Компенсационное устройство для измерения элементов сложных электрических цепей Советский патент 1983 года по МПК G01R17/02 

10

сл

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных измерительных сис1;емах (АИС) , при измерении параметров резисторов и конденсаторов, резисторов и тгндуктивностей, образующих сложные электрические цепи. .

По основному авт.ев, 849082 известно компенсационное устройство для измерения параметров элементов сложных электрических цепей, содержащее усилитель сравнения напряжения, выход которого соединен с двумя фазочувствительными элементами, выходы которых соединены с блоком отсчетных устройств и через модуляторы подключены к входу суммирующего усилителя, выход которого через первый образцовый резистор присоединен к первому выходу усилителя напряжения, общий вывод для подключения элементов контролируемой схемы соединен с двумя первыми бесконтактными ключами, второй вывод одного из них подключен к инвертирующему входу первого усилителя напряжения, выход которого соединен со вторым выводом второго клянча, -а неинвертирующийвход подключен к выходу первого инвер тирущего усилителя, вход которого через третий модулятор соединен с источником постоянного напряжения, а вход генератора прямоугольных импульсов .через делитель частоты подключен к входам двух счетных триггеров, причем выход одного из них соединен с входом третьего модулятора к вторыми входами блоков уравновешивания, выход второго триггера подключен к третьим эходам блоков уравновешивания, первые входы

которых соединены со вторыми входами элементов контролируемой схемы, кроме того, первый вход первого блокауравновешивания соединен с

о.бщими выходами двух вторых ключей, второй вывод одного ключа подключен к инвертирукщему входу второго усилителя напряжения, а второй вывод второго ключа соединен с входами двух обра цовьрс резисторов и первым входом усилителя сравнения напряжения, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя напряжения и вторым выводом второго образцового резистора, интегрирующий усилитель включен между одним из входов суммирующего усилителя и выходом первого модулятора, причем упрайлякнцие входы модуляторов и второго фазочувствительного элемента подключены ко второму входу ; блока уравновешивания, а управляющий вход первого фазочувствительного элемента,соединен с третьим входом этого Олока С 13.

Недостатком и йёстного устройства является сильная взаимосвязь контуров уравновешивания и, как следствие, снижение точности изме-. рения при контроле низкодобротных двухполюсников , образующих сложные цепи.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерения параметров элементов сложных электрических цепей.

