Pierwszenstwo: 22.06.1972 (P. 156187) Zgloszenie ogloszono: 30.05.1973 Opis patentowy opublikowano: 10.02.1975 75688 KI. 21e, 19/22 MKP G01r 19/22 CZYTELNIA Urzedu Poiefitowego Polskie| lzenvpr«-: e! L Twórcawynalazku: Andrzej Urbanik Uprawniony z patentu tymczasowego: Osrodek Badawczo-Rozwojowy Pomiarów i Automatyki Elektronicznej, Wroclaw (Polska) Sposób pomiaru napiecia przemiennego wielkiej czestotliwosci i uklad do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru napiecia przemiennego wielkiej czestotliwosci, oparty na przetwarzaniu napiecia mierzonego i generowanego napiecia kompensacyjnego na napiecie stale i uklad do stoso¬ wania tego sposobu, znajdujacy zastosowanie w pomiarach napiecia o zakresie wartosci od czesci miliwolta do kilku woltów, przy czestotliwosciach od kilkudziesieciu kiloherców do okolo jednego gigaherca.Znany jest sposób kompensacyjnego pomiaru napiecia przemiennego wielkiej czestotliwosci, oparty na przetwarzaniu napiecia mierzonego i generowanego napiecia kompensacyjnego na napiecie stale, w którym prze¬ twarzanie obu napiec odbywa sie równoczesnie, na dwóch diodach pólprzewodnikowych znajdujacych sie w oddzielnych torach pomiarowych. Do jednej diody kierowane jest napiecie mierzone, a do drugiej napiecie kompensacyjne, którego poziom jest samoczynnie regulowany, tak aby róznica napiec wyjsciowych obu elemen¬ tów przetwarzajacych byla mozliwie najmniejsza, zas okreslona wartosc tej róznicy stanowi sygnal do zakon¬ czenia procesu kompensacji i dokonania odczytu zmierzonego napiecia.Znany uklad do realizacji tego sposobu, oparty na diodowej sondzie detekcyjnej, wzmacniaczu pradu stalego, generatorze napiecia kompensacyjnego, regulatorze tego napiecia i przetworniku napiecia kompensacyj¬ nego charakteryzuje sie tym, ze sonda detekcyjna jest wyposazona w dwa identyczne, diodowe uklady detekcyj¬ ne, zlozone ze specjalnie selekcjonowanych diod.Ten znany uklad, jakkolwiek charakteryzuje sie zblizonym do liniowego przetwarzaniem mierzonego na¬ piecia przemiennego na napiecie stale oraz dosc duza czuloscia, rzedu dziesiatków miliwoltów, ma jednak szereg niedogodnosci. Pomimo bardzo starannego doboru par diod w obu ukladach detekcyjnych, zarówno pod wzgledem identycznosci charakterystyk pradowo-napieciowych, jak i wartosci ich wspólczynników temperaturo¬ wych i sil termoelektrycznych, nie mozna uzyskac ani jednakowych wspólczynników przetworzenia napiecia mierzonego i kompensacyjnego, ani nie mozna calkowicie wyeliminowac wplywu temperatury otoczenia i sil termoelektrycznych, co ogranicza czulosc i dokladnosc pomiaru.Celem wynalazku jest usuniecie wymienionych niedogodnosci. Zadaniem technicznym wymagajacym roz¬ wiazania jest opracowanie sposobu pomiaru napiecia wielkiej czestotliwosci oraz ukladu realizujacego ten spo-2 75 688 sób, to którym uniknie sie wplywu temperatury otoczenia i powstawania sil termoelektrycznych o róznych wartosciach, a wspólczynnik przetworzenia obu napiec, mierzonegp i kompensacyjnego, bedzie jednakowy.Zadanie to zostalo zrealizowane w wynalazku dzieki,temu, ze do pomiaru napiecia przemiennego wielkiej czestotliwosci opracowano sposób, oparty na przetwsfeaniu napiecia mierzonegp i generowanego napiecia kom¬ pensacyjnego, a nastepnie wzmacnianiu obu napiec kolejno, w tym samym torze pomiarowym, przy czym pomiar wykonywany jest w wymuszonym, powtarzajacym sie cyklu, zlozonym z co najmniej dwóch taktów, z których w jednym przetwarza sie, wzmacnia i rejestruje napiecie mierzone, a w drugim kompensacyjne, nato¬ miast oba te napiecia porównuje sie w kazdym cyklu, a wynik pomiaru rejestruje w koncowym okresie drugiego taktu.Uklad do realizacji tegp sposobu oparty