Измеритель @ -параметров Советский патент 1985 года по МПК G01R27/26 

четвертым и пятым входами преобразователя. 3. Измеритель поп.1, отличающийся тем, что генератор синусоидального напряжения содержит последовательно соединенные высокочастотный автогенератор, управляемый делитель частоты и адресный счетчик, причем выход счетчика соединен с входом первого и второго запоминающих блоков, перв:ым и вторым управляющими входами генератора являютсй управляющие входы высокочастотного автогенератора и управляемого дели11теля частоты соответственно, выход первого запоминающего блока соединен с входами первого формирователя и третьего цифроаналогового преобразователя и является четвертым выходом генератора, выход второго запоминающего блока является пятым выходом генератора и подключен к входу второго формирователя, выход третьего цифроаналогового преобразователя является первым выходом генератора, а вторьм и третьим выходами являются соответственно выходы первого и второго формирователей.

1. ИЗМЕРИТЕЛЬ CL.R -ПАРАМЕТРОВ, содержащий два входных зажима, генератор синусоидального напряжения, преобразователь ток - напряжение, два фазочувствительных детектора, два фильтра нижних частот, переключатель, цифровой интегрирующий логометр, причем первый вход,преобразователя соединен с первым входным зажимом измерителя, выходы первого и второго фазочувствительных детекторов через соответствующие фильтры нижних частот подключены к первому и третьему входам логомётра, о т л ичающийся тем, что, с цепью повышения точности.измеренияCUR -параметров в широком диапазоне частот, первый выход генератора соединен с вторым входным зажимом измерителя и с информационным входом второго фазочувствительного детектора, второй выход генератора соединен с вторыми входами преобразователя и логомётра, управлякщим входом второго фазочувствительного детектора и нормально замкнутым контактом переключателя, третий выход генератора подключен к третьему входу преобразователя и к нормально разомкнутому контакту переключателя, общий контакт которого подсоединен к управляющему входу первого фазочувствительного детектора, четвертый и пятый выходы генератора подключены, к соответствующим входам преобразователя, выход которого подключен к информационному входу первого фазочувствительного детектора, первый и второй входы генератора являются соответствующий ми управляющими входами измерителя. 2. Измеритель поп.1,о т л и (Л чающийся тем, что преобразователь ток - напряжение содержит блок сравнения токов, первьА вход которого является первым входом преобразователя, а выход через каскад преобразования тока в напряжение соединен с информационными входами первого и второго фазовых детекторов, управляюпще входы которых являются вторым и третьим входами преобел разователя, выходы первого и второго 00 фазовых детекторов через соответствующие аналого-цифровые преобразователи соединены с первыми входами соответствующих перемножителей) выходы которых через соответствующие цифроаналоговые преобразователи подключены к входам сумматора, выход которого соединен с выходом преобразователя и через образцовый резистор со вторым входом блока сравнения токов вторые входы первого и второго перемножителей являются соответственно

Изобретение .относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров емкостных и индуктивных объектов. Известны прибор-ы для измерения параметров комплексных сопротивлений, состоящие из - генератора синусоидального напряжения, преобразова теля на базе операционного усилителя с образцовым и измеряемым сопротивлениями в цепи отрицательной обратной связи, фазового детектора, ф зовращателя, формирователя и вольтметраНедостатками указанного устройст являются невозможность измерения CL, параметров в диапазоне частот, зависимость результатов измерений от нестабильности амплитуды генератора синусоидального напряжения, фазовые сдвиги опорных напряжений фазового детектора. Наиболее близким к изобретению техническим решением является измеритель CLR -параметров, содержащий генератор синусоидального напряжени преобразователь ток - напряжение, переключатель, два фазочувствительных детектора, два фильтра нижних частот, логометр и два входных зажи ма. При этом вход преобразователя ток - напряжение связан с первым входным зажимом устройства, .выходы фазочувствительных детекторов через фильтры нижних частот соединены с первым и третьим входами логометра, сигнальный вход одного из фазочувствительных детекторов соединен с выходом интегратора, а второго - через переключатель с выходом преобразовате,ля ток - напряжение . Недостатком известного устройства является низкая точность при измерении OLR -параметров в широком диапазоне частот, поскольку при этом в преобразователе ток - напряжение возникают паразитные фазовые сдвиги, что не позволяет использовать известное устройство для измерения CLR Параметров в широком непрерьтном диапазоне частот. Цель изобретения - повьшгение точности измерения -параметров в широком диапазоне частот. Поставленная цель достигается тем, что в измерителе CUR -параметров, содержаще два входных зажима, генератор синусоидального напряжения, преобразователь ток - напряжение, два фазочувствительных детектора, два фильтра нижних частот, переключатель, цифровой интегрирующий логометр, причем первый вход преобразователя соединен с первым входным зажимом измерителя, выходы первого и второго фазочувствительных детекторов через соответствующие фильтры нижних частот подключены к первому и третьему входам логометра,первый выход генератора соединен со вторым входным зажимом измерителя и с информационным входом второго фазочувствительного детектора, второй выход генератора соединен с вторыми входами преобразователя и логометра, управляющим входом второго фазочувствительного детектора и нормально замкнутым контактом переключателя, третий выход генератора подключен к третьему входу преобразователя и к нормально разомкнутому контакту переключателя, общий контак которого подсоединен к управляющему 1входу первого фазочувствительного детектора, четвертый и пятый выходы генератора подключены к соответствующим входам преобразователя, выход которого подключен к информационному входу первого фазочувствительного детектора, первьй и второй входы генератора являются соответствующими управляющими входами измерителя

