Цифровой преобразователь действующего значения напряжения

 

ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, ;одержащий, два электротепловых преобразовате гтя , в которых первые вывода терморезисторов подключены к общей шине, а вторые выводы - к соответствующим входам первого усилителя разбаланса, выход которого соединен черезпервый резистор с первым выводом подогревателя первого элек .тротеплового Преобразователя и первым выводом второго резистора, источник ;.питающего напряжения, выход которого ;соединен через делитель с общей шиной , а через третий и четвертый рейисторы - с входами первого усилителя разбаланса, второй усилитель разбаланса, входы которого соединены соответственно с выходом делителя и вторым выводом терморезистора второго электротепловоГо преобразователя, /первый вывод подогревателя которого через пятый резистор соединен с ВХОДНОЙ шиной, а через шестой резистор - с выходом второго усилителя разбаланса, и цифровой регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и стабильности преобразования, в него дрпол нительно введены два операц-ирнных усилителя, инвертор, корнеизвлекающйй преобразователь напряжения в частоту , корнеизвлекающий преобразователь напряжения в период следования импульсов , элемент совпадения и седьмой резистор, причем усилителей разбаланса через корнеизвлекающие преобразователи напряжения в . частоту и период-соединены с входами элемента совпадений, выход которого подключен к входу цифрового регистраW тора, выход первого усилителя разбаланса через соединенные последовас тельнр инвертор и седьмой резистор подключен к инвертирующему.входу первого операционного усилителя.и первйму выводу подогревателя второго эл ктротеплового преобразовате.ля, второй вывод подогревателя которого соеди-.. ю нен с выходом этого усилителя-, выход второго усилителя разбаланса подключен со к второму ВЫВОДУ второго резистора, ю а инвертирующий вход второго опера1ШОиного усилителя соединен с первым ilSib выводом подогревателя перврго элекi4 тротеплового преобразователя, второй вывод подогревателя которрго срединен с выходом этого усилителя. .

СОКИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,Я0„„1023244 А

ЭЯ9 С 01 6. 19 22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA R PggЩ н р ь

-:РВЕГЯ Я (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К AB TOPCKOMV CBMPETFJlbCTBV (21) 3337293/18-21 (22) 11.09.81 (46) 15.06.83. Бюл. Р 22 (72) В.В. Гаухштейн и В.Р. Гольдберг (53) 621.317.72(088.8) (56) 1. Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напря-. жения в постоянное. М., "Сов.Радио", 1977, с. 146, рис. 3.29.

2. Патент Великобритании

Р 1138932, кл. G 01 R 19/00, 11.04.69. (прототип). (54).(57) ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ДЕЙСГВУЮШЕГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, .содержащий -два электротепловых преобразователя, в которых первые выводя терморезисторов подключены к общей шине, а вторые выводы - к соответствующим входам первого усилителя раэбаланса, выход которого соединен через первый резистор с первым выводом подогревателя первого элек-.. тротеплового преобразователя и первым выводом второго резистора, источник питающего напряжения, выход которого

-соединен через делитель с общей шиной, а через третий и четвертый ре--зисторы - с входами первого усилителя разбаланса, второй усилитель раэбаланса, входы которого соединены соответственно с выходом делителя и вторым выводом .терморезистора второго

:.электротеплового преобразователя,, первый вывод подогревателя которого через пятый резистор соединен с входной шиной, а через шестой резистор — с выходом второго усилителя раэбаланса, и цифровой регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и стабильности преобразования, в него допол-. нительно введены два операционных усилителя, инвертор, корнеизвлекающнй преобразователь напряжения в частоту, корнеизвлекающий преобразователь напряжения в период следования импульсов, элемент совпаДения и седьмой резистор, причем выходы усилителей разбаланса через корнецзвЛекащщие преобразователи напряжения в частоту и период соединены с-входами © элемента совпадений, выход которого- Е подключен к входу цифрового регистра- тора, выход первого усилителя разба- Ц ф ланса через соединенные последовательно инвертор и седьмой резистор подключен кинвертирующему,входу первого операционного усилителя.и перво- Я му выводу подогревателя второго элек- щщ,— тротеплового преобразователя, второй ®, вывод подогревателя которого.соеди нен с выходом этого усилителя, выход фЯ второго усилителя разбаланса подключен е.„ к второму выводу второго резистора, а инвертирующий вход второго опера- g© ционного усилителя соединен с первым у выводом подогревателя первого элек- -. тротеплового преобразователя, вторОй Эф вывод подогревателя которого соеди° нен с выходом этого усилителя.

1023244

Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть использовано в цифровых преобразова:телях переменного напряжения по уровню действующего значения.

Известен преобразователь действующего значения переменного.напряж ния, основанный на применении терморезисторов косвенного подогрева, включенных в,автоматически уравновешиваемую мостовую схему (1) .

