SU924596A2

SU924596A2 - Linear converter of ac voltage effective value to dc voltage

Info

Publication number: SU924596A2
Application number: SU792850908A
Authority: SU
Inventors: Михаил Юрьевич Балабин; Дмитрий Михайлович Демьянюк; Иосиф Данилович Козицкий; Модест Георгиевич Рылик
Original assignee: Специальное Конструкторское Бюро Микроэлектроники В Приборостроении
Priority date: 1979-12-13
Filing date: 1979-12-13
Publication date: 1982-04-30

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для создания аналоговых* и цифровых измерителей .переменного напряжения и аппаратуры контроля переменных электрических напряжений произвольной формы.The invention relates to electrical engineering and can be used to create analog * and digital meters. AC voltage and control equipment for variable electrical voltages of arbitrary shape.

По основному авт. св. № 849085 известен линейный преобразователь действующего значения переменного напряжения в постоянное, содержащий источник опорного напряжения, первый и второй терморезистивные преобразователи , каждый из которых состоит из двух нагревателей и терморезистора, основной дифференциальный операционный усилитель, выход которого соединен с выходной шиной и через первый ограничительный резистор с первым выводом одного из нагревателей вто- ’ рого терморезистивного преобразователя, второй вывод которого-соединен с общей шиной, другой нагреватель которого включен параллельно с одним из нагревателей первого терморезистивного преобразователя, другой нагреватель которого через второй ограничительный резистор подключен к входной шине, а также первый и второй масштабные преобразователи, первый дополнительный дифференциальный операционный усилитель, выход которого подключен к общему выводу параллельно соединенных нагревателей первого и второго терморезистивных преобразователей, второй дополнительный дифференциальный усилитель, неинвертирующий вход которого подключен через первый-масштабный преобразователь к выходу источника· опорного напряжения, а его инвертирующий вход через терморезистор второго т.ерморезистивного преобразователя соединен с общей шиной устройства, а через терморезистор первого терморезистивного преобразователя - с его выходом, инвертирующий и неинвертирующий входы основного усилителя подключены соответственно к выходу второго дополнительного усилителя и к выходу источника опорного напряжения, а не инвертирующий и инвертирующий входы первого дополнительного усилителя ¹ соединены с выходом источника опорного напряжения и через второй масштабный преобразователь ~ с выходом основного усилителя соответственно [1] .According to the main author. St. No. 849085 known is a linear converter of the effective value of the alternating voltage into direct current, containing a reference voltage source, first and second thermistor converters, each of which consists of two heaters and a thermistor, the main differential operational amplifier, the output of which is connected to the output bus and through the first limiting resistor with the first terminal of one of the heaters of the second thermoresistive converter, the second terminal of which is connected to a common bus, the other heater For which it is connected in parallel with one of the heaters of the first thermoresistive converter, the other heater of which is connected to the input bus through the second limiting resistor, as well as the first and second scale converters, the first additional differential operational amplifier, the output of which is connected to the common output of the first and second heaters connected in parallel thermoresistive converters, the second additional differential amplifier, the non-inverting input of which is connected through h the first-scale converter to the output of the source of the reference voltage, and its inverting input through the thermistor of the second thermoresistive converter is connected to the device common bus, and through the thermistor of the first thermistor converter to its output, the inverting and non-inverting inputs of the main amplifier are connected respectively to the output second additional amplifier and to the output of reference voltage source, and the non-inverting and inverting inputs of the first additional amplifier ¹ is connected s with the output of the reference voltage source and via a second scale with a yield of ~ inverter main amplifier, respectively [1].

Недостатком преобразователя является узкий диапазон частот измеряемых напряжений.The disadvantage of the converter is a narrow frequency range of the measured voltages.

Цель изобретения - расширение диапазона частот измеряемых напряжений.The purpose of the invention is the expansion of the frequency range of the measured voltages.

Поставленная цель достигается тем, что в линейный преобразователь дейстдующего значения переменного напряжения в постоянное, содержащий’ источник опорного напряжения, первый и второй терморезистивный преобразователи, каждый из которых состоит из.двух нагревателей и терморезистора, основной дифференциальный операционный усилитель , выход которого соединен с вы-: , ходной шиной, пер'вый ограничительный резистор, первый вывод которого через один из нагревателей второго терморезистивного преобразователя соединен с общей шиной, другой нагреватель которого включен параллельно с одним из нагревателей первого терморезистивного преобразователя, другой нагреватель которого через второй ограничительный резистор подключен к. входной шине, а также первый и второй масштабные преобразователи,первый дополнительный дифференциальный операционный усилитель, выход которого подключен к общему выводу параллельно соединенных нагревателей первого и второго терморезистивных преобразователей, второй дополнительный дифференциальный усилитель, инвертирую. щий вход которого подключен через первый масштабный преобразователь к выходу источника опорного напряжения , а его инвертирующий вход через терморезистор второго терморезистивного преобразователя соединен с общей шиной устройства, а через терморезистор первого терморезистивного преобразователя - с его выходом, инвертирующий и неинвертирующий входы основного усилителя подключены соответственно к выходу второго дополнительного усилителя и к выходу источника опорного напряжения, а неинвер15 тирующий и инвертирующий входы первого дополнительного усилителя соединены с выходом источника опорного напряжения и через второй масштабный преобразователь - с выходом основного усилителя соответственно, введены формирователь импульсов и комму' татор, включенный между выходной шиной и вторым выводом первого ограничительного резистора, входная шина через формирователь импульсов соединена с управляющим выводом коммутатора .This goal is achieved by the fact that the first and second thermistor converters, each of which consists of two heaters and a thermistor, the main differential operational amplifier, the output of which is connected to :, running bus, the first limiting resistor, the first output of which through one of the heaters of the second thermistor converter is connected to a common bus, the other the heater of which is connected in parallel with one of the heaters of the first thermistor converter, the other heater of which is connected to the input bus through the second limiting resistor, as well as the first and second scale converters, the first additional differential operational amplifier, the output of which is connected to the common terminal of the heaters of the first and the second thermistor converters, the second additional differential amplifier, invert. whose input is connected through the first scale converter to the output of the reference voltage source, and its inverting input is connected to the device common bus through the thermistor of the second thermistor converter, and with its output through the thermistor of the first thermistor converter, the inverting and non-inverting inputs of the main amplifier are connected respectively to the output the second additional amplifier and to the output of the reference voltage source, and non-inverting and inverting inputs of the first additional ADDITIONAL amplifier connected to the output of the reference voltage source and through the second scale converter - the yield of the main amplifier, respectively, introduced pulse shaper and commutator 'Tatorey connected between the output line and the second terminal of the first limiting resistor, the input bus through the pulse shaper is connected to the control terminal of the switch.

На чертеже представлена схема устройства.The drawing shows a diagram of the device.

Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, первый и второй терморезис.тивные преобразователи, 2 и 3, основной дифференциальный операционный усилитель.4, выходную шину 5, первый ограничительный резистор 6, второй ограничительный резистор 7, входную шину 8, первый и второй масштабные преобразователи 9 и 10, первый и второй дополнительные дифференциальные операционные усилители 11 и 12, формирователь 13 импульсов, коммутатор 14.The device comprises a reference voltage source 1, first and second thermoresistive converters, 2 and 3, a main differential operational amplifier. 4, an output bus 5, a first limiting resistor 6, a second limiting resistor 7, an input bus 8, the first and second scale converters 9 and 10, the first and second additional differential operational amplifiers 11 and 12, the pulse shaper 13, the switch 14.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При отсутствии измеряемого напря ' жения на входной шине 8 преобразователя выходное напряжение первого масштабного преобразователя 9 усиливается дополнительным дифференциальным операционным усилителем 12, коэффициент передачи которого определяется отношением величины сопротивлений терморезисторов терморезистивных преобразователей 2 и 3, включенных в цепь обратной связи усилителя 12.In the absence of a measured voltage on the input bus 8 of the converter, the output voltage of the first scale converter 9 is amplified by an additional differential operational amplifier 12, the transmission coefficient of which is determined by the ratio of the resistance values of the thermistors of the thermistor converters 2 and 3 included in the feedback circuit of the amplifier 12.

При равенстве коэффициентов передачи масштабного преобразователя 9 и усилителя 12 на выходе последнего ' появляется напряжение, равное по величине и знаку напряжению источника 1 опорного напряжения. На обоих вхо. дах основного дифференциального операционного усилителя 4 действуют равные по величине и знаку напряжения, вследствие чего напряжение на его выходе, на выходе преобразователя и инвертирующем входе усилителя 11 равно нулю. Напряжение, снимаемое . с выхода усилителя 11, поступает на параллельно соединенные нагреватели первого и второго термопреобразователей 2 и 3 и задает исходный темпе ратурный режим работы терморезистивных преобразователей 2 и 3·When the transmission coefficients of the scale converter 9 and the amplifier 12 are equal, the output of the latter 'produces a voltage equal in magnitude and sign to the voltage of the reference voltage source 1. On both entrances. The main differential operational amplifier 4 has a voltage equal in magnitude and sign, as a result of which the voltage at its output, at the output of the converter, and at the inverting input of amplifier 11 is zero. Voltage removed. from the output of amplifier 11, it enters the parallel-connected heaters of the first and second thermal converters 2 and 3 and sets the initial temperature mode of operation of the thermoresistive converters 2 and 3

