RU163230U1

RU163230U1 - Измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное

Info

Publication number: RU163230U1
Application number: RU2016104235/28U
Authority: RU
Inventors: Евгений Борисович Колесников
Original assignee: Евгений Борисович Колесников
Priority date: 2016-02-09
Filing date: 2016-02-09
Publication date: 2016-07-10

Abstract

1. Измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий первый квадратор и суммирующее устройство, отличающийся тем, что в него дополнительно введены фазосмещатель, второй квадратор и блок извлечения квадратного корня, причем вход преобразователя соединен с входами первого квадратора и фазосмещателя, выход которого соединен с входом второго квадратора, а выходы первого и второго квадраторов подключены соответственно к первому и второму входам суммирующего устройства, выход которого через блок извлечения квадратного корня соединен с выходом преобразователя.2. Измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное по п. 1, отличающийся тем, что фазосмещатель содержит операционный усилитель, три резистора и конденсатор, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен со вторым выводом второго резистора и выходом фазосмещателя, вход которого соединен со вторым выводом первого резистора и первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и первым выводом третьего резистора, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала.

Description

Полезная модель относится к области электроизмерений, в частности к измерительным преобразователям, и может быть использовано в устройствах измерения переменного напряжения электрической сети путем преобразования его в постоянное.

Известен преобразователь напряжения переменного тока в постоянное, содержащий операционный усилитель, два диода, включенные согласно-последовательно, первый вывод первого и второй вывод второго которых соединены с выходом операционного усилителя, второй вывод первого диода подключен к инвертирующему входу операционного усилителя и соединен через первый резистор с источником измеряемого переменного напряжения и через второй резистор с первым выводом второго диода [Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат, 1988, с. 125, рис. 4.5,а].

Недостатком данного преобразователя является невысокая точность и нелинейность характеристики преобразования из-за значительных пульсаций выходного напряжения.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является преобразователь эффективного напряжения [Авторское свидетельство СССР №822056 МПК⁸ G01R 19/22, опубл. 15.04.1981 г.], содержащий двухполупериодный выпрямитель, квадратор, два фильтра нижних частот, амплитудный детектор, вычитающее и суммирующее устройства, причем выходом фильтра нижних частот соединен со входом амплитудного детектора и с неинвертирующим входом вычитающего устройства, а выход амплитудного детектора соединен с инвертирующим входом вычитающего устройства и с одним входом суммирующего устройства, выход вычитающего устройства соединен со входом дополнительного фильтра нижних частот, выход которого соединен с другим входом суммирующего устройства, выход которого соединении с фокальным входом квадратора и является выходом устройства.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком данного преобразователя является невысокое быстродействие и точность измерения напряжения, обусловленная наличием фильтров нижних частот в цепях прохождения сигнала постоянного тока.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение быстродействия и точности измерения напряжения за счет отсутствия в преобразователе фильтров нижних частот.

Указанный технический результат достигается тем, что в известный преобразователь эффективного напряжения, содержащий первый квадратор и суммирующее устройство, введены фазосмещатель, второй квадратор и блок извлечения квадратного корня, причем вход преобразователя соединен с входами первого квадратора и фазосмещателя, выход которого соединен с входом второго квадратора, а выходы первого и второго квадраторов подключены соответственно к первому и второму входам суммирующего устройства, выход которого через блок извлечения квадратного корня соединен с выходом преобразователя. Фазосмещатель содержит операционный усилитель, три резистора и конденсатор, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен со вторым выводом второго резистора и выходом фазосмещателя, вход которого соединен со вторым выводом первого резистора и первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и первым выводом третьего резистора, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала.

Существенными отличиями предлагаемого преобразователя являются введение фазосмещателя, второго квадратора и блока извлечения квадратного корня, а также новая организация связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышения быстродействия и точности преобразователя.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя, на фиг. 2 - схема фазосмещателя, на фиг. 3 - временные диаграммы напряжений u_вх, u₁-u₄ и u_вых.

Преобразователь (фиг. 1) содержит фазосмещатель 1, квадраторы 2, 3, суммирующее устройство 4 и блок извлечения квадратного корня 5.

Фазосмещатель 1 (фиг. 2) содержит операционный усилитель 6, резисторы 7, 8, 9 и конденсатор 10, причем первые выводы резисторов 7, 8 подключены к инвертирующему входу операционного усилителя 6, выход которого соединен с вторым выводом резистора 8 и выходом фазосмещателя 1, вход которого соединен со вторым выводом резистора 7 и первым выводом конденсатора 10, второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 6 и первым выводом резистора 9, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала.

Фазосмещатель 1 предназначен для сдвига фазы входного сигнала на угол 90° при единичном коэффициенте усиления. Для этого необходимо выдержать следующие соотношения между компонентами его схемы:

Преобразователь работает следующим образом. Измеряемое напряжение переменного тока u_вх подается на входы фазосмещателя 1 и квадратора 2. На выходе фазосмещателя 1 формируется напряжение u₁, равное по амплитуде и сдвинутое по фазе относительно u_вх на угол 90° (фиг. 3).

На входы квадраторов 2, 3 поступают соответственно напряжения u_вх и u₁, одинаковые по амплитуде и сдвинутые по фазе относительно друг друга на угол 90°:

где U_{m вх} - амплитуда измеряемого входного напряжения.

На выходах квадраторов 2, 3 формируются напряжения u₂, u₃, полученные после возведения в квадрат напряжений u_вх и u₁:

После суммирования напряжений u₂ и u₃ в суммирующем устройстве 4 и преобразований, на его выходе имеем постоянное напряжение u₄ (фиг. 3):

После операции извлечения квадратного корня в блоке извлечения квадратного корня 5 на выходе преобразователя формируется напряжение U_вых:

В результате выходное напряжение U_вых преобразователя не содержит переменной составляющей, а его величина равна амплитуде измеряемого входного напряжения U_{m вх}, то есть пропорционально U_вх.

При практической реализации предлагаемого преобразователя в качестве квадраторов 2, 3 можно использовать перемножители сигналов на микросхеме К525ПСЗ, объединив при этом ее информационные входы x и y. Суммирующее устройство 4 представляет собой обычный сумматор на операционном усилителе. В качестве блока извлечения квадратного корня 5 можно использовать схему на операционном усилителе, включив квадратор в цепь его отрицательной обратной связи.

Таким образом, за счет отсутствия в предлагаемой полезной модели фильтров нижних частот обеспечивается повышение быстродействия и точности измерения переменного напряжения.

Claims

1. Измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий первый квадратор и суммирующее устройство, отличающийся тем, что в него дополнительно введены фазосмещатель, второй квадратор и блок извлечения квадратного корня, причем вход преобразователя соединен с входами первого квадратора и фазосмещателя, выход которого соединен с входом второго квадратора, а выходы первого и второго квадраторов подключены соответственно к первому и второму входам суммирующего устройства, выход которого через блок извлечения квадратного корня соединен с выходом преобразователя.

2. Измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное по п. 1, отличающийся тем, что фазосмещатель содержит операционный усилитель, три резистора и конденсатор, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен со вторым выводом второго резистора и выходом фазосмещателя, вход которого соединен со вторым выводом первого резистора и первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и первым выводом третьего резистора, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала.