Преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения в постоянное

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик н 1949527(22) Заявлено 140480 (21) 2914231/18-21 1 М. Кл. с присоединением заявки Мо 0 01 В 19/22 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГОЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯВ ПОСТОЯННОЕ Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть использовано для создания аналоговых или цифровых измерителей действующих значений переменных напряжений с линейной передаточной характер.стикой.Известен преобразователь средне- квадратического значения переменного напряжения в постоянное напряжение, содержащий первый и второй термореэисторные преобразователи, состоящие нз электрического нагревателя и термореэистора, источник опорного напряжения и дифференциальный усилитель, входы которого подключены на выходную диагональ моста, составленного двумя постоянными резисторами и двумя терморезисторами, вторая диагональ моста подключена к выходу опорного источника напряжения, а нагреватели первого и второго термореэисторных преобразователей подключены соответственно на вход и выход преобразователя, при этом выход преобразователя соединен и с выходом усилителя (1)Недостатком этого преобразователя переменного напряжения в постоянное является значительная погрешность преОбразования, вызванная тем, что терморезисторные преобразователи ра" ботают в широком диапазоне температур.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности является 5 преобразователь переменного напря"жения в постоянное, содержащий дватерморезисторных преобразователя,два операционных усилителя, модулятор,делитель напряжения и ограничитель ные резисторы, причем нагревательпервого термореэисторного преобразователя включен через резистор междувходной и общими шинами, а нагревательвторого терморезисторного преобразователя - через резистор междуобщей и выходной шинами, входы первого операционного усилителя включены в диагональ моста, образованногопостоянными резисторами и терморе зисторами, подключенного к источникуопорного напряжения, входы второгооперационного усилителя включены вдиагональ моста, образованного постоянньвщ резисторами и терморезистором первого терморезисторногопреобразователя, подключенного к источнику опорного напряжения, выходпервого операционного усилителясоединен с выходной шиной, а выходвторого операционного усилителя сое"динен через резистор с нагревателемпервого терморезисторного преобразователя и через модулятор и резистор с нагревателем второго терморе" эисторного преобразователя (2.Недостатком известного преобразователя является невысокая чувстви тельность, а также низкая точность преобразования при наличии шумов терморезисторных преобразователей, дрейфе и смещении нуля используемых усилителей, 10Целью изобретения является повышение чувствительности и точности преобразования в широком диапазоне частот преобразуемых напряжений.Поставленная цель достигается тем,15 что в преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения в постоянное, содержащий первый и второй термореэисторные преобразователи, первые выводы нагревателей 20 которых соединены с общей шиной, второй вывод нагревателя первого терморезисторного преобразователя соединен с объединенными первыми выводами первого и второго ограничительных резисторов, второй вывод первого иэ которых соединен с входной шиной, второй вывод нагревателя второго термореэисторного преобразователя соединен с первым выводом третьего .ограничительного резистора, а первый вывод терморезистора этого преобразователя соединен с общей шиной, источник опорного напряжения, первый вывод которого соединен с общей шиной, а второй через делитель напряжения - с первым входом первого операционного усилителя, второй вход которого соединен с первым выводсм терморезистора первого терморезисторного преобразователя, и второй 40 операционный усилитель, выход которого соединен с выходной шиной, дополнительно введены второй делитель напряжения, третий операционный усилитель, сумматор напряжений, управ ляемый делитель напряжения и усилитель-ограничитель, причем второй вывод термореэистора первого терморезисторного преобразователя соединен