Измерительный преобразователь среднеквадратического значения напряжения

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 01 К 19/02 РЕТЕН ЬСТВ го ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАН И Н АВТОРСКОМЪГ(72) Б.М.Богданович, В.В.Кандыбин,М.П.Федоринчик и В.В.Васильев(71) Минский радиотехнический институт(56) 1. Патент США У 3064192,кл. 324-71, 1959.2, Авторское свидетельство СССРВ 593158, кл. С 01 К 1902, 02.12.74(54)(57) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВА"ТЕЛЬ СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОГО ЗНАЧЕНИЯНАПРЯЖЕНИЯ, содержащий фильтрующесуммирующий элемент, выход которосоединен с выходной шиной и входом 80,1 05824 генератора треугольного напряжения,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности преобразования, в него введены первый и второй ключи и комнаратор, при этом выход генератора треугольного напряжения соединен с первым входом компаратора и входами ключей, второй входкомпаратора подключен к входной шинеего выход - к управляющему входу первого ключа, выход которого соединенс первым входом фильтрующе-суммирующего элемента, другой вход которогоподключен к выходу второго ключа, ауправляющий вход второго ключа соединен с синхрониэирующим выходом генератора треугольного напряжения.105824 35 40 50 55 3вый и второй ключи и компаратор, приЭтом выход генератора треугольногонапряжения соединен с первым входомкомпаратора и входами ключей, второйвход компаратора подключен к входной шине, его выход - к управляющему входу первого ключа, выход которого соединен с первым входом фильтрующе-суммирующего элемента, другой вход которого подключен к выходу второго клю ча, а управляющий вход второго ключа соединен с синхронизирующим выходомгенератора треугольного напряжения.На фиг. 1 приведена структурнаясхема преобразователя; на Фиг. 2временные диаграммы напряжений; нафиг, 3 . - пример реализации генератора треугольного напряжения; на Фиг.4 эпюры напряжений в цепях генератора. Измерительный преобразовательсреднеквадратического значения напряжения содержит фильтрующе-суммирующий элемент 1, выход которого соединен с выходной шиной и входом генератора 2 треугольных импульсов, В преобразователь дополнительно введеныпервый 3 и второй 4 ключи и компаратор 5, при этом выход генератора 2треугольного напряжения соединен спервым входом компаратора 5 и входами ключей 3 и 4, второй вход компаратора 5 подключен к входной шине, его выход - к управляющему входу первогоключа 3 выход которого соединен спервыми входами фильтрующе-суммирующего элемента 1, второй вход которого подключен к выходу второго ключа4, а управляющий вход второго ключа 4 соединен с синхронизирующим выходом генератора 2 треугольного напряжения. Генератор 2 треугольного напряжения содержит генератор 6 тактовых импульсов, к выходу которого подключен вход первого триггера 7, выходы которого соединены с входами второго 8 и третьего 9 триггеров, а выходтретьего триггера 9 соединен с управляющим входом аналогового ключа 10,выход которого подключен к входу интегратора 11, Вход аналогового ключа 10 является входом генератора 2 треугольного напряжения, выход интегратора 11 - выходом генератора 2 треугольного напряжения, а выход второго триггера 8 - синхронизирующим выходом генератора 2 треугольного напряжения. 4Измерительный преобразователь среднеквадратичного значения напряженияработает следующим образом.Треугольник напряжение с выходагенератора 2 треугольного напряжениясравнивается с входным напряжениемв компараторе 5. В результате сравнения компаратор 5 выдает отпирающийсигнал на управляющий вход ключа 3,если мгновенные значения входногонапряжения больше, чем мгновенныезначения треугольного напряжения,На первый вход фильтрующе-суммирующего элемента 1 через ключ 3 поступают импульсы напряжения, затшрихованные на фиг. 2 э. На второй входсуммирующе-фильтрующего элемента 1через ключ 4 под действием на егоуправляющий вход синхронизирующихпрямоугольных импульсов с синхронизирующего выхода генератора 2 треугольного напряжения поступают треугольные импуЛьсы отрицательной полярности, заштрихованные на Фнг.2Фильтрующе-суммирующий элемент 1 суммирующий элемент 1 суммирует две последовательности импульсов, поступающие на его входы, таким