SU949809A1 - Аналого-цифровой преобразователь среднеквадратичного значени напр жени - Google Patents

Description

(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

1

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано дл  построени  цифровых вольтметров и аналого-цифровых преобразователей среднеквадратического значени  напр жени  переменного тока, обладающих высоким быстро- 5 действием и точностью.

Известно устройство, содержащее два терморезонансных преобразовател , каждый из которых снабжен двум  нагревател ми и автогенератором, генератор опорной час- ,Q тоты, преобразователь частота-ток, два устройства вычитани  частот, счетчик, преобразователь код-ток и устройство индикааии .

При этом терморезонансные преобразователи с автогенераторами, одно из уст- 15 ройств вычитани  частот, счетчик и преобразователь код-ток образуют замкнутую статическую систему автоматического регулировани , котора  поддерживает температуры обоих терморезонансных преобразователей равными между собой с точностью до погрешности статизма 1.

Недостатками известного устройства  вл ютс  наличие погрешностей, обусловленных статизмом контура автоматического регулировани , а также низкое быстродействие вызванное наличием в этом контуре элемента с инерционностью, соизмеримой с инерционностью самого терморезонанснго преобразовател . Таким элементом  вл етс  счетчик, на заполнение которого низкой выходной частотой устройства вычитани  частит требуетс  врем , соизмер емое с тепловой посто нной времени терморезонансного преобразовател .

Известен аналого-цифровой преобразователь среднеквадратического значени  напр жени , содержащий преобразователь напр жение - ток, вход которого соединен со входной клеммой, выход - с первым нагревателем терморезонансного преобразовател , выход автогенератора которого соединен с первым входом устройства вычитани  частот, второй вход которого подключен к выходу первого генератора опорной частоты , арифметическое устройство 2.

Недостатками данного преобразовател   вл ютс  низкое быстродействие, а также наличие погрешностей, обусловленных статизмом контура автоматического регулировани  температуры первого терморезонансного преобразовател . За счет статизма температура первого терморезонансного преобра .зовател  не поддерживаетс  контуром автоматического регулировани  все врем  строго посто нной, а мен етс  в некоторых пределах в зависимости от величины измер емого напр жени . Это обсто тельство неминуемо приводит к по влению погрешности от нелинейности, величина которой тем больше, чем больше пределы изменени  температуры первого терморезонансного преобразовател  и чем сильнее отличаетс  от линейной его сквозна  характеристика, показывающа  зависимость выходной частоты преобразовател  от суммарной мощности, поданной в его нагреватели. Уменьшение пределов изменени  температуры первого терморезонансного преобразовател  за счет увеличени  петлевого усилени  в контуре автоматического регулировани  ведет с одной стороны к уменьшению запаса устойчивости системы, а с другой стороны к уменьшению частоты следовани  импульсов на выходе устройства вычитани  частот. Это приводит к увеличению времени измерени  вольтметра за счет увеличени  необходимого дл  получени  заданной точности времени подсчета счетчиком выходных импульсов устройства вычитани  частот. Это обсто тельство  вл етс  одной из причин, обусловливающих низкое быстродействие устройства. Другой причиной  вл етс  тот факт, что каждый из двух тактов, необходимых дл  проведени  измерени , можно разбить на два этапа, продолжительности которых соизмеримы: первый этап - переходный процесс в контуре автоматического регулировани , второй этап - измерение с помощью счетчика установившегос  значени  разностной частоты на выходе устройства вычитани  частот . Эти этапы  вл ютс  последовательными во времени, что приводит к уменьшению быстродействи . В результате фактическое быстродействие данного устройства оказываетс  низким (приблизительно в два раза ниже, чем реальное быстродействие терморезонансного преобразовател ), несмотр  на то, что в контуре автоматического регулировани  отсутствует инерционный элемент - счетчик.

Цель изобретени  - повышение точности и увеличение быстродействи .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в аналого-цифровой преобразователь среднеквадратического значени  напр жени , содержаший преобразователь напр жение - ток, вход которого соединен со входной клеммой , выход - с первым нагрев1ателем терморезонансного преобразовател , выход автогенератора которого соединен с первым входом устройства вычитани  частот, второй вход которого подключен к выходу первого генератора опорной частоты, арифметическое устройство, введены второй генератор опорной частоты, преобразователь интервал времени - код, сумматор, преобразователь

код-ток и устройство сравнени  периодов, первый и второй входы которого соединены ёоответственно с выходом второго генератора опорной частоты и выходом устройства вычитани  частот, нервый и второй выходы соединены соответственно с первым входом сумматора непосредственно и через преобразователь интервал времени - код со вторым входом сумматора, первый и второй выходы сумматора соединены соответственно со входом арифметического устройства и входом преобразовател  код - ток, выход которого соединен со вторым нагреЬателе.м терморезонансного преобразовател .

На чертеже представлена структурна  схема устройства.

Устройство содержит преобразователь 1 напр жение-ток, терморезонансный преобразователь 2 с автогенератором 3 и нагревателем 4, устройство 5 вычитани  частот, первый генератор 6 опорной частоты, устройство 7 сравнени  периодов, второй генератор 8 опорной частоты, преобразователь 9 интервал времени - код, сумматор 10, преобразоватетгьГ 11 код - ток и арифметическое устройство 12.

