Преобразователь параметров пятиэлементных двухполюсников в напряжение Советский патент 1985 года по МПК G01R27/02 

которого подключен к выходу пятого элемента выборки и хранения, а выход соединен с вторым входом шестого делительного эвена, первый вход кот9Рого подключен к выходу четвертого делительного эвена и является четвертым выходом преобраэователя, а выход шестого делительного звена является пятым выходом преобразователя. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что наст1102 раиваемая модель исследуемого двухполюсника вьтолнена в виде подборочного резистора, параллельно которому подключены последовательно соединенные первый ключ, первый подборочный конденсатор и йторой подборочный резистор, параллельно которому включены второй ключ и последовательно соединенные третий ключ и второй подборочный конденсатор.

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ПЯТИЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ В НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий задающий генератор, два операционных усилителя, выход первого из которых соединен с первым входом вычитающего блока, два образцовых резистора, два элемента выборки и хранения, ключ и настраиваемую модель исследуемого двухполюсника, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены формирователь задержки, три элемента выборки и хранения, шесть делительных звеньев, пять сдвоенных ключей и пять генераторов импульсов, выходные напряжения каждого из которых являются степенной функцией с показателем степени О, 1, 2, 3 и 4 соответственно, при этом выходы последних через соответствзтощие первые контакты сдвоенных ключей соединены с входом настраиваемой модели и первой клеммой для подключения исследуемого двухполюсника, йходы указанных генераторов подключены к выходу задающего генератора и к входу формирователя задержки, выход которого через вторые контакты сдвоенных ключей соединен с управляющими входами элементов выборки и хранения, вторая клемма для подключения исследуемого двухполюсника соединена с входом первого операционного усилителя, выход которого через первый образцовый резистор соединен с его входом, выход настраиваемой модели исследуемого двухполюсника соединен с входом второго операционного уси-лителя, выход которого непосредственно через второй образцовый резис(Л тор соединен с его входом и через ключ - с вторым входом вычитающего блока, выход которого подключен к информационлым входам элементов выборки и хранения, выход первого из которых является выходом преобразователя, а выход второго соединен с первыми входами первого и второго делительных звеньев и является вторым выходом преобразователя, выход первого делительного звена подключен к второму входу второго делительного э к звена, выход третьего элемента выборки и хранения соединен с вторым входом первого звена и первым входом третьего делительного звена, выход которого соединен с вторым входом четвертого звена, первый вход последнего подключен к выходу второго дели- . тельного звена и является третьим выходом преобразователя, выход четвертого элемента выборки и хранения соединен с вторым входом третьего делительного звена и первым входом пятого делительного звена, второй вход

Иэобретение относится к технике измерений и предназначено для измерения сопротивлений и емкостей элементов пятизлементных нерезонансных двухполюсников, выполненных в виде резистора, параллельно которому включены последовательно соединенные первый конденсатор и второй резистор, параллельно которому подключены по-, следовательно соединенные второй KOHденсатор и третий резистор, и соответствующих физическим объектам при их исследовании в медицине методами плетизмографии, в биологии методами кондуктометрии, при химическом анализе - методами диэлектрометрии и т.д.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет измерения каждого из параметров пятиэлементного двухполюсника раздельно.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства.

Преобразователь содержит задаюЩий генератор 1, выход которого соединен с входом формирователя 2 задержки и входами генераторов 3-7 импульсов, напряжение каждого из которых является степенной функцией с показателями степени 0,1,2,3 и 4 соответственно,сдвоенные ключи 8-12, первый и второй операционные усилители 13 и 14, в цепи отрицательной обратной связи которых включены идентичные образцовые резисторы 15 и 16, исследуемый двухполюсник (ИД) 17, включающий в себя первый резистор 18 (R|), параллельно которому включены

последовательно соединенные первый конденсатор 19 (С) и второй резистор 20 (Rj), параллельно которому подключены последовательно соединенные второй конденсатор 21 (Cj) и третий -резистор 22 (Rj), настраиваемая модель (М) 23, включающая в себя первый подборочный резистор 24 (г), параллельно которому подключены последовательно соединенные первый ключ 25, первый подборочный конденсатор 26 (Cj) и второй подборочный резистор 27 (г), параллельно которому включены второй ключ 28 и последовательно соединенные третий ключ 29 и второй подборочный конденсатор 30 (С), ключ 31, вычитающий блок 32, выход которого подключен к информационным входам элементов 33-37 выборки и хранения, делительные звенья 38-43,. и первая и вторая клеммы 44 и 45 для подключения исследуемого двухполюсника.

Задающий генератор 1 и формирователь 2 задержки реализованы на микросхемах серии К 218, операционные усилители 13 и 14, вычитающий блок 32 и элементы 33-3/ выборки и хранения - на микросхемах серии К 140 делительные звенья 38-43 - на микросхеме 140 МА1Б.

Преобразователь работает следующим образом.

В исходном состоянии ключи 9-12 и 31 разомкнуты, сдвоенный ключ 8 замкнут, положение остальных ключей произвольное. Тактовые импульсы с выхода задающего генератора 1 поступают на входы генераторов3-7, работающих в ждущем режиме. Выходные импульсы прямоугольной формь Uj(t) длительностью ty генератора 3 через первые контакты ключа 8 поступают во входные цепи усилителей 13 и 14; Передаточная функция усилителя 13 (P) определяется следующим вьфажением (pvR, ltP(, RiCi4 R,( UP(RjC,tRiCjtR5C.j),C,C2 где P - оператор Лапласа; RO - сопротивление образцовых pe зисторов 15 и 16; Z ()- полное сопротивление исследуемого двухполюсника 17 в операторной форме; 2 RJ , СI, Cj - параметры исследуемого двух. полюсника 17. Выходное напряжение Uj (Р) усилителя 13 в операторной форме с учетом (1) имеет вид i(P W,, (Р) . (2) Аналогично, передаточная функция усилителя 14 в операторной форме име ет вид WM(P)- ° Т (Р,(Р), (4) где Z.,(P) полное сопротивление модели 23 в операторной форме; . г,,Г2,Сз,С4 - параметры модели 23. Выходное напряжение усилителя 13 после окончания переходных процессов (при длительности входного импульса ty много больше длительности переход ных процессов) определяется, как сле дует из (2), параметром R, т.е выполняется равенство n(t) Это напряжение через вычитающий блок 32 (ключ 31 разомкнут) поступаC) 2 ет на информационный вход элемента 33 выборки и хранения, на управляющий вход которого через вторые контакты сдвоенного ключа 8 поступают задержанные формирователем 2 задержки на время ta тактовые импульсы. Затем ключ 31 устанавливается в замкнутое, а ключ 25 - в разомкнутое положение. Тогда выходное напряжение Ujj (t) вычитающего блока 32 определя ется разностью выходных напряжений усилителей 13 и 14 ). (6) U«(t) UR (Изменением величины переменного сопротивления г, напряжение Ujj (t) приводится к нулю, при зтом, как следует из (6) R, г, Затем ключ 8 размыкается, а ключ 9 замыкается. Тогда на входы усилителей 13 и 14 через первую клемму 44 для подключения исследуемого двухполюсника, его модель 23 и первые контакты ключа 9 поступают, линейноизменяющиеся импульсы с выхода генератора 4 вида U(t)U . В соответствии с.(2) и (4) выходное напряжение ) вычитающего блока 32 после окончания переходных процессов с учетом (7) определяется параметром Cj, т.е. выполняется соотношение вида (t) Это напряжение фиксируется злементом 34 выборки и хранения. Затем ключи 25 и 28 устанавливаются в замкнутое, а ключ 29 - в разомкнутое положение. Напряжение l(.t) вычитающего блока 32 после окончания переходных процессов определяется следующим выражением Изменением величины переменного конденсатора С это напряжение припри этом, как слеводится к нулю, дует из (9)

