RU164356U1 - DEVICE FOR MEASURING THE ACTUAL VALUE OF VARIABLE VOLTAGE - Google Patents
DEVICE FOR MEASURING THE ACTUAL VALUE OF VARIABLE VOLTAGE Download PDFInfo
- Publication number
- RU164356U1 RU164356U1 RU2016113225/28U RU2016113225U RU164356U1 RU 164356 U1 RU164356 U1 RU 164356U1 RU 2016113225/28 U RU2016113225/28 U RU 2016113225/28U RU 2016113225 U RU2016113225 U RU 2016113225U RU 164356 U1 RU164356 U1 RU 164356U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- notch filter
- voltage
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Abstract
1. Устройство для измерения действующего значения переменного напряжения, содержащее квадратор, компаратор, преобразователь частота-напряжение и блок извлечения квадратного корня, выход которого является выходом устройства, вход которого соединен с входом квадратора и входом компаратора, выход которого соединен с входом преобразователя частота-напряжение, отличающееся тем, что в него дополнительно введены перестраиваемый режекторный фильтр и гиперболический преобразователь, причем выход квадратора соединен с входом перестраиваемого режекторного фильтра, выход которого соединен с входом блока извлечения квадратного корня, а выход преобразователя частота-напряжение соединен с входом гиперболического преобразователя, выход которого соединен с управляющим входом перестраиваемого режекторного фильтра.2. Устройство для измерения действующего значения переменного напряжения по п. 1, отличающееся тем, что перестраиваемый режекторный фильтр содержит операционный усилитель, первый и второй резисторы, первый и второй конденсаторы, первый и второй полевые транзисторы, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен со вторым выводом второго резистора и выходом перестраиваемого режекторного фильтра, вход которого соединен со вторым выводом первого резистора, стоком первого полевого транзистора и первым выводом первого конденсатора, второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и истоками первого и второго полевых транзисторов, затворы которых объединены и соединены с управляющим входом1. A device for measuring the effective value of the alternating voltage, comprising a quadrator, a comparator, a frequency-voltage converter and a square root extraction unit, the output of which is the output of the device, the input of which is connected to the input of the quadrator and the input of the comparator, the output of which is connected to the input of the frequency-voltage converter characterized in that a tunable notch filter and a hyperbolic transducer are additionally introduced into it, the output of the quad being connected to the input being tunable a notch filter whose output is connected to an input of a square root extractor, and the inverter output frequency-to-voltage connected to the input of a hyperbolic converter whose output is connected to a control input of the tunable bandstop filtra.2. A device for measuring the effective value of an alternating voltage according to claim 1, characterized in that the tunable notch filter comprises an operational amplifier, first and second resistors, first and second capacitors, first and second field effect transistors, the first terminals of the first and second resistors being connected to the inverting input operational amplifier, the output of which is connected to the second output of the second resistor and the output of the tunable notch filter, the input of which is connected to the second output of the first resistor and, the drain of the first field effect transistor and the first terminal of the first capacitor, the second terminal of which is connected to the noninverting input of the operational amplifier and the sources of the first and second field effect transistors, the gates of which are combined and connected to the control input
Description
Полезная модель относится к электроизмерительной технике, и может быть использована для измерения переменного напряжения в широком диапазоне частот путем преобразования его в постоянное.The utility model relates to electrical engineering, and can be used to measure AC voltage in a wide range of frequencies by converting it to DC.
Известно устройство, вычисляющее среднеквадратичное значение переменного напряжения, состоящее из последовательно соединенных квадратора, интегратора и схемы извлечения квадратного корня [Тимонтеев В.Н., Величко Л.М., Ткаченко В.А. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Радио и связь, 1982. - с. 73, рис. 4.31].A device is known that calculates the rms value of an alternating voltage, consisting of a series-connected quadrator, integrator and square root extraction circuit [Timonteev V.N., Velichko L.M., Tkachenko V.A. Analog signal multipliers in electronic equipment. - M .: Radio and communications, 1982. - p. 73, fig. 4.31].
