Цифровой преобразователь действующего значения напряжения

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ(54)( 57) ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬДЕЙСТВУЮШЕГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ,.содержащий два электротепловых преобразователя, в которых первые выводятерморезисторов подключены кобщей шине, а вторые выводы - к соответствующим входам первого усилителя разбаланса, выход которого соединен через первый резистор с первымвыводом подогревателя первого элек-тротеплового преобразователя и первымвыводом второго резистора, источникпитающего напряжения, выход которого.соединен через делитель с общей шиной, а через третий и четвертый резисторы - с входами первого усилителя разбаланса, второй усилительраэбаланса, входы которого соединенысоответственно с выходом делителя ивторым выводом.терморезистора второго,первый вывод подогревателя которого ЯЦ 1023244 через пятый резистор соединен свходной шиной, а через шестой резистор - с выходом второго усилителяраэбаланса, и цифровой регистратор,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности и стабильности преобразования, в него дополнительно введены два операционныхусилителя, инвертор, корнеизвлекающнйпреобразователь напряжения в частоту, корнеизвлекающий преобразовательнапряжения в период следования импульсов, элемент совпадения и седьмой резистор, причем выходы усилителей разбаланса через корнецзвЛекащщие преобразователи напряжения вчастоту и период соединены с входамиэлемента совпадений, выход которого Еподключен к входу цифрового регистра"тора, выход первого усилителя разба- ,Цланса через соединенные последовательнр иввертор и седьмой резисторподключен кинвертирующему,входу первого операционного усилителя.и перво- Яму выводу подогревателя второго.элек" зщэя, -тротеплового преобразователя, второй ,вывод подогревателя которого.соеди; ЪавФ:нен с выходом этого усилителя, выход Явторого усилителя разбаланса подключен е.,к второму выводу второго резистора,а инвертирующий вход второго опера- Яционного усилителя соединен с первым увыводом подогревателя первого элек- . файфтротеплового преобразователя, вторОй ЭфЬвывод подогревателя которого соеди нен с выходом этого усилителяИзобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьиспользовано в цифровых преобразова:телях переменного напряжения по уров.ню действующего значения,Известен преобразователь действующего значения переменного.напря"ж. ния, основанный на применении терморезисторов косвенного подогрева,включенных в автоматически уравновешиваемую мостовую схему 1,Недостатки известного устройствазаключаются в значительной погрешности преобразования и низкой чувствительности, обусловленных неидентичностью вольтамперных характеристик термопреобразователей в широкомдиапазоне изменений входного напря"жения.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяпреобразователь переменного напряже"..ння по уровню действующего значения,содержащий два электротепловых терморезисторных преобразователя, дваусилителя разбаланса, делитель напряжения, источник питающего напря"жения, шесть резисторов, модулятори цифровой регистратор 2 .Недостатком этого устройства является низкая точность преобразования, обусловленная неидентичностьюэлектротепловых характеристик нагреватель - терморезистор и изменениемчувствительности схемы при изменениив широком диапазоне входного напряжения, что вызвано квадратурным сложением токов нагревателей. Последнее приводит к дестабилизации рабо-ты устройства при малых входных напряжениях, Кроме того, отсутствуетФазочувствительная обратная связь,что может вызвать самовозбуждениепреобразователя, при дрейфе. нуляусилителей.