Pierwszenstwo: Opublikowano: 30.VIII.1968 55690 KI. 21 c, 28/01 ' MKP G 01 r A JCZYIELNIA |_WiLlij bear^ti:«, ^ Twórca wynalazku: mgr inz. Jerzy Kalinski Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk Zaklad Doswiadczalny Bu¬ dowy Aparatury Naukowej „Unipan", Warszawa (Polska) Sposób wytwarzania napiecia badz pradu stalego o wartosci proporcjonalnej do ilorazu amplitud dwóch napiec zmiennych ' i uklad do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia napiecia badz pradu stalego o^ wartosci pro¬ porcjonalnej do ilorazu amplitud dwóch napiec zmiennych i uklad pomiarowy do stosowania tego sposobu.Dotychczasowe rozwiazania tego zagadnienia w technice analogowej te jest w technice ukladów, w których wielkosci elektryczne podporzadkowane sa takim samym równaniom jakie nalezy rozwia¬ zac, oparte sa na wykorzystaniu specjalnych ukla¬ dów sprzezenia zwrotnego oraz okreslonego ksztal¬ tu charakterystyk lamp elektronowych badz ele¬ mentów pólprzewodnikowych. Napiecie proporcjo¬ nalne do ilorazu dwóch napiec zmiennych, dzielni¬ ka i dzielnej, uzyskiwane jest w urzadzeniach, których podstawowa czescia skladowa sa elektro¬ niczne uklady liczace, w szczególnosci mnozace, sumujace, odejmujace i calkujace, wzglednie roz¬ budowane uklady impulsowe.Uklady mnozace rozwiazywane sa przy tym jed¬ nym ze znanych sposobów podwójnej modulacji AM/FM, modulacji impulsowej (amplitudy i sze¬ rokosci impulsu), czestotliwosci nosnej, jednej czwartej kwadratu lub innych. Jako przyklad ta¬ kiego rozwiazania podac mozna uklad zlozony z jednego z wymienionych wyzej ukladów mno¬ zacych, wzmacniacza róznicowego oraz wzmacnia¬ cza napieciowego. Przy spelnieniu okreslonych za¬ lozen w urzadzeniu takim uzyska sie napiecie 10 15 20 25 30 proporcjonalne do ilorazu dwóch napiec zmien¬ nych.Jezeli pomnozone w ukladzie mnozacym napie¬ cie dzielnika i napiecie wyjsciowe Aui2uWVJ- odej¬ mie sie od napiecia dzielnej w ukladzie wzmacnia¬ cza róznicowego B(uu — Aui2uwyj) i róznice ta od¬ powiednio wzmocniona i równa kuB(Uu —Au^u^j) doprowadzi do wyjscia urzadzenia pomiarowego, to, w zalozeniu odpowiednio duzego wzmocnienia wzmacniacza napieciowego ku , napiecie wyjsciowe Uli wyniesie uwyj- =const . Dalszym przykladem ui2 istniejacych rozwiazan moze byc urzadzenie za¬ wierajace dwa uklady wytwarzajace ciagi impul¬ sów o narastajacym czole, którego ksztalt w obu ukladach musi byc identyczny lecz moze byc linio¬ wy, sinusoidalny, wykladniczy lub inny.Amplituda tych impulsów modulowana jest dwoma napieciami wejsciowymi. Trzecie napiecie wejsciowe porównywane jest z jednym z przebie¬ gów impulsowych. W chwili zrównania ich ampli¬ tud impuls o narastajacym czole drugiego prze¬ biegu ulega obcieciu. Dzieki temu amplituda tych impulsów jest proporcjonalna do iloczynu dwóch napiec wejsciowych podzielonego przez wartosc trzeciego.Niezaleznie cd szczególów technicznych rozwia¬ zania wspólna wada wszystkich tych ukladów jest ich zlozonosc prowadzaca do zwiekszonej zawodno- 5569011990 sci i wymagajaca kwalifikowanej obslugi. Wada ta ogranicza stosowalnosc tego typu ukladów, szczególnie w urzadzeniach przemyslowych.Celem wynalazku jest pomiar ilorazu amplitud dwóch napiec zmiennych przy pomocy prostego ukladu pomiarowego zlozonego z konwencjonal¬ nych 'zespolów.Cel ten zostal osiagniety przez wyznaczenie wiel¬ kosci elektrycznej zmieniajacej swa wartosc jedy* nie przy zmianie ilorazu amplitud obu napiec zmiennych zas pozostajacej niezmieniona przy zmianach tychze amplitud w szerokich granicach z zachowaniem stalosci ich ilorazu. Wielkoscia ta w omawianym sposobie jest kat przesuniecia fa¬ zowego/miedzy jednym z dwóch wejsciowych na¬ piac zmiennych, a suma obu tych napiec zmien¬ nych wejsciowych, to jest dzielnej i dzielnika, przesunietych