RU165619U1 - DEVICE FOR MEASURING THE ACTUAL VALUE OF VARIABLE VOLTAGE - Google Patents

DEVICE FOR MEASURING THE ACTUAL VALUE OF VARIABLE VOLTAGE Download PDF

Info

Publication number
RU165619U1
RU165619U1 RU2016118447/28U RU2016118447U RU165619U1 RU 165619 U1 RU165619 U1 RU 165619U1 RU 2016118447/28 U RU2016118447/28 U RU 2016118447/28U RU 2016118447 U RU2016118447 U RU 2016118447U RU 165619 U1 RU165619 U1 RU 165619U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
voltage
quadrator
amplifier
Prior art date
Application number
RU2016118447/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Борисович Колесников
Original Assignee
Евгений Борисович Колесников
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Борисович Колесников filed Critical Евгений Борисович Колесников
Priority to RU2016118447/28U priority Critical patent/RU165619U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU165619U1 publication Critical patent/RU165619U1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

Устройство для измерения действующего значения переменного напряжения, содержащее первый квадратор, компаратор, преобразователь частота-напряжение, интегратор и блок извлечения квадратного корня, выход которого является выходом устройства, вход которого соединен с входами первого квадратора и компаратора, выход которого соединен с входом преобразователя частота-напряжение, отличающееся тем, что в него дополнительно введены усилитель с управляемым коэффициентом усиления, второй квадратор и сумматор, причем выход интегратора соединен с входом усилителя с управляемым коэффициентом усиления, выход которого соединен с входом второго квадратора, выходы первого и второго квадраторов подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого соединен с входом блока извлечения квадратного корня, а выход преобразователя частота-напряжение соединен с управляющим входом усилителя с управляемым коэффициентом усиления.A device for measuring the effective value of an alternating voltage, comprising a first quadrator, a comparator, a frequency-voltage converter, an integrator and a square root extraction unit, the output of which is the output of the device, the input of which is connected to the inputs of the first quadrator and comparator, the output of which is connected to the input of the frequency converter voltage, characterized in that it additionally includes an amplifier with a controlled gain, a second quadrator and an adder, and the output of the integrator is connected n with the input of an amplifier with a controlled gain, the output of which is connected to the input of the second quadrator, the outputs of the first and second quadrators are connected respectively to the first and second inputs of the adder, the output of which is connected to the input of the square root extraction unit, and the output of the frequency-voltage converter is connected to the control controlled gain amplifier input.

Description

Полезная модель относится к электроизмерительной технике, и может быть использована для измерения переменного напряжения путем преобразования его в постоянное в широком диапазоне частот.The utility model relates to electrical engineering, and can be used to measure AC voltage by converting it to DC in a wide range of frequencies.

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 (фильтра нижних частот) позволяет повысить быстродействие устройства по сравнению с аналогом, однако устройство имеет недостаточно высокое быстродействие измерения напряжения, особенно на нижних частотах рабочего диапазона, обусловленная наличием фильтра нижних частот в цепи прохождения сигнала постоянного тока.The tunable time constant of the integrator (low-pass filter) allows to increase the speed of the device compared to the analogue, however, the device does not have a high enough speed of voltage measurement, especially at low frequencies of the operating range, due to the presence of a low-pass filter in the DC signal path.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение быстродействия измерения напряжения за счет исключения фильтра нижних частот из цепи прохождения сигнала постоянного тока.The technical result of the claimed utility model is to increase the speed of voltage measurement by eliminating the low-pass filter from the DC signal path.

Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство для измерения действующего значения переменного напряжения, содержащее первый квадратор, компаратор, преобразователь частота-напряжение, интегратор и блок извлечения квадратного корня, выход которого является выходом устройства, вход которого соединен с входами первого квадратора и компаратора, выход которого соединен с входом преобразователя частота-напряжение, дополнительно введены усилитель с управляемым коэффициентом усиления, второй квадратор и сумматор, причем выход интегратора соединен с входом усилителя с управляемым коэффициентом усиления, выход которого соединен с входом второго квадратора, выходы первого и второго квадраторов подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого соединен с входом блока извлечения квадратного корня, а выход преобразователя частота-напряжение соединен с управляющим входом усилителя с управляемым коэффициентом усиления.The specified technical result is achieved by the fact that in the known device for measuring the effective value of the alternating voltage, containing the first quadrator, comparator, frequency-voltage converter, integrator and square root extraction unit, the output of which is the output of the device, the input of which is connected to the inputs of the first quadrator and comparator the output of which is connected to the input of the frequency-voltage converter, an amplifier with a controlled gain, a second quadrator and the sum are additionally introduced a torus, the integrator output being connected to an amplifier input with a controlled gain, the output of which is connected to the input of the second quadrator, the outputs of the first and second quadrators are connected respectively to the first and second inputs of the adder, the output of which is connected to the input of the square root extraction unit, and the output of the converter is frequency - the voltage is connected to the control input of the amplifier with a controlled gain.

