Цифровой измеритель эффективного значения напряжения переменного тока

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 0 ПИСДНИК ИЗОВРЯтенил БЗ. АВТОРСКОМУ С ЕЛЬСТВУ.8)етельство СССРК 19/02, 1981.ельство СССР19/02, 1976. может быть испольотке широкополосных изобретения - раского диапазона вход зовано при вольтметро Цел амичеширение ди ных сигнал ний. Цифро высокочаст рону малых значритель содержитреключатель 1,ой и тный автобаланс коммутатор образователь 7, цифровойнагруэочныи резистор 2ный термисторный мост5, аналого-цифровой пр6, цифровой вычислител ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ 54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭФФЕКТИВОГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГОКА57) Изобретение,ЯО 1308907 С О К 19/02 индикатор 8 и источник 13 напряжения постоянного тока. В устройствовведены цифроаналоговый преобразователь 1 О, регистр 11 последовательного приближения и компаратор 12.Суммирующий усилитель 4 постоянноготока позволяет произвести вычитаниеумноженного на коэффициент передачи выходного напряжения источника 9опорного напряжения, выполненного ввиде автобалансного термисторногомоста, из выходного напряжения автобалансного термисторного моста 3.Кроме того, обеспечивает близостьк нулю результирующего напряженияпри отсутствии измеряемого сигнала,что, в свою очередь, позволяет получить линейную зависимость результирующего напряжения и напряжения навыходе суммирующего усилителя 4 постоянного тока от температуры. Притаких условиях зависимость результирующего напряжения от температурыуменьшается в 520 раэ. 3 ил.Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано при разработке широкополосных вольтметров или в системах автоматического контроля радиоэлектрон ного оборудования при измерении эффективного значении напряжения переменного тока.Целью изобретения является расширение динамического диапазона входных 10 сигналов в сторону малых значений путем компенсации погрешности измерения входных сигналов с малыми значениями, вызванной изменением температуры окружающей среды за время 15 измерения,1На фиг,1 представлена схема измерителя; на фиг.2 - зависимостимощности и напряжений от температурыокружающей среды; на фиг,3 - зависимость результирующего напряжения отвремени,Измеритель содержит высокочастотный переключатель 1, нагрузочный резистор 2, автобалансный термисторный мост 3, суммирующий усилитель4 постоянного тока, коммутатор 5аналого-цифровой преобразователь(АЦП ) 6, цифровой вычислитель 7, циф- ЗОроной индикатор 8, источник 9 опорного напряжения в виде автобалансного термисторного моста, цифроаналоговый преобразователь ( ЦАП ) 10, регистр 11 последовательного приближения, компаратор 12 и источник 13напряжения постоянного тока.Вход высокочастотного переключателя 1 является входом измерителя,а выходы соединены с нагрузочным резистором 2 и входом автобалансноготермисторного моста 3, выход которого соединен с первым входом суммирующего усилителя 4 постоянного токаи первым входом коммутатора 5, выход которого соединен с входом АЦП 6,выходом соединенного с входом цифрового вычислителя 7, информационныйвыход которого соединен с входомцифрового индикатора 8, выход источника 9 опорного напряжения в видеавтобалансного термисторного мостасоединен с аналоговым входом ЦАП 10,цифровой вход которого соединен свыходом регистра 11 последователь 5ного приближения, а выход - с вторымвходом суммирующего усилителя 4 постоянного тока, выход которого соединен с вторым входом коммутатора 5 иР = Ро - а (1-20) э где Ро - мощность при температуре20 0;а - температурный коэффициентмощности,При установке термистора одним из плечей автобалансного моста к нему прикладывается напряжение, от.воздействия которого на термисторе выделяется необходимая мощность. Напряжение на термисторе поддерживается автоматически, величину его можно определить по формуле где Ко " сопротивление термисторав рабочей точке.Характер изменения напряжения натермисторе при изменении температурыокружающей среды определяется иззависимости Графиермисто ав имости напряжения наемпературы окружающепредставляет собойболы, начинающуюся вльная рабочая тем 2 б)параакс сред одну точк етв е г-о (м има тура ).