Преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников Советский патент 1983 года по МПК G01R27/00 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ

ДВУХПОЛЮСНИКОВ

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к измерению параметров пассивных комплексных величин, и может быть использовано для измерения параметров объектов, например в электрохимии и биологии при изучении природы электрохимических и биологических систем, в микроэлектронной, электрои радио- нефтяной и химической промышленное тях для контроля как различных изделий, так и различных технологических процессов.

Известен преобразователь пара летров нерезонансных пассивных трехэлементных двухполюсников, содержащий источник частотно-модулированного сигнала, дифференцирующий усилитель, сумматор напряжений, два управляемых делителя напряжений, интегрирующий усилитель, фазочувствительный индикатор, два логоУетрических преобразователя и усили тель t .

Недостатком преобразователя является невысокая точность измерения искомых

параметров двухполюсника. Результат измерения одного из парш-летров зависит от напряжения источника частотно-модулированного сигнала, что снижает точность измерения, поскольку трудно осуществить стабильность напряжения ис.очника в широком диапазоне частот. Из-за того, что уравновешивание происходит в режиме постоянных изменений частоты источника сигнала, возникают дополнительные динамические погрешности. Исследуемый двухполюсник включается во входную цепь усилителя так, что возникает потребность в стабилизации реж1гма усилителя по постоянному току. Преобразователь имеет низкое быстродействие, связанное с наличием взаимосвязи двух контуров уравновешивания.