uprzednio wzgledem siebie w fazie o okreslcny kak J Zdefiniowany wyzej kat przesuniecia fazowego nie ulega zmianie w przypadku jednoczesnej zmia¬ ny amplitud obu napiec zmiennych zachowujacej stala wartosc ilorazu, zmieniaj sie bedzie nato-. miast przy fcaidej zmianie obu, przy której naru¬ szona zostanie wartosc ilorazu tych amplitud. Kat przesuniecia fazowego moze wiec byc przyjety ja¬ ko miara ilorazu amplitud dwóch napiec zmien¬ nych o tej samej czestotliwosci i okreslonym prze¬ sunieciu fazowym wzgledem siebie. Przeksztalca¬ jac zmiany kata przesuniecia fazowego miedzy okreslonymi wyzej wektorami napiec na zmiany napiecia lub pradu stalego przy pomocy jednego ze znanych ukladów uzyskuje sie realizacje celu wynalazku to jest napiecie badz prad staly pro¬ porcjonalne do ilorazu amplitud dwóch napiec zmiennych.Istota ukladu polega na tym, ze przesuwnik fa¬ zowy przesuwajacy faze napiecia o pewien kat, po¬ laczony jest z ukladem sumujacym dodajacym oba napiecia wejseiowe a wyjseie ukladu sumujacego polaezone jest poprzez ogranicznik amplitudy z ukladem fazeezulym na którego drugie wejscie delaczony jest ogranicznik amplitudy sterowany z ukladu odniesienia.Korzyscia techniczna wynikajaea ze stosowania sposobu bedacego przedmiotem wynalazku jest znaczne uproszczenie ukladu pomiarowego ilorazu dwóch napiec zmiennych przy jednoczesnym opar¬ ciu go p zespoly konwencjonalne. Zwiekszona zo¬ stala przez to niezawodnosc ukladu i rozszerzone mozliwosci zastosowan z urzadzen laboratoryjnych na urzadzenia przemyslowe. Przyjety sposób po¬ miaru pozwala równiez na ograniczenie wymagan technicznych stawianych niektórym podzespolom ukladu bez wplywu na stabilnosc i dokladnosc urzadzenia.Wynalazek zostanie blizej objasniony na przykla¬ dzie wykonania przedstawionym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy ukla¬ du pomiarowego, fig. 2 — wykres wektorowy na¬ piec dzielnej i dzielnika przy okreslonym kacie przesuniecia fazowego a miedzy nimi, fig. 8 — teo¬ retyczna krzywa zaleznosci kata przesuniecia fazo¬ wego cp od wartosci ilorazu napiec dzielnej i dziel¬ nika przy kacie przesuniecia fazowego a = 90° a 10 15 20 25 9Q 35 40 figury 4, 5 i 6 odmiany ukja<|u pcmiarQwe$9 przed¬ stawionego na fig. 1.Uklad pomiarowy ilorazu amplitud dw£ch na¬ piec zmiennych wykonany wedlug sposobu beda¬ cego przedmiotem wynalazku przedstawiony jest na rysunku fig. 1. Napiecie Un doprowadzone jest przez uklad przesuwnika fazowego 1, wprowadza¬ jacy przesuniecie fazcwe o okreglony kat a, do ukladu sumujacego 3. Do drugiego wejscia ukladu sumujacego 2 doprowadzone jest napiecie dzielni¬ ka U12. Wynikiem sumowania wektorowego napiec un i Uia przesunietych wzgledem siebie w fazie o okreslony kat a jest napiecie oznaczone na wy¬ kresie wektorowym symbolem U13 (fig. 2). Napiecie to przesuniete jest w fazie wzgledem napiecia dzielnika U12 o kat cp bedacy miara ilorazu napiec dzielnej i dzielnika. Okreslajac zaleznosc kata przesuniecia fazowego cp od ilorazu napiec dzielnej i dzielnika oraz kata a otrzymamy wyrazenie: A sin a cp = arc tg — (1) l+Aco§g gdzie symbolem A oznaczono wartosc ilorazu na¬ piec Vn i Ui2» Odpowiednie wyrazenie dla napie¬ cia U13 bedacego suma wektorowa napiec Un i U12 podaje zaleznosc (2): Un sina Ui, = sin [/ A sina \i ^Hr+AcosJJ + Acosc wzglednie po podzieleniu stronami przez U12: U13 A sina U 13 sin [/ A sina \"| 3TCtg\ 1 + Acosa/J (2) (3) + A cosc Da przypadku szczególnego a = 90° wyrazenia (1) i (3) "Przyjmuja postac: a ~ arc tg A U13 <4) (5) U13 cp = 0 sin arc tg A Krzywa zaleznosci przesuniecia kata fazowego cp Od wartosci ilorazu napiec Un i U12 pcdano na ry^ sunku fig. 3. Z zaleznosci (4) wynika, ze charakte- 45 rystyka ta ma kaztaAt tangensoidy dazacej asymp¬ totycznie do 0 gdy wartosc ilorazu