образом, чтоони преобразуются в последовательность треугольных импульсов (фиг.2 В),амплитуды которых равны соответствующим мгновенным значениям входногонапряжения. Затем фильтрующе-суммирующий элемент 1 интегрирует полученную последовательность импульсов, врезультате чего на выходе преобразователя Формируется постоянное напряжение, пропорциональное среднеквадратичному значению входного напряжения,1 Генератор 2 треугольного напряжения работает следующим образом. Генератор тактовых импульсов 6 формирует последовательность тактовых импульсов (фиг. 4 О) с частотой От, где Т - период треугольного напряжения. На выходах первого триггера 7 формируется прямая (фиг. 46) и обратная (Фиг. 4 в) последовательности прямоугольных импульсов, частота повторения которых в два раза ниже тактовой. Третий триггер 9 уменьшает частоту повторения импульсов еще в два раза и Формирует импульсы, управляющие аналоговым ключом 10 (фиг. 4). В интервале времени, равном длительности этих импульсов, на вход интегратора 11 подается выходное напряжение1105824 5преобразователя, а поскольку оно вуказанном интервале времени практически постоянно, то на выходе интегратора 11, являющемся выходом генератора 2 прямоугбльного напряжения,Формируется треугольное напряжение(фиг. 4) с амплитудой, пропорцио 1нальной выходному напряжению преобразователя, Последовательность импульсов с другого выхода первого 10триггера 7 поступает на вход второготриггера 8, который формирует после"довательность синхрониэирующих импульсов (фиг. 4 е),Среднее значение Напряжения, поступающеГо на первый вход Фильтрующе-суммиРующего элемента 1, равно тора 5 в течение положитель"ных полупериодов треугольного напряжения;ш - число его срабатываний в течение отрицательных полупериодов треугольного напряжения.В общем виде среднее значение напряжения равноиы. а,1 1 с; - ЬУ И0 гх(МР) (1сР 2 Т1 2 Т ИТДЕ 1 Фиг ЬСЬ амплитуда тре"угольных импульсов положительной полярности, формируемых напервом входесуммирующефильтрующегоэлемента;длительности указанных импульсОн;мгновенныезначения входного напряжения в моменты его равенства с отрицатеЛьным треугольным напряжением;соответствующие интервалывремени:период тре"угольного напряжения,"период входно" 55 го напряжения; число срабатываний компара" Поскольку Т)Тт, то или:1 . (912 ТПервые два слагаемых правой части выражения (8) являются площадями прямоугольных импульсов с амплитудами, равными мгновенным значениям входного напряжения О(11. Среднее значение такой последовательности импульсов в соответствии с выражением (1)0Р фвхВыражение (8) с учетом (9) можно записать2, ОНа второй вход суммируйще"фильт"рующего элемента 1 поступает последовательность импульсов отрицатель" ной полярности со средним значениемпах х0 асР ФВ результате обработки входныхнапряжений с учетом их знаков на выходе фильтрующе-суммирующего элемента 1 получается постоянное напряжение:(1 ЦнгифщаКС учетом влияния напряжения смещения компаратора 5, которое суммируется с входным переменным напряжением Цгго о ) а"гоц, .о,1105824 ср ФаисР откуда 20Среднее значение 0 равно нулю,поэтому й ис4 О 411 5Из сопоставления (4) и (12) видно, что предлагаемый преобразователь имеет погрешность преобразования за счет влияния Напряжения смещения ком паратора 5 намного меньшую, чем из- вестный так как обусловленная этим)напряжением составляющая пропорциональна его квадрату,Если в (12) подставить Ощ = КОсР 1 получим: Выигрыш в точности работы предлагаемого преобразователя по сравнению с прототипом за счет уменьшения влияния напряжения смещения можно определить из (7) иг иЬ: = -(Ы)ф 2 "сю 4учетом того что О можно найти связь между иС учетом этой связи из (15) следует, чтоФС 4 Хпр К 2 6 Мсмри средних значениях величин 0 1 В и 0 =1 мВ выигрыш в точности преСРобразования за счет уменьшения влияния напряжения В=2800.Приведенные расчеты подтверждают, что в предлагаемом измерительном преобразователе повышается точность преобразовання за счет значительного . уменьшения погрешности, вызванной смещением нуля компаратора.1105824 Составитель А.Пучковскийдактор М,Циткина Техред Ж. Кастелевич р М,Шаро Заказ 55 одписн илиал ППП Патент", г.ужг.Проектная; 35 Тира НИИПИ Государс по делам изоб 13035, Москва,711енного комитета СССтений и открытий