SU1107064A1

SU1107064A1 - Device for converting rms value of ac voltage to dc voltage

Info

Publication number: SU1107064A1
Application number: SU823441026A
Authority: SU
Inventors: Наталья Николаевна Андрусяк; Степан Алексеевич Андрусяк; Владимир Иванович Боднарук; Василий Иванович Матвиив
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6237
Priority date: 1982-05-20
Filing date: 1982-05-20
Publication date: 1984-08-07

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащее два терморезистивных преобразовател , образованных нагревателем и терморезистором, причем вход устройства подключен через первый резистор и первый нагреватель к общей шине, через усилитель-ограничитель и первый управл емый делитель напр жени - к одному из входов сумматора, через первый и второй резисторы - к второму входу сумматора , выход которого через третий резистор и второй нагреватель соединен с общей шиной, первый усилитель. один из входов которого через первый терморезистор соединен с его выходом, а через второй терморезист )р - с общей шиной, источник опорного напр жени , непосредственно подключенный к первым входам второго и третьего усилителей, а через первый делитель напр жени - к другому входу первого усилител , причем второй вход второго усилител соединен с выходом первого усилител , выход устройства подключен к выходу вто-. рого усилител и соединен непосредственно с управл ющим входом первого управл емого делител напр жеi Яи , а через второй делитель напр (Л С жени - с вторым входом третьего усилител , отличающеес тем, что, с целью повьппени точности , в него дополнительно введены § генератор переменного напр жени и второй управл емый делитель напр жени , включенные последовательно между общей шиной и другим входом сумматора, причем управл ннций вход второго управл емого делител напр жени соединен с выходом третьего усилител , о 4iDEVICE FOR CONVERTING rms AC to DC comprising two thermoresistive of the transducer formed by the heater and the thermistor, wherein the device inlet is connected via a first resistor and a first heater to a common bus through a limiting amplifier and a first controllable voltage divider - to one of the inputs the adder, through the first and second resistors to the second input of the adder, the output of which is connected to the common bus through the third resistor and the second heater, left amplifier. one of the inputs of which is connected to its output through the first thermistor, and through a second thermistor (p) to a common bus, a source of reference voltage directly connected to the first inputs of the second and third amplifiers, and through the first voltage divider to another input of the first amplifier the second input of the second amplifier is connected to the output of the first amplifier, the device output is connected to the output of the second. The amplifier is connected directly to the control input of the first controlled splitter, Yay, and via the second splitter, for example, to the second input of the third amplifier, characterized in that, in order to ensure accuracy, an alternator is introduced into it. voltage and the second controlled voltage divider connected in series between the common bus and another input of the adder, the control input of the second controlled voltage divider connected to the output of the third amplifier, about 4i