При этом преобразователь ток напряжение содержит блок сравнения токов, первый вход которого является первым входом преобразователя, а выход через каскад преобразования тока в напряжение соединен с информационными входами первого и второго фазовых детекторов, управляющие входы которых являются вторым и третьим входами преобразователя, выходы первого и второго фазовых детекто ров через соответствующие аналогоцифровые преобразователи соединены с первьши входами соответствующих перемножителей, выходы которых через соответствующие цифроаналоговые преобразователи подключены к входам сумматора, выход которого соединен с выходом преобразователя и через 06 разцовый резистор со вторым входом .блока сравнения токов, вторые входы первого и второго перемножителей являются соответственно четвертым и пятым входами преобразователя.

Кроме того, генератор синусоидального напряжения содержит последовательно соединенные высокочастотный автогенератор,-управляемый делитель частоты и адресный счетчик, причем выход счетчика соединен с входом первого и второго запоминающих блоков, первым и вторым управляющими входами генератора являются управляюоще входы высокочастотного автогенератора и управляемого делителя частоты соответственно, выход первого запоминающего блока соединен

с входами первого формирователя и третьего цифроаналогового преобразователя и является четвертым выходом генератора, выход второго запоминающего блока является пятым выходом генератора и подключен к входу второго формирователя, выход третьего цифроаналогового преобразователя является первым выходом генератора, а вторым и третьим выходами являютс соответственно выходы первого и второго формирователей. .

На чертеже показана блок-схема устройства.

Устройство для измерения CUR -параметров содержит измеряемый элемент 1, преобразователь 2 ток - нанряжение, генератор 3 синусоидального напряжения, первый и второй фазочувствительные детекторы 4 и 5, переключатель 6, первый и второй фильтры нижних частот 7 и 8, цифровой интегрирующий логометр 9, первьй и второй входные зажимы 10 и 11 Преобразователь 2 содержит образцовый элемент-резистор 12, блок 13 сравнения токов, каскад 14 преобразования тока в напряжение, первый и второй фазовые детекторы 15 и 16, первый и второй аналого-цифровые преобразователи 17 и 18, первый и второй перемножйтели 19 и 20, сумматор 21, .первый и второй цифроаналоговые преобразователи 22 и 23. Генератор 3 содержзгт третий цифроана- логовьй преобразователь 24, высокочастотный автогенератор 25, управляемый делитель частоты 26, адресньй счетчик 27, первый и второй запоминающие блоки 28 и 29, первый и второй формирователи 30 и 31, упрявляющие входы 32 и 33 генератора 3.

