Частотный преобразователь комплексного сопротивления Советский патент 1985 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения составляющих комплексного сопротивления, а также при измерении неэлектричесних величин с помощью емкостных пер вичных преобразователей. Известно устройство прямого преобразования емкости и активной проводимости в напряжение постоянного тока, содержащее генератор, фазовра щатель, линейный преобразователь, состоящий из операционного усилител на входе котороговключено измеряем сопротивление, а в цепи обратной св зи включено образцовое сопротивлени фазовый детектор и вольтметр Cl1 Недостаток этого устройства зависимость результата измерения реактивной составляющей от частоты и напряжения генератора синусоидаль ных колебаний, а активной составляющей - от напряжения генератора. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь параметров RLи RC -цепей в период электрическик колебаний, содержащий компаратор, соединенный с входом интегратора и измерительной цепи, выполненной на операционном усилителе, во входной цепи и цепи отрицательной обратной связи которой вклочены соответствен но исследуемая цепь и опорный элемент, а выход измерительной цепи со динен с входом, сумматор, переключа тель рода работ, делитель, генерато коротких импульсов и запоминающий блок 23. Недостатком данного устройства является невозможност ь градуировки измерительного прибора (вольтметра) в единицах измеряемой величины, так как необходимо измерять приращение напряжения на фийсироваином интерва ле времени и линейном участке возра тания или уменьшения напряжения , а также наличие методическо погрешности, зависящей от отношения , где tv, - длительность короткого импульса} RX и параметры исследуемой Re -цепи. Эта погрешность возрастает при- простран ственном разделении исследуемой цепи и преобразователя, так как имеет место задержка в линии связи, о.пределяющая минимально допустимую длительность импульса i. Цель изобретения - повышение точности. Поставленная цель достигается тем, что в частотный преобразователь комплексного сопротивления, содержащий измерительную цепь, быполненную на операционном усилителе, входная цепь которого содержит клеммы, для подключения исследуемой цепи, в цепь отрицательной обратной связи включен конденсатор, введены генератор гармонических колебаний, состоящий из LC-генератора с параллельным колебательным контуром и повторителя напряжения, трансформатор, формирователь импульса, переключатель, конденсатор, интегратор, уп|)авляемое сопротивление, резистир-,и неинвертирующий усилитель, причем выход генератора гармонических колебаний подсоединен к первичной обмотке трансформатора, первому входу формирователя импульса и к входу измерительной цепи выход которой подсоединен к второму входу формирователя импульса и первому входу переключателя, выход которого через конденсатор подсоединен к колебательному контуру LC -генератора, а выход формирователя импульса подсоединен к интегратору, выход которого соединен с управляющим входом управляемого сопротивления, один вывод которого соединен с вторичной обмоткой трансформатора, а другой вьшод - с входом неинвертирующего усилителя, выход которого соединен с вторьм входом переключателя, и через резистор - с инвертир5 ющим входом операционного усилителя измерительной цепи. На фиг. 1 представлена структурная схема частотного преобразова- . теля комплексного сопротивления; на фиг. 2 - временные диаграммы формирования управляющего напряжения на выходе интегратора. Преобразователь содержит генератор 1 гармонических колебаний, состодщий из LC -генератора с параллельньм колебательньм контуром и повторителя напряжения, трансформатор 2, фо Я4Ирователь 3 , измерительную цепь 4, переключатель 5, конденсатор 6, интегратор 7, управляемое сопротивление 8, неинвертирующий усилитель 9 и резистор 10. 