Микровольтметр среднеквадратич-ных значений

(23)Приоритет Эвудеретеееме кемитет СССР в делам кеееретелик к оюерьинк(54) ИИКРОВОЛЬТИЕТР СРЕДНЕКВАДРАТИЧНЫХ ЗНАЧЕНИЙ Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерениям среднеквадратических значений малых напряжений в широком диапазоне частот, и может быть использовано в самонастраивающихся микровольтметрах и других устройствах подобного назначения.Известен микровольтметр,содержащий последовательно соединенные ключ,0 широкополосный усилитель, квадратичный преобразователь, усилитель напряжения разности, фазочувствительный выпрямитель, нагрузочный резистор и заземпенный прерыватель, управляющий1 б. вход которого подключен к выходу гене" ратора, второй выход генератора через делитель частоты соединен с управляю" щим входом ключа. Первый вход ключа является входом устройства, второй - соединен с общей шиной, а третий - через конденсатор " с нагрузочным резистором, образуя цепь обратной связи 11. Однако такое устройство имеет ограниченное быстродействие.Известен также микровольтметр, содержащий последовательно соединенные сумматор, широкополосный усилитель, квадратичный преобразователь, делитель напряжения, усилитель разности напряжения, фазочувствительный выпрямитель, нагрузочный резистор и первый прерыватель, управляющий вход которого подключен к выходу генератора, причем параллельно делителю напряжения включен второй прерыватель, а между одним входом сумматора и нагрузочны 3 ч резистором через конденсатор включен третий прерыватель, управляющие входы которых через делитель частоты соединены с выходом генератора 21.Однако это устройство, имея повыщенное быстродействие, обладает недостаточной точностью и чувствительностью измерения в широком динамическом диапазоне работы.3 8407Наиболее близким к предлагаемомутехническому решению является микровольтметр, который содержит усилительс изменяемым коэффициентом передачи,охваченный цепью обратной связи из5трех последовательно соединенных резисторов, квадратичный преобразователь, соединенный с измерительным прибором и через конденсатор, усилительнапряжения и фазочувствительный выпрямитель - с управляющим входом усилителя с изменяемым коэффициентомпередачи. Параллельно двум резисторам цепи обратной связи включенключ, а общий вывод соединения этихрезисторов подключенко входу квадратичного преобразователя. Управляющие входы ключа и фазочувствительного выпрямителя соединены с выходомгенератора. Вход усилителя с изменяемым коэффициентом передачи соединенчерез входной резистор с общей шинойи является входом микровольтметра 1 31,Недостатками известного устройстваявляются неполная компенсация частотной погрешности управляемого усилите"ля ввиду частотной зависимости коэффициента обратной связи, обусловленной изменением импеданса цепи обратной связи в диапазоне частот до20-30 мГц, и ограничение чувствительности микровольтметра отрицательнойобратной связью, охватывающей усилитель с изменяемым коэффициентом передачи. 35Цель изобретения - повышение точности измерения в широком частотноми динамическом диапазонах работы.Поставленная цель достигается тем,что в микровольтметр среднеквадратических значений, содержащий усилитель с изменяемым коэффициентом передачи, вход которого подключен ко входу устройства и через входной резистор к общей шине, квадратичный преобразователь, измерительный прибор, последовательно соединенные конденсатор, усилитель напряжения и фазочувствительный выпрямитель, выходкоторого подключен ко входу управления усилителя с изменяемым коэффициентом передачи, и цепь обратной связи из трех последовательно соединенных резисторов, подключенных с одной стороны ко входу устройства, а их первый 55 средний вывод соединен с первым выходом ключа, управляющий вход которого и фазочувствительного выпрямителя подключены к выходу генератора, ввецен корнеизвлекакщий преобразователь,выход которого соединен со вторымсредним выводом цепи обратной связии со входом кпюча, подключенного вторым выходом к измерительному прибору,к конденсатору и через введенный вцепь обратной связи дополнительныйрезистор к общей шине, а выход усилителя с изменяемым коэффициентом передачи через квадратичный преобразователь соединен со входом корнеиэвлекающего преобразователя.На чертеже представлена блок-схема микровольтметра среднеквадратичных значений.Иикровольтметр содержит последовательно соединенные усилитель 1 с изменяемым коэффициентом передачи, квадратичный преобразователь 2, корйеизвлекающий преобразователь 3 и ключ 4.Между входом усилителя с изменяемым коэффициентом передачи и общей шиной включена цепь 5 обратной связи, состоящая из четырех последовательно соединенных резисторов 6-8 и 9. Вывод соединения резисторов 6 и 7 подключен к первому выходу ключа 4, вывод соединения резисторов 7 и 8 -к выходу корнеизвлекающего преобразователя 3, а между выводом соединения резисторов 8 и 9 и управляющимвходом усилителя 1 с изменяемым коэффициентом передачи включены последовательно соединенные конденсатор 10, усилитель 11 напряжения и фаэочувствительный выпрямитель 12, Второй выход ключа 4 соединен с измерительным прибором 13 и с конденсатором 10. Выход генератора 14 подключен к управляющим входам ключа 4 и фазочувствительного выпрямителя 12, Вход усилителя 1 с изменяемым коэффициентом передачи соединен через резистор 15 с общей шиной и является входом микро- вольтметра. Квадратичный преобразователь 2 состоит из последовательно включенных термоэлектрического преобразователя 16 и усилителя 17 постоянного тока.