Преобразователь относительных отклонений составляющих комплексного сопротивления Советский патент 1986 года по МПК G01R17/02 

Изобретение относится к автоматическому измерению составляющих комплексного -сопротивления и может быть использовано при п-остроении систем автоматического контроля технологических процессов, параметров сред, систем технической диагностики и измерителей параметров комплексных со- прот ивлений.

Цель изобретения - повышение быстродействия преобразователя относи-, тельных отклонений составляющих комплексного сопротивления за счет совмещения во времени процесса преобразования по обеим составляющим комплексного сопротивления,.

На чертеже представлена схема преобразователя относительных отклонений составляющих компле ксного сопротивления.

Схема содержит измеряе1«1ый объект 1, образцовый резистор 2, первый масштабный усилитель 3, четвертый масштабный усилитель 4, третий масштабный усилитель 5, второй масштабный усилитель 6, операционный усилитель 7, третий сумматор 8, первый сумматор 9, второй сумматор 10, генератор 11 синусоидального напряжения, фазосдвигающая цепь 12, первый фазочувствительный детектор 13, второй фазочувствительный детектор 14, причем первая клемма для подключения измеряемого комплексного сопротивления и первьй вывод образцового резистора объединены и подключены к. входу операционного усилителя 7, выход.которого подключен к первым входам первого и второго фазочувствительных детекторов и к входу Третьего масштабного усилителя 5, выход которого подключен к первым входам первого 9 и второго 10 сумматоров, выход генератора 11 синусоидального напряжения подключен к второму входу первого сумматора 9, к входу фазосдвигающей цепи 12, к входу четвертого масштабного усилителя 4 и к второму входу п ервого фазочувствительного детектора 13, выход которого является первым выходом преобразователя, выход фазосдвигающей цепи Т2 подключен к второму входу второго сумма- тор а 10 и к второму входу второго фазочувствительного детектора 14, выход которого является вторым выходом преобразователя, вторая клемма для пощслючения измеряемого ком5

плексного сопротивления подключена к выходу третьего сумматора.8, первый вход которого подключен к выходу первого масштабного усилителя 3, вход которого подключен к выходу первого сумматора 9, второй вход третьего сумматора 8 подключен к выходу второго масштабного усилителя, вход которого подключен к выходу второго сумматора 10, второй вывод образцового резистора подключен, к выходу четвертого масштабного усилителя 4,

Устройство работает следующим образом, .

Устройство, за исключением фазочувствительных детекторов 13 И 14 представляет собой двуплечий автобалансный мост. Первый, второй и

0 третий масштабные усилители 3, 6 и 5 и первый, второй, тре тий сумматоры 9jr 10 и 8 образуют цепь обратной связи операционного усилителя 7, причем за счет инверсии

5 входного сиг-нала данным усилителем эта обратная связь является отрицательной. Усилитель 7 собран на дартном операционном усилителе, об- ладаюшйм высоким коэффициентом усиления в разомкнутом состоянии и за счет налич ия отрицательной обратной связи - высоким входным сопротивлением. Поэтому токи 1( и IB, проте - каюцие через измеряемое комплексное сопротивление и образцовое сопротивление соответственно практически не ответвляются во входную цепь усилителя 7, Неинвертирующий вход усилителя 7 потенциально заземлен. Поэтому за счет высокого коэффициента усилителя 7 в разомкнутом состоянии и Нсаличия отрицательной обратной связи, охватьшающей этот усилитель, любой отличньш от нуля потенциал точки соединения измеряемого и образцового резисторов мгновенно компенсируется напряжением обратной связи, так как отличие от нуля потенциала этой точки может быть обусловлено лишь различием токов то наличие отрицательной обратной СВЯ51И приводит к выравниванию токов ix и 1в,.т.е.

1х 1о(1).

Запишем уравнение (.}) в разверну5 том виде с учетом схемной реализации преобразователя:

. К, (KjUt +U )ЬК4 (KjiJe -jUc ) KiUo , . Z, + dZ.R.

0

5

0

5

0

I и I, ,

коэффициент передачи первого масштабного усилителя 3, коэффициент передачи чет- вертого масштабного усилителя 4J

коэффициент передачи трет1г- его масштабного усилителя 5;

коэффициент пере дачи второго масштабного усилителя 6 J ,

номинальное значение измеряемого комплексного сопротивления; абсолютное отклонение от

номинального значения измеряемого комплексного сопротивления J сопротивление образцового

резистора;

выходное напряжение генератора синусоидального напряженияJ напряжение на выходе фазосдвигающей цепи 12j выходное напряжение операционного усилителя 7. суммирования + в числий части уравнения (2) реалимматорами 8710. Комплексный напряжения Up обусловлен активной и реактивной сос, измеряемого комплексного ения, причем U можно предвиде

UE Ufc

- JU

Еке,

где Vfcee составляющая 1, совпадающая по фазе с напряжением Uj ; - составляющая U , квадраи,

ЕКв

турная с напряжением U . Так как схема преобразователя в рабочем диапазоне линейна с учетом выражения (3) от уравнения (2) путем простейших преобразований переходим к следующему уравнению:

.V.. ,и,,.

