SU1734030A1 - Дифференциальный указатель переменных напр жений - Google Patents

Abstract

Изобретение касаетс  электроизмерений . Сущность изобретени : устройство содержит один автоматический переключатель 1, один усилитель 2, два переменожител  3,5, два фильтра нижних частот 4,10, интегратор со сбросом 6, блок обработки 7, блок выборки и хранени  8,блок управлени  11,компаратор 12, формирователь переднего фронта 13. 1-2-10-5-6-7-8-9-11-1-3- 4-5, 12- 13-8. 2 ил.

Description

фиг 1

VI

СО 4 О CJ

о

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к классу прицизи- онных сравнивающих устройств, примен емых дл  измерени  разности интегральных значений двух напр жений пе- ременного тока, особенно в области низких частот.

Известен двухканальный дифференциальный указатель, содержащий в каждом канале последовательно соединенные по- вторитель, усилитель и преобразователь, причем выходы преобразователей соединены с соответствующими входами вычитающего устройства, а его выходы - через МДМ-усилитель соединен с индикатором.

Недостатком данного устройства  вл етс  нестабильность показаний вследствие неиндентичности коэффициентов преобразовани  каналов.

Известен дифференциальный указа- тель синфазных сигналов, а котором использован принцип сравнени  напр жений по мгновенному значению, содержащий последовательно соединенные вычитающий блок, синхронный детектор, фильтр нижних частот, усилитель посто нного тока и индикатор , причем входные шины устройства подключены ко входам вычитающего блока, а управл ющий вход синхронного детектора , через формирователь коммутирующего напр жени  соединен со входом опорного напр жени .

Недостатком известного устройства  вл етс  то, что сравнение возможно только при незначительной разности фаз сравни- ваемых сигналов. Наиболее близким по тех- нической сущности к предлагаемому устройству  вл етс  дифференциальный указатель, построенный по модул ционно- коммутационному принципу, содержащий первый усилитель, фильтр нижних частот, блок управлени , соединенный с одним из входов переключател , два других входа которого соединены с выводами источников сравниваемых сигналов, а выход переклю- чател  через второй усилитель соединен с входом измерительного преобразовател , а также два блока выборки и хранени  информации , вычитающий блок, индикатор и дополнительный усилитель и фильтр, выход которого соединен с первыми входами первого и второго блоков выборки и хранени  информации, выходы которых соединены с входами вычитающего блока, соединенного выходом с входом дополнительного усили- тел  и с входом индикатора, при этом выход дополнительного усилител  соединен с вторым входом первого блока выборки и хранени  информации, третий вход которого соединен через последовательно соединенные первый усилитель и фильтр нижних частот с одним из входов второго усилител , причем второй выход блока управлени  с вторым входом второго блока выборки и хранени  информации, а третий и четвертый выходы блока управлени  соединены с четвертым и п тым входами первого блока выборки и хранени  информации.

Уравнение преобразовани  имеет вид:

UBMX- lr, / US Ктр dtТ .2 t1 Jti

1

t3

(1)

-ir rVu2lKTpdtгде Ui и Da - входные напр жени ;

КТр - коэффициент передачи измерительного тракта;

t2-ti t3-t2 T - врем  измерени  каждого из сигналов.

Выходное напр жение, также как и в первом устройстве, пропорционально разности квадратов входных напр жений.

Недостатком данного устройства, а также его модификации  вл етс  то, что по принципу действи  оно относитс  к дифференциальным указател м разновременного сравнени , следовательно, сравнение значений двух переменных напр жений происходит поочередно и минимум за два периода частоты входных сигналов, а также присутствует погрешность измерени  из-за нестабильности коэффициента преобразовател  измерительного тракта за период измерени , равного 2 Т.

Цель изобретени  - повышение быстродействи , т.е.получение информации о разности интегральных значений сравниваемых сигналов за один их период и повышение точности измерени  путем уменьшени  вли ни  нестабильности коэффициента преобразовани  измерительного тракта.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в дифференциальный указатель, содержащий автоматический переключатель, усилитель первый фильтр нижних частот, блок управлени , первый вход которого соединен с управл ющим входом автоматического переключател , входы которого соединены с клеммами дл  подключени  источников сравниваемых сигналов, выход автоматического переключател  подключен к входу усилител , а также второй фильтр нижних частот, блок выборки и хранени  и индикатор введены первый перемножитель, последовательно соединенные второй перемножитель , интегратор со сбросом и блок коррекции, а также компаратор, вход которого подключен к одной из клемм дл  под- ключени  источников сравниваемых

сигналов, а выход через формирователь переднего фронта к управл ющим входам интегратора со сбросом, блока коррекции и блока выборки и хранени , при этом выход усилител  соединен с первым входом первого перемножител  и через второй фильтр нижних частот с первым входом второго перемножител , второй вход которого через первый фильтр нижних частот подключен к выходу первого перемножител , причем второй вход первого перемножител  соединен с вторым выходом блока управлени , а выход блока коррекции через блок выборки и хранени  подключен ко входу индикатора,

Кроме того, блок управлени  вырабатывает управл ющие напр жени  со скважностью 2 и с частотой Q котора  много больше, чем верхн   спектральна  составл юща  сравниваемых сигналов, а первый и второй фильтры нижних частот идентичны и имеют частоту среза выше верхней границы рабочего диапазона частот, но ниже Q.

