Тепловой компаратор переменного тока
Патент 871085
Авторы
Тепловой компаратор переменного тока
Иллюстрации
Реферат
Союз Советскнк
Социалистических
Республик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОВРЕЕЕИ ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (и)871085 (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 10.10.79 (21) 2827697/18-21 с присоединением заявки М(23) П риоритет
Опубликовано 07.10,81 ° Бюллетень М 37
Дата опубликования описания 10.10.81
/ (5! )М. Кл.
G 01 R 19/02
Н 03 К 13/20
Государстеениый комктет
СССР во делам нзебретеккй и открытий (53) УЛК 621. .317.7 (088.8) 1
В. Л. Голубенцев, Э. А. Кудряшов и В. С. Монсейченко
1 (72) Авторы изобретения
J
Ленинградский ордена Ленина политехничаащф институт им. М. И. Калинина (7l7 Заявитель (54) ТЕПЛОВОЙ КОМПАРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Изобретение относится к области информационно-измерительной техники, а более конкретно — к области измерения электрических величин переменного тока.
Известен преобразователь напряжения в частоту, содержащий два токовых ключа, интегрирующий усилитель, два генератора, триггер, имеющий два выхода,. каждый из которых связан с управляющими входами токовых ключей Г11.
Недостатком его является то, что ре10 зультат измерения зависит от постоянной времени интегратора и пороговых уровней сравнения.
Наиболее близким техническим реше15 нием к данному изобретению является цифровой вольтметр, который содержит источник регулируемого напряжения постоянного тока, термочувствительный элемент с нагревателем, усилитель, формирователь и схему управления с коммутатором 121.
Недостатком устройства является влияние нелинейной характеристики термочув-, ствительного элемента, что резко снижает чувствительность на малых сигналах, снижает устойчивость системы в следящем режиме работы и вызывает увеличение погрешностей.
Белью изобретения является упрощение теплового компаратора переменного тока и повышение точности преобразования действующего значения напряжения во временной параметр.
Для этого в тепловой компаратор переменного тока, содержащий опорный стабилизатор тока, коммутатор, термочувствительный элемент с нагревателем, источник постоянного напряжения, усилитель и формирователь импульсов, введены двухпороговый нуль-орган и две линии задержки, причем нагреватель термочувствительного элемента соединен с входной клеммой устройства через первую контактную пару компаратора, а через его вторую контактную пару — с опорным стабилизатором тока, а выход термочувствительного элемента соединен с выходом источника постоянного напряжения и через усили871085
55 тель — со входом двухпорогового нуль-ор. гана, выход которого соединен со входом формирователя импульсов, первый выход которого соединен с первой выходной клеммой устройства и через первую линию задержки с управляющим входом первой контактной пары коммутатора, а второй выход формирователя импульсов соединен со второй выходно"; клеммой устройства и через вторую линию задержкис управляющим входом второй контактной пары коммутатора.
На фиг. 1 дана структурная схема теплового компаратора; на фиг. 2 — временная диаграмма его работы, Он содержит коммутатор 1, опорный стабилизатор 2 тока, термочувствительный элемент 3 с нагревателем 4, источник п стоянного напряжения 5, усилитель 6, двухпороговый нуль-орган 7, формирователь 8 импульсов, первую и вторую линии задержки 9 и 10 соответственно, первую контактную лару 11 коммутатора, вторую контактную пару 12 коммутатора.
Компаратор работает следующим образом.
В начальном полржении при отсутствии измеряемой величины контактные пары 11 и 12 коммутатора 1 разомкнуты, и термочувствительный элемент 3 (фиг. 2) характеризуется некоторой начальной температурой т„окружающей среды (Т, 20 С) .
Формирователь импульсов 8 в режиме измерений устанавливается в положение, при котором первая контактная пара 11 открыта, и преобразуемая величина gy(UX) подключается к нагревателю 4 термочувствительного элемента 3, Под действием преобразуемой величины термочувствительный элемент 3 нагревается, причем регулярный режим нагрева описывается выражением т т
Tz-- Т„,(1-е ), где T Тщ — текущая и установившаяся температуры; — время; — теплопроводность и теп1 т лоемкость термочувствительного элемента.
Сопротивление последнего зависит от температуры Q = (Т ) и при прохождении по нему некоторого небольшого стабилизированного тока Э „ от источника постоянного напряжения 5 выходной сигнал с термочувствительного элемента 3 равен
>""т 0 "т о х)
4
Напряжение g UT усиливается усилителем
6 с коэффициентом усиления К у и выходное напряжение усилителя 6UXпоступает на двухпороговый нуль-орган 7. В момент времени 21, когда выходное напряжение
UX будет равно первому уровню дискриминации 0 „— = U„ на выходе двухпорогового нуль-органа 7 формируется первый импульс. Через интервал времени Ь1., выходное напряжение Ug = Ug, двухпороговый нудь-орган 7 формирует второй импульс сравнения, поступающий на формирователь импульсов 8, на выходе которого формируется интервал времени Ь1
По второму импульсу сравнения через время задержки 61, формируемое линией задержки 9, контактная пара 11 размыкается, и нагреватель 4 обесточивается, и термочувствительный элемент 3 остывает.