-iK К и -iK 11 - KiUc(Z, + AZy)

В рабочем диапазоне для предлагаемого преобразователя коэффициенты передачи всех усилителей постоянны, поэтому для рассматриваемой схемы применим принцип суперпозиции. Другими словами можно рассматривать процесс уравновешивания токов 1

и IP как суперпозицию уравновешиваний по активной и реактивной составляющим данных токов. Поэтому уравнение (4) можно представить как сис- тему следукяцих двух уравнений:

к,к,и,,,,и,,. Rf Z,K:U,

R

R«

(5) to -K.K,u,,,u,,,-K,u,

,-KzU6 . ImUzJ

(6)

RC . RO

в схеме преобразователя коэффициенты усиления масштабных усилите- лей 3 и 6 выбираются в соответствии с номинальными значениями активной и реактивной составляющих измеряемого комплексного сопротивления, причем выбирают

К, . Rn

к,

(7)

V -tni JZ д J Кг 4

R.

(8)

40

При этом путем преобразования .можно перейти к следующей системе уравнений :

30 ()U,,,, , (9) . (К,К,)и„, K, , (10)

где .jRjz, fik , SlJzJ

35 ImUzJ

хжг

.от номинальных значений активной и реактивной составляющих измеряемого комплексного сопротивления соответственно.

Из уравнений (9) и (10) с учетом (7) и (8) получаем

12« - относительные отклонения

45

и,

и.

( (10

«JI.K1. (12)

K,Ue

+КрКз

Схемы фазочувствительных детек- 50 торов 13 и 14 чувствительны к тем составляющим напряжения, подаваемого на их первые входы, которые синфаз- ны с напряжениями, поступающими на их вторые входы. С выходов фазочув- 55 ствительных детекторов снимаются напряжения постоянного тока и так как на второй вход детектора 13 подается напряжение Up, синфазное

с Ugc а на второй вход детектора 14 - напряжение -jUp, совпадающие по фазе с выходные напряжения соответствующих детекторов пропорциональны синфазной Ugcq, и квадратурной 11, составляющим выходного напряжения U операционного усилителя 7.

- КЭРоК л г, ГУ 1 .

Ь1и TK;II;)KJ

(13)

и.

6ЫХ1

т1,т1т5 f -l

где Kg - коэффициент передачи по

напряжению фазочувствитель- нъгх детекторов.

Напряжения, определяемые уравнениями (13) и (14), являются выходными напряжениями преобразоваформул,- они пропорциональны относительным отклонениям от номинальных значений составляющих комплексного сопротивления. .

Таким образом, с помощью пред - лагаемого устройства можно осуществить одновременное преобразов ание от.носительнь1х отклонений составляющих комплексного сопротивления и от их номинальных значений. Достоинствами устройства являются его высокие точность и быстродействие, возможность использования в следящем режиме работы, относительная простота построения.

Ф.о рмула изобретения

Преобразователь относительных отклонений составляющих комплексного сопротивления, содержащий генератор синусоидального напряжения, клеммы для подключения измеряемого

1-2460126

что, с целью повышения быстродействия преобразования за счет совмещения во времени процесса уравновешивания по обеим составляющим комплекс- 5 ного сопротивления, в него введены два фазочувствительных детектора, третий и четвертый масштабные усилители, третий сумматор, операционный усилитель, причем первая клемма для

10 подключения измеряемого комплексного сопротивления и первый вывод образ- . цового резистора подключены к инвер- тируюр1ему входу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого

f5 соединен с общей шиной, а выход подключен к первым входам первого и рого фазочувствительных детекторов

и к входу третьего масштабного усилителя, выход которого подключен к

20 первым входам первого и второго сумматоров, выход генератора синусоидального напряжения подключен к вторым входам первого, сумматора и первого фазочувствительного детектора

25 и.к входу фазосдвигающей цепи, выход которой подключен к вторым.входам второго сумматора и второго фазочувствительного детектора, второй вывод образцового резистора подклю-

30 чен к выходу четвертого масштабного усили геля, вход которого подключен к выходу генератора синусоидального напряжения, вторая клемма для подключения измеряемого комплексного

35 сопротивления соединена с выходом третьего сумматора, первый вход которого подключен к выходу первого масштабного усилителя, вход которого подключен к выходу первого сум- до матора., второй вход третьего сумматора подключен к выходу второго штабного усилителя, вход которого подключен к выходу второго сумматора, выходы фазочувствительных детеккомплексного сопротивления, образцо- 45 торов соединены соответственно с вый резистор, два сумматора, два мае- двумя выходами преобразователя отно- штабных усилителя, фазосдвигающую сите льных отклонений составляющих

цепь, отличающийся тем.

Составитель В.Семенчук Редактор Н„Яцола Техред О.Сопко . Корректор С.Шекмар

--«--- -« -ей™ Р«---- . .««в .««.|«.... ... .в. - «-

Заказ 3995/38 Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

комплексного сопротивления.

Изобретение относится к области : автоматического измерения и может быть использовано при построении систем автоматического контроля технологических процессов, параметров сред, систем технической диагностики и т.д. Цель изобретения - повышение быстродействия. Преобразователь содержит образцовый резистор 2, масп1табные усилители 3 и 6, сумматоры 9 и 10, генератор 11 синусоидального напряжения, фазосдвигающую цепь 12 и фазочувствительный детектор 13. Введение масштабных усилителей 4 и 5, операционного усилителя 7, сумматора 8, фазочувствитель- ного детекто ра 14 позволяет осуществить преобразование относительных отклонений составляющих комплексного сопротивления от их номинальных значений. Достоинством хстройства являются его высокие точность и быстродействие, возможность использования его в следящем режиме ра боты, относительная простота построения. 1 ил. с (Л to Од П /3 ю Т