Введение вышеперечисленных блоков позвол ет, несмотр  на коммутационно-модул ционный принцип сравнени , производитель измерение разности квадратов среднеквадратических значений за один период сравниваемых сигналов, то есть повысить быстродействие путем преобразовани  манипулированного напр жени  на выходе автоматического переключател  в напр жение суммы и разности входных сигналов и измерени  среднего значени  их (суммы и разности) произведени , а также обеспечива- ет существенное уменьшение погрешности из-за нестабильности коэффициента преобразовани  измерительного тракта за период измерени  путем уменьшени  времени коммутации (или увеличени  частоты комму- тации).

На фиг.1 представлена структурна  схема дифференциального указател ; на фиг,2 - временные диаграммы напр жений в различных точках устройства.

Дифференциальный указатель содержит последовательно соединенные автоматический переключатель 1, два входа которого соединены с клеммами дл  подключени  сравниваемых сигналов, усили- тель 2, первый перемножитель 3, первый фильтр нижних частот 4, второй перемножитель 5, интегратор со сбросом 6, блок коррекции 7, блок выборки и хранени  8, индикатор 9 и второй фильтр нижних частот 10, вход которого соединен с выходом усилител  2 и с первым входом первого перемножител  3, а выход - с вторым входом второго перемножител  5, а также блок управлени  11, первый выход которого под

ключен к управл ющему входу автоматического переключател  1, а второй - к второму входу первого перемножител  3, и последовательно соединенные компаратор 12 и формирователь переднего фронта 13, причем вход компаратора 12 подключен к од ной из клемм дл  подключени  сравниваемых сигналов, а выход формировател  13 - к управл ющим входам интегратора со сбросом 6, блока коррекции 7 и блока выборки и хранени  8.

Устройство работает следующим образом .

Управл ющее пр моугольное напр жение (фиг.2 а)

00

sin(2n -1 )Qt 2n -1

l i -ч V ° V. I ae l fn

Uynp-j 42n-1 P)

частота которого Q много больше высшей спектральной составл ющей сравниваемых сигналов, с выхода блока управлени  11 поступает на управл ющий вход автоматического переключател  1, который поочередно подключает сравниваемые напр жени  Ui(t) (фиг.2 б) и и2(т)(фиг.2 в) на вход усилител  2, имеющего коэффициент передачи К2. На выходе усилител  2 образуетс  манипулированное напр жение иус.(фиг.2 г).

.llQt

,U,(t,o,.«l| .

,(4tu1(i.|utwg Si-gie. si-vtgn-ilttil

U|1l|Ј;

Это напр жение поступает на второй фильтр нижних частот 9, в котором отфильтровываютс  высокочастотные составл ющие с частотами Q±w, 3 Q так далее ( со - частота входных сигналов, й)П).

Выходное напр жение второго фильтра нижних частот 9 (1)фиг2). таким образом, представл етс  в виде: К2 2

ифиг2 (t)+U2(t),

(4)

и поступает на второй вход второго перемножител  5 (фиг.2 г). На первый его вход поступает напр жение, пропорциональное разности входных сигналов. Действительно , в первом перемножителе 3 происходит перемножение выходного сигнала усилител  2 Uyc(3) и блока управлени  11 иупр(2).

V f

iypl -ViUiUi iMH

(

gss.4 ,3 кз к5 K7 . . жж

м a L гп (ч)где Ктр 4 r- общий коэффициент

7и«({)|й (ti-u,tiJ,передачи измерительного тракта.

где Кз - коэффициент передачи перемножи-Погрешность нелинейности б /2 (из-за

тел  (фиг.2 д).5 отсутстви  корнеизвлекающего устройства)

Первый фильтр нижних частот4 отфиль-свойственна дифференциальным указатетровывает составл ющие с частотамил м определ ющих разность среднеквадQ±0 ),3 У ± со и так далее,ратических значений сравниваемых сигналов

где (о - частота сигнала, и его выходноев соответствии с уравнением измерени  (1).