na wzmacniaczu pradu stalego, sterowanym generatorze napiecia kompensacyjnego, trzech ukladach rejestracji — napiecia mierzonego, napiecia kompensacyjnego i wyniku po* miaru, ukladzie sterowania, ukladzie porównania i detektorze wyjsciowym, ma diodowa sonde detekcyjna, wyposazona w przekaznik elektromagnetyczny z zestykiem przelacznym. Znany uklad sterowania jest zródlem trzech napiec sterujacych. Wyjscie pierwszego napiecia sterujacego jest polaczone z uzwojeniem przekaznika i równoczesnie z ukladem rejestracji napiecia mierzonego, wyjscie drugiego napiecia sterujacego jest polaczone z ukladem rejestracji napiecia kompensacyjnego, a wyjscie trzeciego napiecia sterujacego z ukladem rejestracji wyniku pomiaru. Nieruchomy styk czynnego zestyku przekaznika jest wejsciem ukladu, nieruchomy styk bier¬ nego zestyku polaczony jest z wyjsciem generatora napiecia kompensacyjnego, zas ruchomy styk przekaznika stanowi wejscie detektora sondy, który poprzez wzmacniacz, oba uklady rejestracji napiec, uklad porównania, generator i wyjsciowy detektor - polaczony jest z ukladem rejestracji wyniku.Sposób pomiaru napiecia wedlug wynalazku ma te zalety, ze dzieki przetwarzaniu i wzmacnianiu napiecia mierzonego, a nastepnie kompensacyjnego na tych samych elementach np. diodzie pólprzewodnikowej i wzmac¬ niaczu, znajdujacych sie w jednym torze pomiarowym, w kolejnych taktach cyklu pomiarowego, narzuconych przez uklad sterowania, nie wymaga wprowadzenia do ukladu, realizujacego ten sposób, zadnych elementów kompensacyjnych, ani selekcjonowanych. Ten sam uklad detekcyjny wykorzystywany jest do detekcji obu "napiec, ten sam wzmacniacz do ich wzmacniania.Stad tez zmiana parametrów ukladu detekcyjnego, na przyklad na skutek zmiany temperatury otoczenia, wplywa w identyczny sposób na wspólczynnik przetworzenia, zarówno napiecia mierzonego, jak i kompensacyj¬ nego, co w efekcie calkowicie eliminuje wplyw temperatury na wynik pomiaru. Podobnie wyeliminowane sa ta droga wplywy sil termoelektrycznych, powstajacych w diodach, jak tez róznice charakterystyk pradowo-napie- ciowych poszczególnych egzemplarzy detektorów. W rezultacie uzyskuje sie niezaleznosc wskazan od zmian temperatury otoczenia, uzyskuje sie zwiekszenie czulosci ukladu z dziesiatków miliwoltów do czesci miliwolta oraz zwiekszenie dokladnosci pomiaru. Dalsza, bardzo istotna zaleta jest calkowicie liniowa skala miernika, co umozliwia jego wspólprace z przyrzadami cyfrowymi. Wszystkie te zalety predestynuja wynalazek do zastoso¬ wania w wielu dziedzinach, w tym takze do budowy przetworników pomiarowych stosowanych w automatyce i sterowaniu.Przedmiot wynalazku jest blizej objasniony w przykladzie wykonania, na zalaczonym rysunku, który przedstawia schemat ukladu, realizujacy sposób pomiaru napiecia wielkiej czestotliwosci.Uklad do realizacji sposobu wedlug wynalazku sklada sie z diodowej detekcyjnej sondy 1, wzmacniacza 2 pradu stalego, ukladu sterowania 3, sterowanego generatora 4 napiecia kompensacyjnego, ukladu rejestracji napiecia mierzonego 5, ukladu rejestracji napiecia kompensacyjnego 6, ukladu porównania 7, wyjsciowego detektora 8, ukladu rejestracji wyniku 9, wskaznika 10 wyniku pomiaru, dzielnika H wyjsciowego napiecia generatora 4 i dzielnika 12 wyjsciowego napiecia sondy 1.Uklad sterowania 4 jest zródlem trzech sterujacych napiec, pierwszego napiecia U! w postaci fali prosto¬ katnej, drugiego napiecia U2, takze w postaci fali prostokatnej, przesunietej o 180° w stosunku do napiecia pierwszego i trzeciego napiecia impulsowego U3, o ksztalcie prostokatnym, zsynchronizowanego z drugim napie¬ ciem U2, o skróconym wobec niego czasie trwania impulsu i opóznionym momencie