сли взять два нсных термист е одинаковых авторных моста, термис.ятся в одинаковых ал рых наход(в непосдруга)одного н оры ко словия дственнои блиэоси вычесть из вети друг от личины вых апряжения одного а коэффициент К 1 напряжения второоста умноженную еличину выходно первым входом компаратора 12, второй вход которого соединен с выходом источника 13 напряжения постоянного тока, а выход - с входом регистра 11 последовательного приближения, первый второй и третий управляющие выходы цифрового вычислителя 7 соединены соответственно с управляющими входами высокочастотного переключателя коммутатора 5 и АЦП 6.Измеритель работает следующим образом.Мощность, необходимая для приведения термистора автобалансного термисторного моста 3 в рабочую точку, изменяется по линейному закону в зависимости от температуры окружающей среды (фиг.2 а) .го моста, то при определенном значении К результируищее напряжение 1 Р . будет изменяться по линейному закону в зависимости от температуры окружаищей среды (фиг.2 в) УР = Б - К..Интервалы времени 7 - ,; Г - ;7-( Фиг.З ) равны между собой и определяются временем преобразования АЦП б, интервалы ь - Г,- Г, так. 10 же равны между собой, длительность их определяется временем переходного процесса при подключении и отключении измеряемого сигнала.На изменение напряжения Ю от 15 воздействия измеряемого сигнала (фиг.З) - накладывается изменение, связанное с изменением температуры окружающей среды. Однако, если за значение напряжения при отсутствии 20 на термисторе измеряемого сигнала взять среднее арифметическое значение напряжения в интервале 7 - С (до включения измеряемого сигнала) УР и напряжения в интервале- 25г(после снятия измеряемого сигнала) Пр, то температурный дрейф будет учтен и исключен. Это обусловлено тем, что при линейном характере изменения результирующего напряжения от температуры окружаищей среды среднее арифметическое значение напряжений УР и П Р соответствует значению напряжения в интервалег г при отсутствии на термисторе иэмеряемого сигнала, то есть измерение результирующего сигнала при отключенном и подключенном сигналах производится как бы одновременно и изменение напряжения аБ,вычисленное по 40 формулеПР + ПРД 11 ПР 2 45- результирующее напряжениев интервале с с (при3подключенном измеряемомсигнале),не зависит от температуры окружающей 50среды во время измерения.После вкличения питания и окончания переходных процессов на выходе автобалансного моста 3 устанавливается напряжение 1 которое поступает на первый вход суммирующего усилителя 4 постоянного тока, на второй его вход поступает напряжение с выхода ЦАП 10. Регистр 11 последовательного приближения устанавливает кодЦАЛ 10, обеспечивающий коэффициентпередачи напряжения с выхода источника 9 опорного напряжения на входсуммирующего усилителя 4 постоянноготока, при котором на его выходе устанавливается напряжение, равное выходному напряжению источника 13 напряжения постоянного тока. При этом разница в величине выходных напряженийавтобалансного термисторного моста 3и ЦАП 10 незначительна (так как прикоэффициенте передачи суммирующегоусилителя постоянного тока К = 10и выходном напряжении источника 3напряжения постоянного тока О, В,например, разница составит всего10 мВ ), чего на практике вполне достаточно для обеспечения линейной зависимости выходного напряжения суммирующего усилителя 4 постоянного тока от температуры.Величина напряжения на выходе источника 13 напряжения постоянного тока выбирается равной верхнему пределу диапазона АЦП 6, обладающего максимальной разрешающей способностью,Далее работа измерителя осуществляется в три такта,В первом такте коммутатор 5 подключает к входу АЦП 6 выход автобалансного термисторного моста 3, где напряжение 1 преобразуется в цифровой код, поступающий в цифровой вычислитель 7. Затем коммутатор 5 подключает к входу АЦП 6 выход суммирующего усилителя 4 постоянного тока, напряжение с него П преобразуется в цифровой код, поступающий в цифровой вычислитель 7.