Цифровой измеритель @ -параметров Советский патент 1984 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметро комплексных сопротивлений (ИКС) емкостного и индуктивного характера. Известен цифровой измеритель CLRпараметров, содержащий переключатель интегратор, блок сравнения, генерато синусоидального напряжения, измеряемый элемент, источник опорного напря жения, генератор импульсов, селектор цифровой делитель, цифровой отсчетНый блок, ключ, блок образцовых элементов, блок управления, интегратор блок сравнения, формирователь времен Ного интервала lj . Недостатком указанного устройства является наличие образцовых реактивных элементов как емкостного, так индуктивного характера, нестабильность которых увеличивает погрешность измерения. Наиболее близким техническим решением к изобретению является измеритель емкости проводимости конденсаторов, индуктивности и сопротивления катушек индуктивности, содержащий источник синусоидального сигна-ла, преобразователь параметров комплексного сопротивления в напряжение на базе операционного усилителя с из меряемым объектом и образцовым актив ным элементом сопротивления, фазовращатель в виде операционного усилителя в режиме интегратора, переключатель, фазочувствительный детектор, управляющий вход которого через формирователь соединен с выходом источника синусоидального сигнала и фильтр нижних частот, а также канал формирования опорного напряжения, выполненный в виде последовательного соединения амплитудного детектора и фильтра нижних частот, логометр, выполненный в виде последовательного соединения управляемого клюсга, инте гратора, блока совпадения, фop rapoвa теля измеряемого интервала времени, ключевого блока счетчика, а также генератора счетных импульсов, выход которого соединен с вторым входом ключевой схемы, а через формирователь опорного интервала времени с.вторым входом формирователя измеряемого интервала времени и управляемым входом ключа, входы которого являются входами АЦП, Таким образом на первый вход А1Щ (измерительный) 54 поступает напряжение с выхода канала преобразования, а на второй вход АЦП (опорный) с выхода канала опорного напряжения pi. Недостаток известного устройства зависимость выходного сигнала при измерении реактивной составляющей от параметров (RC) фазовращателя, нестабильность которых приводит к погрешности измерения. Цель изобретения - повышение точности измерения. Цель достигается тем, что в цифровом измерителе CLR-параметров, содержащем источник гармонического сигнала, фазовращатель на базе операционного усилителя в режиме интегратора, линейный преобразователь комплексного сопротивления в напряжение на базе операционного усилителя с измеряемым объектом и образцовым активным элементом сопротивления, переключатель, нормально замкнутый и нормально разомкнутый,контакты которого соответственно соединены с выходом и входом фазовращателя, фазочувствительный и амплитудный детекторы, выходы которых соответственно соединены с входами первого и второго фильтров нижних частот, форг-шрователь опорного сигнала рабочей частоты, выход которого соединен с управляюищм входом фазочувствительного детектора, и интегрирующий аналого-1№ фровой преобразователь, выполненный в виде последовательного соединения управляемого ключа, интегратора, блока совпадения, первого формирователя интервала времени, ключевого блока, счетчика, а также генератора счетных импульсов, выход которого соединен с вторым входом ключевого блока и входом второго формирователя интервала времени, выход последнего соединен с вторым входом первого формирователя и управляющим входом ключа, сигнальные входы которого подключены к выходам первого и второго фильтров нижних частот, выход источника переменного сигнала соединен с входом фазовращателя, вход преобразователя - с входом амплитудного детектора и общим контактом переключателя, а выход с измерительным входом фазочувствительного детектора, управляющий вход которого соединен с входом источника гармонического сигнала, а вход формирователя опорного сигнала рабочей частоты - с выходом генератора счетньк импульсов. На чертеже приведена структурная схема устройства. Цифровой измеритель CLR-параметров содержит источник 1 гармонического сигнала, фазовращатель 2 на баз операционного усилителя 3 в режиме интегратора с элементами 4 и 5, переключатель 6, линейный преобразователь 7 комплексного сопротивления в напряжение на базе операционного усилителя с измеряемым объектом 8 и образцовым активным элементом 9, амплитудный и фазочувствительный детекторы 10 и 11, фильтры 12 и 13 нижних частот, формирователь 14 опор ного сигнала рабочей частоты и интегрирующий АЦП 15, в который входят управляемый ключ 16, интегратор 17, блок 18 совпадения, формирователи 1 и 20 интервала времени, ключевой блок 21, счетчик 22 и генератор 23 счетных импульсов. Входы преобразователя 7 и амплитудного детектора 10 переключаются через переключатель 6 к генератору синусоидального сигнала либо прямо (измерение активных параметров), ли бо через фазовращатель 2 (измерение реактивных параметров), а выход сое динен с измерительным входом фазочувствительного детектора 11. Выходы амплитудного и фазочувствительного детекторов 10 и 11 через фильтры 12 и 13 соединены соответственно с измерительным и опорным входаьм АЦП 1 Управляющий вход фазочувствительног детектора 11 связан с выходом форми рователя 14 опорного сигнала рабоче частоты и с входом источника 1 гарм нического сигнала, вход формировате ля 14 соединен с выходом генератора 23 счетньк импульсов А1Щ 15. Устройство работает следующим образом. Формирователь 14 опорного сигнала рабочей частоты формирует из сигнала генератора 23 напряжение вида меандр частотой f ,,, на которой проводится измерение CLR-параметров. Источник 1 гармонического сигнала преобразует выходное напряжение формиро вателя 14 в синфазньй синусоидальньй сигнал частотой п 7Cf. f fe.1 (.27f,(f,-) и амплитудой и„ Фазовращатель 2 осуществляет сйвиг полученног:р синусоидального сигнала на угол -1 , которое в режиме измерения реактивных параметров через переключатель 6 прикладывается к входу преобразователя 7 и входу амплитудного детектора 10. В режиме измерения активных параметров на входы прикладывается напряжение источника 1. Преобразователь 7 преобразует параметры емкостных объектов по параллельной схеме замещения с составляющими coCj, и G или индук|Тивных объектов по последовательной схеме замещения с составляющими. СоЦ и R j в синфазные и квадратурные составляющие комплексного напряжения . В первом случае измеряемый объект 8 включается во входную цепь, а в цепи обратной связи включается элемент 9,во втором - объект 8 и элемент 9 меняются местами. Фазочувствительным детектором 11 осуществляется выделение составляющих комплексного напряжения, несущих информацию об измеряемом параметре присутствующих на его измерительном входе путем управления его по управляющему входу напряжением, синфазным с напряжением источника 1. Амплитудный детектор детектирует напряжение на входе преобразователя. Фильтры 12 и 13 вьделяют постоянные составляющие и и выходных напряжений. Напряжение U,j прикладывается к измерительному входу, а напряжение Uj к опорному входу АЦП 15. Последний осуществляет преобразование напряжения на измерительном входе в цифровой код путем двухтактного интегрирования. В первом канале интегрирования, время Тд которого задается формирователем 19 в виде импульса, управляющего ключом 16 и формирователем 20, на вход интегратора 17 поступает напряжение Uo (открыт канал ас ключа 16). Во втором такте интегрирования по истечении времени ..-,- на вход to ,т интегратора поступает напряжение и противоположной первому полярности (открыт канал Ьс ключа 16). Начало второго интегрирования фиксируется формирователем 20 по входу R сигналом TQ, а конец - по входу S сигналом блока 18 совпадения, определяющего нулевое значение интегрированного напряжения