напр жение ифИЧ1 (фиг.2 д) можно записать10 Поскольку указатели данного типа искакпользуютс  дл  измерени  разности входЦфим-г К2 Кз (t) - U1 (t) (6)ных сигналов в основном не превышающих

2единиц процентов, то можно считать, что Выходное напр жение второго пере-иВых 2Ктр (5( д, множител  Un2 вл етс  произведением вы-15 где и И3меренн0е значениедак как походных напр жений первого и второгогрешность измерени  будет незначительна, фильтров нижних частот:Таким образом, уравнение преобразо- иП2-(ифич1 ифич2) КБ-вани  данного устройства может быть представлено в виде:

(,)-и,(,).(,)-U(,)d. (и)

(t) + Ui(t)Сравним значени  погрешностей из-за

нестабильности тракта за врем  измерени  25 в прототипе и предлагаемом устройстве.

Кз Кз Ks г у2 /1 N ц2 / t л -I s-j Предложим, что коэффициент передачи

4 тракта Ктр линейно зависит от времени, нагде Ks - коэффициент передачи второго пе-пример, в режиме прогрева:

ремножител  (фиг.2 е).K(t)KTp(1+yt)

Учитыва , что интегратор со сбросом 6 где у - скорость измерени  К, а входные

интегрирует сигнал 11П2 в течение одногосигналы Ui(t)sino t и U2(t)-() t .

периода Т входного сигнала, начина  с нул Подставив эти значени  KTp(t), Ui(t) и

(фиг.2 ж), его выходное напр жение 1)п вU2(t) в уравнение преобразовани  прототиконце каждого периодапа (1) и счита , что врем  измерени  Т равно

/Q и§ (t ) - U (t ) dt, (8)35 периоду входного сигнала, т.е.Т полгде г- посто нна  времени интегратора 6;учают: ,М,

Т-период входного сигнала.к т т

Блок коррекции 7 служит дл  исключе- 5mV H.-ip(j(i4f5;nV H jyt() x

ни  вли ни  Т на результат измерени , его40 , °

коэффициент передачи К  вл етс  функ- i«aWi-Jt 4c.idt-|rt9in«eidtJ.

цией периода входного сигнала К(Т)-у-Ki iT1- «+ef-7rT-ffrllft(

Выходное напр жение блока коррек-«« ui)b - ttco62wm.

ции под воздействием управл ющего им-45 кт -- уг -1

пульса с формировател  13 (фиг. 2.з)pl L u «o №ijзапоминаетс  блоком выборки и хранени  8или ПРИ малых значени х д

(фиг.2,и): ивых ()(12)

БВХ выхПогрешность измерени  при этом

-ЛтгЧ О-и О)- №и к a VT

к, -(1-) (13)

Подставив в (9) значени  Ui(t)sin wt и

U2(t)-(1+o)sin 0)1При подстановке исходных условий в уравгде д - относительна  разность средне-о& нение преобразовани  (11) получают .

квадратических значений, получим:т

,, к% Кз к5 к ,,. , ,„, )1 1 Увых - 0 (+0/2)то

ИЛИ

4 Тк

(1+ 5 /2) , (10) j{Hyl)(2S(uS 2ls;n2Mi Jt.

чае

,,,4т-

т„

Jteoe««ot lt-kTpS(((fЈ

или при малых значени х 5

(1+-)(14)

Погрешность измерени  Па в этом слу-

п,.

Claims (1)

1. Сравнива  погрешность Пт и Па, очевидно , что погрешность измерени  в пред- лагаемом устройстве существенное ниже, особенно при измерении малых значений д Формула изобретени  Дифференциальный указатель переменных напр жений, содержащий автома- тический переключатель, усилитель, первый фильтр нижних частот, блок управлени , первый выход которого соединен с управл ющим входом автоматического переключател , входы которого соединены с клеммами дл  под-

   ключени  источников сравниваемых сигналов , выход автоматического переключател  соединен с входом усилител , второй фильтр нижних частот, блок выборки и хранени , индикатор, отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи  и точности измерений, в него введены первый перемножитель, последовательно соединенные второй перемножитель, интегратор со сбросом и блок коррекции, а также компаратор , вход которого подключен к одной из клемм дл  подключени  источников сравниваемых сигналов, а выход через формиро- ватель переднего фронта соединен с управл ющим входом интегратора со сбросом блока коррекции и блока выборки-хранени , при этом выход усилител  соединен с первым входом первого перемножител  и через второй фильтр нижних частот с первым входом второго перемножител , второй вход которого через первый фильтр нижних частот соединен с выходом первого перемножител , второй вход которого соединен с вторым выходом блока управлени , а выход блока коррекции через блок выборки и хранени  соединен с входом индикатора.