Существенными отличиями предлагаемого устройства являются введение усилителя с управляемым коэффициентом усиления, второго квадратора и сумматора, а также новая организация связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышения быстродействия устройства.Significant differences of the proposed device are the introduction of an amplifier with a controlled gain, a second quadrator and an adder, 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 - increase the speed of the device.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. приведена функциональная схема устройства.The essence of the utility model is illustrated by drawings. In FIG. The functional diagram of the device is shown.

Устройство (фиг.) содержит квадраторы 1 и 2, интегратор 3, усилитель с управляемым коэффициентом усиления 4, сумматор 5, блок извлечения квадратного корня 6, компаратор 7 и преобразователь частота-напряжение 8.The device (Fig.) Contains quadrants 1 and 2, an integrator 3, an amplifier with a controlled gain 4, an adder 5, a square root extraction unit 6, a comparator 7, and a frequency-voltage converter 8.

Устройство работает следующим образом. Измеряемое напряжение переменного тока

Figure 00000002
подается на входы квадратора 1 и интегратора 3, на выходе которого формируется напряжение u1, сдвинутое по фазе относительно uвх на угол φ=90° в сторону отставания:The device operates as follows. Measured AC Voltage
Figure 00000002
is fed to the inputs of a quadrator 1 and an integrator 3, at the output of which a voltage u 1 is formed, shifted in phase with respect to u input by an angle φ = 90 ° in the direction of lag:

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

где

Figure 00000004
- амплитуда измеряемого входного напряжения;Where
Figure 00000004
- the amplitude of the measured input voltage;

ω - круговая частота входного напряжения;ω is the circular frequency of the input voltage;

R - сопротивление резистора интегратора;R is the resistance of the integrator resistor;

C - емкость конденсатора интегратора.C is the capacitance of the integrator capacitor.

Коэффициент усиления усилителя с управляемым коэффициентом усиления 4 выбирается таким образом, чтобы напряжение u3 на входе второго квадратора 2 было одинаковой амплитуды с напряжением uвх. Для этого необходимо выдержать следующие соотношения параметров интегратора 3 и усилителя 4:The gain of the amplifier with a controlled gain of 4 is selected so that the voltage u 3 at the input of the second quadrator 2 has the same amplitude with voltage u in . To do this, it is necessary to maintain the following ratio of the parameters of the integrator 3 and amplifier 4:

Figure 00000005
,
Figure 00000005
,

где KU - коэффициент усиления усилителя.where K U is the gain of the amplifier.

Тогда на входе второго квадратора 2 имеем напряжение:Then at the input of the second quadrator 2 we have the voltage:

Figure 00000006
.
Figure 00000006
.

Таким образом, коэффициент усиления KU усилителя 4 компенсирует изменение коэффициента передачи интегратора 3 в зависимости от частоты ω входного сигнала.Thus, the gain K U of the amplifier 4 compensates for the change in the gain of the integrator 3 depending on the frequency ω of the input signal.

На выходах квадраторов 1 и 2 формируются противофазные напряжения u2 и u4, полученные после возведения в квадрат напряжений uвх и u3, которые пульсируют с двухкратной частотой входного сигнала 2ω и имеют постоянную составляющую:At the outputs of quadrants 1 and 2, antiphase voltages u 2 and u 4 are formed , obtained after squaring the voltages u in and u 3 , which pulsate with a double frequency of the input signal 2ω and have a constant component:

Figure 00000007
;
Figure 00000008
.
Figure 00000007
;
Figure 00000008
.

После суммирования напряжений u2 и u4 в сумматоре 5 и преобразований, на его выходе имеем напряжение u5, не содержащее переменной составляющей:After summing the voltages u 2 and u 4 in the adder 5 and the transformations, at its output we have the voltage u 5 that does not contain a variable component:

Figure 00000009
.
Figure 00000009
.

После операции извлечения квадратного корня в блоке извлечения квадратного корня 6 на выходе устройства формируется напряжение uвых:After the operation of extracting the square root in the block extracting the square root 6 at the output of the device, the voltage u output is formed :

Figure 00000010
.
Figure 00000010
.

Таким образом, выходное постоянное напряжение uвых устройства не содержит переменной составляющей, а его величина равна амплитуде измеряемого входного напряжения

Figure 00000004
, то есть пропорционально действующему значению Uвх.Thus, the output constant voltage u of the output device does not contain a variable component, and its value is equal to the amplitude of the measured input voltage
Figure 00000004
, that is, in proportion to the current value of U I.