Поставленная цель достигается тем, что в компенсационное устройство для измерения параметров элементов сложных электрических цепей, содержащее усилитель сравнения напряжения, выход которого соединен с двумя фазочувствительными элементами, выходы которых соединены с блоком отсчетных устройств и через модуляторы подключены к входу суммиругацего усилителя, выход которого череи первый образцовый резистор присоединен к первому выходу усилителя напряжения, общий вывод для подключения элементов контрблируемой схемы соединен с двумя первыми бесконтактными ключами, второй вывод одного из них подключен к инвертирующему входу первого усилителя напряжения, выход которого соединен со вторым выводом второго ключа, а неинвертирующий вход подключен к выходу первого инвертируюшего усилителя, вход которого через третий модулятор соединен с источником постоянного напряжения, а вход генератора прямоугольных импульсов .через делитель частоты подключен к входам двух счетных триггеров, причем выход одного из них соединен с входом третьего модулятора и вторыми входами блоков уравновешивания, выход второго триггера подключен к третьим входам блоков уравновешивания, первые входы которых соединены со вторыми входами элементов контролируемой схемы, кроме того, первый вход первого блока уравновешивания соединен с общими выходами двух вторых ключей, второй вывод одного ключа подключен к инвертирующему входу второго усилителя напряжения, а второй вывод второго ключа соединен с входами двух образцовых резисторов и первым входом усилителя сравнения напряжения , второй вход которого соединен выходом второго усилителя напряжения и вторым выводом второго образдового резистора, интегрирующий усилитель включен между одним из входов суммирующего усилителя и выходом первого модулятора, причем управляющие входы модуляторов к второго фазочувствительного элемента подключены ко второму входу блоVa уравновешивания, а управляющий ВХОД первого фазочувствительного элемента соединен с третьим входом этого блока, введены в каждый блок уравновешивания два цифро-аналоговых преобразователя и два суммирующих усилителя, выход первого суммирущего усилителя .соединен с входом одного модулятора и выходом бло ка уравновешивания, выход второго суммирующего усилителя соединён с входом второго модулятора и вторым выходом блока уравновешивания, первые входы суммирукиаих усилителей подключены к выходам цифро-аналоговых преобразователей, а вторые - к выходам фазочувствительных элемёнтов соответственно, На чертеже представлена структур ная схема устройства для допускового контроля. Устройство содержит генератор 1 пр(ямоугольных импульсов, который подключен через делитель 2 частоты упра;вляейый от программного устройства (ПУ), к счетным триггерам 3 и 4, выход триггера 3 соединен с управляющим входом модулятора 5 и входами 6,7 и 8 блоков 9,10 и 11 уравновешивания соответственно, а выход триггера 4 подключен к входам 12,13 и 14 одинаковых блоков 9,10 и 11 уравновешивания соответственно Источник 15 постоянного напряжения через МОДУЛЯТОР 5 соединен с входом интегрирующего усилителя 16, выход которого подключен к неинвертирующему входу усилителя 17 напря жения, инвертирующий вход которого соединен с бесконтактным ключом 18 который присоединен к бесконтактному ключу 19 и выводам элементов 20-24 контролируемой схемы 25, при(чем второй вывод элементов 23 и 24 подключен к входу 26 блока 9, второ вывод элементов 21 и;22 подключен к входу 27 блокаЮ, а второй вывод, элемента 20 подключен к входу 28 j блока ,11. Вход 26 блока 9 соединён с е есконтактными ключами 29 и 30, причем второй вывод ключа 29 присо единен к инвертирующему входу усилителя 31 напряжения, а второй аывод ключ 30 подключен к образцовьм резисторам 32,33 и первому входу у .лителя 34 сравнения напряжения втор вход которого подключен к выходу усилителя 31 напряжения к. резистору 32, а выход соединен с первыми входами.фазочувствительныхЭлементов (ФЧЭ) 35 и 36, выходы которых подключены к выходам 37 и 38 блока выход модулятора 39 через интёгрирующир усилитель 40 подключен к ОДНОМУ входу суммирующего усилител 41, а выход модулятора 42 подключе ко второму входу усилителя 41, выход которого соединен с одним из .выводов резистора 33. Выходы 37 и 38 блока 9, выходы 43 и 44 блока 10 и выходы 45 и 46 блок а 11 под-; ключены к блоку 47 отсчетньк устройств . Кроме того , устройство содержит цифро-аналоговые преобразователи (ЦАД): 48 И49, управляемые от ИУ, выходы которых присоединены к первым входам суммирующих уоили- телей 50 и .51 соответственно, второй-вход усилителя 50 соединен с выходом фазочувствительного элемента 35, второй вход усилителя 51 соединен с выходе фазочувствительного элемента 36, выход усилителя 50 подключен к входу модулятора 39 и выходу 37 блока 9, а выход усилителя 51 подключен к входу модулятора 42 и выходу 38 блока 9. Устройство работает следугацим образом. Источник 15 вьфабатывает постоянное напряжение, которое с помощью модулятора 5 преобразуется в переменное напряжение прямоугольной формы, с частотой, равной половине частоты следования импулйсов на выходе делителя 2 частоты, причем скважность импульсов Напряжения на выходе модулятора 5 всегда равна двум за счет применения счетного триггера 3,;управляющего модулятора 5, и не зависит от стабильности длительности импульсов генератора 1. Затем напряжение прямоугольной формы подается на вход/интегрирующего усит лителя 16, где преобразуется в Переменное напряжение треугольной формы, которое подается на неинвертирующИй вход усил:ителя 17 напряже 1ия, с включенными двумя бесконтактными ключами 18 и 19 в цепи отрица тельной: обратной связи (ООС) , которые являются элементами коммутатора, осуществляющего подключение -переменного опорного напряжения к общей точке элементов 20-24 контролируемой схемы 25, .Учитывая свойство ОУ поддерживать, на своих вхбдах одинаковоеЛнапряжение с высо- ; кой точностью, а также то, что входной ток ;ровременных ОУ составляет единицынапример, можно видеть, :4.vfO- напряженИе в точке соединения открытых ключей с высокой точностью... повторяет напряжение на неинвертирующем входе усилителя 17. . Таким образом, на входы 26,27 и 28 блоков уравновешивания подается переменный ток, значение которого равно произведению величинч переменного напряжения с выход-а ОУ 17 на значение суммарной проводимости соответствуккцего элемента 20 или 21, 22 или 23,24 контролируемой схемы 27i Та:К как усилитель 31 включен ПО схеме усилителя тока, то падение напряжения на образцовом резисторе 32 прямо пропорционально значению

суммарной проводимости элементов 23,, 24 и не зависит от значений сопротивлений открытьах ключей 29 и 30. Учитывая свойство рассмотренного ОУ, потенциал напряжения на входах 26 и 27 стремится к нулю, так как неинвертирующие входы усилителей заземлены, что позволяет электрически развязать измеряемые двухполюсники и тем самым исключить шунтирующее влияние других элементов схемы 25. Падение напряжения на резисторе 32 прямо пропорционально разности токо.в, протекаюйшх через элементы 23,24., и компенсирующего тока, протекающего по резистору . Это падение напряжения,будучи усиленным с помощью усилителя 34, подается на

два канала демодуляции, причем ФЧЭ 35 выделяет синфазную составляющую напряжения, пропорциональную приросту активной проводимости элемента 23 а ФЧЭ 36 - квадратурную составляющую пропорциональную приросту емкостной , проводимости элемента 24, последнее обеспечивается предваритель-ной подачей на ЦАП 48 и 49 от программно гр устройств-а кодов, пропорциональных номинальным значениям элементов

