССР NÐ 264804, кл. G 01 R 25/04, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР No 569965 кл. G 01 R 25/00; 1976,