Измеряемый элемент t подключен к входным зажимам 10 и 11 измерителя, ыход третьего цифроаналогового преобразователя 24 связан со вторым входным зажимом 11 измерителя, и с информационным входом второго фазочувствительного детектора 5, выход первого формирователя 30 соединен с управляющим входом первого фазового детектора 15, с нормально замкнутым контактом переключателя б, управляющим входом второго фазочувствительного детектора 5 и вгорым . входом логометра 9, выход второго формиройателя 31 связан с управляющим входом второго фазового детекто51pa 16 и с нормально разомкнутым контактом переключателя 6, выходы первого и второго фазочувствительных детекторов 4 и 5 через соответствующие фильтры нижних частот 7 и 8 подключены к первомуи третьему входам логометра 9, первый управляющий вход измерителя является управляющим входом автогенератора 25, а второй управляншрй вход - управляющим входом делителя частоты 26. Выход автогенератора 25 через управляемьй делитель частоты 26, адресный счетчик 27 подключен ко входам первого и второго запоминающих блоков 28 и 29. Выход первого запоминающего блока 28 связан со входами первого формирователя 30 и цифроаналогового преобразователя 24, а также со. вторым входом первого пер емножителя 19, выход второго запоминающего блока 29 соединен со входом второго формирователя 31 и со вторым входом второго перемножителя. Первый входной зажим 10 связан с первым входом блока сравнения токоэ 13. выход которого через каскад преобразования тока в напряжение 14 подключен к ин формационным входам первого и второ го фазовых детекторов 15 и 16. Выходы последних через соответствующи аналого-цифровые преобразователи 17 и 18 соединены с первыми входами соответствующих перемножителей 19 и 20. Выходы первого и второго пере множителей 19 и 20 через соответствующие цифроаналоговые преобразователи 22 и 23 кодключены к соответствующим входам сумматора 21, выход которого связан с информационны входом первого фазочувствительного детектора 4 и через образцовый элемент-резистор 12 со вторым входом блока сравнения токов 13, общий кон такт переключателя 6 подключен к управляющему входу первого фазочувствительного детектора 4. Работает устройство следующим образом. Высокочастотный автогенератор 25 вырабатывает прямоугольные импул сы с номинальной частотой |-, причем первый управляющий вход измерителя позволяет плавно регулировать эту частоту в пределах (0,45-1,55), При помощи второго управляющего входа измерителя задается коэффициент деления N делителя 26. Таким об 8 , на вход адресного счетчика 27 поступают импульсы частотой f (0,45-1,55) ff/ (1) где N 2, п 0,1,2,... Первый и второй запоминающие блоки 28 и 29 соответственно содержат в табличной форме Mi-разрядных значений функций в двоичном коде и к в диапазоне от О до 360. Емкость адресного счетчика 27 поэтому равна ,2М-1 .При опросе адресным счетчиком 27 запоминаюпр1х блоков 28 и 29 на их выходах формируются временные последовательности численных значений функций cosx и sinx. Формирователи 30 и 31, улавливая переходы функций cosx и sinx через нули, формируют сигнал типа меандр, причем положительным значениям функций соответствуют импульсы а отрицательным - паузы, На выходе третьего цифроаналогового преобразователя 24 формируется опорное синусоидальное напряжение U, питающее измерительную схему, причем его частота ю плавно регулируется в пределах .- ff 2) Преобразователь ток - напряжение 2 преобразует величину тока, пропорциональную величине комплексного сопротивления измеряемого элемента 1, в пропорциональное комплексное напряжения UJJ . Работу устройства рассмотрим на примере измерения емкостного объекта с активной GX и реактивной проводимостями. Пусть сопротивление образцового элемента равно Rj, тогда сигнал на выходе блока сравнения токов 13 можно представить выражением.juJCjU Каскад преобразования тока в напряжение 14 преобразует &t в пропорциональное напряжение ли , которое разделяется фазовыми детекторами 15 и 16 на синфазную U и квадратную U составляющие. Затем в цифровом N и N виде (на выходах аналого-цифровых преобразователей 17 и 18) эти составляющие напряжения подаются на перемножители 19 и 20, где осушествляется их перемножение с численньнчи значениями функций cosv и sin а также цифровое усилие (умножение на постоянный большой коэффициент ). Цифроаналоговые преобразователи 22 и 23 преобразуют цифровые последовательности KNgcos X и KNjjsinx в гармонические напряжения l)(j и И, , сдвинутые между собой на л/2. Сумматор 21 осуществляет сложение этих напряжений, в результате чего получается напряжение Uj , которое через образцовый элемент-резис тор 12 подается на вычитающий вход блока сравнения токов 13, т.е. осуществляется отрицательная обратная связь. Уравнение преобразования прямого канала преобразователя ток - напряже ние 2 можно представить в виде .(.к) ( аx. . JVl.) s;K(Re4itj3 Al}-K4f , (41 где коэффициенты передачи соответствующих узлов прямого канала преобразователя 2. Передаточная функция преобразова теля согласно (3) и (4) описывается выражением (b,4ju)Cx}k WCju,).. - , (, где ti(j - коэффициент передачи звена обратной связи. Пр.одифференцировав (5) по К, получи dW(u)) 1 W(u)) Следовательно, относительное изменение коэффициента передачи преобразователя (нестабильность узлов прямого канала) уменьщена в (1+KQ) раз.

При (глубокая обратная . г связь) согласно (5)

W(H-(Cix j Cjfio . 1

частоты и составит 0,05%..

Таким образом, в предлагаемом устройстве по сравнению с устройством-прототипом достигнута независимость точности измерения от частоты, на которой производится измерение, Tve, реализуется высокая точность измерения в пшрокой области частот, 88 т.е. функция преобразования не зависит от коэффициента передачи К прямого канала. Первый фазочувствительный детектор 4 вьщеляет активную составляющую и напряжения tJ , если переключатель 6 в положении А . и реактивную составляющую Up, если переключатель 6 в положении Р ,iob,R,|OJ . Напряжение на выходе второго фа- зочувствительного детектора 5 . U, K,|UJ , т.е. оно пропорционально модулю опорного напряжения jUol. Цифровой интегрирующий логометр 9 представляет собой аналого-цифровой преобразователь с двухтактным интегрированием, который осу0 ествляет операцию деления напряжений U и U на ко первом и третьем входах, исключает зависимость результатов измерений от напряжения генератора 3 |йд| . При этом для обеспечения независимости результатов измерения от рабочей частоты u) длительность первого такта интегрирования Т по второму входу логометра 9 задаетстг кратной рабочей частоте Tp R(uJ, Пусть суммарная нестабильность узлов прямого канала преобразователя 2 - 5%, а KGi(5 100, то согласно (6) относитёльная. погрешность выходного напряжения не зависит от