Измерительная цепь (ее варианты) Советский патент 1985 года по МПК G01R27/26 

2. Цепь по п. 1, отличающаяся тем, что в нее введен второй дополнительный образцовый двухполюсник, первым зажимом подключенньгй к общему выводу испытуемого и первого дополнительного двухполюсников, вторым - к Третьему контакту коммутатора.

3.Измерительная цепь,содержащая генератор синусоидальных колебаний, одни из зажимов соединенный с общей шиной, испытуемый и образцовый двухполюсники, первыми зажимами подключенные к инвертирующему входу операционного усилителя, отличающаяся тем, что, с целью повьппения точности измерения, в нее введены два дополнительных образцовых двухполюсника и коммутатор, причем второй зажим генератора подключен к второму зажиму основного образцового двухполюсника, дополнительные двухполюсники первыми зажимами подключены к общему выводу испытуемого и oiCHOBHoro образцового двухполюсников , вторым - соответственно к первому и второму контактам коммутатора, второй зажим испытуемого двухполюсн$1ка подключен к третьему и общему контактам коммутатора и входу усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной.

4. Измерительная цепь, содержащая генератор синусоидальных колебаний, одним из зажимов соединенный с общей шиной, испытуемый двухполюс ник и образцовый двухполюсник, включенньй в отрицательную обратную связ усилителя, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерения, в нее введены два дополнительных двухполюсника и два коммутатора, причем второй зажим генератора подключен к первому контакту i первого коммутатора и первому зажиму испытуемого двухполюсника, второй зажим кoтopoгo соединен с первым контактом второго коммутатора и первым зажимом первого дополнительного двухполюсника, второй зажим которого подключен к второму контакту второго коммутатора, общий зажим первого коммутатора через второй дополнительный двухполюсник подсоединен к общему зажиму второго коммутатора и инвертирующему входу усилителя, второй контакт первого коммутатора и неинвертирующий вход усилителя соединены с общей шиной.

5. Измерительная цепь, содержащая генератор синусоидальных колебаний, первый зажим которого соединен с общей шиной, второй - с неинвертирующи входом операционного усилителя, в отрицательную обратную связь которого включен основной образцовый двухполюсник , и испытуемый двухполюсник, включенный между общей шиной и инвертирующим входом усилителя, отличающаяся тем, Что, с целью . повьш1ения точности измерения, в нее введены два дополнительных образцовы двухполюсника, ключ и коммутатор, причем второй зажим генератора подключен к первому контакту коммутатора, общий контакт которого .через первый дополнительный образцовый двухполюсник подсоединен к инвертирующему входу усилителя, последовательно соединенные ключ и второй дополнительный образцовый двухполюсник соединены параллельно с испытуемым двухполюсником, второй контакт коммутатора подключен к общей шине.

I, Измерительная цепь, содержащая генератор синусоидальных колебаний, одним из зажимов соединенный с общей шиной, испытуемый и образцовый двухполюсники первыми зажимами подключенные к инвертирующему входу операционного усилителя, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерения, в нее введены первый дополнительный образцовый двухполюсник и коммутатор, причем второй зажим генераърра подключен к второму зажиму основного образцового двухполюсника, второй зажим испытуемого двухполюсника подсоединен к первому контакту коммутатора и первому зажиму дополнительного образцового двухполюсника, второй зажим которого соединен с вторым контактом комму(Л татора, общий зажим которого подключен к выходу усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной.

Изобретение отно-сйтся к злектроизмерительной технике и предназначено для измерения параметров двухзлементных двухполюсников.

Цель изобретения - повьппение точности измерения.