Устройство работает следующим образом .

Блоки 2-11 .образуют замкнутую систему автоматического регулировани , котора  поддерживает температуру терморезонансного преобразовател  2, а следовательно , и суммарную мощность, подводимую к его нагревател м, посто нными. При отсутствии измер емого напр жени  Lk(t) температура терморезонансного преобразовател  2 определ етс  лишь током обратной св зи TOC (t), который при этом имеет максимальное среднеквадратическое значение . Этому значению TQC (t) соответствует также максимальное значение кода в сумматоре 10. Измер емое напр жение Ux(t) подаетс  на вход преобразовател  1 напр жение - ток, с выхода которого ток Tx(t), пропорциональный Ux(t), поступает на первый нагреватель терморезонансного преобразовател  2. На второй нагреватель этого преобразовател  подаетс  ток обратной св зи TOC (t) с выхода преобразовател  11 код-ток.

Частота fa, генерируема  автогенератором 3, определ етс  резонансной частотой терморезонансного преобразовател  2, котора , в свою очередь, почти линейно зависит от суммарной мощности, поданной в нагреватели этого терморезонансного преобразовател .

Устройство 5 вычитани  частот вырабатывает сигнал, частота которого Af равна разности опорной частоты ft, вырабатываемой первым генератором 6 опорной частоты и частоты fj. На первый вход устройства 7 сравнени  периодов поступает сигнал с посто нным периодом Те с выхода генератора 8 опорной частоты, а на второй вход

устройства 7 сравнени  периодов - сигнал с выхода устройства 5 вычитани  частот. Устройство 7 сравнени  периодов сравнивает периоды сигналов, поступающих на его входы и вырабатывает, во-первых, сигнал знака разности этих периодов, и, во-вторых, последовательность импульсов, длительность которых ДТ пропорциональна разности этих периодов.

Преобразователь 9 интервал времени - код, вырабатывает кодовый сигнал, пропорциональный длительности AT.

Сумматор 10 в зависимости от сигнала знака разности периодов с выхода устройства 7 производит суммирование либо вычитачие кода с выхода преобразовател  9 интервал времени - код с кодом, содержащимс  ранее в сумматоре 10. Код с выхода сумматора 10. поступает на вход преобразовател  11 код - ток, выходной ток которого Toc(t) подаетс  на второй нагреватель тер .морезонансного преобразовател  2„ замыка  тем самым контур автоматического регулировани  температуры терморезонансного преобразовател  2. По окончании в этом контуре переходного процесса, нос щего итерационный характер, значение сигнала на выходе устройства 7 сравнени  периодов становитс  равным нулю и f2 .

Все члены, вход щие в правую часть,  вл ютс  посто нными величинами, а значит и частота fa автогенератора 3 остаетс  в установившемс  режиме посто нной, не завис щей от величины измер емого напр жени . Следовательно, и температура терморезонансного преобразовател  2 остаетс  также строго неизменной. Таким образом, вследствие наличи  интегрирующего звена контур автоматического регулировани  предлагаемого устройства имеет свойства астатической системы автоматического регулировани  первого пор дка, точность измерени  повышаетс  за счет отсутстви , погрешностей , вызванных статизмом контура автоматического регулировани .

Так как резонансна  частота f2 терморезонансного преобразовател  2 остаетс  в установившемс  режиме строго посто нной , то и суммарна  мощность, поступающа  в нагреватели этого терморезонансного преобразовател  также посто нна, т.е.

KiUx -f К21оед const,

где Ki и Kz - коэффициенты пропорциональности;

Идди Тосд-действующие значени  измер емого напр жени  и тока обратной св зи TOC (t) соответственно. В случае использовани  в ка.честве преобразовател  11 код-ток устройства, линейно преобразующего значение кода, содержащегос  в сумматоре 10, в квадрат действующего значени  тока обратной св зи, например, ШИМ преобразовател 

К| и, + KsNjx const,

где Кз - коэффициент пропорциональности; Nfx:-значение кода сумматора Ш.

Процесс измерени  разбиваете на два такта. На первом такте на вход прибора подаетс  напр жение, равное нулю. Тогда

KaNjo const.

На втором такте на вход вольтметра подаетс  измер емое напр жение Uy (t), тогда

KsNro-KiUx -KsNrx 0,

15 откуда

Uxo - YN«-N«.

Арифметическое устройство 12 производит операции вычитани  и корнеизвлечени , в результате выполнени  которых на его

0 выходе по вл етс  код со.огзстствующий Ux. Из приведенного анализа видно, что благодар  итерационному режиму функционировани  устройства процесс установлени  выходного параметра (значени  кода в сумматоре 10) и процесс установлени  выходных сигналов отдельных блоков (например, частоты терморезонансного преобразовател  2) в приборе протекают параллельно во времени, быстродействие предлагаемого прибора выше, чем у прототипа.

0

Claims (2)

1.Кудр шов Э. А. Автореф. дис.канд. техн. наук. 1971.

2.Малов В. Пьезорезонансные датчики. 1978, с. 144-146 (прототип).