Самонастраивающийся измерительный преобразователь

Союз Севетсинз Сецюавмстмчееинк РжпубвикОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пц 658483(23) Приоритет -8 01 Я 19/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 2504,795 юллетень15 Дата опубликования описания 2804.79(72) Автори ПВОбрЕтЕНИя Ю. А. Масюренко, А, Д, Ниженский и Ю, А, Скрипник Институт электродинамики АН Украинской ССР 54) САМОНАСТРАИВАЮЩИЙСЯ ИЗМЕРИТЕЛЬИЬ)Й ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования переменных напряжений и токов в постоянное напряжение и наоборот, а также для преобразования незлектрических величин вэлектрическое напряжение с повышенной точностью,Известны самонастраивающиеся измерительные устройства и преобраэовате фли, в которых реальная функция тракта прямого преобразования подстраивается так, чтобы погрешность преобразования, выявляемая дополнительнымтрактом сравнения,поддержчвалась равной нулю 11),Для повышения точности самонастройки тракт сравнения самонастраивающихся преобразователей выполняют по одноканальной схеме. Поочередное преобра- ффэование сравниваемых величин однимии теми же преобразователями трактаисключает погрешность сравнения изза нестабильности коэффициентов преобразования, ФНаиболее близким к изобретению потехнической сущности является самонастраивающийся измерительныйпреобразователь, содержащий последовательно соединенные первый преобразователь И входного сигнала в электрическое напряжение, первый широкополосный регулируемый усилитель напряжения и выходной преобразователь, а также обратный преобразователь выходного напряжения, переключатель, последовательно включенные усилитель низкой частоты и синхронный детектор, выход которого соединен с управляющим входом синхроннополосного регулируемого усилителя, а один из входов - с первым выходом генератора низкой частоты, вторым выходом свяэ нного с управляющим входом переключателя21.Недж:татком известных самонастраивающихся преобразователей является зависимость разностногс сигнала от абсолютных уровней сравниваемых величин, В результате этого самонастройка действует эффективно только при боль, - ших уровнях входного напряжения преобразователя, С уменьшением входного напряжения снижаются и уровни сравниваемых напряжений, При том же значении погрешности преобразовательного тракта уменьшается управляющий сигнал, что влечет возрастание погрешности от статизма системы регулирования.)1 оэтсму известные самонастраивающиеся измерительные преобразователи име б 58483ют ограниченный динамический диапазон по входной преобразуемой величине.Целью изобретения является расширение диапазона преобразования.Для этого в самонастраивающийсяизмерительный преобразователь, содержащий последовательно соединенныепервый преобразователь входного сигнала в электрическое напряжение, первыйширокополосный регулируемый усилительнапряжения и выходной преобразовательа также обратный преобразователь вы.,10ходного напряжения, переключатель, по.следовательно включенные усилительнизкой ча тоты и синхронный детектор,выход которого соединен с управляющимвходом широкополосного регулируемого )5усилителя, а один из входов - с первым выходом генератора низкой частоты, вторым выходом связанного с управляющим входом переключателя, введеныпоследовательно соединенные второй рпреобразователь входного сигнала вэлектрическое напряжение и второй широкополосный регулируемый усилительнапряжения, а также источник опорного напряжения, фильтр низких частоти дифференциальный усилитель, выходкоторого соединен с управляющим входом второго широкополосного регулируемого усилителя напряжения, первыйвход - с источником опорного напряжения,второй вход - с выходом фильтранизких частот, вход которого связан свходом усилителя низкой частоты,выходом соединенного с входом синхронногодетектора, причем, первый вход переключателя связан с входом первого преобразователя входного сигнала в электрическоенапряжение, второй вход - свыходом обратного преобразователя выходного напряжения, вход которого соединен с выходом выходного преобразо 40вателя, выход переключателя связан свходом второго широкополосного регулируемого усилителя,На чертеже приведена функциональная схема самонастраивающегося измерительного преобразователя. В ее состав входят преобразователи 1 и 2 входной величины в электрическое напряжение, широкополосные регулируемые усилители 3 и 4, выходной преобразователь 5, переключатель б, генератор 7низкой частоты, обратный преобразователь 8 выходного напряжения в вели.чину, однородную с входной величиной,фильтр 9 низких частот, дифференциальный усилитель 10, источник 11 опорного напряжения, усилитель 12 низкойчастоты, синхронный детектор 13.Входная физическая величина х(электрическая или неэлектрическая)преобразуется с помощью входного преобразователя 1 в электрическое напряжение, которое усиливается широкопо"лосным регулируемым усилителем 3. Спомощью выходного преобразователя 5формируется выходное напряжение 0 в заданном диапазоне значений (унифицированный сигнал),Одновременно входная величина х 1поступает на один из входов переключателя б, который управляется напряжением низкой частоты от генератора7. На второй вход переключателя б поступает величина х однородная свходной величиной, которая создаетсяс помощью обратного преобразователя8. Коэффициент обратного преобразования р выбирается равным обратной величине номинального коэффициента преобразования К тракта прямого преобразования ( = 1/Е 1/К, к М ),где К. , К , К 5 - коэффициенты преобразования соответствующих преобразователей 1,2 и 5,Сравниваемые величины Х, и Хг поочередно воздействуют на преобразователь 2, выходное напряжение которогоусиливается широкополосным регулируемым усилителем 4. При одном положениипереключателя б на выходе усилителя4 возникает импульс напряженияОг = К, К Х, , а при дРУгом -1)" = К К 4 Хг , где К - коэффициентпреобразования преобразователя 5,К - коэффициент усиления усилителя44. В процессе непрерывной работы переключателя б импульсы напряженийиП и П образуют одно непрерывное напряженйе с изменяющейся амплитудой.