Description

f1 Изобретение относитс к электроизмерительной технике и может быть использовано в аналоговых и цифровых измерител х переменного напр жени . Известно устройство среднеквадратичного значени переменного напр жени , содержащее два терморезистивных преобразовател , включающих нагреватель и терморезистор, вход устройства соединен с нагреват лем первого термопреобразовател , операционный усилитель, вход которого через первый резистор и терморезистор первого преобразовател со единен с общей шиной, вход операцио ного усилител соедине через второ резистор и терморезистор второго термопреобразовател с общей шиной и через третий резистор также с общей шиной, выход операционного усил тел ,, который вл етс выходом преобразовател , через дел1.тель напр ж , ни соединен с нагревателем второго термопреобразовател 1 . Недостатком устройства вл етс низка точность преобразовани , св занна с неодинаковым реагированием термопреобразователей на посто нный и переменный ток. Наиболее близким техническим решением к изобретению вл етс устройство среднеквадратического значени переменного напр жени в посто нное , содержащее первый и второй терморезистивные преобразователи, . первые выводы нагревателей которых соединены с общей шиной, второй вывод нагревател первого терморезистивного преобразовател соединен с объединенными первыми выводами первого и второго ограничительных рези торов, второй вывод первого из кото рых соединен с входной тиной, второй вывод нагревател второго термо резистивного преобразовател (ТРП) соединен с первым г,ыводом третьего ограничительного резистора, а первы вывод терморезистора этого преобразовател соединен с общей шиной, источник опорного напр жени (ИОН) , первый вывод которого соединен с об щей тиной, а второй - через делител напр жени с первым входом первого операционного усилител , второй вход которого соединен с первым выводом терморезистора первого ТРП, 4 второй операционный усилитель, выход которого соединен с выходной шиной, второй делитель напр жени , третий операционный усилитель, сумматор напр жений , управл емый делитель напр жени и усилитель-ограничитель, причем второй вывод терморезистора первого ТРП соединен с выходом первого операционного усилител и первым входом второго операционного усилител , второй вход которого соединен с вторым выводом источника опорного напр жени и первым входом третьего операционного усилител , второй вход которого через второй делитель напр жени соединен с выходной шиной , а выход - с вторым выводом второго ограничительного резистора и первым входом сумматора напр жени , выход которого соединен с вторым выводом третьего ограничительного резистора, а второй вход - с выходом управл емого делител напр жени , управл ющий вход которого соединен с выходной шиной, вход - с выходом усилител -ограничител , вход которого соединен с входной шиной, а второй вывод терморезистора второй ТРП соединен с вторым входом первого операционного усилител 21. Недостатком известного устройства вл етс ограниченна точность, вызванна неодинаковым реагированием ТРП на посто нный и переменный ток вследствие эффекта Пельтье и Томсона в нагревател х ТРП. Погрешность измерений может достигать нескольких процентов в зависимости от динамического диапазона-входных сигналов. Цель изобретени - повьш1ение точности преобразовани путем устранени погрешности терморезистивных преобразователей, вызванной неодинаковым реагированием их нагревателей на посто нный и переменный ток. Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство среднеквадратического значени переменного напр жени в посто нное, содержащее два терморезистивных преобразовател , образованных соответствующим нагревателем и терморезистором, причем вход устройства подключен через первый резистор и первый нагреватель к общей шине, через усилитель-ограничитель и первый управл емый делитель млпр жени - к одному из входов сумматора,- через первый и второ резисторы - к второму входу сумматора , выход которого через третий резистор и второй нагреватель соединен с общей шиной, первый усилитель, .один из входов которого через первый терморезистор соединен с его выходом, а через второй те рморезистор - с общей шиной, источник опор-ного напр жени , непосредственно подключенный к первым входам второго и третьего усилителей, а через первый делитепь напр жени - к другому входу первого усилител , причем второй вход второго усилител соединен с выходом первого усилител выход устройства подключен к выходу второго усилител и соединен непосредственно с управл ющим входом первого управл емого делител напр жени , а через второй делитель напр жени - с вторым входом третье го усилител , дополнительно введены генератор переменного напр жени и ВТ , ;й управл емый делитель напр же ни , включенные последовательно меж ду общей шиной и другим входом сумматора , причем управл ющий вход вто рого Управл емого пелител напр жени соединен с выходом третьего уси лител . На чертеже представлена структур на схема устройства среднеквадрати ческого значени напр жени в посто нное. Устройство содержит вход 1, который через первый резистор 2 соединен с нагревателем 3 первого ТРП терморезистор 4 которого одним выво дом соединен с инвертирующим входом первого усилител 5, а вторым выводом - с его выходом и инвертирующим входим второго усилител 6, выход которого соединен с выходом устройства , который через второй делитель 7 напр жени подключен к инвертирующему входу третьего усилител 8, неинвертирующий вход которого подключен к выходу источника 9 опорног напр жени и к неинвертирующему входу первого усилител 6, а через первый управл емый делитель 10 напр жени - с неинвертирующим входом первого усилител 5. Терморезистор 11 второго ТРП одним выводом соединен с инвертирующим входом первого усилител 5, а вторым - с нагревателем 3 первого ТРП и с общей шиной котора также св зана с нагревате44 лем 12 второго ТРП, второй вывод которого через ограничительный резистор 13 св зан с выходом сумматора 14. Первый вход сумматора 14 соединен с выходом первого управл емого делител 15 напр жени , вход которого через усилитель-ограничитель 16 соединен с входом 1 преобразовател . Второй вход сумматора 14 св зан с выходом второго управл емого делител 17 напр жени , а через резистор 18 и резистор 2-е входом устройства . Вход второго управл емого делител 17 соединен через генератор 19 переменного напр жени с общей шиной. Управл юпще входы первого , 15 и второго 17 управл емых делителей напр жений соединены с выходами второго 6 и третьего 8 усилителей соответственно. Устройство работает следующим образом . В исходном состо нии, при отсутствии измер емого напр жени Ug(t) на входе 1 преобразовател , выходное напр жение Е, источника 9 опорного напр жени через первый делитель 10 напр жени (ДН), коэффициент передачи которого равен 0,5, поступает на неинвертирующий вход первого операционного усилител 5, на выходе которого по вл етс напр жение V.f R - сопротивлени терморезисторов первого и второго ТРП. При равенстве сопротивлений терморезисторов 4 и 11 на выходе первого усилител 5 устанавливаетс напр жение , равное напр жению источника 9 опорного напр жени (ИОН). Таким образом, на обоих входах второго усилител 6 действуют равные по величине и знаку напр жени , вследствие чего напр жение на его выходе, на инвертирующем входе третьего усилител 8 и на выходе преобразовател равно нулю (U5, 0). Напр жение Е с выходе ИОН 9 через третий усилитель 8 в той же пол рности поступает на управл ющий вход второго управл емого делител 17 напр жени , под действием которого переменное напр жение с выхода генератора 19 через второй управл емый делитель 12f1 The invention relates to electrical measuring equipment and can be used in analog and digital AC voltage meters. A device with an rms value of alternating voltage, containing two thermal resistance converters, including a heater