RU222351U1 - Регулируемый измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к электроизмерительной технике, и может быть использована для измерения переменного напряжения в широком диапазоне частот путем преобразования его в постоянное. Измерительный преобразователь содержит два управляемых фазосмещателя, входы которых подключены к входу измерительного преобразователя, компаратор, одновибратор, преобразователь частота-напряжение, интегратор со сбросом, источник задающего сигнала и сумматор, причем выход компаратора соединен с входом преобразователя частота-напряжение и входом одновибратора, выход которого соединен с входом интегратора со сбросом, вход сброса которого подключен к выходу преобразователя частота-напряжение, выход интегратора со сбросом соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с управляющим входом первого управляемого фазосмещателя, выход которого является выходом измерительного преобразователя, выход источника задающего сигнала соединен со вторым входом сумматора, дополнительно введен второй управляемый фазосмещатель, а вход управления измерительного преобразователя соединен с управляющим входом второго управляемого фазосмещателя, выход которого соединен с входом компаратора.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей преобразователя за счет обеспечения возможности регулирования и реверсирования его выходного напряжения. 3 ил.

Description

Полезная модель относится к электроизмерительной технике, и может быть использована для измерения переменного напряжения в широком диапазоне частот путем преобразования его в постоянное.

Известен измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное [Патент на ПМ №166785 РФ, МПК G01R 19/22, опубл. 10.12.2016 г.], содержащий управляемый фазосмещатель, первый и второй квадраторы, сумматор и блок извлечения квадратного корня, фазовый детектор, ПИ-регулятор и источник задающего сигнала, причем вход преобразователя соединен с входами первого квадратора и управляемого фазосмещателя, выход которого соединен с входом второго квадратора, а выходы первого и второго квадраторов подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого через блок извлечения квадратного корня соединен с выходом преобразователя, вход и выход управляемого фазосмещателя соединены соответственно с первым и вторым входами фазового детектора, выход которого соединен с первым входом ПИ-регулятора, второй вход которого соединен с выходом источника задающего сигнала, а выход ПИ-регулятора присоединен к управляющему входу управляемого фазосмещателя

Недостатком данного преобразователя является наличие ПИ-регулятора, работа которого характеризуется временем регулирования, обусловленным наличием интегральной составляющей у ПИ-регулятора. В результате этого регулируемая величина достигает требуемого значения через некоторое время, называемое временем установления, и преобразователь обладает низким быстродействием. Кроме того, наличие переходного процесса снижает точность преобразователя в переходных режимах.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное [Патент на ПМ №211821 РФ, МПК G01R 19/22, опубл. 23.06.2022 г.] содержащий управляемый фазосмещатель, вход которого подключен к входу измерительного преобразователя, источник задающего сигнала и сумматор, неуправляемый фазосмещатель, компаратор, одновибратор, преобразователь частота-напряжение и интегратор со сбросом, причем вход измерительного преобразователя через неуправляемый фазосмещатель соединен с входом компаратора, выход которого соединен с входом преобразователя частота-напряжение и входом одновибратора, выход которого соединен с входом интегратора со сбросом, вход сброса которого подключен к выходу преобразователя частота-напряжение, выход интегратора со сбросом соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с управляющим входом управляемого фазосмещателя, выход которого является выходом измерительного преобразователя, а выход источника задающего сигнала соединен со вторым входом сумматора.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком данного преобразователя является отсутствие возможности регулирования выходного напряжения, кроме того, он не обеспечивает изменение его полярности.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей преобразователя за счет обеспечения возможности регулирования и реверсирования его выходного напряжения.

Указанный технический результат достигается тем, что в известный измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий первый управляемый фазосмещатель, вход которого подключен к входу измерительного преобразователя, компаратор, одновибратор, преобразователь частота-напряжение, интегратор со сбросом, источник задающего сигнала и сумматор, причем выход компаратора соединен с входом преобразователя частота-напряжение и входом одновибратора, выход которого соединен с входом интегратора со сбросом, вход сброса которого подключен к выходу преобразователя частота-напряжение, выход интегратора со сбросом соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с управляющим входом управляемого фазосмещателя, выход которого является выходом измерительного преобразователя, а выход источника задающего сигнала соединен со вторым входом сумматора, дополнительно введен второй управляемый фазосмещатель, управляющий вход которого является входом управления измерительного преобразователя, вход которого через второй управляемый фазосмещатель соединен с входом компаратора.

Существенными отличиями предлагаемого измерительного преобразователя являются введение второго управляемого фазосмещателя, а также организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - расширение функциональных возможностей преобразователя.

Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 приведена функциональная схема регулируемого измерительного преобразователя, на фиг.

2 - временные диаграммы напряжений u_вх, u_y, u₁, u₂, u₄, u₅, u₇ и u_выx, на фиг. 3 - регулировочная характеристика преобразователя.

Измерительный преобразователь (фиг.1) содержит первый управляемый фазосмещатель 1, второй управляемый фазосмещатель 2, компаратор 3, преобразователь частота-напряжение 4, одновибратор 5, интегратор со сбросом 6, сумматор 7 и источник задающего сигнала 8.

Измерительный преобразователь работает следующим образом. Входное синусоидальное напряжение г_вх=U_mвхsinωt с частотой ω = 2πf подается на входы первого управляемого фазосмещателя 1 и второго управляемого фазосмещателя 2. На выходе второго управляемого фазосмещателя 2 формируется напряжение u₁ с неизменной амплитудой U_mвx, сдвинутое по фазе относительно u_вх на угол, определяемый напряжением управления u_y и подается на вход компаратора 3 (фиг.2). Компаратор 3 преобразует это напряжение в напряжение u₂ прямоугольной формы (фиг.2), которое подается на входы преобразователя частота-напряжение 4 и одновибратора 5.