Наиболее близким к .предлагаемому по технической сущности является измеритель параметров пассивных двухполюсников,соцержащий генератор счнусоипаяькых сигналов, операционный усилитель, регулируемый элемент, два фазочувствительиых вольгмегра, фазовращатель, нуль-орган, блок выдержки времени, переключатель и постоянный резистор |. Недосгагками измерителя явл5потся низкие точность и чувствительность изме рения, так как сами характеристики отрицательных элементов в диапазоне амплитуд нелинейны, а при работе измерите ля на отрицательное сопротивление (резистор) поступают импульсы различной амплитуды,, возникающие при периодическом переводе переключателя из одного положения в другое. Значительная погреш iHocTb измерителя обусловлена и тем, что отрицательное сопротивление является частотно-зависимым и поэтому результа ты отсчета по параметрам двухполюсника после приведения цепи в измерител ное состояние зависят от частоты синус идального сигнала генератора, от времен прерывания этого сигнала и от наличия гармоншс сигнала, возникающих из-за нелинейности отрицательного сопротивления. Значительная погрешность обусловлена также малыми пределами измерен1га, поскольку отрицательные сопротивления могут существовать только в пределах ограниченной области вольт-амперных характеристик этих сопротивлений. Кром того, из-за коммутации сигнала сильно ограничивается верхний часготньш преде работы измерителя. К недостаткам относится также наст ройки измерителя, поскольку здесь на п вом месте стоит вопрос об устойчивости схем с отрицательными импедансами. Цель изобрететшя - повыщение точности измерения путем исключения из преобразователя регулируемого элемента с отрицательным сопротивлением. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников, содержащий генератор синусоидальных сигналов, переключатель, операционный усилитель, блок выдержки интервала времени, при этом управляющий вход переключателя соединен с выходом блока выдержки интервала времени, два фазочувствительных детектора, постоянный резистор, регулируемый элемент и формирователь сигнала управления, причем выход последнего соединен с управляющим входом регулируемого элемента, введены второй .генератор синусоидальных) сигналов, вто рой переключатель, второй операционный усилитель, второй постоянный резистор, дпа блока вычитания, два делителя напря жения, два блока памяти, интегратор и блок преобразования переменного cin Haла в постоянный, причем выходы генераторов через первый переключатель соединены с входом интегратора, первым входом первого фазочувствительного детектора и через постоянные резисторы с входами операционных усилителей, выходы последних подключены к входам первого блока вычитания, а выход блока непосредственно соединен с вторыми -входами фазочувствигельных детекторов и через блок преобразования переменного сигнала в постоянный с вторыми входами делителей напряжения, при этом первый вход первого делителя напряжения подключен к выходу первого фазочувствительного детектора, а выход интегратора через второй фазочувствительный детектор соединен с первым входом второго делителя напряжения, выход последнего через второй переключатель соединен с входами первого и второго блоков памяти, кроме того, в обратную связь одного из операционных усилителей включены зажимы для подключения объекта измерения, а в обратную связь другого - регулируемый элемент, выходы блоков памяти соединены с входами второго блока вычитания, а его выход - с формирователем сигнала управления, причем управляющий вход второго переключателя также подключен к выходу блока выдержки интервала времени. На чертеже представлена структурная схема преобразователя параметров трехэлементных двухполюсников. Преобразователь содержит два генератора I и 2 синусоидальных сигналов различной частоты, два переключателя 3 и 4, два операционных усилителя 5 и 6, . измеряемый трехэлементный двухполюс«« ник 7, состоящий из резисторов 8 и 9 и конденсатора Ю, два блока II и 12 вычитания, блок 13 выдержки интервалов времени, два фазочувствительных детектора 14 и 15, два делителя 16 и 17 напряжения, блок 18 преобразования переменного сигнала в постоянный, два блока 19 и 2О памяти, формирователь 21 сигнала управления, интегратор 22, два постоянных резистора 23 и 24 и регулируемый элемент (резистор) 25. Выходы генератора 1 и 2 синусоидальных сигналов через переключатель 3 подключены к интегратору 22, фазочувствительному детектору 14 и через посгоянные резисторы 23 и 24 соответственйо к операционным усилителям 6 и 5. В обрагную связь операционных усилителей 5 и 6 соогвегсгвенно включены измеряе мый трехэлементный двухполюсник 7 и регулируемый элемент 25. Выходы опер ционных усилителей 5 и 6 через блок 11вычитания подключены как к вторым входам фазочувствительных детекторов 14 и IS; так и к входу блока 18 преоб разования переменного сигнала в постоян ный. Выход последнего и выходы фазочувствительных детекторов 14 и 15 со& динены соответственно с входами делите лей 17 и 16 напряжения. Выход делителя 16 напряжения через переключатель 4 подключен к блокам 19 и 20 памяти, выходы последних соединены с блоком 12вычитания, а его выход подключен к формирователю 21 сигнала управления Выход формирователя 21 сигнала управления соединен с управляющим входом регулируемого элемента 25. Выход блока 13 выдернски интервалов времени подключен к управляющим входам перекл чателей 3 и 4. УcтpoйcтвQ работает следующим образом. Блок 13 выдержки интервалов времени периодически и в два такта управляет переключателями 3 и 4. В первом гак те посредством переключателя 3 к измеряемому трехэлементному двухполюснику подключается генератор 1 синусоидального напряжения, во втором такте - генератор 2 синусоидального напряжения. Таким же образом в первом такте пере ключатель 4 подключает выход делителя 16 напряжения к входу блока 19 памяти а во втором такте - к входу блока 2О памяти. В первом такте сигнал с генератора 1 синусоидального напряжения через переключатель 3 поступает на операционные усилители 5 и 6. Параметры переменного напряжения (аплитуда, фаза) на выходе операпионного усилителя 5, кроме значения генератора I синусоидаль ного напряжения и сопротивления резисто ра 24, зависит от измеряемых параметров трехэлементного двухполюсника 7. Напряжение на выходе операционного усилителя 6, кроме значения напряжения генератора I синусоидального напряжения и сопротивления постоянного резистора 23, зависит и от сопротивления регулируемого элемента 25. Напряжение на вы ходе блока 11 вычитания равно разности выходных напряжений операционнь1Х усилителей 5 и 6. Фаза этого напряжения является опорной для фазочувствитель ных детекторов 14 и 15. Одновременно напряжение с выхода блока 11 вычитания поступает в блок 18 преобразования переменного сигнала в постоянный. В качестве такого блока могут использоваться преобразователи .амплитудных, средних или действующих значений переменного сигнала. Делитель 16 напряжешш производит деление постоянных напряже-. НИИ с выхода фазочувствительного детектора 15 и с выхода блока 18 преобразования переменного сигнала в постоянный. Напряжение с далителя 16 напряжения через переключатель 4 поступает на блок 19памяти и запоминается им. Во втором такте напряжение от генератора 2 синусоидального напряжения через операционный усилитель с делителя 16 нагфяжения через переключатель 4 поступает на блок 2О памяти и также им запоминается. Разность сигналов с блоков 19 и 20памяти поступает на формирователь 21сигнала управления. Формирователь 21 сигнала управления, в-качестве которого может быть использовано любое интегрирующее звено, например электродвигатель, интегратор, устройство памяти и т. д., изменяет сопротивление регулируемого элемента 25 до тех пор, пока сигнал на выходе блока 12 вычитания не будет равен нулю. Как правило, для первоначального приведения измерительной цепи в состояние квазиравновесия требуется 4-7 тактов. После достижения преобразователем измерительного состояния определгпот параметры измеряемого двухполюсника. Значение измеряемого сопротивления резистора 8 определяют по значению сопротивления регулируемого резистора 25, значение измеряемой проводимое тзт резистора 9 - по значению напряжения на выходе делителя 17 Haijряжения, а значение измеряемой лкости конденсатора Ю - по значению напряжения на выходе делителя 16 напряжения. Предлагаемый преобразователь позволяет производить одновременное измерение всех трек параметров трехэлементных двухполюсников. При этом достигается повышение точности и расщирение пределов измерения по всем параметрам. Кроме того, существенным яв тнется то, что можно повысить чувствительность при измерении всех трех параметров, поскольку чувствительность пропорциональна разности квадратов частот сигналов генераторов I и 2. У прототипа подобная возможность повышения чувствительности отсутствует.