Недостатки известного устройства заключаются в значительной погрешности преобразования и низкой чувствительности, обусловленных неидентичностью вольтамперных характеристик термопреобразователей в широком диапазоне изменений входного напря" . жения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь переменного напряже-. .ния по уровню действующего значения, содержащий два электротепловых терморезисторных преобразователя, два усилителя разбаланса, делитель напряжения, источник питающего напря- . жения, шесть резисторов, модулятор и цифровой регистратор (2) .

Недостатком этого устройства asляется низкая точность преобразования, обусловленная неидентичностью электротепловых характеристик нагреватель - терморезистор и изменением . чувствительности схемы при изменении

s широком диапазоне входного напряжения, что вызвано квадратурным сложением токов нагревателей. Последнее приводит к дестабилизации рабо- ты устройства при малых входных напряжениях, Кроме того, отсутствует фазочувствительная обратная связь, что может вызвать самовозбуждение преобразователя, при дрейфе. нуля усилителей.

Цель изобретения - повышение точности и стабильности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой преобразователь действующего значения напряжения, содержащий два электротепловых преобразователя, s которых первые выводы термореэисторов подключены к общей шине, а вторые выводы - к соответствующим входам первого усилителя разбаланса, выход которого соединен через первый резистор с первым выводом подогревателя первого электротеплового преобразователя и первым выводом второго резистора, источник питающего напряжения, выход которого соединен через делитель с общей шиной, а через третий и четвертый резисторы - с входами первого усилителя раэбаланса, второй усилитель раэбаланса, входы которого соединены соответственно с выходом делителя и вторым выводом терморезистора второго электротеплового преобразователя, первый вывод подо-гревателя которого через пятый резистор соединен с входной шиной, а через шестой резистор — с выходом второго усилителя разбаланса, и

5 цифровой регистратор, дополнительно введены два операционных усилителя, инвертор, корнеизвлекающий преоб, ðàçîâàòåëü напряжения в частоту, корнензвлекающий преобразователь

)p напряжения в период следования импульсов, =элемент совпадений и седьмой резистор, причем выходы усилителей раэбаланса через корнеизвлекающие преобразователи напряжения в 5 частоту и период соединены с входами элемента совпадений, выход которого соединен с входом цифрового регистратора, выход первого усилителя разбаланса через соединенные последовательно инвертор и седьмой резистор

20 подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя и первому выводу подогревателя второго электротеплового преобразователя, второй вывод подогревателя которого

25 соединен с выходом этого усилителя, выход второго усилителя разбаланса подключен к второму выводу второго резистора, а инвертирующий вход второго операционного усилителя соЗо единен с .первым выводом подогревателя первого электротеплового преобразователя, второй вывод подогрева.теля которого соединен с выходом этого усилителя.

На чертеже представлена функциональная схема цифрового преобразователя действующегО значения напряжения. устройство содержит два электротепловых преобразоаателя с терморезисторами 1 и 2, первые выводы которых соединены с общей шиной, а вторые - с первыми выводами резисторов 3 и 4 соответственно, делитель из соединенных последовательно ре45 зисторов 5 и б, включенный между общей шиной и выходом источника 7 питающего напряжения, соединенным с вторыми выводами резисторов. 3 и 4,,усилитель 8 разбаланса, входы кото5Q рого соединены соответственно с объединенныии выводами резисторов 5 и

6 и вторым выводом терморезистора 1, усилитель 9 раэбаланса, входы которого соединены с вторыми выводами терморезисторов 1 и, 2 соответственно, подогреватели 10 и 11 терморезисторов 1 и 2 соответственно, операционные усилители 12 и 13, сумматор 14 из резисторов 15-17,.объединенные выводы которых подключены к инвертирующему входу усилителя 12 и первому выводу подогревателя 10, второй вывод которого соединен с выходом усилителя 12, сумматор 18 иэ резис"торов 19 и 20, объединенные выводы

65 которых соединены с инвертирующим

1023244

10 та по истечении переходного-процесса находятся в уравновешенном состоянии.

При правильном выборе величин сопротивлений резисторов в мостах scei да можно добиться, чтобы при 0@< 0 напряжение Б»- на выходе усилителя 9 разбаланса было также равно нулю (Б» = О).

Температурный режим терморезисторов 1 и 2 остается постоянным.

Для терморезистора 1 он определяется суммарным током, протекающим через резисторы 15-17, а для терморазнстора 2 - суммарным током, протекающим через резисторы 19 .и 20, 25-.Мощность, рассеиваемая в подогревателях 10 и 11 при протекании (через них этих суммарных токов, практически (с точностью до погрешности статизма) не зависит от величины

З0 входного напряжения Ugq .