с выходом первого операцион ного усилителя и первым входом второго операционного усилителя второй вход которого соединен с вторым выводом источника опорного напряжения и первым входом третьего операционного усилителя, второй вход которого через второй делитель напряжения соединен с выходной шиной, а выход - с вторым выводсм второго ограничительного резистора и первым входом сумматора напряжения, выход которого соединен с вторым выводом третьего ограничительного резистора, а второй вход - е выходом управляемого делителя напряжения, управляющий вход которого соединен с выходной 65 шиной, вход - с выходом усилителяограничителя, вход которогосоединенс входной шиной, а второй выводтерморезистора второго терморезисторного преобразователя соединен свторым входом первого операционногоусилителя.На чертеже представлена блок-схема преобразователя переменного напряжения в постоянное,Преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения в постоянное содержит входнуюшину 1, терморезисторные преобразователи 2 и 3 (ТРП), операционные усилители (ОУ) 4-6, источник 7 опорногонапряжения (ИОН), делители 8 и 9напряжения (ДН), сумматор 10 напряжения, выходную шину 11, управляемыйделитель 12 напряжения, усилительограничитель 13, ограничительные резисторы 14-16. Термореэисторный преобразователь 2 содержит нагреватель17 и термореэистор 18, а терморезисторный преобразователь 3 содержитнагреватель 19 и терморезистор 20.Входшая шина 1 соединена с первымвыводом резистора 14 и входом усилителя-ограничителя 13, второй выводрезистора 14 соединен с первым выводом резистора 15 и первым выводомнагревателя 17, второй вывод которогосоединен с общей шиной, второй выводрезистора 15 соединен с первым входомсумматора 10 и выходом операционногоусилителя 5, первые выводы нагревателя 19 и терморезистора 20 соединеныс общей шиной, второй вывод нагревателя 19 соединен через резистор 16с выходом сумматора 10, второй входкоторого через управляемый делитель12 соединен с выходом усилителя-огра"ничителя 13, управляющий вход управляемого делителя .12 соединен с выходнои шиной 11, с выходом операционного усилителя 4 и через делитель 9,спервым входом операционногоусилителя 5, второй вход которогосоединен с выходом источника 7 опорного. напряжения, с первым входомоперационного усилителя 4 и черезделитель 8 -с первым входом операционного усилителя б, выход которогосоединен с вторым входомоперационного усилителя 4 и первым выводомтерморезистора 18, второй вывод которого соединен,с вторым входом операционного усилителя б и вторым выводом термореэистора 20.Преобразователь работает следующимобразом.В исходном соСтоянии, при отсутствии измеряемого напряжения Ох(е) нашине 1 преобразователя, напряжениес выхода ИОН 7 через первый 8 ДН,коэффициент передачи которого равен1/2, поступает на неинвертирующийвход операционного усилителя 6, навыходе которого появляется напряжение, равноец 2+ й.Е Е Вв(1)Вшхб 2,2, Н 0где Е - выходное напряжение ИОН; Ви В; - сопротивления термореэисто20ров ТРП 2 и 3.При равенстве сопротивлений ВВ и В 10 на обоих входах операционного усилителя 4 действуют равные по величине и знаку напряжения, вследствие 10 чего на его выходе на инвертирующем входе усилителя 5 и на.шине 11 преобразователя постоянное напряжениеПЕ равно нулю (т.е, УД, = О). Напряжение Е 0 с выхода ИОН поступает на 15 неинвертирующий вход усилителя 5, выходное напряжение которого через ограничительный резистор 15 посту-. пает на нагреватель 17 ТРП 2, а через сумматор напряжений 10 и ограничительный резистор 16 - на нагреватель 19 ТРП 3 и используется для вывода рабочих точек ТРП на линейный участок их характеристик преобразования.25При подаче измеряемого напряжения Б на шину 1 преобразователя в нагревателе 17 ТРП 2 выделяется дополнительно тепло джоуля,под действием которого уменьшается величина 3 О сопротивления терморезистора 18 и выходное напряжение усилителя б в соответствии с выражением (1). Разность между выходными напряжениями усилителя б и ИОН 7 усиливается ОУ 4,35 выходное напряжение У-, которого прикладывается к управляющему входу управляемого делителя напряжения 12, Одновременно с этим входное напряжение Ппоступает на вход усили О теля-ограничителя 13, который формирует двухполярные прямоугольные импульсы со стабилизированными уровнями, частота и фаза которых совпадаютчастотой и фйа ур импульсов зависит от уровня Б (е), .