710009338

Формула изобретениячувсгвигельньгх дегекторов и через блок

Преобразователь параметров грехэле-преобразования переменного сигнала в менгных двухполюсников, содержащий генератор синусоидальных сигналов, переключатель, операционный усилитель, блок выдержки интервала времени, при этом управляющий вход переключателя соединен с выходом блока выдержки интерваfta времени, два фазочувствительных детектора, постоянный резистор, регулируемый элемент и формирователь сигнала управления, причем выход последнего соединен с управляющим входом регулируемого элемента, отличающийс я тем, что, с целью повышения точноети измерения, в него введены второй генератор синусоидальных сигналов, второй переключатель, второй операционный усилитель, второй .постоянный резистор, два блока вычитания, два делителя напряжеНИН, два блока памяти, интегратор и блок преобразования переменного сигнала в постоянный, причем выходы генераторов .через первый переключатель соединены |С входом интегратора, первым входом первого фазочувствительного детектора и через постоянные резисторы с входами операционных : илигелей, выходы последних подключены к входам первого блока вычитания, а выход этого блока непосред ственно соединен с вторыми входами фазо постоянный с вторыми входами делителей напряжения, при этом первый вход первого делителя напряжения подключен к выходу первого фазочувствительного детектора, а выход интегратора через второй фазочувствительный детектор соединен с первым входом второго делителя напряжения, выход последнего через второй переключатель соединен с входами первого и второго блоков, кроме того, в обратную связь одного из операционных усилителей включены зажимы для подключения объекта измерения, а в обратную связь другого - регулируемый эле- мент, выходы блоков памяти соединены с входами второго блока вычитания, а его выход - с формирователем сигнала управления, причем управляющий вход второго переключателя также подключен к выходу блока выдержки интервала времени. Источники информации, при1мтые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР N« 538302, кп. С 01 Р 17/ОО, . Ci 01 R 27/00, 21.05.74. 2. -Авторское свидетельство CCGP 648917, кл. С 01 R 27/26, 21.04.76 (прототип).