Для того, чтобы напряжения u2 и u4 на входах квадраторов 1 и 2 имели одинаковую амплитуду вне зависимости от частоты измеряемого напряжения ω, необходимо изменять коэффициент усиления усилителя 4, пропорционально изменению частоты ω.In order for the voltages u 2 and u 4 at the inputs of quadrants 1 and 2 to have the same amplitude, regardless of the frequency of the measured voltage ω, it is necessary to change the gain of amplifier 4, in proportion to the change in frequency ω.

Для этой усилитель 4 имеет управляющий вход, на который подается напряжение u7 с выхода преобразователя частота-напряжение 8 пропорциональное частоте ω входного напряжения uвх:For this amplifier 4 has a control input to which a voltage u 7 output from the frequency-to-voltage converter 8 proportional to the frequency ω of the input voltage u Rin:

Figure 00000011
,
Figure 00000011
,

где К1 - коэффициент преобразования преобразователя частота-напряжение 8.where K 1 is the conversion coefficient of the frequency-voltage converter 8.

В результате при изменении частоты измеряемого напряжения ω коэффициент усиления усилителя 4 изменяется таким образом, что общий коэффициент передачи интегратора 3 и усилителя 4 равен единице.As a result, when the frequency of the measured voltage ω changes, the gain of the amplifier 4 changes so that the total transfer coefficient of the integrator 3 and amplifier 4 is equal to unity.

При этом коэффициент преобразования К1 преобразователя частота-напряжение 8 определяется выражением:In this case, the conversion coefficient K 1 of the frequency-voltage converter 8 is determined by the expression:

Figure 00000012
,
Figure 00000012
,

где Кпр=KU/u7 - коэффициент пропорциональности канала управления усилителя 4.where K CR = K U / u 7 - the proportionality coefficient of the control channel of the amplifier 4.

Благодаря автоматическому изменению коэффициента усиления KU усилителя 4 пропорционально частоте входного напряжения ω напряжения u2 и u4 на выходах квадраторов 1 и 2 имеют одинаковую амплитуду, а выходное постоянное напряжение uвых на выходе устройства не содержит переменной составляющей.Due to the automatic change of the gain K U of the amplifier 4 in proportion to the frequency of the input voltage ω, the voltages u 2 and u 4 at the outputs of the quadrants 1 and 2 have the same amplitude, and the output constant voltage u output at the output of the device does not contain a variable component.

Таким образом, за счет отсутствия в предлагаемой полезной модели фильтра нижних частот в цепи прохождения сигнала постоянного тока обеспечивается повышение быстродействия измерения напряжения.Thus, due to the absence of a low-pass filter in the proposed utility model in the DC signal path, the speed of voltage measurement is improved.

При практической реализации предлагаемого устройства интегратор можно выполнить на операционном усилителе с времязадающей RC-цепью. При построении квадраторов 1 и 2 можно использовать перемножители напряжений на микросхеме КР525ПС3, объединив входы x и y. Усилитель с управляемым коэффициентом усиления 4 можно выполнить на перемножителе, подав входной сигнал на вход x, а сигнал управления - на вход y. Суммирующее устройство 7 представляет собой обычный сумматор на операционном усилителе. В качестве блока извлечения квадратного корня 6 можно использовать схему на операционном усилителе, включив квадратор в цепь его отрицательной обратной связи. В качестве преобразователя частота-напряжение 8 можно использовать преобразователь на микросхеме КР1108ПП1.In the practical implementation of the proposed device, the integrator can be performed on an operational amplifier with a timing RC circuit. When constructing squares 1 and 2, you can use voltage multipliers on the KR525PS3 chip, combining the inputs x and y. An amplifier with a controlled gain of 4 can be performed on the multiplier by supplying an input signal to input x, and a control signal to input y. The adder 7 is a conventional adder on an operational amplifier. As a block extracting the square root of 6, you can use the circuit on the operational amplifier, including a quad in the circuit of its negative feedback. As a frequency-voltage converter 8, you can use the Converter on the chip KR1108PP1.

В реальном устройстве незначительные пульсации выходного напряжения, обусловленные искажениями формы синусоидального напряжения и неточностью перестройки усилителя с управляемым коэффициентом усиления 4 можно устранить включением фильтра низкой частоты с небольшой постоянной времени после сумматора 5, что существенно не скажется на быстродействии устройства.In a real device, insignificant ripple of the output voltage due to distortion of the sinusoidal voltage shape and inaccurate tuning of the amplifier with a controlled gain of 4 can be eliminated by turning on the low-pass filter with a small time constant after the adder 5, which will not significantly affect the speed of the device.