dazy do 0 i do 9Q° gdy wartosc ilorazu dazy do <*?. Maksymalne nachylenie charakterystyki zmian kata q w funkcji Un zmian ilorazu A»^~TT~ ma miejsce przy wartosci 50 Utf ilorazu równej jednosci.Z zaleznosci (5) wynika, ze stcsunek napiec U13 zmienia sie od wartosci zblizonej do 55 U13 cp = 0 jednosci w zakresie wartosci ilorazu spelniajacych Un nierównosc <^ 1 do wartosci zblizonej do war- UL2 tosci tego ilorazu w zakresie wartosci ilorazu spel- «o Utl niajacych nierównosc £ 1.Ui2 Dla innych wartosci kata « w zakresie 0 < a < IBQ° i W° < a < 360° charakterystyki 65 \Ui2/56690 zmienialy swoje nachylenie dazac zawsze asympto¬ tycznie do wartosci przyjetego kata a gdy wartosc ilorazu — bedzie dazyla do oo. Charakterystyki U12 u13 zachowuja swoje wartosci graniczne Ui3 cp =?0 \ dla wartosci ilorazu spelniajacych nierównosci Uu Uh — <^l i — 1, rózniac sie natomiast przebie- Ui2 U12 giem w zakresie wartosci Ilorazu zblizonych do jedncsci.Napiecie wyjsciowe Ui3 ukladu sumujacego 2 wprowadzane jest na wejscie ogranicznika ampli¬ tudy 4, którego zadaniem jest utrzymanie stalej amplitudy napiecia wyjsciowego niezaleznie od wahan amplitudy napiecia U13 na jego wejsciu.Ogranicznikiem amplitudy 4 konczy sie kanal na¬ piecia mierzonego. Na wyjsciu tego kanalu otrzy¬ muje sie napiecie o stalej amplitudzie i ksztalcie fali prostokatnej, przesuniete w fazie w stosunku do napiecia dzielnika U12 c kat ilorazu napiec dzielnej i dzielnika. Napiecie tP wprowadzane jest na uklad fazoczuly 6. Do dru¬ giego wejscia ukladu fazoczulego 6 doprowadza¬ ne jest napiecie odniesienia.Napieciem tym jest napiecie U14 uzyskane z na¬ piecia dzielnika U12 przez przesuniecie go w fazie w ukladzie przesuwnika fazowego 3 i ograniczenie .jego amplitudy w ukladzie ogranicznika 5. Napiecie odniesienia posiada równiez ksztalt fali prostokat¬ nej o stalej amplitudzie i przesunieciu fazy w sto¬ sunku do napiecia dzielnika U12 uzaleznionym od przesuwnika fazowego 3. Przy pomocy tego prze¬ suwnika mozna dobrac przesuniecie fazowe miedzy napieciami U13 i Vu w taki sposób, by uzyskac okreslone napiecie lub prad wyjsciowy ukladu fa- Uu zoczulego dla kazdej wartosci ilorazu — — oraz U12 ujemne lub dodatnie przyrosty tego napiecia lub pradu przy zmianach wartosci tego ilorazu.Napiecie lub prad wyjsciowy ukladu fazoczulego. 6 mierzone sa przy pomocy miernika wychylowe- go 7. Odmiany podstawowego ukladu pomiarowe¬ go przedstawiono na rysunku fig. 4 i fig. 5. Pole¬ gaja one na uzupelnieniu ukladu tlumikami 8 w torach dzielnej i dzielnika oraz wzmacniaczami napieciowymi 9 w kanale napiecia mierzonego U13 i napiecia odniesienia U14 ukladu fazoczulego 6.Wymienione tlumiki i wzmacniacze pozwalaja na znaczne rozszerzenie zakresu pomiarowegc ilorazu dwóch napiec zmiennych Ult i U12.Specjalny przypadek ukladu pomiarowego poda¬ no na rysunku fig. 6. Uklad ten posiada równiez tlumiki 8 umieszczone przed stopniem sumujacym 2 lecz tylko jeden wzmacniacz napieciowy 9 w kanale napiecia mierzonego U13. Nacieciem odnie¬ sienia nie jest natomiast napiecie dzielnika U12 lecz napiecie dostarczane z zewnetrznego genera¬ tora przez dodatkowe wejscie ukladu. Generator ten zasila jednoczesnie urzadzenie poddawane okreslonym badaniom, których wyniki uzyskiwane sa w postaci ilorazu dwóch napiec zmiennych uza¬ leznionych oczywiscie tak pod wzgledem amplitu- ip 15 20 30 35 40 45 50 55 60 95 dy jak i fazy od wyzej wymienionego generatora.Opisane wyzej uklady pomiarowe ilorazu dwóch napiec zmiennych stosowane byc mcga przy wszelkiego rodzaju badaniach, kontroli badz regu¬ lacji, w których sygnal wyjsciowy otrzymywany jest w postaci dwóch napiec, których stosunek jest miara wyniku badania czy tez kontroli wzglednie jest miarodajny dla uruchomienia od¬ powiedniej regulacji. PL