and a thermistor, is known, the device input is connected to the heater of the first thermal converter, an operational amplifier whose input through the first resistor and thermistor of the first converter is connected to a common bus, the input of the operational amplifier is connected through the second resistor and thermistor of the second thermal converter with a common bus and through the third resistor also with a common bus, the output is opera ion of amp bodies ,, which is the output of the converter, through del1.tel voltage rail or connected to the second heater Thermocouples 1. A disadvantage of the device is the low conversion accuracy associated with the unequal response of the thermal converters to the direct and alternating current. The closest technical solution to the invention is a device of the root mean square value of alternating voltage to a constant, containing first and second thermal resistance transducers,. The first terminals of the heaters are connected to the common bus, the second terminal of the heater of the first thermal resistance converter is connected to the combined first terminals of the first and second restrictive resistors, the second terminal of the first of which is connected to the input bus, the second terminal of the second thermo resistive converter (TRD) is connected to the first r, the output of the third limiting resistor, and the first pin of the thermistor of this converter is connected to the common bus, the source of the reference voltage (ION), the first pin which is connected to the common base, and the second through the voltage divider to the first input of the first operational amplifier, the second input of which is connected to the first output of the thermistor of the first TRP, 4 the second operational amplifier, the output of which is connected to the output bus, the second voltage divider, the third operational amplifier, voltage adder, controlled voltage divider and amplifier-limiter, with the second output of the thermistor of the first TRP connected to the output of the first operational amplifier and the first input of the second operation A second amplifier whose second input is connected to the second output of the voltage source and the first input of the third operational amplifier, the second input of which is connected to the output bus through the second voltage divider, and the output to the second output of the second limiting resistor and the first input of the voltage adder, the output of which is connected to the second output of the third limiting resistor, and the second input to the output of a controlled voltage divider, the control input of which is connected to the output bus, the input to the output limiter whose input is connected to the input bus and the second output of the thermistor of the second TRP is connected to the second input of the first operational amplifier 21. A disadvantage of the known device is the limited accuracy caused by the different response of the TRP to the constant and alternating current due to the Peltier and Thomson effect in the heater x TRP. The measurement error can reach several percent depending on the dynamic range of the input signals. The purpose of the invention is to improve the accuracy of conversion by eliminating the error of thermal resistance transducers caused by the unequal response of their heaters to direct and alternating current. The goal is achieved by the fact that the device has an rms AC voltage constant, containing two thermal resistance transducers, formed by a corresponding heater and a thermistor, the device input is connected through the first resistor and the first heater to the common bus, through the limiting amplifier and the first controlled the divider is connected to one of the inputs of the adder, through the first and second resistors to the second input of the adder, the output of which is through the third resistor and the second The device is connected to the common bus, the first amplifier, one of the inputs of which is connected to its output through the first thermistor, and through the second thermoresistor to the common bus, a source of reference voltage directly connected to the first inputs of the second and third amplifiers, and through the first voltage divider to another input of the first amplifier, the second input of the second amplifier connected to the output of the first amplifier; the output of the device is connected to the output of the second amplifier and connected directly to the control input of the first control Voltage divider, and through the second voltage divider - with the second input of the third amplifier; alternator voltage and VT were additionally introduced; i controlled voltage divider connected in series between the common bus and the other input of the adder The control input of the second Controlled Voltage Pelitel is connected to the output of the third amplifier. The drawing shows the structures on the scheme of the device of the rms voltage value in a constant. The device contains an input 1, which through the first resistor 2 is connected to the heater 3 of the first TRP thermistor 4 of which is connected to the inverting input of the first amplifier 5 with one output and the second amplifier 6 with the output and inverting of the device to the second output which, through the second voltage divider 7, is connected to the inverting input of the third amplifier 8, the non-inverting input of which is connected to the output of the source 9 of the reference voltage and to the non-inverting input of the first amplifier 6, and Without the first controlled voltage divider 10 - with non-inverting input of the first amplifier 5. Thermistor 11 of the second TRP is connected by one output to the inverting input of the first amplifier 5, and the second to the heater 3 of the first TRP and a common bus 12 The second TRP, the second output of which is connected via the limiting resistor 13 to the output of the adder 14. The first input of the adder 14 is connected to the output of the first controlled voltage divider 15, the input of which is connected through the amplifier-limiter 16 to the input 1 Vatel. The second input of the adder 14 is connected with the output of the second controlled voltage divider 17, and through the resistor 18 and the resistor is the 2nd input of the device. The input of the second controlled divider 17 is connected via a variable voltage generator 19 to a common bus. Controlled inputs of the first, 15, and second 17 controlled voltage dividers are connected to the outputs of the second 6 and third 8 amplifiers, respectively. The device works as follows. In the initial state, in the absence of a measured voltage Ug (t) at the input 1 of the converter, the output voltage E, the source 9 of the reference voltage through the first voltage divider 10 (DN), the transmission coefficient of which is 0.5, goes to the non-inverting input of the first operational amplifier 5, at the output of which the voltage Vf R appears, is the resistance of the thermistors of the first and second TRP. If the resistances of thermistors 4 and 11 are equal, the output of the first amplifier 5 is set to a voltage equal to the voltage of the source 9 of the reference voltage (ION). Thus, both inputs of the second amplifier 6 are of equal voltage and sign, so that the voltage at its output, at the inverting input of the third amplifier 8 and at the output of the converter is zero (U5, 0). The voltage E from the output of ION 9 through the third amplifier 8 in the same polarity goes to the control input of the second controlled voltage divider 17, under the action of which the alternating voltage from the output of the generator 19 through the second controlled divider 12