Claims (1)

Устройство для измерения действующего значения переменного напряжения, содержащее первый квадратор, компаратор, преобразователь частота-напряжение, интегратор и блок извлечения квадратного корня, выход которого является выходом устройства, вход которого соединен с входами первого квадратора и компаратора, выход которого соединен с входом преобразователя частота-напряжение, отличающееся тем, что в него дополнительно введены усилитель с управляемым коэффициентом усиления, второй квадратор и сумматор, причем выход интегратора соединен с входом усилителя с управляемым коэффициентом усиления, выход которого соединен с входом второго квадратора, выходы первого и второго квадраторов подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого соединен с входом блока извлечения квадратного корня, а выход преобразователя частота-напряжение соединен с управляющим входом усилителя с управляемым коэффициентом усиления.
Figure 00000001
A device for measuring the effective value of an alternating voltage, comprising a first quadrator, a comparator, a frequency-voltage converter, an integrator and a square root extraction unit, the output of which is the output of the device, the input of which is connected to the inputs of the first quadrator and comparator, the output of which is connected to the input of the frequency converter voltage, characterized in that it additionally includes an amplifier with a controlled gain, a second quadrator and an adder, and the output of the integrator is connected n with the input of an amplifier with a controlled gain, the output of which is connected to the input of the second quadrator, the outputs of the first and second quadrators are connected respectively to the first and second inputs of the adder, the output of which is connected to the input of the square root extraction unit, and the output of the frequency-voltage converter is connected to the control controlled gain amplifier input.
Figure 00000001
RU2016118447/28U 2016-05-11 2016-05-11 DEVICE FOR MEASURING THE ACTUAL VALUE OF VARIABLE VOLTAGE RU165619U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016118447/28U RU165619U1 (en) 2016-05-11 2016-05-11 DEVICE FOR MEASURING THE ACTUAL VALUE OF VARIABLE VOLTAGE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016118447/28U RU165619U1 (en) 2016-05-11 2016-05-11 DEVICE FOR MEASURING THE ACTUAL VALUE OF VARIABLE VOLTAGE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU165619U1 true RU165619U1 (en) 2016-10-27

Family

ID=57216748

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016118447/28U RU165619U1 (en) 2016-05-11 2016-05-11 DEVICE FOR MEASURING THE ACTUAL VALUE OF VARIABLE VOLTAGE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU165619U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU168373U1 (en) DEVICE FOR MEASURING FREQUENCY OF THREE-PHASE SINUSOIDAL VOLTAGE
RU165619U1 (en) DEVICE FOR MEASURING THE ACTUAL VALUE OF VARIABLE VOLTAGE
RU168459U1 (en) AC VOLTAGE TRANSMITTER
RU167707U1 (en) HARMONIC FREQUENCY METER
RU163965U1 (en) DEVICE FOR MEASURING THE ACTUAL VALUE OF VARIABLE VOLTAGE
RU187664U1 (en) HARMONIC FREQUENCY METER
RU166785U1 (en) AC VOLTAGE TRANSMITTER
RU167006U1 (en) AC VOLTAGE TRANSMITTER
RU206669U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ACTUAL VALUE OF AC VOLTAGE
RU195861U1 (en) AC / DC TRANSMITTER
RU163765U1 (en) AC VOLTAGE TRANSMITTER
RU163230U1 (en) AC VOLTAGE TRANSMITTER
RU168701U1 (en) HARMONIC FREQUENCY METER
RU2644612C1 (en) Measuring transducer of variable voltage into constant one
CN103595392A (en) Realization circuit and realization method for charge control type memristor
RU187663U1 (en) AC VOLTAGE TRANSMITTER
RU189717U1 (en) DEVICE FOR MEASURING THE FREQUENCY OF THREE-PHASE SINUSOIDAL VOLTAGE
RU164356U1 (en) DEVICE FOR MEASURING THE ACTUAL VALUE OF VARIABLE VOLTAGE
RU222789U1 (en) HARMONIC SIGNAL FREQUENCY METER
RU205166U1 (en) AC / DC MEASURING CONVERTER
RU206323U1 (en) HARMONIC SIGNAL FREQUENCY DIVIDER
RU215007U1 (en) ACTIVE POWER TO DC VOLTAGE CONVERTER
RU222700U1 (en) HARMONIC SIGNAL FREQUENCY METER
RU225745U1 (en) HARMONIC SIGNAL FREQUENCY DIVIDER
RU169243U1 (en) HARMONIC FREQUENCY METER

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20200512