23 и 24 соответственно. Поэтому на выходах усилителей 50 и 51 выделяется- постоянное напряжение, пропор-. циональное истинному значению проводимостей злементов 23 и 24 соответственно, которые могут быть больше или меньше номинального. Выделенные постоянные напряже.ния с выходов элементов 50 и 51 подаются на модуляторы 39 и 42, формирующие перемен- ., ное напряжение прямоугольной формы с

фазой i совпадающей с напряжением ,на выходе модулятора 5, -что достигается за счет подачи на управляющие входы модуляторов 5, 39 и 42 прямоугольного напряжения с выхода счетЙО.ГО триггера 3. Обеспечение с двига фазы напряжения на выходе триггера 4 выполняется за счет исИол;ьзоваи1П1 запускающего-фронта импульеа противоположной полярности, чем, Ш1Я триггера 3. Таким образом, на выходах триггеров 3 и 4 формиру, |йтся два ибременных напряжения имйУ:Яьсов со скважностью, равной 2, и сдвинутых на друг относительно друга.;

Переменное напряжение с выхода модулятора 39 подается на интегри- румедий усилитель 40, где Формирует-. ся компенсирукицее напряжение треугольной формы, которое суммируется с прямо-угольным с .выхода модулятора 42, и затем результирующее напряжение через образцовый резистор 33 подается в точку компенсации, тем самьви улучшая ра&оту блоков 34,35 и 36 в широком динамическом диапазоне, тгш как процесс уравновешива- .

НИН по. каждому каналу заключается теперь в отслеживании разности напряжений, пропорциональных разности между истинными значениями элемен- , тов 23 и 24 и номинальным, хранимым 5 в ПУ.

На выходах ФЧЭ 35 и 36 формируются постоянные напряжения, пропорцит ональные сопротивлению элемента 23 и емкости элемента 24, которые с выходов 37 и 3,8 соответственно, поступают на -блок 47 отсчетных устройств. Аналогичные элементы содержат блоки 11 и 10, где на выходах 43 -и 44 формируются постоянные напряжения,

S пропорциональные резистивной проводимости элемента 21 и емкостной проводимости- элемента 22, а -на выходе . 45 формируется постоянное напряжение, пропорциональное проводимости

Q элемента 20. В общем случае число блоков уравновешивания может быть равно суммарному числу измеряемых одно или двухэлементных двухполюсников, имеющих общую точку для .подачи тестирующего .напряжения , что позволяет уменьщить среднее время измерения одного двухполюсника в N раз, гдеW .равно числу блоков уравновешивания. При этом обеспечивается

развязка измеряемых проводимостей

за счет исключения взаимного влияния блоков уравновешивания и шунтирующего действия других злементов в схеме 25, что достигается обеспечением нулевого потенциала на всех

5 входах блоков уравновешивания. Использование бесконтактных ключей :повышает быстродействие измерений и надежность АИС в целом.

Подача в начальный момент компенсирующих напряжений с выходов ЦАП в соответствующие каналы уравновешивания позволяет ускорить процесс уравновешивания, так как теперь, наиболее инерционные элементь устройства - фильтры ФЧЭ - работают

только с малыми значениями напряжений, пропорциональных разности между поминальным и истинным значением; .соответствующего контролируемого

.. элемента. Дополнительно улучшаются условия развязки контуров урпвновешивания и повышается УСТОЙЧИВОСТЬ. ; в каждом блоке лри больших разностях векторов синфазной и квайратурйой составляющих входных напряжений,

5 так как теперь блоки 34, 35 и 34, 36 усиливают напряжения одного порядка.

Таким образом, введение цифроаналоговых преобразователей позволяет повысить быстродействие измерений по каждому блоку уравновешивания более, чем в пять раз и водить измерение двухэлементных двухполюсников с отношением активной и реактивной составляющих 100, при (

5 обеспечении погрешности измерений40,05% .

) КОМПЕНСАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО, ,ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНЗ ОВ IСЛОЖНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПО ;авт.св. 9 849082, отличающ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия .измерения параметров элементов слрж них электрических цепей, в нехр введены в каждый блок ypaLBHoiBietiiHBaHiiR , два цифро-аналоговык преЬбраэователя и два суммирукхяих усилителя, выход первого суммируюцего уснли в ля соединен с входом otptHord моду- ; лятора и выходом блока уравновёшивания, выход второго суьп цфуацего усилителя соединен о входом второ- ц го модулятора и вторы выходом Ояо,ка уравновешивания, первые входы суммирующий усилителей подключещл ; к выхадам цифро-аналоговых преобразователей, а вторые - к выходгм Г: ,фазочувствителы}ых элементов соответственно./ . ,,, .; -;.. .:-: W С..