Измеряемое вольтметром переменное напряжение усиливается усилителем 1 с изменяемым коэффициентом передачи и преобразуется квадратичным преобразователем 2 в постоянное напряжение,величина которого пропорциональнаквадрату эффективного значения измеряемого напряжения. Далее это напряжение преобразуется корнеизвлекающимпреобразователем 3, и величина егоПодстав в последнее некие настро ав 35 21+2 + 5 840 7 пропорциональна первой степени эффективного значения измеряемого сигнала. Затем выходное напряжение корнеизвлекакщего преобразователя 3 делится реэисторным делителем 8 и 9 цели 5 обратной связи и поступает через ключ 4 на измерительный прибор 13.Через резисторы 6 и 7 цепи 5 обратной связи на вход усилителя 1 с изменяемым коэффициентом передачи по О дается напряжение, совпадающее по фазе с измеряемым сигналом, т,е. обратная связь - положительная. При этом резисторы 7 и 8 цени 5 обратной связи шунтируются ключом 4 с частотой 15 генератора 4. Цепь автоподстройки микровольтметра образована конденсатором 10, усилителем 11 напряжения и фаэочувствительным выпрямителем 12.Функция преобразования микровольт- рО метра с положительной обратной связью описывается выражением е Ргде К - коэффициент передачи усилителя 1 К - общий коэффициент преФобразования квадратичного 2 и корнеизвлекакщего 3 преобразователя; К - коэффициент деления делителя 8 и 9 (Йе"В 4);- коэффициент цепи 5 положительной обратной связи равный коэффициенту деления делителя 6, 7 и 15 (Й В-"Йб )1 Уд." среднеквадратичес-2 5ОСкое значение измеряемого напряжения связанное с мгновенным значением из меряемого напряжения Ох зависимостью 51 6При настройке микровольтметра в условиях сличения его с образцовой мерой на средней частоте рабочего диапазона при температуре и других климатических условиях, обеспечиваем 1 х условиями аттестации, необходи.Л мо выполнить условие настройки Ч =ч, которое достигается выбором опре" деленных значений резисторов 6 -9 и 15 (К 1 -В) по уравнению настройки. Приравняв (2) и (3) , получаем КД 4 КР значения К = --1 ь4 .5 выражение, получаем ур" " Ю"Ю"М из которого следует, что коэффициенты преобразования К 1, К 2 усилительно- преобразовательного тракта зависят только от значений резисторов 6-9 и 15 (В -й ), точность которых при постоянном токе может быть очень высокой.При подстановке выражения (4) в (2) и в (3) получаемЧ=Ч =ЧК Я1-К. - -+1Я 1, Мб Ъ 4(2) 45 2 ба4 50 4 на из.- ся напря;В нижнмерит ельныжение при этом( ь ем положении ключа й прибор 13 подает е к едх где12 Р %2 1 й откуда следует, что измеряемая величина и показания измерительного прибора 13 определяются значениями тех же резисторов.В рабочих условиях, отличакщихся от условий аттестации микровольтметра, под действием дестабилизирующих факторов - температуры, изменения напряжения питания и т.д., а также при частотном ходе коэффициента передачи усилителя 1 и квадратичного преобразователя 2 в . коэффициенты К , К и К изменяют свое значение, й условие настройки не выполняется. При этом в выходной величине, измеряемой прибором 13, появляется напряжение частоты коммутации, которое выделяется конденсатором 10, усиливается усилителем ,11 напряжения, выпрямляется фазочувствительным выпрямителем 12. Постоянная7 8407 составляюЩая этого сигнала воздействует на управляющий вход усилителя 1 до тех пор, пока не выполнятся условия настройки, т.е. пока напряжение коммутации не уменьшится до весьма ма-лой величины, определяемой статизмом цепи автоподстройки. Последнее обстоятельство(МЪМ )обусловливает остаточ.ную погрешность микровольтметра, которая может быть весьма малой, если О увеличивать коэф 4 вщиент усиления усилителя 11,Таким образом, повышение чувствительности микровольтметра достигается увеличением коэффициента обратной связи в пределах значений, определяемых условиями устойчивости. формула изобретения 20 Микровольтметр среднеквадратичных значений, содержащий усилитель с изменяемым коэффициентом передачи, вход которого подключен ко входу устройст- Вва и через входной резистор к общей шине, квадратичный преобразователь, измерительный прибор, последовательно соединенные конденсатор,. усилитель напряжения и фазочувствительный выпря- Ю митель, выход которого подклкяен ко входу управления усилителя с изменяемым коэффициентом передачи, и цепьобратной связи иэ трех последовательно соединенных резисторов, подключенных с одной стороны ко входу устройства, а их первый средний вывод соединен с первым выходом ключа, управляло.щий вход которого и Фазочувствитель- .,ного выпрямителя подключены к выходугенератора, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностиизмерения в широком частотном и динамическом диапазоне работы, в него введен корнеизвлекающий преобразователь,выход которого соединен со вторымсредним выводом цепи обратной связии со входом ключа, подключенного вторым выходом к измерительному приборук конденсатору и через введенный вцепь обратной связи дополнительныйрезистор к общей шине, авыход усилителя с изменяемым коэффициентом передачи через квадратичный преобразователь соединен со входом корнеизвлекающего преобразователя.Источники информации,принятые во внимание при. экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 2788844, кл. 6 О К. 19/026, 1969.2Авторское свидетельство СССРВ 542144, кл6 01 К 19/02, 1975.3. Авторское свидетельство СССР