Цель изобретения - повышение точности и стабильности преобразования,Поставленная цель достигаетсятем, что в цифровой преобразовательдействующего значения напряжения,содержащий два электротепловых преобразователя, в которых первые выводы термореэисторов подключены кобщей шине, а вторые выводы - к соответствующим входам первого усилителя разбаланса, выход которого соединен через первый резистор с первым выводом подогревателя первогоэлектротеплового преобразователя ипервым выводом второго резистора,источник питающего напряжения, выход которого соединен через делительс общей шиной, а через третий и четвертый резисторы - с входами первого усилителя раэбаланса, второйусилитель 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, ачерез шестой резистор - с выходомвторого усилителя разбаланса, и5 цифровой регистратор, дополнительновведены два операционных усилителя,инвертор, корнеизвлекающий преоб,разователь напряжения в частоту,корнензвлекающий преобразователь0 напряжения в период следования импульсов, элемент совпадений и седьмой резистор, причем выходы усилителей раэбаланса через корнеизвлекающие преобразователи напряжения в5 частоту и период соединены с входамиэлемента совпадений, выход которогосоединен с входом цифрового регистра.тора, выход первого усилителя разбаланса через соединенные последовательно инвертор и седьмой резистор20 подключен к инвертирующему входупервого операционного усилителя ипервому выводу подогревателя второгоэлектротеплового преобразователя,второй вывод подогревателя которого25 соединен с выходом этого усилителя,выход второго усилителя разбалансаподключен к второму выводу второгорезистора, а инвертирующий входвторого операционного усилителя со 30 единен с первым выводом подогревателя первого электротеплового преобразователя, второй вывод подогрева.- теля которого соединен с выходомэтого усилителя,На чертеже представлена функциональная схема цифрового преобразователя действующегО значения напряжения.устройство содержит два электротепловых преобразоаателя с терморе 4 О зисторами 1 и 2, первые" выводы которых соединены с общей шиной, авторые - с первыми выводами резисторов 3 и 4 соответственно, делительиз соединенных последовательно ре 45 зисторов 5 и б, включенный между общей шиной и выходом источника 7 питающего напряжения, соединенным свторыми выводами резисторов 3 и 4,,усилитель 8 разбаланса, входы кото 5 О рого соединены соответственно с объединенныин выводами резисторов 5 и6 и вторым выводом терморезистора 1,усилитель 9 раэбаланса, входы которого соединены с вторыми выводамитерморезисторов 1 и, 2 соответственно,подогреватели 10 и 11 терморезисторов 1 и 2 соответственно, операционные усилители 12 и 13, сумматор 14из резисторов 15-17,.объединенныевыводы которых подключены к ннвертирующему входу усилителя 12 и первому выводу подогревателя 10, второйвывод которого соединен с выходомусилителя 12, сумматор 18 иэ резис"торов 19 и 20, объединенные выводы65 которых соединены с инвертирующим1023244 годаряинвертору 23 в подогревателе10. За счет такого действия оба мос"та по истечении переходного процессанаходятся в уравновешенном состоянии,При правильном выборе величин сопротивлений резисторов в мостах всеГда можно добиться,.чтобы при Оз Онапряжение Ц на выходе усилителя 9раэбаланса было также равно нулю(13 = 0) .Температурный режим терморезисторов 1 и 2 остается постоянным. Ю Для терморезистора 1 он определяется суммарным током, протекающимчерез резисторы 15-17, а для терморазистора 2 - суммарным током,протекающим через резисторы 19 .и 20, 25 .Мощность, рассеиваемая в подогревателях 10 и 11 при протекании черезних этих суммарных токов, практически (с точностью до погрешностистатизма) не зависит от величины ЗО входного напряжения БЗ .Так как 118 - напряжение переменного тока, а 0 и О - напряжениепостоянного тока, следует, что условие равновесия мостов может быть 5 40 С 33 118 ща й, ев(4)входом усилителя 13 и первым выВодом подогревателя 11, второй выводкоторого соединен с выходом усилителя 13, корнеизвлекающий преобразователь 21 напряжения в период,вход которого соединен с выходомусилителя 8 .и вторыми выводами резисторов 16 и 19, корнеизвлекающийпреобразователь 22 напряжения в частоту, вход которого соединен с выходом усилителя 9 вторым выводомрезистора 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 25Работа устройства основана настабилизации. температуры терморезисторов 1 и 2. Сопротивление терморезистора. 