Преобразователь параметров трехэлементных нерезонансных двухполюсников Советский патент 1983 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к области электроизмерительной.техники, в част ности к измерению параметров пассивных комплексных величин, и может быть использовано для измерения параметров объектов, например, в элект рохимии и биологии при изучении природы электрохимических и биологических систем, в микроэлектронной, элек ро и радио, нефтяной и химической промьшшенностях для контроля различных изделий и технологических процессов. . Известен измеритель параметров пассивных двухполюсйиков, содержавщй генераторы синусоидальных сигналов, операционный усилитель, регулируемый элемент, два фазочувствительных вольтметра, фазовращатель формирователь, нуль-орган, блок выдержки времени, переключатель и пос оянный резисторС }. Недостатком известного устройства является низкая точность и чувст вительность , поскольку характеристики отрицательных элементов в широ ком диапазоне напряжений в принципе нелинейны. Погрешность измерителя обусловлена также и тем, что отрицательные сопротивления являются частотно-зависимыми и поэтому резул таты отсчета по измеряемым параметpciM двухполюсника после приведения цепи в измерительное состояние будут каждый раз сложным образом зави сеть от частоты синусоидального сиг нала генератора, от времени прерывания этого сигнала, от наличия гар моник в сигнале, возникающих вследствие нелинейности отрицательного сопротивленияJ малый предел измерения, поскольку отрицательные сопротивления могут существовать только в пределах ограниченной области вол амперных, характеристик этих сопротивлений. Из-за непосредственной ког«5мута.ции сигнала ограничивается верхний частотный предел работы измерителя. Наиболее близким технически реше нием к изобретению является преобра зователь параметров нерезонансных пассивных трехэлементных двухполюсНИКОВ, содержащий источник частотно модулированного сигнала, дифференци рующий усилитель, суммматор напряжений, два управляемых делителя напряжения, интегрирующий усилитель фазочувствительный индикатор, два логометрических преобразователя и два усилителяС23. Недостатком преобразователя явля ётся низкое быстродействие из-за дв контуров уравновешивания и их взаим связи, невысокая точность измерения искомьох параметров двухполюсника. Р зультат-измерения одного из парамет ров зависит от напряжения источника частотно-модулированного сигнала, что снижает точность измерения, поскольку трудно осуществить стабильность напряжения источника в широком диапазоне частот. Вследствие того, что уравновешивание происходит в режиме постоянных изменений частоты источника сигнала, возникают дополнительные динамические погрешности. Исследуемый двухполюсник включается во входную цепь усилителя, при этом в обратную связь этого усилителя включают-конденсатор, в результату BorHHKeieT потребность в стабилизации реясима усилителя по постоянному току. Обычно для этой цели используют Т-образный мост, шунтирующий конденсатор в цепи обратной связи усилителя, что приводит к дополнительным погрешностям преобразования. Цель изобретения - повышение быстродействия преобразования за счет исключения -второго контура уравновешивания. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь параметров трехэлементных нерезонансных двухполюсников содержащий усилитель, первый сумматор напряжения, усилитель, при этом выход дифференцирующего усилителя соединен с входом управляемого делителя напряжения, а вход усилителя соединен с одним из зажимов для подключения контролируемого двухполюсника, вход дифференцирующего усилителя соединен с одним из входов сумматора напряжения, в пре образователь введены два генератора синусоидальных сигналов, два переключателя, второй сумматор напряжения, четыре блока вычитания, резистор, два блока памяти, формирователь сигнала управления, два вычислителя, блок управления, причем выходы генераторов синусоидальных сигналов через первый переключатель соединены с другим зажимом для подключения контролируемого двухполюсника, с входом дифференциального усилителя и первьвч блоком вычитания, а выход усилителя, в обратной связи которого включен резистор, и выход управляeмofo делителя напряжения цодключен к входам второго блока вычитания при этом выход последнего соединен с входа1ли первого и второго сумматоров напряжения, с входами первого и третьего блоков вычитания, а также с входагли первого и второго вычислителей , выходы первого сумматора напряжения и первого блока вычитания подключены к первому вычислителю, а выходьд второго сумматора напряжения и третьего блока вычитания подключбгны к второму вычислителю, причем выход дифференцирующего усилителя € овдинен с вторыми входами, как второго сумматора напряжения