На фиг. 1 изображена универсальная измерительная цепь для

измерения параметров комплексных двухзлементных двухполюсников; на фиг. 2 - измерительная.цепь для измерения параметров комплексных двухзлементных двухполюсников, имеющих последовательную схему замещения; на фиг. 3 - измерительная цепь для измерения параметров комплексных двухполюсников, имеющих параллельную

3

схему замещения , на фиг. 4 - унинереальная измерительная цепь. Позволяющая осуществлять измерения параметров комплексных двухполюсников, на зависящих от нестабильности коэффициента передачи усилителя, шунтирующего влияния со стороны входного и выходного сопротивлений усилителя на результат измерения ,i на фиг, 5 - универсальная измерительная цепь, позволяющая осуществлять измерения параметров комплексных двухполюсников, не зависящих от нестабильности козффициента передачи усилителя, шунтирующего влияния со стороны входного и выходного сопротивлений усилителя и внутреннего сопротивления генератора на результат измерения; на фиг. 6-- схемы замещения измерительной цепи, изображенной на фиг. 4; на фиг, 7 варианты схемы замещения измерительной цепи, изображенной на фиг. 5,

Б устройстве {фиг. l) генератор I через основной образцовый двухполюсник 2 подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 3 и первому зажиму исследуемого двухполюсника 4, второй зажим которого через дополнительный двухполюсник 5 подключен к коммутатору 6, общий контакт которого соединен с выходом усилителя 3.

В устройстве (фиг. 2) генератор 1 через основной образцовый двухполюсник 2 подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 3 и первому зажиму исследуемого двухполюсника 4, второй зажим которого через дополнительные двухполюсники 5 и 7 подключен к коммутатору 6, общий контакт которого соединен с выходом усилителя 3.

В устройстве (фиг, 3) генератор 1 через основной образцовый двухполюсник 2 подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 3 и первому зажиму исследуемого двухполюсника 4 и дополнительных двухполюсников 5 и 7, вторые зажимы которых подключены к KOMtfyTaropy 6, общий контакт которого соединен с исследуемым двухполюсником 4 и выходом усшгителя 3.

В устройстве фиг. 4 генератор 1 соединен с первым зажимом иссле дуемого двухполюсника 2 и вторым

748774

коммутатором 8, второй зажим исследуемого двухполюсника 2 через первый дополнительный двухполюсник 4 подключен к первому коммутатору 6, 5 общий контакт первого коммутатора 6 через второй дополнительный двухполюсник 7 соединен с общим зажимом второго коммутатора 8 и инвертирующим входом операционного усилителя 3, в отрицательную обратную связь

0 которого включен основной образцовый двухполюсник 9.

В устройстве (фиг, 5) генератор 1 подключен к коммутатору 8, общий зажим которого через первый допол5нительный двухполюсник 7 подключен к исследуемому двухполюснику 4, последовательно соединенным второму дополнительному двухполюснику 5 и ключу 10, инвертирующему входу опера0ционного усилителя 3, в отрицательную обратную связь которого включен основной образцовый двухполюсник 9. На фиг. 6 и 7 приняты следующие обозначения: напряжение, выра5батываемое генератором I; вь|х пряжение, снимаемое с выхода измерительной цепи; входное напряжение усилителя; Z , - сопротивле гие исследуемого двухполюсника; Z( 0сопротивление основного образцового двухполюсника; Z - входное сопротивление усилителя; ZQ - сопротивление дополнительного д1 ухполюсника; Z - выходное сопротивление усилите5ля; Zu - сопротивление нагрузки;

, ZH I 1 - ток,

протекающий в первом контуре; 12 - ток, протекающий во втором контуре; Тз - ток, протекающий в третьем контуре.

0

Для нахождения параметров комплексного двухэлементного двухполюсника, имеющего, например, последовательную схему замещения, измерительная цепь (фиг. 1) работает следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает синусоидальный сигнал, который подается на измерительную цепь. Коммутатор 6 устанавливается в положение 1. На выходе измерительной цепи формируется снгнап, действующее значение которого равно

RX +Хх

V 1- V

(1) быки |в

ВЗатем коммутатор 6 устанавливается в положение П. К исследуемому двухполюснику 4 последовательно подключается дополнительный двухполюсник 5, Рри этом на выходе измерительной цепи формируется сигнал, действующее значение которого равно

,j(Ri+R,)+xT

1 li

(2)

выхг где i Bbix-. выходные напряжения измерительной цепи при нахождении комм мутатора 6 соответс венно в положениях - и Ц; Vgy - напряжение, вырабатьшаемое генератором 1; R - сопротивление актив ной составляющей ис следуемого двухполю ника; Х - сопротивление реактивной составляющей исследуемого двухполюсника;R - сопротивление основ . ного образцового двухполюсника; R ( - сопротивление допол нительного образцового двухполюсника. / Решая совместно систему уравнений (1) и (2) и учитывая, что , получают выражение Для того, 4To6ii найти Ху необ/ходимо, чтобы образцовые двухполюсНИКИ 2 и 5 были однородной реактивной составляющей исследуемого Дйухполюсника 4 (т.е. Х и Х). При условии «1 получают выражениеХо( выхго IVebixiol ,. V г- :- 9 и/ 12 IVexiIvBitl / .

R(lVBb.x.l-IVBb.xl)RUlVeb.x/-lV.b.t.l1 2R,(lVBb,x,r-|Veb,,,r)+2R,(|Veb,x,lMV.b.x,r)

При параллельной схеме замещения исследуемого двухполюсника 4 уравнения (3) и (U) имеют вид

1Увым1 1Увых Г

(5)

IV,

ВЫХ 11

(8) 1УбЫХ%о1 де g проводимость активной составляющей .исследуемого двухполюсника;bj/ - проводимость реактивной составляющей исследуемого двухполюсника ; , Ъ - проводимость дополнительных образцовых двухполюсников Для реализации описанных напряений необходимо знать как входное gx так и выходное Уд, напряжения змерительной цепи. Дальнейшим усовервгенствованием измерительной цепи (фиг. l), является измерительная цепь (фиг. 2j, которая позволяет осуществить измерение параметров исследуемого двухполюсиика 4, имеющего последовательную схему замещения,еиспользованием лишь выходного напряжения измерительной цепи. Измерительная цепь, изображенная на фнг. 2, работает аналогично измерительной цепи, изображенной на фиг. 1, только при положении коммутатора 6 в положение Ш на выходе измерительной цепи формируется сигнал, действующее значение которого равно 4lR.+ RaK lVeb,. где Vgyy -г выходное напряжение измерительной цепи при нахождении коммутатора в положе- , НИИ Ш. . / , Решая совместно систему уравнений (1), (2) и (7), получают уравнение7 Для того, чтобы найти Ху необз1:рдимо, чтобы образцовые двухполюсйики бьши однородны реактивной сосX dCtj-l BbixJVxdWb.Mor-l Bb.x.ol)

X.

,OV,«,,J -lVeb,.,,(lVeb.x,J -|VBb.x,o

Аналогично получают уравнение и

для определения параметров исследу емого двухполюсника, имеющего паралЛ

Н1УвьиМ /,ык/Ь((Убь,;...И) (10)

г -ЦУьых/- V8b,x,,{iVBb,x,f ЧУвым )

. .оГ-|Увых.(Ц/,ь.,о1 |Увых,о1) &b,(lVeb,xjNVeb,x,olb2b,(li/,,,,,,,, (11)

Анализируя данные уравнения, видно, что для получения отсчета параметров исследуемого двухполюсника необходимо учитывать только действующее значение напряжений без учета фазовых соотношений между сигналами, снимаемыми с измерительной цепи, зависящих от девиации частоты генератора, что позволяет по срав.нению с известным значительно повысить точность измерения в широком диапазоне частот.