1 поддерживается постояннымвследствие автоматического уравновешиваниямоста,. состоящего из резисторов 1,3,5 и 6.Автоматическое уравновешиваниеэтого моста осуществляется путемизменения тока в подогревателе 10,осуществляемого усилителем 8 разбаланса через резистор .16, Выходноенапряжение усилителя 8 разбалансаподается на резистор 19, что вызывает соответствующий ток в подогревателе 11 терморезистора 2. Сопротивление терморезистора 2 также под-.держивается постоянным за .счет урав.новешивания моста, состоящего иэрезисторов 1-.4 с помощью усилителя9 раэбаланса, выходное напряжениекоторого поступает на резистор 20и через инвертор 23 - на резистор17, что приводит к соответствующему изменению токов в подогревателях10 и 11 до почти полного уравновешивания моста из резисторов 1-4Такимобразом, в каждом из терморезвсторов устанавливается нзотермический режим, который.практически неизменяется при всех возможных входных.напряжениях,Вследствие того, что во второмсумматоре 18 выходные напряженияусйлителей 8 и 9 разбаланса суммируютоя, а в первом сумматоре 14 онивычитаются, причем выходное напряжение усилителя 8 разбаланса всегда.по абсолютной величине больше выходного. напряжения усилителя 9 раэ 5баланса, погрешность статизма системы уравновешивания мостов.практически остается неизменной при изменении входного напряжения от нуля домаксимального значения и в системеисключается воэможность инверсиитипа обратной связи.При отсутствии:. входного напряжения Оз = 0 на выходе усилителя 8раэбаланса устанавливается напряже ниевызывающее .токи в подогреВателях 10 и 11, задающие исходный температурный режим термореэисто-. ров 1 и 2.Выходное напряжение .11 усилителя 9 разбаланса такжеможет изменить токи в подогревателях, суммируясь с действием напряжения 0 р в подогревателе 11 и вычитаясь из него бла й. + аи исг)(Р 1 огде ЙК,Й,7,й,у,Кала - величинасопротивления резисторов 15-201 1 = - = - значение токов в по 0 о 0ооВдогревателях 10 и 11 при отсутствии вхоцного напряжения (Ов =О) и. 0= О;0 - действующее значение входного напряжения,Решая систему уравнений ) и 2; при К 6 =27 =й, =К, можно получить основное уравнение 3) работы преобразователя: причем для максимального значения входного напряжения Це ,должно выполняться условие1023244 Сб) Заказ 4204/29 Тираж 710 Подписно ЭНИ Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4 При изменении знака неравенства (4)в системе наступает инверсия типа обратной связи.Напряжение Цо поступает на корне- извлекающий преобразователь 21 напряжения в период, осуществляющий преобразование вида где Т - период выходных импульсовкорнеиэвлекающиго преобразователя;К - коэффициент пропорциональности,Напряжение ц поступает на корне- извлекающий преобразователь 22 напряжения в частоту, осуществляющий преобразование вида где К - частота следования выходныхимпульсов корнеизвлекающего преобразователя;К - коэффициент пропорциональности.Импульсы с частотой следования в течение интервала времени Т по- ступают от преобразователей 21 и 22 через элемент 24 совпадений на вход цифрового регистратора 25, покаэани 4.Я кОторого равны где К - коэффициент пропорциональности.Введение в преобразователь двухоперационных усилителей позволяетвыполнять автоматическое уравновешивание мостов с термореэиаторами подвум параметрам регулирования ПиБ), действующим в каждом нагревателе терморезисторов. Вследствие 15 этого обеспечивается возможностьиспользования терморезисторов с одним нагревателем и постоянная погрешность статизма системы регулирования в широком диапазоне изменения 20 входных напряжений. Эти качества повышают точность преобразоВания иснижают требования .к идентичностихарактеристик терморезисторов.Достоинством устройства являетсятакже обеспечение фазочувствительности обратной связи в системе регулирования, что исключает возможностьинверсии ее типа при отсутствиивходного напряжения и повышает стабильность работы преобразователя.