Pierwszenstwo: Opublikowano: 15.XII.1972 66 448 KI. 21e,19/24 MKP GOlr 19/24 TczytelniaT 1 lilitlil HlCBMW-'*! l' 1 Wspóltwórcy wynalazku: Narkis Muchamediarowa, Krzysztof Badzrnirowski Wlasciciel patentu: Zjednoczone Zaklady Elektronicznej Aparatury Pomiarowej „Elpo", Warszawa (Polska) Przetwornik pomiarowy wartosci skutecznej napiecia zmiennego na napiecie stale Przedmiotem wynalazku jest przetwornik pomia¬ rowy wartosci skutecznej napiecia zmiennego na napiecie stale z wykorzystaniem termoprzetworni¬ ków, przeznaczony do pomiaru napiecia o dowol¬ nym ksztalcie i w szerokim zakresie czestotliwosci.Spotykane dotychczas przetworniki pomiarowe wartosci skutecznej napiecia zmiennego na stale, z wykorzystaniem termoprzetworników, sa oparte o zasade porównywania efektu cieplnego wywola¬ nego sygnalem zmiennym z efektem cieplnym wy¬ wolanym przez prad staly o znanej wartosci lub po¬ legaja na stosowaniu dwóch termoprzetworników o identycznych charakterystykach.Znany przetwornik wykorzystujacy pierwsza za¬ sade zawiera dwa obwody zasilania, pradu stalego i zmiennego, wybierane przelacznikiem wlaczonym w obwód grzejny termoprzetwornika. Koncówki termopary tego termoprzetwornika sa podlaczone przez galwanometr i regulowany rezystor do do¬ datkowego iródla pradu stalego. Przez grzejnik termoprzetwornika przepuszcza sie prad zmienny i wyprowadza, regulowanym rezystorem w obwo¬ dzie termopary, wskazanie galwanometru na zero, Przelacza sie nastepnie obwód grzejny na wejscie pradu stalego, ponownie zeruje wskazanie galwa¬ nometru i odczytuje, za pomoca miernika wlaczo¬ nego w wejsciowy obwód pradu stalego, wartosc pradu plynacego przez grzejnik, który to odczyt stanowi pozadany wynik pomiaru. 20 25 Przetwornik zawierajacy dwa termoprzetworniki ma grzejnik jednego termoprzetwornika wlaczony w obwód zasilania pradem zmiennym, natomiast grzejnik drugiego termoprzetwornika wlaczony w obwód sprzezenia zwrotnego wzmacniacza, którego wejscie jest podlaczone do wolnych koncówek po¬ laczonych szeregowo termopar obu termoprzetwor¬ ników. Podawana na wejscie wzmacniacza róznica napiec z wyjsc termopar, powodowana przeplywem pradu zmiennego przez grzejnik termoprzetwornika, jest wzmacniane i podawane na uklad pomiarowy.Wyjsciowe napiecie stale wzmacniacza jest pro¬ porcjonalne do wartosci skutecznej napiecia zmiennego.Przetworniki pierwszego typu maja nieliniowa charakterystyke przetwarzania, mala moc wyjscio¬ wa oraz niewielka dokladnosc uwarunkowana koniecznoscia wykorzystania przy przetwarzaniu calej charakterystyki termoprzetwornika. Proces porównywania odbywa sie recznie lub pólautoma¬ tycznie. Przejscie na porównywanie automatyczne jest mozliwe w przetwornikach drugiego typu, któ¬ re maja jednak powazna wade polegajaca na ko¬ niecznosci klopotliwej selekcji termoprzetworników.Celem wynalazku jest unikniecie wymienionych wad, a wiec zbudowanie ukladu, który zabezpie¬ czylby duza dokladnosc przetwarzania napiec o do¬ wolnym ksztalcie, w szerokim zakresie czestotli¬ wosci, przy zautomatyzowaniu procesu porówny¬ wania. 66 448; 3 66 448 4 Cel ten zostal osiagniety przez zbudowanie prze¬ twornika zawierajacego dwa mostki skladajace sie z ternioprzetworników i wysokostabilnych rezysto¬ rów. Wejscia mostków sa podlaczone do wspólnego zródla zasilania pradu stalego. Zaciski zasilania pierwszego mostka sa polaczone z zaciskami napie¬ cia wejsciowego, zaciski zasilania drugiego mostka sa polaczone z dodatkowym zródlem pradu stalego, a wyjscia mostków sa polaczone, poprzez uklady wzmacniajace, z ukladami sterujacymi odpowiednio sterujacego i dodatkowego zródla zasilania.Kazdy z mostków zawiera trzy wysokostabilne rezystory i jeden termoprzetwornik. W obwodzie zasilania drugiego mostka, z dodatkowego zródla pradu stalego, znajduje sie ksztaltownik.Wejscia obu mostków sa polaczone z ukladami sterujacymi zródlem zasilania poprzez róznicowe wzmacniacze, spelniajace role czujników nierówno¬ wagi.Takie rozwiazanie ukladu wedlug wynalazku pozwala uzyskac liniowa zaleznosc napiecia stalego na wyjsciu przetwornika od wartosci skutecznej napiecia mierzonego oraz zapewnia duza doklad¬ nosc, dzieki temu, ze pomiar odbywa sie zawsze w jednym, scisle okreslonym punkcie charaktery¬ styki termoprzetwornika, niezaleznie od wielkosci napiecia wejsciowego.