Недостатком данного устройства является неизменная постоянная времени интегратора для различных частот измеряемого напряжения. Так для обеспечения требуемой точности постоянная времени интегрирования выбирается намного больше периода нижней частоты входного сигнала рабочего диапазона частот, что приводит к значительному снижению быстродействия измерения.The disadvantage of this device is the constant time constant of the integrator for various frequencies of the measured voltage. So, to ensure the required accuracy, the integration time constant is chosen much longer than the period of the lower frequency of the input signal of the operating frequency range, which leads to a significant decrease in the measurement speed.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является устройство для измерения действующего значения переменного напряжения [Авторское свидетельство СССР №1712892 МПК8 G01R 19/02, опубл. 25.01.1990 г.], устройство для измерения действующего значения переменного напряжения, содержащее последовательно соединенные квадратор, интегратор с управляемой напряжением постоянной интегрирования, компаратор, преобразователь частота - напряжение и блок извлечения квадратного корня, выход которого является выходом устройства, вход квадратора является входом устройства, выход которого соединен с управляющим входом интегратора, а вход соединен с выходом компаратора, вход которого соединен с входом квадратора, причем интегратор содержит полевой транзистор и конденсатор, первый вывод которого соединен с общей шиной, а второй вывод является выходом интегратора и соединен со стоком полевого транзистора, исток которого является входом интегратора, а затвор - управляющим входом интегратора.The closest analogue to the proposed utility model is a device for measuring the effective value of an alternating voltage [USSR Author's Certificate No. 1712892 IPC 8 G01R 19/02, publ. 01/25/1990], a device for measuring the rms value of an alternating voltage, comprising a quadrator connected in series, an integrator with a constant-voltage constant-voltage integration, a comparator, a frequency-to-voltage converter and a square root extractor, the output of which is the output of the device, the input of the quadrator is the input of the device the output of which is connected to the control input of the integrator, and the input is connected to the output of a comparator, the input of which is connected to the input of the quadrator, and the integrator contains a field-effect transistor and a capacitor, the first terminal of which is connected to the common bus, and the second terminal is the output of the integrator and connected to the drain of the field-effect transistor, whose source is the input of the integrator, and the gate is the control input of the integrator.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.This technical solution is selected as a prototype.
Перестраиваемая постоянная времени интегратора позволяет повысить быстродействие устройства по сравнению с аналогом, однако устройство имеет недостаточно высокое быстродействие и точность измерения напряжения, особенно на нижних частотах рабочего диапазона, обусловленная наличием интегратора в цепи прохождения сигнала постоянного тока. Кроме того, учитывая что входное сопротивление блока извлечения квадратного корня конечно, то изменение сопротивления полевого транзистора приводит к некоторому изменению выходного напряжения устройства в рабочем диапазоне частот, что также сказывается на точности измерения.The tunable time constant of the integrator allows to increase the speed of the device compared to the analogue, however, the device does not have a high speed and accuracy of voltage measurement, especially at the lower frequencies of the operating range, due to the presence of an integrator in the DC signal path. In addition, given that the input resistance of the square root extraction unit is finite, a change in the resistance of the field effect transistor leads to some change in the output voltage of the device in the operating frequency range, which also affects the measurement accuracy.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение быстродействия и точности измерения напряжения.The technical result of the claimed utility model is to increase the speed and accuracy of voltage measurement.
Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство для измерения действующего значения переменного напряжения, содержащее квадратор, компаратор, преобразователь частота-напряжение и блок извлечения квадратного корня, выход которого является выходом устройства, вход которого соединен с входом квадратора и входом компаратора, выход которого соединен с входом преобразователя частота-напряжение, дополнительно введены перестраиваемый режекторный фильтр и гиперболический преобразователь, причем выход квадратора соединен с входом перестраиваемого режекторного фильтра, выход которого соединен с входом блока извлечения квадратного корня, а выход преобразователя частота-напряжение соединен с входом гиперболического преобразователя, выход которого соединен с управляющим входом перестраиваемого режекторного фильтра. Перестраиваемый режекторный фильтр содержит операционный усилитель, первый и второй резисторы, первый и второй конденсаторы и первый и второй полевые транзисторы, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен со вторым выводом второго резистора и выходом перестраиваемого режекторного фильтра, вход которого соединен со вторым выводом первого резистора, стоком первого полевого транзистора и первым выводом первого конденсатора, второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и истоками первого и второго полевых транзисторов, затворы которых объединены и соединены с управляющим входом перестраиваемого режекторного фильтра, а сток второго полевого транзистора соединен с первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала.The specified technical result is achieved by the fact that in a known device for measuring the effective value of the alternating voltage, comprising a quadrator, a comparator, a frequency-voltage converter and a square root extraction unit, the output of which is the output of the device, the input of which is connected to the input of the quadrator and the input of the comparator, the output of which connected to the input of the frequency-voltage converter, a tunable notch filter and a hyperbolic converter are additionally introduced, and the square output and connected to an input of a tunable notch filter, whose output is connected to an input of a square root extractor, and the inverter output frequency-to-voltage connected to the input of a hyperbolic converter whose output is connected to a control input of the tunable notch filter. The tunable notch filter comprises an operational amplifier, first and second resistors, first and second capacitors and first and second field effect transistors, the first terminals of the first and second resistors being connected to the inverting input of the operational amplifier, the output of which is connected to the second terminal of the second resistor and the output of the tunable notch filter the input of which is connected to the second terminal of the first resistor, the drain of the first field-effect transistor and the first terminal of the first capacitor, the second terminal of which о is connected to the non-inverting input of the operational amplifier and the sources of the first and second field-effect transistors, the gates of which are combined and connected to the control input of the tunable notch filter, and the drain of the second field-effect transistor is connected to the first terminal of the second capacitor, the second terminal of which is connected to the zero potential bus.
Существенными отличиями предлагаемого устройства являются введение перестраиваемого режекторного фильтра и гиперболического преобразователя, а также новая организация связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышения быстродействия и точности устройства.Significant differences of the proposed device are the introduction of a tunable notch filter and a hyperbolic transducer, as well as a new organization of relations between the elements of the device. The combination of elements and the relationships between them ensure the achievement of a positive effect - improving the speed and accuracy of the device.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, на фиг. 2 - схема перестраиваемого режекторного фильтра.The essence of the utility model is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a functional diagram of the device, in FIG. 2 is a diagram of a tunable notch filter.
Устройство (фиг. 1) содержит квадратор 1, компаратор 2, преобразователь частота-напряжение 3, блок извлечения квадратного корня 4, перестраиваемый режекторный фильтр 5 и гиперболический преобразователь 6.The device (Fig. 1) comprises a
Компаратор 2 предназначен для формирования напряжения прямоугольной формы u5 из входного синусоидального напряжения uвх. Преобразователь частота-напряжение 3 преобразует частоту входного сигнала fвх в напряжение u4 постоянного тока положительной полярности, пропорциональное частоте fвх. Гиперболический преобразователь 6 формирует на своем выходе напряжение u5, обратно пропорциональное его входному напряжению u4.The
Перестраиваемый режекторный фильтр 5 выполнен на базе моста Вина (фиг. 2) и содержит операционный усилитель 7, два резистора 8, 9, два конденсатора 10, 11 и два n-канальных полевых транзисторов 12, 13 с управляющим p-n переходом.The
Перестраиваемый режекторный фильтр 5 предназначен для подавление сигналов резонансной частоты, на которую он настроен, в рабочем диапазоне частот. В связи с тем, что при прохождении сигнала через квадратор 1 происходит удвоение частоты, то резонансная частота режекторного фильтра 5 выбирается в два раза выше частоты fвх входного напряжения. Для режекторного фильтра 5 необходимо выдержать следующие соотношения между компонентами его схемы:
где Rт12, Rт13 - сопротивление полевых транзисторов 12, 13;where R t12 , R t13 - the resistance of the field-
fвх - частота входного напряжения.f I - the frequency of the input voltage.