По фронтам импульсов напряжения u₂ запускается одновибратор 5 и на его выходе формируются узкие импульсы u₄ фиксированной длительности с частотой со, которые подаются на вход сброса интегратора со сбросом 6. Одновременно преобразователь частота-напряжение 4 преобразует частоту этих импульсов в постоянное напряжение U₃ (фиг.2).

Выходное напряжение U₃ преобразователя частота-напряжение 4 поступает на вход интегратора со сбросом 6.

На выходе интегратора со сбросом 6 формируется пилообразное напряжение u₅ отрицательной полярности с частотой ƒ входного напряжения преобразователя, амплитудой 10 В.

Таким образом, при выборе неизменной постоянной интегрирования RC интегратора со сбросом 6 амплитуда его выходного напряжения U_5m не зависит от частоты входного напряжения u_вх во всем рабочем диапазоне частот.

Выходное напряжение u₅ интегратора со сбросом 6 суммируется в сумматоре 7 с напряжением смещения u₆=U_CM=5 В, поступающего от источника задающего сигнала 8. При этом коэффициент передачи сумматора 7 выбран равным 2, и на его выходе формируется переменное спадающее пилообразное напряжение u₇ амплитудой 10 В. Это напряжение подается на управляющий вход управляемого фазосмещателя 1.

В устройстве применены управляемые фазосмещатели 1 и 2, которые позволяет линейно изменять фазу ср входного сигнала от -180° до +180° при изменении величины управляющего напряжения от -10 В до +10 В (фиг.2). Это пилообразное управляющее напряжение u₇, воздействуя на управляемый фазосмещатель 1, изменяет фазу ϕ его входного сигнала от -180° до+180° с частотой ƒ входного напряжения (фиг.2).

В результате, учитывая то, что коэффициент передачи второго управляемого фазосмещателя 2 составляет К_п2=18°Uy, уравнение регулировочной характеристики регулируемого измерительного преобразователя, будет иметь вид:

Из полученного выражения и временных диаграмм (фиг.2) видно, что при равенстве частот входного и пилообразного напряжений, частота выходного напряжения преобразователя равна нулю, то есть имеет место преобразование переменного напряжения в постоянное. При этом величина выходного постоянного напряжения преобразователя зависит от величины напряжения управления и амплитуды входного напряжения . Регулировочная характеристика преобразователя приведена на фиг.3.

На фиг.2 показано, что в интервале времени 0 - t₁ на входе преобразователя присутствует синусоидальное напряжение амплитудой и частотой

При этом напряжение управления установлено и фазовый сдвиг напряжения на выходе второго фазосмещателя 2 составляет -90° (фиг.2). В результате обработки сигнала преобразователем на его выходе формируется постоянное напряжение:

В интервале времени t₁ - t₂ на входе преобразователя присутствует синусоидальное напряжение амплитудой и частотой ω. При этом напряжение управления установлено и фазовый сдвиг напряжения u₁ на выходе второго фазосмещателя 2 составляет 0° (фиг.2). В результате обработки сигнала преобразователем на его выходе формируется постоянное напряжение:

В интервале времени t₂>t₃ на входе преобразователя присутствует синусоидальное напряжение амплитудой и частотой При этом напряжение управления установлено и фазовый сдвиг напряжения на выходе второго фазосмещателя 2 составляет +45° (фиг.2). В результате обработки сигнала преобразователем в соответствии с регулировочной характеристикой (фиг.3) на его выходе формируется постоянное напряжение:

Таким образом, преобразователь позволяет регулировать постоянное выходное напряжения преобразователя под воздействием напряжения управления Кроме того, изменением знака напряжения управления можно изменять полярность (реверсировать) выходного напряжения преобразователя.

Применение в измерительном преобразователе второго управляемого фазосмещателя позволяет добиться требуемого технического результата - расширение функциональных возможностей преобразователя за счет обеспечения возможности регулирования и реверсирования его выходного напряжения.

При практической реализации предлагаемого регулируемого измерительного преобразователя управляемые фазосмещатели 1 и 2 можно выполнить по схеме (Патент на ПМ №206198 РФ, G01R 19/22. Управляемый фазовращатель, опубл. 30.08.2021 г.). Компаратор 3 можно выполнить на микросхеме К554СА3. В качестве преобразователя частота-напряжение 4 можно использовать преобразователь на микросхеме КР1108ПП1. Одновибратор 5 можно выполнить на микросхеме К561АГ1. Интегратор со сбросом 6 можно выполнить на операционном усилителе (ОУ) по схеме (В.Г. Гусев, Ю.М. Гусев. Электроника и микропроцессорная техника. - М.: Высш. шк., 2005. - стр. 459, рис. 6.18, в). Сумматор 7 представляет собой неинвертирующий сумматор на ОУ с коэффициентом передачи равным 2. Источник задающего сигнала 8 представляет собой обычный источник стабильного напряжения.

Claims (1)

1. Регулируемый измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий первый управляемый фазосмещатель, вход которого подключен к входу измерительного преобразователя, компаратор, одновибратор, преобразователь частота-напряжение, интегратор со сбросом, источник задающего сигнала и сумматор, причем выход компаратора соединен с входом преобразователя частота-напряжение и входом одновибратора, выход которого соединен с входом интегратора со сбросом, вход сброса которого подключен к выходу преобразователя частота-напряжение, выход интегратора со сбросом соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с управляющим входом управляемого фазосмещателя, выход которого является выходом измерительного преобразователя, а выход источника задающего сигнала соединен со вторым входом сумматора, отличающийся тем, что в него дополнительно введен второй управляемый фазосмещатель, управляющий вход которого является входом управления измерительного преобразователя, вход которого через второй управляемый фазосмещатель соединен с входом компаратора.

Images