Все указанное справедливо лишь в том случае, когда коэффициент передачи К и выходное сопротивление усилителя равны со , а входное сопротивление О,. (

Однако в реальных случаях эти величины только стремятся к Оо или к О, но не равным им. Поэтому для более точного измерения параметров исследуемого двухполюсника приходится не только учитывать эти велич;

i.

V/,,% )2. Z«() Z2. Z7i

H X tj I

При подключении дополнительного двухполюсника параллельно схема замещения измерительной цепи будет

,Г)

лельную схему замещения, с -помощью измерительной цепи, изображенной на фиг. 3.

чины, но и исключить их влияние на результат измерения.

Исключить влияние выходного сопротивления усилителя и его коэффициента передачи позволяет измерительная цепь (на фиг. 4), которая работает следующим образом.

В начале работы коммутатор 6 устанавливается в положение 1. Далее, переключив дополнительный двухполюсник 7 сначала параллельно входу усилителя 3, а затем параллельно исследуемому двухполюснику, формируют выходные напряжения усилителя, отношение которых не зависит от Z , Z.,.,.,и К. Для доказательства обВО1 л-

ратимся к схемам замещения, изображенным на фиг. 6. При подключении дополнительного двухполюсника 7 параллельно входу усилителя 3 схема замещения измерительной цеЯЙ будет иметь вид, изображенный на фиг. 6а. Рещение системы уравнений методом контурных токов позволяет определить VB,:

П-д;1

(12)

у +v «Hi ,t-c o

иметь вид, изображенный «а фиг. 66. Аналогично, решая систему уравнений методом контурных токов, получают 1174877 тавляющей исследуемого двухполюсника (т.е. Хд, Х и Х). Тогда полу;чают выражение для Х,

|ilV

еыи. Sn Решая совместно систему уравнений (12), (13), получают Таким образом, доказано, что -, выхг не зависит от 7, Zgbix и К. Затем коммутатор 6 устанавливается в положение П и, переключив коммутатор 8 сначала в положение II а затем в положение 1, получают ур нение VebiXio + -г. 17 7-(15 УВЫХ20 0, где Z - дополнительный двухполюсник .4. Решая совместно систему уравнений (14) и (15) относительно действующих значений напряжений и сопротивлений, получают RoFfl bix, К8ых,о1 U-2R,-( р и и , г IVeblXjo I J ° LvlviibiKil .( При из/мерении параметров компле ных двухполюсников, соизмеримых с внутренним сопротивлением генерато ра, нельзя достичь высокой точности измерений, так как на результа измерения влияет внутреннее сопрот ление генератора.

-,

(13) Измерительная цепь, позволяющая исключить указанный недостаток, изображена на фиг, 5. Она работает аналогично измерительной цепи, изображенной на фиг. 4, уравнения отсчета аналогичны описанным. Исключить влияние на результат измерения внутреннего сопротивления генератора позволяет подключение исследуемого двухпол осника к инвертирующему входу усилителя. Для доказательства сравнивают схемы замещения, изображенные на фиг. 6 и 7, На фиг. 6 ток от генератора 1 течет сначала через , а затем через Z. Поэтому при очень малом сопротивлении Z, соизмеримым с внутренним сопротивлением генератора, нельзя получить требуе.мую точность измерения, так как на внутреннем сопротивлении г-енератора неинформативное падение напряжения, приводящее к дополнительной погрешности измерения, будет соизмеримо с падением напряжения на исследуемом двухполюснике. В общем случае погрешность напряжения может достигать 50% и более. А на фиг. 7 ток течет сначала через Z., а затем че- . рез Zj(, поэтому каким бы малым не . было Zj, сопротивление генератора не будет влиять на результат измерений. . Реализация указанных уравнений не представляет собой трудности при использовании микропроцессорной техники. Достаточно сформировать действующие значения напряжений, снимаемых с измерительной цепи и в соответствии с программой, составленной по указанной и заложенной в микропроцессор, произвести отсчет параметров исследуемого двухполюсника .

Фиг.