Устройство работает следующим образом. Измеряемое напряжение переменного тока uвх подается на вход квадратора 1, на выходе которого формируется напряжение u1 (фиг. 3):The device operates as follows. The measured AC voltage u Rin is input to
где Um вх - амплитуда измеряемого входного напряжения;where U m I - the amplitude of the measured input voltage;
ω=2πfвх - круговая частота входного напряжения.ω = 2πf in - the circular frequency of the input voltage.
Режекторный фильтр 5 подавляет переменную составляющую с частотой сигнала 2ω, в результате на его выходе имеем напряжение u2:The
После операции извлечения квадратного корня в блоке извлечения квадратного корня 4 на выходе устройства формируется напряжение uвых (фиг. 3):After the operation of extracting the square root in the block extracting the
Таким образом, выходное постоянное напряжение uвых устройства не содержит переменной составляющей, а его величина равна действующему значению входного напряжения uвх.Thus, the output constant voltage u of the output device does not contain a variable component, and its value is equal to the effective value of the input voltage u in .
Для того, чтобы подавление переменной составляющей напряжения происходило в широком диапазоне частот необходимо изменять резонансную частоту режекторного фильтра 5 пропорционально изменению частоты входного сигнала fвх. Для этой цели производится перестройка резонансной частоты режекторного фильтра 5 в зависимости от частоты fвх измеряемого напряжения uвх. Выходное напряжение u4 преобразователя частота-напряжение 3 пропорциональное частоте fвх входного напряжения uвх подается на вход гиперболического преобразователя 6, напряжение на выходе которого определяется выражением:In order for the suppression of the variable component of the voltage to occur in a wide range of frequencies, it is necessary to change the resonant frequency of the
где K1 - коэффициент передачи преобразователя частота-напряжение 3.where K 1 is the transfer coefficient of the frequency-
Напряжение u5 подается на управляющий вход режекторного фильтра 5 и изменяет сопротивление полевых транзисторов 12, 13 в обратно пропорциональной зависимости от частоты fвх.The voltage u 5 is supplied to the control input of the
где Rт0 - сопротивление полевых транзисторов 12, 13 при напряжении управления u5 на затворе равным нулю.where R t0 is the resistance of field-
При этом выражение для резонансной частоты fp режекторного фильтра 5 с учетом (1) будет иметь вид:Moreover, the expression for the resonant frequency f p of the notch filter 5, taking into account (1), will have the form:
где Rт - сопротивление полевых транзисторов 12, 13;where R t is the resistance of the field-
С - емкость конденсаторов С10, С11.C is the capacitance of capacitors C 10 , C 11 .
Из формулы (2) с учетом fp = 2fвх следует выражение для выбора коэффициента передачи преобразователя частота-напряжение 3:From the formula (2), taking into account f p = 2f I, follows the expression for choosing the transmission coefficient of the frequency-voltage converter 3:
Благодаря автоматическому изменению резонансной частоты перестраиваемого режекторного фильтра 5 пропорционально изменению частоты fвх входного сигнала uвх выходное постоянное напряжение uвых устройства не содержит переменной составляющей.Due to the automatic change in the resonant frequency of the
Таким образом, за счет отсутствия в предлагаемой полезной модели интегратора обеспечивается повышение быстродействия и точности измерения напряжения.Thus, due to the lack of an integrator in the proposed utility model, an increase in speed and accuracy of voltage measurement is provided.