jego wystepowania. Dio¬ dowa sonda 1 jest wyposazona w elektromagnetyczny przekaznik 13 z zestykiem przelacznym. Uzwojenie 14 tego przekaznika 13 jest polaczone z ukladem sterowania 3, to jest z wyjsciem pierwszego napiecia Uh które równoczesnie polaczone jest z wejsciem sterowania ukladu rejestracji napiecia mierzonego 5. Wyjscie drugiego sterujacego napiecia U2 jest polaczone z wejsciem sterowania ukladu rejestracji napiecia kompensacyjnego 6.Nieruchomy styk 15 czynnego zestyku przekaznika 13 jest polaczony z zaciskiem 16 wejsciowym ukladu, nieruchomy styk 17 biernego zestyku przekaznika 13 jest polaczony poprzez dzielnik 11 z wyjsciem generatora 4, zas ruchomy styk 18 przekaznika 13 jest polaczony z dioda 19 sondy 1, a nastepnie poprzez rezystor 20, jest polaczony z dzielnikiem 12 wyjsciowego napiecia sondy 1, zasjego wyjscie — z wejsciem wzmacniacza 2.75 688 3 Wyjscie wzmacniacza 2 dolaczone jest do ukladu rejestracji napiecia mierzonego 5 i równoczesnie ukladu rejestracji napiecia kompensacyjnego 6 zas wyjscia obu ukladów 5 i 6 polaczone sa z wejsciem ukladu porów¬ nania 7, którego wyjscie jest polaczone z wejsciem generatora 4, którego wyjscie polaczone jest z wyjsciowym detektorem 8.Wyjscie trzeciegp sterujacego napiecia U3, generowanego w ukladzie sterowania 3, jest polaczone z wejs¬ ciem sterowania ukladu rejestracji napiecia mierzonego 9, który jest ponadto polaczony z wyjsciem detektora 8 i wejsciem wskaznika 10 wyniku pomiaru. Dzielniki napiecia 11 i 12 sa ze soba, w znany sposób, mechanicznie sprzezone i przystosowane do recznego sterowania, przy zmianie zakresu pomiarowego.- Sposób wedlug wynalazku realizowany jest w opisanym ukladzie nastepujaco. Sterujacy uklad 3 wymusza cykl pomiarowy, oddzialywujac na wzbudzenie przekaznika 13, co prowadzi do zmiany polozenia ruchomegp styku 18 i na uklady rejestracji 5,6 i 9, komutujac ich wejscia sterowania, za pomoca sterujacych napiec Ui, U* i U3. W jednym z taktów cyklu sterujace napiecie Uj wzbudza przekaznik 13, co powoduje zwarcie jego zestyku czynnego, dzieki czemu napiecie mierzone, poprzez nieruchomy styk 15 i ruchomy styk 18, doprowadzone jest do diody 19, a stad poprzez dzielnik 12 i wzmacniacz 2 — do wejscia ukladu rejestracji napiecia mierzonego 5, sterowanego tym samym napieciem Uj.W drugim takcie cyklu pomiarowego dziala sterujace napiecie U2, przesuniete o 180° w stosunku do pierwszego napiecia Di i otwiera wejscie ukladu rejestracji napiecia kompensacyjnego 6. W przekazniku 13 nastepuje powrót ruchomegp styku 18 do stanu pierwotnego, to jest zwarcia zestyku biernego, wobec czego napiecie kompensacyjne, wytwarzane w generatorze 4, poprzez dzielnik 11, doprowadzone jest do nieruchomego styku 17 biernego zestyku przekaznika, a stad poprzez ruchomy styk 18 do diody 19 i dalej ta sama droga co w uprzednim cyklu napiecie mierzone, doprowadzane jest do ukladu 6 i tam rejestrowane. Oba rejestrowane napiecia, mierzone i kompensacyjne, sa ze soba porównywane w ukladzie 7, zas wynik pomiaru zostaje podany do ukladu 9 w koncowym okresie porównywania. Uzyskiwane jest to za pomoca trzeciego sterujacego napiecia U3, które w koncowym okresie drugiego taktu otwiera wejscie sterowania ukladu 9 rejestracji wyniku, wskutek czego sygnal pomiarowy zostaje do niego doprowadzony z generatora 4 przez detektor 8.Zaleznie od uzytego wskaznika 10 wartosc mierzonego napiecia moze byc wskazana lub zapisana, a wynik podany wizualnie lub zarejestrowany jedna ze znanych metod. Zmiane zakresu pomiarowego wykonuje sie za pomoca sprzezonych ze soba dzielników 11 i 12, dostosowujacych do siebie poziomy napiecia wejsciowego z generatora 4 i wyjsciowego z sondy 1. PL PL