3 Выход генератора 1 соединен с первичной обмоткой трансформатора 2 с первым входом формирователя импульса 3, входом измерительной цепи 4, выход которой соединен с вторым входом формирователя 3 импульса и первым входом переключателя 5, выход которого через конденсатор 6 согдинен с колебательным контуром LC -генератора, а выход формирователя 3 импульса соединен с интегратором 7, выход которого соединен с управляющим входом управляемого соп ротивления 8, один вывод которого соединен с вторичной обмоткой транс форматора 2, а другой вьгоод - с вхо дом неинвертирующего усилителя 9, вьпсод которого соединен с вторым входом переключателя 5 и через рези тор 10 - с инвертирующим входом опе рационного усилителя измерительной цепи 4. . Устройство работает следующим образом. Конденсатор 6 через переключатель 5 соединен с выходом измерительной цепи 4. При О управля емое сопротивление 8 имеет максимальную величину и ток через резистор 10 равен нулю. Z L1--U. где и И комплексные амплитуды напряженияJ комплексный коэффициент передачи измерительной цепи. При этом напряжение U, запаздывает по фазе относительно О . Формирова тель, на вход которого поступают напряжения U., и U, формирует в каж дом периоде колебаний импульс напря жения постоянной амплитуды и длител ностью i /ui, где w- рабочая час тота генератора 1i V - сдвиг фаз между Uf. и 0. За время действия этого импульса интегратор интегриру ет его, что показано на фиг. 2. Результатом интегрирования является напряжение , под действием, котор го изменяется управляемое сопротивл ние, оно уменьшается с увеличением . При этом под действием напр жения и, увеличивается ток через резистор 10 и сопротивление 8. Увеличение т.сйса происходит до тех пор, пока сдвиг фаз Y не станет 024 равным нулю. В этом случае длительность импульса на выходе формирователя станет равной нулю, а напряжение на выходе интегратора будет сохраняться неизменным. Этому состоянию соответствует равенство нулю суммы токов через резисторы на входе операционного усилителя измерительной цепи 4. Ооозначкв напряжение на вторичной обмотке трансформатора через U,r, где коэффициент трансформации, получим R л( При этом напряжение Ц содержит только синфазную составляющую -,.. -х Это напряжение подается на конденсатор 6. На резонансной частоте сумма токов ветвей колебательной системы L., С равна нулю T rH oHVUjju pC-.O, откуда период колебаний Т равен i , . . .Р L ос что подтверждает зависимость периода колебаний от емкости измерительной цепи 4 С . При замкнутом вторсм« входе переключателя 5 на его выход на конденсатор 6 поступает напряжение Uj с выхода неинвертирующего усилителя 9. После сведения к нулю квадратурной составляющей напряжения О, напряжение и, равно к - коэффициент усиления усилителя 9. В этом случае для нахождения резонансной частоты (период колебаний) в уравнение для суммы токов ветвей колебательной системы необходимо подставить значение напряжения U, вместо и , откуда получим 1 1 T::2JiU Таким образом, измеряемым параметром генератора 1 является период колебаний, зависящий от С кпи от 1/С , что определяется положением перед лючателя 5. S Использование предлагаемой схемы преббразователя в информационно-измерительной системе позволяет сни1145302зить погрешность преобразователя емкости измерительной цепи 40 до 0,2% при С i 50 пФ и Кк1 Ю

ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ, содержащий измерительную цепь, выполненную на операционном усилителе, входная цепь которого содержит клеммы для подключения исследуемой цепи, в цепЬ отрицательной обратной связи включен конденсатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введеныгенератор гармонических колебаний, состоя- щий из LC -генератора с параллельным колебательн№1 контуром и повторителя напряжения, трансформатор, формирователь импульса, переключатель, конденсатор, интегратор, управляемое сопротивление, резистор и неинвертирующий усилитель, причем выход генератора гармонических колебаний подсоединен к первичной обнотке трансформатора, первому входу формирователя импульса и к входу измерительной цепи, выход которой подсоединен к второму входу формирователя импульса и первому входу.переключателя, выход которого через конденсатор подсоединен к колебательному контуру LC -генератора, а выход формирователя импульса подсоединен к интегратору, выход которого соединен с управW ляющим входом управляемого сопротивления, один вынод которого соединен с вторичной обмоткой трансформатора, а другой вывод - с входом неинвертирующего усилителя, выход коЬорого соединен с вторым входом переключателя, и через резистор - с инвертирующим вкоцон операционного усилите ел ля измерительной цепи. 00 о с