Во втором такте срабатывает высокочастотный переключатель 1 и подключает измеряемый сигнал Б, к входу автобалансного термисторного моста,З, напряжение на его выходе уменьшается, также уменьшается напряжение на выходе суммирующего усилителя 4 постоянного тока. Через время Т, необходимое для окончания переходных процессов АЦП 6 преобразует напряжение Б, с выхода суммирующего усилителя 4 постоянного тока в цифровой код, поступающий в цифровой вычислитель 7.В третьем такте вновь срабатывает высокочастотный переключательи отключает измеряемый сигнал Ц от входа автобалансного термисторного08907 н которой величи вычисляется ормуле где К передачи сумилителя 4 пост(3 Мьые сумм к оэдхЪ миру( янно тавля силит Величины Б обой усиленн ем 4 постоян рующ а ре Пультирую2соотго то ЦР,Ц напряжен твенно,нет 2 5 5 13 моста 3, напряжение на его выходе и на выходе суммирующего усилителя 4 постоянного тока возрастает. Через время Т АЦП б преобразует напряжение П с выхода суммирующего усилителя 34 постоянного тока в цифровой код, поступающий в цифровой вычислитель 7. Управление высокочастотным переключателем 1, коммутатором 5, АЦП 6, формирование временных интервалов осуществляются цифровым вычислителем 7. В цифровом вычислителе 7 производится также вычисление результата по формуле Р 2 2Таким образом, величина дБ не зависит от изменений температуры окружающей среды ( реально существующих ) за счет возможности учета температурных изменений выходного ( результирующего ) напряжения при линейной зависимости его от температуры.Суммирующий усилитель 4 постоянного токапозволяет произвести вычитание умноженного на коэффициент передачи К выходного напряжения источника 9 опорного напряжения из выходного напряжения автобалансного термисторного моста 3, обеспечивает близость к нулю результирующего напряжения при отсутствии измеряемого сигнала, что позволяет получить линейную зависимость результирующего напряжения и напряжения на выходе суммирующего усилителя 4 постоянного тока от температуры. Кроме того, при таких условиях зависимость результирующего напряжения от температуры уменьшается в 5-20 раз,что поэ 1 О 15 20 25 волит значительно расширить динамический диапазон входных сигналовустройства н сторону малых значений. Ф о р м у л а изобретения Цифровой измеритель эффективного значения напряжения переменного тока, содержащий автобалансный термисторный мост, нагрузочный резистор, коммутатор, аналого-циФровой преобразователь, источник напряжения пос тоянного тока, цифровой индикатор, цифровой вычислитель и высокочастотный переключатель,вход которого является входом измерителя, а первый и второй выходы подключены соот- ветственно к входу автобалансного термисторного моста и к нагрузочному резистору, информационный выход цифрового вычислителя подключен к входу цифрового индикатора, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона входных сигналов сторону малых значений, н него введены источник опорного напряжения в виде автобалансноготермисторного моста, цифроаналоговыйпреобразователь, суммирующий усилитель постоянного тока, регистр последовательного приближения и компаратор, выход автобалансного мостаподключен к первым входам коммутатораи суммирующего усилителя постоянного тока, выход источника опорногонапряжения подключен к входу цифроаналогового преобразователя, цифровойвход которого подключен к выходу регистра последовательного приближения, а выход - к второму входу суммирующего усилителя постоянного тока,выход которого подключен к второмувходу коммутатора и первому входукомпаратора, второй вход которогоподключен к выходу источника напряжения постоянного тока, а выход - квходу регистра последовательногоприближения, выход коммутатора подключен к входу аналого-. цифровогопреобразователя, выход которого подключен к входу цифрового вычислителя, первый управляющий выход которого подключен к управляющему входувысоконастотного переключателя, второй - к управляющему входу коммутатора, третий - к управляющему входуаналого-цифрового преобразователя.1308907 Составитель А.Морозтор Л.Гратилло Техред М.Ходанич. орректор С. Шекма каз 1792/35 Тираж 731 ВНИИПИ Государственного ком по делам изобретений и от 113035, Москва, Ж, РаушскПодписно та СС наб. роизводственно-полиграф кое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная