ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована для измерения переменного напряжения путем преобразования его в постоянное в широком диапазоне частот.
Известен 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 выход фильтра нижних частот соединен с 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 соединен с фокальным входом квадратора и является выходом устройства.
Недостатком данного преобразователя является невысокое быстродействие и точность измерения напряжения, обусловленная наличием фильтров нижних частот в цепях прохождения сигнала постоянного тока.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное [патент на ПМ № 163230 РФ, МПК G01R 19/22, опубл. 10.07.2016 г.], содержащий фазосмещатель, первый и второй квадраторы, суммирующее устройство и блок извлечения квадратного корня, причем вход преобразователя соединен с входами первого квадратора и фазосмещателя, выход которого соединен с входом второго квадратора, а выходы первого и второго квадраторов подключены соответственно к первому и второму входам суммирующего устройства, выход которого через блок извлечения квадратного корня соединен с выходом преобразователя.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Недостатком данного преобразователя является то, что наряду с высоким быстродействием и точностью его область применения ограничивается только измерением напряжения промышленной частоты, так как фазосмещатель обеспечивает фазовый сдвиг в 90° только на этой частоте. На других частотах преобразователь не выполняет своей функции, так как его выходное напряжение будет иметь значительную переменную составляющую, соизмеримую с постоянной.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является расширение рабочего диапазона частот преобразователя.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный измерительный преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий первый и второй квадраторы, сумматор и блок извлечения квадратного корня дополнительно введен формирователь квадратурных сигналов, вход которого соединен с входом преобразователя, а первый и второй выходы формирователя квадратурных сигналов соединены с входами соответственно первого и второго квадраторов.
Существенными отличиями предлагаемого преобразователя являются введение формирователя квадратурных сигналов. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - расширение рабочего диапазона частот преобразователя.
Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фиг. приведена функциональная схема преобразователя.
Преобразователь (фиг.) содержит формирователь квадратурных сигналов 1, квадраторы 2, 3, сумматор 4 и блок извлечения квадратного корня 5.
вх
1
2
Преобразователь работает следующим образом. Измеряемое напряжение переменного тока u подается на вход формирователя квадратурных сигналов 1, на первом и втором выходах которого формируются квадратурные напряжения соответственно u и u, сдвинутые по фазе относительно друг друга на угол 90°:
m вх
где U - амплитуда измеряемого входного напряжения.
1
2
3
4
1
2
Напряжения u и u поступают на входы соответственно квадраторов 2, 3, на выходах которых формируются напряжения u, u, полученные после возведения в квадрат напряжений u и u.
3
4
4
После суммирования напряжений u и u сумматоре 4 и преобразований на его выходе получается постоянное напряжение u
вых
После операции извлечения квадратного корня в блоке извлечения квадратного корня 5 на выходе преобразователя формируется напряжение U
вых
m вх
вх
В результате выходное напряжение U преобразователя не содержит переменной составляющей, а его величина равна амплитуде измеряемого входного напряжения U, то есть пропорционально действующему значению u.
1
2
3
4
Напряжения u и u на выходах формирователя квадратурных сигналов 1 сдвинуты по фазе относительно друг друга на угол 90° во всем рабочем диапазоне частот, в результате чего напряжения u, u на выходах квадраторов 2, 3 всегда находятся в противофазе и взаимно компенсируются в сумматоре 4.
При практической реализации предлагаемого преобразователя в качестве формирователя квадратурных сигналов 1 можно использовать известные схемы (патент РФ № 2553434 МПК Н03В 27/00, опубл. 10.06.2015 г.; патент на ПМ РФ № 127554 МПК Н03В 27/00, опубл. 27.04.2013 г.). При построении квадраторов 2, 3 можно использовать перемножители сигналов на микросхеме К525ПС3, объединив при этом ее информационные входы x и y. Сумматор 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 применения в предлагаемой полезной модели формирователя квадратурных сигналов обеспечивается расширение рабочего диапазона частот преобразователя.