так и третьего блока вычитания/ выход первого вычислителя через второй переключатель соединен с входами первого и второго блоков памяти, выходы последних соединены с входами четвертого блока вычитания/ выход 5 которого подсоединен к формирователю сигнала управления, при этом выход формирователя сигнала управления подключен к управляемому входу управляемого делителя напряжения, причем 10 управляющие входы первого и второго переключателей соединены с выходом блока управления.

На чертеже показана функциональная схема преобразователя.

Преобразователь содержит два генератора 1 и 2 синусоидальных сигналов различной частоты, два переключателя 3 и 4, усилитель 5, дифференцирующий усилитель 6, контролируемый двухполюсник 7, состоящий из конден- саторов 8,9 и резистора 10 четыре блока 11-14 вычитания, резистор 15, управляемый делитель 16 напряжения, два сумматора 17 и 18 напряжения, блок 19 управления, два блока 20 и 21 памяти, формирователь 22 сигнала управления и два вычислителя 23 и 24.

Выходы генераторов 1 и 2 через переключатель 3 подключены к дифферейдирующему усилителю 6, контроли- 30 руемому двухполюснику 7, к сумматору 17 напряжения и к блоку 13 вычитания. В обратной связи усилителя 5 включен резистор 15, а выход усилителя подключен к блоку 11 вычита- 35 ния, выход дифференцирующего усилителя б через управляе ялй делитель 16 напряжения также присоединен к бло-. ку 11 вычитания, а выход последнего соединен с сумматорами 17, 18 напря- ... жения, с блоками 13, 14 вычитания и с вычислителями 23 и 24. Выход дифференцирующего усилителя 6 Подключен к входам сумматора 18 и блока 14 вычитания, а выходы последних соединены с вычислителем 24. Выход вычисли- 5 теля 23 через переключатель 4 пбдк-jnoчен к блокам 20, 21 памяти, выходы последних соединены с блоком 12 вычитания, а его выход подключен к формирователю 22 сигнала управле- 50 ния. Выход формирователя 22 соединен с управляющим входом делителя 16 напряжения. Блок 19 управления подключен к управляющим входам переключателей 3 и 4.. 55

Устройство работает следующим образом.. -

Блок 19 управления периодически и в дв-а такта управляет пер ключателями 3 и 4. В первом такте переключатель 3 подключает к измеритель- ° ной цепи генератор 1 синусоидально,го сигнала, во втором такте - генератор 2 синусоидального сигнала. Таким же образом, в первом такте переключатель 4 подключает выход вы- 65