При практической реализации предлагаемого устройства незначительные пульсации выходного напряжения uвых, обусловленные искажениями формы синусоидального напряжения и неточностью перестройки режекторного фильтра 5 можно устранить включением после режекторного фильтра 5 фильтра низкой частоты с небольшой постоянной времени, что существенно не скажется на быстродействии устройства. При построении квадратора 1 и гиперболического преобразователя 6 можно использовать перемножители напряжений на микросхеме КР525ПС3. Компаратор 2 может быть интегральным типа К554СА3 либо выполнен операционном усилителе. В качестве блока извлечения квадратного корня 4 можно использовать схему на операционном усилителе, включив квадратор в цепь его отрицательной обратной связи. В качестве полевых транзисторов предпочтительно использовать согласованные пары в транзисторных сборках, например, типа КР504НТ3. При построении преобразователя частота-напряжение 3 можно использовать преобразователь на микросхеме КР1108ПП1.In the practical implementation of the proposed device, minor ripple of the output voltage u o , due to distortions in the shape of the sinusoidal voltage and inaccurate tuning of the
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016113225/28U RU164356U1 (en) | 2016-04-06 | 2016-04-06 | DEVICE FOR MEASURING THE ACTUAL VALUE OF VARIABLE VOLTAGE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016113225/28U RU164356U1 (en) | 2016-04-06 | 2016-04-06 | DEVICE FOR MEASURING THE ACTUAL VALUE OF VARIABLE VOLTAGE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU164356U1 true RU164356U1 (en) | 2016-08-27 |
Family
ID=56893101
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016113225/28U RU164356U1 (en) | 2016-04-06 | 2016-04-06 | DEVICE FOR MEASURING THE ACTUAL VALUE OF VARIABLE VOLTAGE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU164356U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU211821U1 (en) * | 2022-03-22 | 2022-06-23 | Евгений Борисович Колесников | AC/DC VOLTAGE MEASURING CONVERTER |
-
2016
- 2016-04-06 RU RU2016113225/28U patent/RU164356U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU211821U1 (en) * | 2022-03-22 | 2022-06-23 | Евгений Борисович Колесников | AC/DC VOLTAGE MEASURING CONVERTER |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107449949B (en) | Device for applying DC bias voltage to AC sine wave signal source | |
RU164356U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE ACTUAL VALUE OF VARIABLE VOLTAGE | |
RU187664U1 (en) | HARMONIC FREQUENCY METER | |
RU168459U1 (en) | AC VOLTAGE TRANSMITTER | |
RU167707U1 (en) | HARMONIC FREQUENCY METER | |
CN203054092U (en) | Apparatus for extracting DC (direct current) signal from AC-DC (alternating current-direct current) superposed signal | |
RU163965U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE ACTUAL VALUE OF VARIABLE VOLTAGE | |
RU163765U1 (en) | AC VOLTAGE TRANSMITTER | |
RU163968U1 (en) | AC VOLTAGE TRANSMITTER | |
RU165619U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE ACTUAL VALUE OF VARIABLE VOLTAGE | |
RU163230U1 (en) | AC VOLTAGE TRANSMITTER | |
RU2644612C1 (en) | Measuring transducer of variable voltage into constant one | |
RU187745U1 (en) | HARMONIC FREQUENCY METER | |
RU206669U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING ACTUAL VALUE OF AC VOLTAGE | |
RU143538U1 (en) | DEVICE FOR ANALOGUE POWER COEFFICIENT SENSOR | |
RU187663U1 (en) | AC VOLTAGE TRANSMITTER | |
RU168701U1 (en) | HARMONIC FREQUENCY METER | |
CN204373709U (en) | A kind of electromagnetic flowmeter signal treatment circuit system | |
RU163966U1 (en) | AC VOLTAGE TRANSMITTER | |
RU222789U1 (en) | HARMONIC SIGNAL FREQUENCY METER | |
CN110824250A (en) | Device for measuring inductance L and ESR in large frequency range | |
RU2260190C1 (en) | Relaxation measuring device for parameters of cg-dipole | |
CN110007166A (en) | A kind of method for fast measuring of frequency converter efficiency | |
CN210572495U (en) | Self-measuring circuit | |
RU223943U1 (en) | HARMONIC SIGNAL FREQUENCY METER |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20170407 |