(10)

С,С,

Затем ключ 9 устанавливается в разомкнутое, а ключ 10 - в замкнутое положение. Тогда на входы усилителей 13 и 14 через первую клемму 44 для подключения исследуемого двухполюсника, его модель и первые контакты ключа 10 поступают импульсы с изменением напряжения по закону квадратичной параболы с выхода генератора. 3 вИда

fZ

и„|г

Uy(t)

ч в соответствии с (2) и (4) выход ное напряжение и (t) после окончания переходных процессов с учетом (7) и (10) равно ,t-R.,Ro .-Й) il Это напряжение фиксируется элементом 35 выборки и хранения и пос тупает на вторые входы делительных звеньев 38 и 40. Выходное напряжен (t) делительного звена 38, на первый вход которого поступает напряжение (8) с выхода элемента 34 борки и хранения, определяется выражениемU,,(t) OtT

Аналогично можно определить напряжение на выходе делительного звена 39:.

«

Затем ключ 28 устанавливается в разомкнутое положение. Напряжение (t) вычитающего блока 32 после окончания переходных Процессов с учетом (7) и (10). имеет вид

...с.-.

;(«.c,t.c.,(.,-K,), («)

Х-м I . Изменением величины переменного рези-гтора TJ это напряжение приводится к нулю, при этом, как следует из (13)

(14)

R,r,

Затем ключ 10 устанавливается В разомкнутое, а ключ 11 - замкнутое положение. Тогда на выходы усилителей 13 и 14 через первую клемму 44 для подключения исследуемого двухполюсника, его модель и первые контакты ключа 11 поступают импульсы с изменением напряжения по закону кубичной параболы с выхода генератора 6 вида

t3 .

%()и. fT

m

lv If

Затем замыкаетсй ключ 29 и изменением величины переменного конденсатора Cj выходное напряжение (t) вычитающего блок.а 32 приводится к нулю

(t) .НгЁо R| CJ (С,-Сз) О

и

Э2

при этом вьтолняется равенство

(17)

С,Сз.

Затем ключ 11 устанавливается в разомкнутое, а ключ 12 - замкнутое положение. Тогда на входы усилителей 13 и 14 через первую клемму 44 для подключения исследуемого двухполюсника, его модель и первые кон(2) и (4) выВ соответствии с (t) вычитаюходное напряжение V, щего блока 32, после окончания переходных процессов, с учетом (7), (10) и (14) равно ,-R,C.Rlc. R., bU«,RofV I 2, i , 6U . a iPLll.lr „r ,-r,c,t.r,cl) R., U l&r, ц Это напряжение фиксируется элементом 36 выборки и хранения. Выходное напряжение делительного звена 41 с учетом напряжений , и U параметром С, И имеет определяется вид . и, (t)-.Hiilt) 1 U,y(t)U,,(t) такты ключа 12 поступают импульсы с изменением напряжения по закону степенной функции с показателем степени . 4 с выхода генератора 7 вцда т тр- . ч . . в соответствии с (2) и (4) выходное напряжение U,, (t) вычитающего блока 32, после окончания переходных процессов, с учетрм (7), (10), (14) и (17) равно „ „. « UmRoft t t 2 , j , .H4Rlc,%2Rlc C,4 ,C, 24и„ЙЛ t t i г /2 , 22 ,,+г,С,С4)1-(rlct.2r5c:C,. rl C; C) R,C C, . Напряжение (18) фиксируется элементом 37 выборки, и хранения. Выходное напряжение делительного звена 43 с учетом напряжений , и и 4f определяется параметром R. и имеет вид эг(О и,, (t) тцвШи;,, (t) 3.Ro Таким образом, выходные напряжения (5) и (8) элементов 33 и 34 выборки и хранения (12), (16) и (19) делительных звеньев 39, 41 и 43 однозначно определяют искомые параметры R,, С,, Rj, Cj, Rj исследуемого двухполюсника 17, Эти напряжения измеряются цифровым вольтметром.

W

J J,