С помощью фильтра низких частот 9из последовательности импульсов выделяется постоянная составляющая наО"пряжения 0 = . - .,которая воздейст 2. фвует на один из входов дифференциального усилителя 10. К другому входуусилителя 10 приложено постоянноенапряжение 1) = сольС от стабилизированного источника опорного напряжения 11,Усиленное разностное напряжениеК 1 О (04 - ) воздействует науйравляющий вход регулируемого усилителя 4, изменяя его коэффициент усиления в направлении уменьшения разностного напряжения Ц . При достаточ-но большом значении коэффициента усиления К дифференциального усилителя10 сравйиваемые напряжения уравниваются ц +ц Х +Х2 г. )(К г 4),3 г 7 В 2В установившемся режиме коэффициент усиления регулируемого усилителя 4 становится равным7 (Х 1+Хг)Переменная составляющая последовательности импульсов (Б - О ) усилиХ 2вается усилителем низкой частоты 12 и выпрямляется синхронным детектором 13. Выпрямленное напряжение на выходе одноканального тракта сравнения равно1Мг "й Х -ЪЬ Л 1 Ъ 2 7 8 12 13 Г фгде К и К, - коэФфициенты преобразования соответственно усилителя 12 и детектора 13,2 учетом установившегося значения коэффициента усиления регулируемого усилителя 4 выпрямленное напряжение Ц , подаваемое на управляющий вход регулируемого усилителя 3, будетиметь вид:Х,-Х, ,-Хгде Ко = КГ,з (3 - коэффициент пре- (Ообразования одноканального трактасравнения.При равенстве коэффициента преобразования тракта первого преобразования Кх его номинальному значению 15Кн (К= Кн ) сравниваемые величиныХ 1 и Х 2 равны (Х 2Ц,Р Кх Х )и управляющее воздействие на 1 сили -тель 3 отсутствует (П = 0).В случае отклонения коэфФициента.К ат номинального значения под дейстХвием дестабилизирующих Факторов нарушается равенства сравниваемых величин,Появляющееся при этом управляющее напряжениевосстанавливает пернона 6чальное значение коэффициента трактапрямого (К = К),Управляющее воздействие не зависитот абсолютного значения входной величины Х , а определяется только отнасительйым изменением коэффициента лре-З 0образования= л К /ККоэффициент усиления регулируемога усилителя 3 можно представить нвиде К 2 = К 2 О (1 ф. Б6), где К,0 - начальное значение коэффициента преабразования; Б - крутизна преобразованияуправляющего напряжения 6 в относительное изменение коэффициента усиления. Тогда результирующее изменениекоэффициента преобразования всеготракта равно К = Кн (1 + х )(1.1 БП ),или, пренебрегая членами второго порядка малости, К, = Кн(1 +х 2 Б(1 Б )Управляющее напряжение восстанавливает первоначальное значение коэффици 45ента преобразования. Поэтому в процессе самонастройки стремится по значению к Х (Х - Х ). Вблизи установив 4 2 1шегося значения можно считать, чтоуправляющее напряжение6 оХХ о 2 х,Подставляя значение х = фКХ, иучитывая, что р Кя1 получаем= - К (1 - ф Кк) = (- К(-х + 6) 552Решив это уравнение относйтельноуправляющего напряжения ц , получимПКЭ60 Если теперь подставить значение управляющего напряжения в ныражение для коэффициента преобразования .прямого. тракта, то получимХ Ьк- к(ъ Щ;- ,)65 Дри выборе достаточно большого значеНия коэффциента преобразования тракта сравнения К можно выполнить условие самонастройки К Б )2. В этом случае коэффициент преобразования прямого тракта К автоматически поддерживается равнйм номинальному значению (К = К),Из полученного выражения для К следует, чта погрешность от статизма систелм самонастройки (К Б - конечоная величина, наравная бесконечности) определяется величиной коэффициента преобразования тракта сравнения К и не зависит ат абсолютного значения входной величины ХФормула изобретения2 аманастраивающийся измерительный преобразователь,содержащий последовательно соединенные перный преобразователь нхадного сигнала в электрическое напряжение, первый широкополосный регулируемый усилитель напряжения и ныходной преобразователь, а также обратный преобразователь выходного напряжения, переключатель, последонательна включенные усилитель низкой частоты и синхронный детектор, выход которого соединен с управляющим входом широкополосного регулируемого усилителя, а один из входан с первым выходом генератора низкой частоты, вторым выходом связанного с управляющим входом переключателя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона преобразования, в него введены последовательна соединенные второй преобразователь входного сигнала в электрическое напряжение и второй широкополосный регулируемый усилитель напряжения, а также источник опорного напряжения, Фильтр низких частот и дифференциальный усилитель, выход которого соединен с управляющим входом второго широкополосного регугируемога усилителя напряжения, первый вход - с источником опорного напряжения, нтарой входс выходом фильтра низких частот, вход которого связанс входом усилителя низкой частоты, выходам соединеннога с входом синхронного детектора, причем, первый вход переключателя связан с входом первого преобразователя входного сигнала в электрическое напряжение, второй вход - с :"ходом обратного преобразонателя выходного напряжения, вход которого соединен с выходам выходного преобразователя, выход переключателя связан с входом второго широкополосного регулируемого усилителя.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР (Ф 243720, б 01 Я 19/00, 19.04.69,2. Авторское свидетельство СССР Р 1999984,01 Я 19/00, 1967Составитель В. ВагановТехред Н,Бабурка Коррект Редак он илиал ППП Патент, г. Ужгород, Ул. Проектная, 4 каэ 2049/40 Тира ЦНИИПИ Государст по делам иэ 113035 Москва Ж1089 Подпинного комитета СССРретений и открытий35 Раушская наб. д. 4 иценкое