УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДИССИПАТИВНЫХ CG-ДВУХПОЛЮСНИКОВ Российский патент 2012 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения активного сопротивления в широком диапазоне шунтирующих емкостей и может использоваться во влагометрии материалов с большими активными потерями, при физико-химических исследованиях жидкостей, а также при автоматическом контроле технологических процессов.

Известен цифровой измеритель сопротивления и емкости [Кушнир Ф.В. Электрорадиоизмерения. - Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отд-ние, 1983. - 320с., ил., стр. 269], в основу которого положен метод дискретного счета, содержащий источник постоянного напряжения, образцовый конденсатор, электронный ключ, устройство сравнения, электронный счетчик, генератор с кварцевой стабилизацией. Измерение сопротивления производится без учета влияния шунтирующей емкости, что не позволяет использовать измеритель для оценки проводимости диссипативных CG-двухполюсников.

Известен измеритель параметров диссипативных CG-двухполюсников [патент RU №2260190 от 06.02.2004], содержащий первый и второй источники образцового напряжения, компаратор, вычислительно-управляющее устройство, измеряемый CG-двухполюсник, два коммутирующих ключа, модулирующий конденсатор, блок управления зарядом-разрядом, электронный коммутатор, делитель частоты, буфер. Недостатком прототипа является малая инвариантность измерения по каналам С и G, и, как следствие, ограниченный диапазон измерения активного сопротивления.

Задача изобретения - измерение активного сопротивления в широком диапазоне с высокой инвариантностью по отношению к шунтирующим емкостям.

Техническим результатом является расширение диапазона измеряемого активного сопротивления с высокой инвариантностью по отношению к шунтирующим емкостям путем преобразования измерительной схемы в дифференцирующую цепь.

Поставленная задача решается тем, что в измеритель параметров CG-двухполюсников, содержащий компаратор, коммутирующий ключ, вычислительно-управляющее устройство, первый выход которого соединен с управляющим входом коммутирующего ключа, генератор образцового напряжения, выход которого соединен с неинвертирующим входом компаратора, введены форсирующий резистор, параллельно соединенный с измеряемым CG-двухполюсником, повторитель напряжения, вход которого соединен с измеряемым CG-двухполюсником, выход - с инвертирующим входом компаратора, выход которого соединен с входом вычислительно-управляющего устройства, генератор единичного скачка напряжения, вход которого соединен со вторым выходом вычислительно-управляющего устройства, выход - через конденсатор, зашунтированный коммутирующим ключом - с измеряемым CG-двухполюсником, индикатор, вход которого соединен с третьим выходом вычислительно-управляющего устройства.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит коммутирующий ключ 1, конденсатор 2, форсирующий резистор 3, измеряемый CG-двухполюсник 4, повторитель напряжения 5, генератор образцового напряжения 6, компаратор 7, вычислительно-управляющее устройство 8, генератор единичного скачка напряжения 9, индикатор 10.

Устройство работает следующим образом.

При измерении активного сопротивления CG-двухполюсника 4 по команде вычислительно-управляющего устройства 8 генератор 9 формирует на первом выводе конденсатора 2 единичный скачок напряжения. Одновременно с этим начинается отсчет времени τ, реализуемый тактированием таймера-счетчика, входящего в состав вычислительно-управляющего устройства 8. Отклик цепи, образованной конденсатором 2, измеряемым CG-двухполюсником 4 и форсирующим резистором 3 описывается формулой

где U_вх - значение входного напряжения;

С - емкость конденсатора 2;

t - время;

С_x - емкость измеряемого CG-двухполюсника. Если положить, что С на несколько порядков превышает С_х, то формула (1) приобретает вид

то есть, участок цепи, образованный конденсатором 2 и параллельно соединенными измеряемым CG-двухполюсником 4 и форсирующим резистором 3, преобразуется в дифференцирующую цепь с постоянной времени τ = RC, измерив которую и зная значение С можно вычислить измеряемое сопротивление по формуле

Компаратор 7 с выхода повторителя напряжения 5 сравнивает напряжение на измеряемом CG-двухполюснике с напряжением генератора образцового напряжения 6, равным 36,8 % от напряжения, поданного на конденсатор 2. Как только сравниваемое напряжение оказывается равным напряжению генератора 6, на выходе компаратора 7 формируется высокий уровень напряжения, вычислительно-управляющим устройством 8 производятся следующие действия: завершается отсчет времени τ; подается сигнал на управляющий вход генератора единичного скачка напряжения 9, по которому на выходе последнего формируется низкий уровень напряжения; подается сигнал на коммутирующий ключ 1, который замыкается на время 1…10 мс, тем самым устраняется остаточное напряжение на конденсаторе 2; производится вычисление по формуле (3) и вывод на индикатор 10 измеряемого сопротивления.

Блоки 7, 8, 9 технически реализованы в микроконтроллере. Диапазон измеряемого активного сопротивления значительно расширяется - (100…10⁷) Ом. Испытания показали, что в интервале шунтирующих емкостей (0…3000) пФ погрешность измерения сопротивления предложенным техническим устройством на 10-15% меньше, чем у других измерителей.

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения активного сопротивления и может использоваться во влагометрии материалов, при физико-химических исследованиях жидкостей, а также при автоматическом контроле технологических процессов. Техническим результатом является расширение диапазона измеряемого активного сопротивления с высокой инвариантностью по отношению к шунтирующим емкостям, достигаемой путем преобразования измерительной схемы в дифференцирующую цепь. Измеритель CG-двухполюсников содержит измеряемый CG-двухполюсник, генератор образцового напряжения, компаратор, коммутирующий ключ, вычислительно-управляющее устройство, кроме того, введены конденсатор, форсирующий резистор, повторитель напряжения, генератор единичного скачка напряжения, индикатор. 1 ил.

Устройство измерения активного сопротивления диссипативных CG-двухполюсников, содержащее компаратор, коммутирующий ключ, вычислительно-управляющее устройство, первый выход которого соединен с управляющим входом коммутирующего ключа, генератор образцового напряжения, выход которого соединен с неинвертирующим входом компаратора, отличающееся тем, что в него введены форсирующий резистор, параллельно соединенный с измеряемым CG-двухполюсником, повторитель напряжения, вход которого соединен с измеряемым CG-двухполюсником, выход - с инвертирующим входом компаратора, выход которого соединен с входом вычислительно-управляющего устройства, генератор единичного скачка напряжения, вход которого соединен со вторым выходом вычислительно-управляющего устройства, выход - через конденсатор, зашунтированный коммутирующим ключом - с измеряемым CG-двухполюсником, индикатор, вход которого соединен с третьим выходом вычислительно-управляющего устройства.