Прямоугольные импульсы с выхода усилителя-ограничителя 13 через управляемый делитель 12, сумматор напряжений 10 и ограничительный резистор 16 поступают.на нагреватель 19 ТРП 3. О Вследствие этого терморезистор 20 изменяется до установления баланса, при котором выходное напряжение усилителя б будет близким к выходному напряжению ИОН 7. В уста новившемся режиме постоянное напряжение Я, на выходе усилителя 4 (на шине 11 преобразователя, полярность которого соответствует полярности выходного напряжения ИОН) будет про 60 порционально действующему значению переменного напряжения П на входе преобразователя, Часть напряжения Бф с выхода усилителя 4 черезбьДН 9 поступает на инвертирующий 65 вход усилителя 5, выходное напряжение которого уменьшается, сохраняя почти неизменным (с погрешностью статизма ОУ) первоначально заданный температурный режим работы обоих ТРП.Чувствительность преобразования предлагаемого преобразователя увеличена за счет исключения постоянных резисторов, последовательно включаемых с терморезисторамн ТРП, которые снижают величину относительного изменения сопротивления терморезисторов.Точность преобразователя повышена и в широком диапазоне частот эа счет того, что оба нагреватели 17 и 19 ТРП работают практически в одинаковом частотном режиме, что значительно уменьшает влияние их остаточных реактивностей на погрешность преобразования.Таким образом, использование предлагаемого преобразователя в измерительной аппаратуре переменного тока позволяет повысить их метрологические и эксплуатационные характеристики (чувствительность, точность в широком диапазоне частот и быстродействие),формула изобретенияПреобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения в постоянное, содержащий первый и второй термореэисторные преобразователи, первые выводы нагревателей которых соединены с общей шиной, второй вывод нагревателя первого терморезисторного преобразователя соединен с объединенными первыми выводами первого и второго ограничительных резисторов, второй вывод первого из которых соединен с входной шиной, второй вывод нагревателя второго терморезисторного преобразователя соединен с первым выводом третьего ограничительного резистора, а.первый вывод терморезнстора этого преобразователя соединен с общей шиной, источник опорного напряжения, первый вывод которого соединен с общей шиной, а второй через делитель напряжения - с первым входом первого операционного усилителя, второй вход которого соединен с первым выводом терморезистора первого термореэисторного преобразователя, и,второй операционный усилитель, выход которого соединен с выходной шиной, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности преобразования, в него введены второй делитель напряжения, третий операционный усилитель, сумматор напряже/33 Тираж 717 Подписно ФНИИПИ Зака г. Ужгород, ул, Проектная Ф илиал ППП "Па ний, управляемый делитель напряженияи усилитель-ограничитель, причем второй вывод терморезистора первоготерморезисторного преобразователясоединен с выходом первого операционного усилителя и первым входом второго операционного усилителя, второй вход которого соединен с вторымвыводом источника опорного напряжения,и первым входом третьего операционного усилителя, второй вход которого через второй делитель напряжейия соединен с выходной шиной, авыход - с вторым выводом второгоограничительного резистора и первымвходом сумматора напряжения, выход 15которого соединен с вторым выводомтретьего ограничительного резистора,а второй вход - с выходом управляемого делителя напряжения, управляющий вход которого соединен с выходной шиной, вход - с выходом усилителя-ограничителя, вход которого соединен с входной шиной, а второй вывод терморезистора второго терморезисторного преобразователя соединен с вторым входом первого операционного усилителя,Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе1 Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное. М., Советское радио, 1977, с. 146, рис. 146.2. Патент Великобритании 9 1138932, кл, 601 В 19/00, 11.04.69 -.оототип).