Так как U8< — напряжение переменного тока, а 0„ и О» - напряжение постоянного тока, следует, что ус ловие равновесия мостов может быть записано В вид

55 (3) Usa еа»

R,5 оо (4) входом усилителя 13 и первым выВодом подогревателя 11, второй вывод которого соединен с выходом усилителя 13, корнеизвлекающий преобразователь 21 напряжения в период, вход которого соединен с выходом усилителя 8 .и вторыми выводами резисторов 16 и 19, корнеизвлекающий преобразователь 22 напряжения в частоту, вход которого соединен с выходом усилителя 9,.вторым выводом резистора 20 и входом инвертора 23, выход которого соединен с вторым выводом резистора 17, второй вывод резистора 15 соединен с входной шиной, а выходы преобразователей 21 и 22 . через элемент 24 совпадений подключены к входу цифрового регистратора 25 °

:Работа устройства основана на стабилизации. температуры терморезисторов 1 и 2. Сопротивление терморезистора. 1 поддерживается постоянным вследствие автоматического уравновешивания моста, состоящего из резисторов 1 3,5 и 6.

Автоматическое уравновешивание этого моста осуществляется путем изменения тока в подогревателе 10, осуществляемого усилителем 8 разбаланса через резистор 16. Выходное напряжение усилителя 8 разбаланса подается на резистор 19, что вызывает соответствующий ток в подогревателе 11 терморезистора 2. Сопротивление терморезистора 2 также поддерживается постоянным за .счет уравновешивания моста, состоящего из резисторов 1-.4 с помощью усилителя

9 раэбаланса, выходное напряжение которого поступает на резистор 20 и через инвертор 23 — на резистор

17, что приводит к соответствующему изменению токов в подогревателях

10 и 11 до почти полного уравновешивания моста из резисторов 1-4 °

Таким образом, в каждом из -терморезисторов устанавливается нзотермический режим, который. практически не изменяется при всех возможных входных напряжениях.

Вследствие того, что во втором сумматоре 18 выходные напряжения усйлителей 8 и 9 разбаланса суммируютоя, а в первом сумматоре 14 они вычитаются, причем выходное напряжение усилителя 8 разбаланса всегда.

:по абсолютной величине больше выходного. напряжения усилителя 9 раэбаланса, погрешность статизма системы уравновешивания мостов практически остается неизменной при изме« неиии входного напряжения от нуля до максимального значения и в системе исключается воэможность инверсии типа обратной связи.

При отсутствии:. входного напряжения 0з» = 0 на выходе усилителя 8 раэбаланса устанавливается напряже- 6 ние „ вызывающее .токи в подогревателях 10 и 11, задающие исходный температурный режим термореэисторов 1 и 2.

Выходное напряжение .U усилителя

9 разбаланса также может изменить токи в псдогревателях, суммируясь с действием напряжения 0р и подогревателе 11 и вычитаясь из него бла годаря инвертору 23 в подогревателе

10. 3а счет такого действия оба мос"

О. + и и» (2)

К{9 В1, оо где Rl5 R l& R 7, R 9 R20 - величины сопротивления резисторов 15-201

I = — = — - - значение токов в по 4 0 оо р догревателях 10 и 11 при отсутствии вхоцного напряжения (0з =О) и U = 0;

0 „- действующее значение входного напряжения.

Решая систему уравнений (3) и (2; при R>< =R< =R 9 --R, можно получить основное уравнение (3) работы преобразователя: причем для максимального значения входного напряжения Ug „, „ должно выполняться условие

1023244

f К -сЯ (á) ЭНИИПИ Заказ 4204/29 Тираж 710 Подписное

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

При изменении знака неравенства (4)в системе наступает инверсия типа обратной связи.

Напряжение Ua поступает на корнеизвлекающий преобразователь 21 напряжения в период, осуществляющий преобразование вида где Т вЂ” период выходных импульсов корнеизвлекающиго преобразователя;

К - коэффициент пропорциональности

Напряжение Б„ поступает на корнеизвлекающий преобразователь 22 напряжения в частоту, осуществляющий преобразование вида где f - частота следования выходных импульсов корнеизвлекающего преобразователя;

К - коэффициент пропорциональности.

Импульсы с частотой следования в течение интервала времени Т по- ступают от преобразователей 21 и ?2 через элемент 24 совпадений на вход цифрового регистратора 25, показания.

N кОторого равны где К - коэффициент пропорциональности.

Введение в преобразователь двух операционных усилителей позволяет выполнять автоматическое уравновешивание мостов с термореэиаторами по двум параметрам регулирования (У и

Uq), действующим в каждом нагревателе терморезисторов. Вследствие

15 этого обеспечивается возможность использования терморезисторов с одним нагревателем и постоянная погрешность статизма системы регулирования в широком диапазоне изменения

20 входных напряжений. Эти качества повышают точность преобразоВания и снижают требования .к идентичности характеристик терморезисторов. Достоинством устройства является также обеспечение фазочувствительнос ти обратной связи в.системе регулирования, что исключает возможность инверсии ее типа при отсутствии входного напряжения и повышает стабильность работы преобразователя.