числителя 23 к входу блока 20 памяти, а во втором такте - к входу блока 21 памяти. В момент занесения информации вблок 20, 21 памяти ранее записанная в нем информация автоматически стирается. В первом такте генератор 1 синусоидального сигналачерез, переключатель 3 питает измерительную цепь, состоящую из усилителя 5, дифференцируьжегб усилителя 6, управляемого делителя 16 напряжения и блока 11 вычитания. Напряжения с выхода генерато-. ра 1 синусоидального сигнала и с выхода блока 11 вычитания поступают на сумматор 17 напряжения, на блок 1 вычитания где происходит векторное сложение и вычитание этих напряжений. Далее напряжение с выхода блоков 11, 13 вычитания и с выхода cyMviaTOpa 17 поступают в вычислитель 23, в котором эти напряжения об рабатываются, т.е. преобразуются в числовые эквиваленты,.а затем над этими числами производятся вычислительные операции. Сигнал с выхода вычислителя 23 через переключатель 4 поступает на блок 20 памяти, где значение этого сигнала запоминается. Во втором такте к измеритель ной цепи псдключается генератор 2 синусоидального сигнала, а значение сигнала с выхода вычислителя 23 Saпоминается е в блоке 21 памяти.Раз ность сигнсшов с блоков 20 и 21 па-мяти, которая имеет место на выходе блока 12 вычитания, поступает на фоЕ 1ирователь 22 сигнала управления, в качестве ксторогх) может быть любое интегрирующее звено, например, электродвигатель, интегратор, устройство памяти и т.д. Формирователь 22 сигнала управления из 5eняет коэффициент деления управляемого делителя 16 напряжения до тех пор, пор, пока сигнал на выходе блока 12 вычитания не будет равен нулю. Как правило/ Д.1Я первоначального приведения измерительной цепи в состояние квазиравновесия требуется 3-5 тактов. В дальнейшем после каждого следующего такта преобразователь отслеживает коэффициент передачи управляемого делителя 16 напряжения. После достижения преобразователем измерительного состояния параметры контролируемого двухполюсника 7 определяются следующим образом. Измеряемую емкость конденсатора 8 определяют по значению сигнала на выходе формирователя 22 сигнала управления/ измеряемое сопротивление резистора 10 определяют по значению синала на выходе вычислителя 23, а измряемую емкость конденсатора 9 определяют по значению сигнала на выходе вычислителя 24.

- Существенной особенностью преобразователя является наличие только

одного контура уравновешивания, одной регулировки, в качестве которой может использоваться образцовая переменная мера (магазин сопротивлений, цифроуправляемое сопротивление и т.д, отсутствие в цепях обратных связей усилителей., конденсаторов исключает трудности, связанные с стабилизацией @жнма работы усилителей по постоян9Му току (тем самым исключается

целый ряд погрешностей преобразования. J. Уст юйство может работать с большой точностью в широких диапазонах частот и входных напряжений. Вычислители 23 и 24 могут быть выполнены с использованием современных малогабаритных, высокоточных аналогоцифровых преобразователей и програмируегллх микрокалькуляторов.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ НКРЕЗОНАНСНЫХ ДВУХПОЛОСНИКОЭ/ содержащий управляемый делитель напряжения, дифференцирующий усилитель, первый сумматор напряжения, усилитель, при этсш-выход дифференцирующего усилителя соединен с входом управляемого делителя напряжеНИН, а вход усилителя соединен с одним из зажимов для подключения контролируемого двухполюсника, вход дифференцирующего усилителя соединен с одним из входовсукпиатора напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия преобразователя, в него введены два генератора синусоидальных сигналов, два переключателя, второй сумматор напряжения, четыре блока вычитания, резистор, два блока памяти, формирователь сигнала управления,два вычислителя и блок управления, причем выходы генераторов синусоидальных сигналов через первый переключатель соединены с другим зажиме для подключения контролируемого двухполюсника, с входом дифференциального усилителя и первым блоком вычитания, а выход усилителя, в обратной связи которого включён резистбр, и вьаход управляемого делителя напряжения подключены к входам второго блока вычитания, при этом выход последнего соединен с входами первого и второго сумматоров напряжения, с входами первого и третьего блоков вычитания, а также с .входами первого . и второго вычислителей, выходы первого сумматора напряжения и первого блока вычитания подключены к первому вычислителю, а .выходщ второго сумматора напряжения и третьего блока . 0 вычитания подключены к второму вычислителю, причем выход дифференцируюС щего усилителя соединен с вторыми входами второго сумматора напряжения и третьего блока вычитания, выход первого вычислителя через второй переключатель соединен, с входами первого и второго блоков памяти, выходы последних соединены с входами сд четвертого блока вычитания, выход которого подсоединен к формировате лю сигнала управления, при этом выход формирователя сигнала управсо ления подключен к управляемому, входу управляемого делителя напряжения, 4 причем управляющие входы первого и второго переключателей соединены с выходом блока управления.