При этом выходное напряжение VX< уменьшается. Как только UX> станет равно сначала Ug затем U<, двухпороговый нульорган 7 формирует третий () и четвертый (++ ) импульсы. По четвертому (4g) импульсу через время задержки дуб,, формируемое линией задержки 10, замыкается контактная пара 12 и через нагреватель 4 протекает ток 30 опорного стабилизатора тока 2. В течение времени
Ь1 нерегулярный режим заканчивается, и температура термочувствительного элемента 3 изменяется как где T — установившаяся температура при " 0 токе о в нагревателе 4.
Напряжение Uyg сначала достигает первого уровня U, затем 00 и в моменты равенства двухпороговым нуль-органом 7 формируются импульсы 5 и +6 °
По шестому импульсу (1 ) через время задержки и формируется задний фронт управляющего контактной парой 12 импульса О, контактная пара 12 размыкаЯ з ется, и термочувствительный элемент 3 охлаждается (кривая 0 4 ), По восьмому импульсу через время задержки b,4g формируется импульс управления 0 „ контактной парой ll -коммутатора, и процесс компарирования продолжается..
Считая в первом приближении зависимость QT= 2 (TX) на малом участке температур линейной,т.е. К = Кт ° ГХ, изменение выходного напряжения Uy c достаточной точностью можно выразить зависимость
V =U (-Е т)=
Я С
tS
= +R c, и с « ñ
V< =0„(1-Е ктст)=
3 "Ь
Р Р О а,С, у,а с Ыф "
87i085
1о
6
В качестве термочувствительного эле 1 мента может быть использовано любое термосопротивление, причем к стабильности и линейности его характеристики не предъявляется высоких требований.Желательна только лишь его высокая чувствительность. Аналогично не предъявляется высоких требований к стабильности чувсч вительности и нуля элементов электрической схемы: усилителю, нуль-органу, опорным напряжениям и току, элементам задержки и т.д., кроме опорного тока JO
Это позволяет построить -простые, надежные и дешевые преобразователи переменного тока с временным параметром на выходе с погрешностями менее 0,3-0,5%.
tlVX„--ö„ tl дИ„
ht1 Мс кт т "Ъ Ч о «4
Д
Учитывая, что ц К Ъй, . . 25
Ой с т Ъ Ml
U1 Ь(Ug-= К „- К., Э 1.К„) гДВ Kg, ЧСт H
30 тепло, выделяемое нагревателем при напряжении
"ч("о= о "н) Так как и ) -60 --0 1-01, 35
ТО Ц„ht1=U htg
Й hing
01 = Uo — àt
Д+ 1 или
Таким образом, осуществляется преобразование действующего значения напряжения (тока) во временной параметр, не зависящее от коэффициента чувствительности термочувствительного элемента
3К =, коэффициента усиления Ку кт
Тх усилителя 6, тока .)0, сопротивления нагревателя "ч
Кроме того, долговременный дрейф уро- 50 вней дискриминации 1 и Vg, а также дрейф нуля усилителя 6 не сказываются на результате преобразования, а их кратковременным дрейфом нуля за время компарирования (6t„+CL4y+ < ок )> равное до- 55 лям или единицам секунд, можно пренебречь. где 0 1. и 0„- напряжения установившихся тепловых режимов.
При hU> (100 U „c погрешностью порядка 0,1% можно считать го
Ф ормула изобретения
Тепловой компаратор переменного тока, содержащий опорный стабилизатор то- . ка, коммутатор, термочувствительный элемент с нагревателем, источник постоянного напряжения, усилитель и формирователь импульсов, отличающийся тем, что, с целью упрощения теплового компаратора переменного тока и повышения точности преобразования действующего значения напряжения во временной параметр, в него введены двухпороговый нульорган и две линии задержки, причем нагреватель термочувствительного элемента соединен с входной клеммой устройства через первую контактную пару коммутатора, а через его вторую контактную парус опорным стабилизатором йока, а выход термочувствительного элемента соединен с выходом источника постоянного напряжения и через усилитель - со входом двухпорогового нуль-органа, выход которого соединен со входом формирователя импульсов, первый выход которого соединен с первой выходной клеммой устройства и через первую линию задержки - с управляющим входом первой контактной пары коммутатора, а второй выход формирователя импульсов соединен со второй выходной клеммой устройства и через вторую линию задержки — с управляющим входом второй контактной пары коммутатора.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
М 166178, кл. 5 01 R 19/26, 1963.
2. Патент США % 3484705, кл. 328-14 9, опублик. 1969 (прототип).
871 085 т1
Составитель Н. Чистякова
Редактор Н. Коляда Техред Ж.Кастелевич Корректор М. Демчик
Заказ 8429/17 Тираж 735 Подпис ное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4