При подаче измеряемого напряжения Ux(t) в нагревателе первого терморезистивного преобразователя 2 выделя- 5 / ется тепло Джоуля, под действием которого изменяется величина сопротивления его терморезистора, что приводит к изменению коэффициента передачи усилителя 12. Выходное напряже- 10 ние усилителя 12 уменьшается и появляется напряжение на выходе основного дифференциального операционного усилителя 4 и на сигнальном входе коммутатора 14. 15When the measured voltage Ux (t) is applied to the heater of the first thermoresistive transducer 2, Joule heat is released, under the influence of which the resistance value of its thermistor changes, which leads to a change in the transfer coefficient of amplifier 12. The output voltage of amplifier 12 decreases and appears the voltage at the output of the main differential operational amplifier 4 and the signal input of the switch 14. 15

Одновременно измеряемое напряжение U_x(t) подается на вход формирователя 13 импульсов, с выхода которого нормированный по амплитуде импульсный сигнал поступает на управляющий 20 вход коммутатора 14.At the same time, the measured voltage U _x (t) is supplied to the input of the pulse shaper 13, from the output of which a pulse-normalized amplitude signal is fed to the control input 20 of the switch 14.

Выходное напряжение коммутатора через ограничительный резистор 6 поступает в нагреватель терморезистивного преобразователя 3, где преоб-25 разуется в тепло Джоуля, которое приводит к изменению сопротивления его терморезистора, поддерживая коэффициент передачи усилителя 12 практически неизменным, В установившем- 30 ся режиме напряжение усилителя 12 пропорционально действующему значению измеряемого напряжения на входе преобразователя. Часть выходного напряжения преобразователя через второй ₃₅масштабный преобразователь 10 поступает на инвертирующий вход усилителя 11, что приводит к уменьшению протекаемого через параллельно соединённые нагреватели тока, сохраняя пос- jq тоянство температуры обоих терморе>зистивных преобразователей 2 и 3 в широком диапазоне изменения величины измеряемого напряжения.The output voltage of the switch through the limiting resistor 6 enters the heater of the thermoresistive converter 3, where it is converted into Joule heat, which leads to a change in the resistance of its thermistor, maintaining the transmission coefficient of amplifier 12 almost unchanged. In steady-state mode, the voltage of amplifier 12 is proportional to the current value of the measured voltage at the input of the converter. A part of the converter output voltage through the second ₃₅ scale converter 10 is supplied to the inverting input of the amplifier 11, which leads to a decrease in the current flowing through the parallel connected heaters, preserving the constant temperature junction of both thermistor converters 2 and 3 over a wide range of measured voltage values.

В предлагаемом устройстве расширен диапазон частот измеряемых напряжений за счет уменьшения погрешности измерения на низких и высоких частотах.In the proposed device, the frequency range of the measured voltages is expanded by reducing the measurement error at low and high frequencies.

В области низких частот модуляции температуры частотой измеряемого напряжения в первом терморезистивном преобразователе компенсируется модуляцией с той же частотой измеряемого напряжения во втором терморезистивном преобразователе.In the low frequency range of temperature modulation, the frequency of the measured voltage in the first thermoresistive converter is compensated by modulation with the same frequency of the measured voltage in the second thermoresistive converter.

В. области верхних частот погрешность изменения уменьшается за счет компенсации потерь на паразитных реактивностях в первом терморезистивном преобразователе аналогичными потерями на 'парази+ных реактивностях во втором терморезистивном преобразо- » вателе.In the high-frequency region, the error of change is reduced by compensating for losses on parasitic reactivities in the first thermoresistive converter with similar losses on 'parasitic reactivities in the second thermoresistive converter ”.