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, który przedstawia uklad elektryczny przetwornika. Przetwornik za¬ wiera dwa nieliniowe mostki 1 i 2, z których kazdy sklada sie z trzech wysokostabilnych rezystorów i jednego termoprzetwornika 3 i 4. Obydwa mostki sa zasilane ze sterowanego zródla 5 pradu stalego, przy czym, do zacisków zasilania pierwszego most¬ ka 1 jest ponadto doprowadzone napiecie wejsciowe Ux, a do zacisków zasilania drugiego mostka 2 jest doprowadzone, przez ksztaltownik 9, napiecie z do¬ datkowego zródla 6 pradu stalego. Wyjscie pierw¬ szego mostka 1 jest polaczone, poprzez róznicowy wzmacniacz 7, z ukladem sterujacym sterowanego zródla 5, natomiast wyjscie drugiego mostka 2, poprzez róznicowy wzmacniacz 8, z ukladem do¬ datkowego zródla 6. Zaciski wyjsciowe dodatkowe¬ go zródla 6 stanowia jednoczesnie zaciski wyjsciowe przetwornika.Dzialanie ukladu jest nastepujace. Przy napieciu wejsciowym Ux równym zero mostki znajduja sie w stanie równowagi. Przez pierwszy mostek 1 plynie wówczas prad ix równy Il0, a przez drugi mostek 2 prad i2 równy I20, oraz napiecie na wyjsciu prze¬ twornika jest równe zero.Z chwila podania na wejscie przetwornika mie¬ rzonego napiecia Ux, przez pierwszy mostek 1 ply¬ nie prad ij rózny od pradu Il0, który powoduje zmiane opornosci termoprzetwornika 3, a wiec roz- równowazenie mostka i podanie na róznicowy wzmacniacz 7 napiecia nierównowagi. Wzmocnione napiecie nierównowagi steruje zródlem 5 pradu sta¬ lego, zmniejszajac prad ix do wartosci, przy której uzyskuje sie ponownie równowage pierwszego mostka 1. Jednoczesnie ze zmiana pradu ij plyna¬ cego ze sterowanego zródla 5 do pierwszego mostka 1 ulega zmianie prad i2 plynacy z tego samego zródla do drugiego mostka 2 i powoduje zmiane opornosci termoprzetwornika 4 w drugim mostku 2, a wiec rozrównowazenie tego mostka.Sygnal nierównowagi steruje, po wzmocnieniu przez róznicowy wzmacniacz 8, dodatkowym zród- 5 lem 6. Napiecie wyjsciowe dodatkowego zródla 6, przeksztalcone na napiecie prostokatne w ksztal¬ towniku 9, powoduje przeplyw przez drugi mostek 2 kompensacyjnego pradu i K równiez o prostokat¬ nym ksztalcie, którego wartosc ustala sie po osiag- 10 nieciu równowagi przez mostek 2. Odpowiadajace temu pradowi wyjsciowe napiecie dodatkowego zródla 6 pradu stalego, bedace równoczesnie napie¬ ciem wyjsciowym przetwornika jest, w momencie równowagi mostków, proporcjonalne do wartosci ]5 skutecznej mierzonego napiecia Ux, co wynika z nastepujacych rozwazan: Z warunku równowagi pierwszego mostka 1 wy¬ nika zaleznosc: ix1 • Rni! + i!*"- Rm, = I lj • Rmj 20 gdzie Rmj oznacza rezystancje zastepcza pierwsze¬ go mostka.Z warunku równowagi drugiego mostka 2 wyni¬ ka zaleznosc: 25 Ik1 • Rm, +i,l • Rm, = 12j • Rm, gdzie Rm2 oznacza rezystancje zastepcza drugiego mostka.Poniewaz w momencie równowagi ukladu prad ij równa sie pradowi i2, z czego wynika takze 30 równosc pradów przy napieciu wejsciowym równym zero, a wiec Il0 równa sie I2Q, otrzymuje sie z powyzszych wzorów: skad 35 i — i ]x — 2k Spelnienie powyzszych zaleznosci wskazuje jed¬ noczesnie na proporcjonalnosc napiecia wyjsciowe¬ go od wartosci skutecznej napiecia wejsciowego, to ^ znaczy, ze sluszna jest zaleznosc: Ux = aUwy gdzie a jest liniowym wspólczynnikiem proporcjo¬ nalnosci. 45 PL