УЛ

ju at-ju,

(1)

в виде импульса Т, который разрешает прохождение счетных импульсов частотой д от генератора 23 через ключевой блок 21 на вход счетчика 22, В режиме измерения емкости напряжение Uj равно напряжению

(2)

и4с« 1- ° «оЕ«См

а в режиме измерения индуктивности напряжению

1 1

,а.и,

(3) При этом напряжение 11л равно

(4)

и -.и COCR

Если эти значения напряжений подставить в выражение Cl), то получится

II т

U.a,R,C,

г|о;г1

I 1о

U - т

щ-;, ; Ту

2« 1о

(6)

Количество импульсов в счетчике 22 при измерении емкости (N) и индуктивности (N) равно

cV2 2 hiioC.i(7)

-bi .ioW- 8) Измерение активных: составляющих ,(Gj и Rj) производится аналогично (переключатель 6 в положении А), а количество импульсов в режимах измерения проводимости (NQ) и сопротивЛенин (N.,) равно а, ..QK-, (9)

«VIR;

т.е. в данном случае результат измерения не зависит от параметров (RC) фазовращателя.

1ДИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ CLRПАРАМЕТРОВ, содержащий источник гармонического сигнала, фазовращатель;, на базе операционного усилителя в режиме интегратора, линейный преобразователь комплексного сопротивления в напряжение на базе операционного усилителя с измеряемым объектом и образцовым активным элементом сопротивления, переключатель, нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты которого соответственно соединены с вьосодом и входом фазовращателя, фазочувствительный и амплитудный детекторы, выходы которых соответственно соединены с входа -т первого и второго фильтров нижних частот, формирователь опорного сигнала рабочей частоты, выход которого соединен с управляющим входом фазочувствительного детектора, и интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, вьшолненный в виде последовательного соединения управляемого ключа, интегратора, блока совпадения, первого формирователя интервала времени, ключевого блока, счетчика, а также генератора счетных импульсов, выход которого соединен с вторым входом ключевого блока и входом второго формирователя интервала времени, выход последнего соединен с вторым входом первого формирователя и управляющим входом ключа, сигнальные входы которого подключены к выходам О) первого и второго фильтров нижних частот, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности измерения, выход источника переменного сигнала соединен с входом фазовращателя, вход преобразователя - с входом амплитудного детектора и общим контактом переключателя, а stiiход - с измерительным входом фазочувствительного детектора, управляющий вход которого соединен с входом источника гармонического сигнала, а вход формирователя опорного сигнала рабочей частоты - с выходом генератора счетных импульсов.