ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ

Измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное
Полезная модель относится к области электроизмерений, в частности к измерительным преобразователям, и может быть использовано в устройствах измерения переменного напряжения электрической сети путем преобразования его в постоянное.
Известен преобразователь напряжения переменного тока в постоянное, содержащий операционный усилитель, два диода, включенные согласно-последовательно, первый вывод первого и второй вывод второго которых соединены с выходом операционного усилителя, второй вывод первого диода подключен к инвертирующему входу операционного усилителя и соединен через первый резистор с источником измеряемого переменного напряжения и через второй резистор с первым выводом второго диода [Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат, 1988, с. 125, рис. 4.5, а].
Недостатком данного преобразователя является невысокая точность и нелинейность характеристики преобразования из-за значительных пульсаций выходного напряжения.
8
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является преобразователь эффективного напряжения [Авторское свидетельство СССР №822056 МПК G01R 19/22, опубл. 15.04.1981 г.], содержащий двухполупериодный выпрямитель, квадратор, два фильтра нижних частот, амплитудный детектор, вычитающее и суммирующее устройства, причем выходом фильтра нижних частот соединен со входом амплитудного детектора и с неинвертирующим входом вычитающего устройства, а выход амплитудного детектора соединен с инвертирующим входом вычитающего устройства и с одним входом суммирующего устройства, выход вычитающего устройства соединен со входом дополнительного фильтра нижних частот, выход которого соединен с другим входом суммирующего устройства, выход которого соединении с фокальным входом квадратора и является выходом устройства.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Недостатком данного преобразователя является невысокое быстродействие и точность измерения напряжения, обусловленная наличием фильтров нижних частот в цепях прохождения сигнала постоянного тока.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение быстродействия и точности измерения напряжения за счет отсутствия в преобразователе фильтров нижних частот.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный преобразователь эффективного напряжения, содержащий первый квадратор и суммирующее устройство, введены первый и второй фазосмещатели и блок извлечения квадратного корня, причем вход преобразователя соединен с входом квадратора, выход которого соединен с первыми входами суммирующего устройства и первого фазосмещателя, выход которого соединен с входом второго фазосмещателя, выход которого соединен со вторым входом суммирующего устройства, выход которого через блок извлечения квадратного корня соединен с выходом преобразователя. Первый и второй фазосмещатели содержат операционный усилитель, три резистора и конденсатор, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен со вторым выводом второго резистора и выходом фазосмещателя, вход которого соединен со вторым выводом первого резистора и первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и первым выводом третьего резистора, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала.
Существенными отличиями предлагаемого преобразователя являются введение двух фазосмещателей и блока извлечения квадратного корня, а также новая организация связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышения быстродействия и точности преобразователя.
вх
1
4
вых.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя, на фиг. 2 - схема фазосмещателя, на фиг. 3 - временные диаграммы напряжений u, u-u и u
Преобразователь (фиг. 1) содержит квадратор 1, фазосмещатели 2, 3, суммирующее устройство 4 и блок извлечения квадратного корня 5.
Схемы фазосмещателей 2, 3 идентичны (фиг. 2) и каждая содержит операционный усилитель 6, резисторы 7, 8, 9 и конденсатор 10, причем первые выводы резисторов 7, 8 подключены к инвертирующему входу операционного усилителя 6, выход которого соединен со вторым выводом резистора 8 и выходом фазосмещателя, вход которого соединен со вторым выводом резистора 7 и первым выводом конденсатора 10, второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 6 и первым выводом резистора 9, второй вывод которого подключен к шине нулевого потенциала.
Фазосмещатели 2, 3 сдвигают фазу переменной составляющей входного сигнала на опережающий угол 90° и инвертируют постоянную составляющую при единичном коэффициенте усиления. Для этого необходимо выдержать следующие соотношения между компонентами его схемы:
7
8
9
10
R=R; R=1/(ωС).
вх
1
вх
Преобразователь работает следующим образом. Измеряемое напряжение переменного тока u подается на вход квадратора 1, на выходе которого формируется напряжение u, полученное после возведения в квадрат напряжения u:
1
3
1
Напряжение u сдвигается фазосмещателями 2, 3 по фазе на угол 180°, в результате чего на втором входе суммирующего устройства 4 формируется напряжение u, равное по амплитуде и находящееся в противофазе напряжению u (фиг. 3).
1
В связи с тем, что каждый фазосмещатель, в соответствии со схемой (фиг. 2), инвертирует постоянную составляющую напряжения, то при прохождении двух фазосмещателей 2, 3 она остается неизменной и равной постоянной составляющей напряжения u.
1
3
4
После суммирования напряжений u и u в суммирующем устройстве 4 и преобразований, на его выходе имеем постоянное напряжение u (фиг. 3):
вых
После операции извлечения квадратного корня в блоке извлечения квадратного корня 5 на выходе преобразователя формируется напряжение U:
вых
mвх
вx.
В результате выходное напряжение U преобразователя не содержит переменной составляющей, а его величина равна амплитуде измеряемого входного напряжения U, то есть пропорционально U
При практической реализации предлагаемого преобразователя в качестве квадратора 1 можно использовать перемножитель сигналов на микросхеме К525ПС3, объединив при этом ее информационные входы x и y. Суммирующее устройство 4 представляет собой обычный сумматор на операционном усилителе. В качестве блока извлечения квадратного корня 5 можно использовать схему на операционном усилителе, включив квадратор в цепь его отрицательной обратной связи.
Таким образом, за счет отсутствия в предлагаемой полезной модели фильтров нижних частот обеспечивается повышение быстродействия и точности измерения переменного напряжения.