Claims

(5) LINEAR VARIABLE VOLTAGE TRANSFORMER The invention relates to electrical measuring technology and may be; used to create analog and digital meters for alternating voltage and equipment for monitoring variable voltages of arbitrary shape. According to the main author. St. The no. Is known a linear transducer of the effective value of alternating voltage to constant, containing the source of the reference voltage, the first and second thermal resistance transducers, each of which consists of two heaters and a thermistor, the main differential operational amplifier whose output is connected to the output bus and through the first a limiting resistor with the first output of one of the heaters of the second thermore; a cistive converter, the second output of which is connected to the common bus, the other heater which is connected in parallel with one to the PERMANENT FROM the heaters of the first thermal resistance converter, the other heater of which is connected to the input bus through the second limiting resistor, as well as the first and second large-scale converters, the first additional differential operational amplifier whose output is connected to the common output of the first paralleled heaters and the second thermo resistive transducers, the second additional differential amplifier, non-inverting input of which connected through the first-scale converter to the output of the reference voltage sources, and its inverting input through the thermistor of the second thermal resistance converter is connected to the common bus of the device, and through the thermistor of the first thermal resistance converter to its output, the inverting and non-inverting inputs of the main amplifier are connected respectively to the output of the second an additional amplifier and to the output of a voltage source, and the non-inverting and inverting inputs of the first additional voltage ilitel connected to the source output and the reference voltage through the second scale converter main output amplifier 1, respectively. The disadvantage of the converter is the narrow frequency range of the measured voltages. The purpose of the invention is to expand the range of frequencies of the measured voltages. The goal is achieved by the fact that the linear converter actually has an alternating voltage to constant voltage, containing a source of reference voltage, the first and second thermal resistance transducers, each of which consists of two heaters and a thermistor, the main differential operational amplifier, the output of which is connected to . hrd bus, limiting resistor, the first output of which through one of the second ter ter heaters of the marine converter is connected to a common bus, the other heater of which is connected in parallel with one of the heaters of the first thermal resistor, the other heater of which is connected to the input bus as well as the first and the second large-scale converters, the first additional differential operational amplifier, the output of which is connected to the common output in parallel with The first and second thermo resistive converters are connected, the second additional differential amplifier, the inverting input of which is connected through the first large-scale converter to the output of the reference voltage source, and its inverting input through the thermistor of the second thermal converter, and through the thermistor of the first thermoresistive converter - with its output, the inverting and non-inverting inputs of the main amplifier are connected according to To the output of the second additional amplifier and to the output of the source of the reference voltage, the non-inverting and inverting inputs of the first additional voltage amplifier are connected to the output of the reference voltage source and through the second large-scale converter to the output of the main amplifier, respectively, a pulse shaper and a switch connected between the output bus and the second output of the first limiting resistor, the input bus through the pulse shaper connected to the control output of the switch. The drawing shows a diagram of the device. The device contains a source of reference voltage 1, the first and second thermoresistive transducers. 2 and 3, the main differential operational amplifier L, the output bus 5, the first limiting resistor 6, the second limiting resistor 7 the input bus 8, the first and second large-scale converters 9 and 10, the first and second additional differential operational amplifiers 11 and 12, shaper 13 pulses , switch 1. The device operates as follows. When there is no measured voltage on the input bus 8 of the converter, the output voltage of the first large-scale converter 9 is amplified by an additional differential operational amplifier 12, whose transmission coefficient is determined by the ratio of the resistance of the thermistors of the thermal resistance converters 2 and 3 connected to the feedback circuit of the amplifier 12. If equal the transfer coefficients of the scale converter 9 and amplifier 12 at the output of the latter appear a voltage equal in magnitude and sign April 1 zheniyu source reference voltage. At both inputs of the main differential operational amplifier t, voltages of equal magnitude and sign are acting, as a result of which the voltage at its output, at the output of the converter, and the inverting input of the amplifier 11 is zero. The voltage taken off. from the output of amplifier 11, enters the parallel-connected heaters of the first and second thermocouples 2 and 3, and sets the initial temperature mode of operation of the thermal resistance transducers 2 and 3 When the measured voltage Ux. (t) is applied in the heater of the first thermal resistor 2, heat is released Joule, under the action of which changes the resistance value of its thermistor, which leads to a change in the transfer coefficient of amplifier 12. The output voltage of amplifier 12 decreases and the output voltage appears one of the main differential operational amplitude / t and at the signal input of switch 1. Simultaneously, the measured voltage Ux (t) is fed to the input of the body of 13 pulses, from the output of which the amplitude-normalized pulse signal goes to the control input of switch 14. Output the voltage of the co-commutator through the limiting resistor 6 enters the heater of the thermoresistive converter 3 where it is converted into heat Joule, which leads to a change in the resistance of its thermistor, maintaining the coefficient The transmission of amplifier 12 is practically unchanged. In steady state, the voltage of amplifier 12 is proportional to the effective value of the measured voltage at the input of the converter. A part of the output voltage of the converter through the second large-scale converter 10 is fed to the inverting input of amplifier 11, which leads to a decrease in the current through parallel-connected current heaters, maintaining the temperature of both thermoresistant converters 2 and 3 to 966 a wide range of variation of the measured voltage. In the proposed device, the range of frequencies of the measured voltages is expanded by reducing the measurement error against low and high frequencies. In the low frequency modulation region, the frequency of the measured voltage in the first thermal resistance converter is compensated by modulation with the same frequency from 1ep its voltage in the second thermal resistance converter. In the high-frequency region, the error of variation is reduced by compensating for losses due to parasitic reactivity in the first thermoresistive converter with similar losses of adverse reactivity in the second thermoresistive converter. Claims of the invention. Linear converter of the current value of a variable voltage into a constant according to the ed. St. No. characterized in that, in order to expand the frequency range, a pulse driver and a switch connected between the output bus and the second output of the first limiting resistor are inserted, the input bus through the pulse driver connected to the control output of the switch. Sources of information taken into account in the examination 1. USSR author's certificate 849089 ,. cl. G 01 R 19/22.