напр жени поступает на второй вход сумматора 14 и резистор 18, а затем с Вогходс1 сумматора 14 на резистор 1 Переменный ток через резисторы 18 и 13 проходит через нагреватели 3 и 12 соответственно первого и второго ТРП, вьщел в них тепло Джоул что приводит к выводу обоих ТРП в исходный температурный режим. Выбором напр жени ИОН 9 и напр жени генератора 19 выбираетс положение рабочих точек ТРП на тех участках их вольт-амперных характеристик (ВАХ), где чувствительность и линейность ВАХ преобразовани оптимальны .the voltage goes to the second input of the adder 14 and the resistor 18, and then from Voghod1 the adder 14 to the resistor 1 The alternating current through the resistors 18 and 13 passes through the heaters 3 and 12, respectively, of the first and second TRP, resulting in heat Joule which leads to the output of both TRP to the original temperature. The choice of the voltage of the ION 9 and the voltage of the generator 19 selects the position of the working points of the transformer substation in those parts of their current-voltage characteristics (VAC), where the sensitivity and linearity of the VAC conversion is optimal.

При подаче измер емого напр жени Ug(t) на вход 1 преобразовател через нагреватель 3 первого ТРП протекает ток, под действием которого в нагревателе 3 выдел етс тепло Джоул и измен етс величина сопротивлени терморезистора 4, например уменьшаетс при отрицательном ТКС терморезистора. Уменьшение сопротив лени терморезистора 4 приводит к уменьшению коэффициента усилени и выходного напр жени первого усилител 5, что вызывает нарушение установленного баланса напр жений на входах второго усилител 6.When the measured voltage Ug (t) is applied to the input 1 of the converter, a current flows through the heater 3 of the first TRP, under the action of which Joule heat is generated in the heater 3 and the resistance value of the thermistor 4 changes, for example, decreases with a negative TX thermistor. Decreasing the resistance of the thermistor 4 leads to a decrease in the gain and the output voltage of the first amplifier 5, which causes a violation of the established balance of voltages at the inputs of the second amplifier 6.

Под действием разности напр жений на входах второго усилител 6 на егЬ выходе по вл етс посто нное напр жение, которое прикладываетс к управл ющему входу первого управл емого делител 15 напр жени . На его выходе получают пр моугольны двухпол рные импульсы, частота и фаза которых совпадают с частотой и фазой входного напр жени U (t) . а уровень зависит от уровн первоначального U(t), которые поступают на первый вход сумматора 14. Вследствие этого через нагреватель 12 второго ТРП протекает дополнительный переменный ток, что приводит к повьппению температуры терморезистора 11 и, как следствие, к уменьшению его сопротивлени . Последнее обсто тельство вызывает увеличение коэффициента передачи у первого усилител 5, который в установившемс тепловом режиме близок к исходному, а на выходе второго усилител 6 и выходе преобразовател установитс посто нное выходное напр жение, пропорциональное действующему значению U (t) Часть выходного напр жени через второй делитель 7 напр жени поступает на инвертирующий вход третьего усилител 8, вызыва уменьшение его выходного тока, что, в свою очередь, приводит к уменьшению переменного %ока, поступающего через делитель 17 на второй вход сумматора 14, а через него и резисторы 13 и 18 - на нагреватели 12 и 3 ТРП, чем обеспечиваетс их первоначальньй тепловой режим TepMOpesjtCTopoB 11 и 4.Under the action of the voltage difference at the inputs of the second amplifier 6, a constant voltage appears at its output, which is applied to the control input of the first controlled voltage divider 15. At its output, square two-pole pulses are obtained, the frequency and phase of which coincide with the frequency and phase of the input voltage U (t). and the level depends on the level of the original U (t), which is fed to the first input of the adder 14. Consequently, additional alternating current flows through the heater 12 of the second TRP, which leads to the temperature of the thermistor 11 and, consequently, to a decrease in its resistance. The latter circumstance causes an increase in the transmission coefficient of the first amplifier 5, which in the established thermal mode is close to the initial one, and a constant output voltage proportional to the effective value U (t) of the output voltage through the second is established at the output of the second amplifier 6 and the converter output. the voltage divider 7 is fed to the inverting input of the third amplifier 8, causing a decrease in its output current, which, in turn, leads to a decrease in the variable% of the eye entering through the divider 17 to the second input of the adder 14, and through it the resistors 13 and 18 to the heaters 12 and 3 of the TRP, which ensures their initial thermal condition TepMOpesjtCTopoB 11 and 4.

Протекание по нагревател м 3 и 12 ТРП только переменных токов ис1шючает дополнительные погрешности этих ТРП, такие как погрешность от асимметрии и перехода с посто нного на переменнь1й ток, так как эффекты Пельтье и Томсона на переменном токе не про вл ютс .The flow of only alternating currents through heaters 3 and 12 of the TRP causes additional errors from these TRPs, such as the error due to asymmetry and the transition from constant to alternating current, since the Peltier and Thomson effects on alternating current do not manifest themselves.

Таким образом, использование предлагаемого устройства в измерительной аппаратуре позволит повысить метрологические характеристики измерителей среднеквадратического сигнала переменного напр жени .Thus, the use of the proposed device in the measuring equipment will improve the metrological characteristics of the rms signal alternating voltage meter.

ff

Claims

DEVICE FOR TRANSFORMING RMS VALUE VARIABLE VOLTAGE TO CONSTANT, containing two thermoresistive converters formed by a heater and a thermistor, and the input of the device is connected through a first resistor and a first heater to a common bus, through an amplifier-limiter and the first one from a voltage input divider - through the first and second resistors - to the second input of the adder, the output of which through the third resistor and the second heater is connected to a common bus, the first an amplifier, one of whose inputs is connected through its first thermistor to its output, and through a second thermistor to a common bus, a reference voltage source directly connected to the first inputs of the second and third amplifiers, and through the first voltage divider to another input of the first amplifier, the second input of the second amplifier is connected to the output of the first amplifier, the output of the device is connected to the output of the WTO ~. This amplifier is connected directly to the control input of the first controlled voltage divider, and through the second voltage divider to the second input of the third amplifier, characterized in that, in order to increase accuracy, an alternating voltage generator and a second controlled voltage divider are included sequentially between the common bus and the other input of the adder, and the control input of the second controlled voltage divider is connected to the output of the third amplifier.

the values of the variable