Устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления Советский патент 1987 года по МПК G01R31/02 

Изобретение относится к электроиз мерительной технике и может быть использовано для измерения параметров электрорадиоцепей с сосредоточением постоянными-составляющих комплексных сопротивлений, параме - тров катушек индуктивности и конденсаторов

Цель изобретения - расширение функфуНКЦИОНаЛЬНЫХ возможностей уСТрОЙСТ-

ва за счет измерения параметров катушек индуктивности (индуктивности L и добротности Q) и конденсаторов (емкости С и тангенс угла потерь tg8 ).

На чертеже изображена фун циональ- ная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор 1 синусоидального напряжения, преобразователь 2 сопротивление - напряжение, переключатель 3, преобразователь 4 период - код, амплитудный детектор 5, временной дискриминатор 6, первый 7 и второй 8 электронные ключи, первый 9 и второй 10 аналоговые запоминающие блоки, коммутатор 11, циф роаналоговый преобразователь 12 и логометр 13.

Вькод генератора 1 синусоидального напряжения соединен с точкой, объединяющей вход преобраз.ователя 2 сопротивление - напряжение, соединенную между собой первую пару неподвижных контактов переключателя 3 и вход преобразователя 4 период - код, выход которого соединен с первым входом цифроаналогового преобразователя 12. Преобразователь 2 сопротивление - напряжение имеет клеммы для подключения исследуемой цепи (или сопротивления Z). Его выход соединен с объединенной между собой второй парой неподвижных контактов переключателя 3. С первым подвижным контактом переключателя 3 соединены входы амплитудного детектора 5 и временного дискриминатора 6, а со вторым подвижным контактом - сигнальные входы электронных ключей 7 и 8, управляющие входы которых с-оединены р первым и вторым выходом временного дискриминатора 6, а выходы - с аналоговыми запоминающими блоками 9 и 10. Вькоды амплитудного детектора 5, аналоговых запоминающих блоков 9 и 10 и цифроаналогового преобразователя 12 соединены с четырьмя входами коммутатора 11, три выхода которого, в свою очередь, подключены соответственно ко второму входу цифроанало

гового преобразователя 12 и к двум входам логометра 13.

Временной дискриминатор 6 имеет второй выход, на который подаются только сигналы, формируемые дискриминатором 6 в моменты перехода его входного напряжения через максимумы. Электронный ключ 8 служит для управления подачей синусоидального напряжения на вход аналогового запоминающего блока 10, которое предназначено для запоминания мгновенного значения напряжения в момент запирания ключа 8. Преобразователь 4 период - код осуществляет преобразование периода выходного синусоидального напряжения генератора 1 в пропорциональный цифровой код. Цифроаналоговый преобразователь 12 в используемом включении выполняет функцию перемножения кода периода с выхода преобразователя 4 и напряжения, подаваемого на его второй вход. Коммутатор 11 служит для подключения в измерительные цепи прибора в зависимости от измеряемой величины цифроаналогового преобразователя 12 и коммутации входов логометра 13.

Устройство работает следующим образом.

Выражения для мгновенных значений напряжений на входе и выходе преобразователя 2 сопротивление - напряжение имеют вид

и V,

Uz

mz

sin (cot +СУ ) , sin (cot + V + ),

где V, U , V - амплитуда, круговая частота и начальная фаза выходного синусоидального напряжения генератора 1, являющегося напряжением питания преобразователя 2 сопротивление- напряжение,

ср - угол сдвига фаз между напряжениями и и и, равный аргументу комплексного сопротивления Z,

V - амплитуда выходного синусоидального напряжения преобразователя 2.

Если напряжение и„ снимать

мер,

J.tcj-i-id. I ij л ri3Tlprl

образцового резистора сопротивлением Rg, включенного последовательно с сопротивлением Z, то

RoV

тт

Напряжения U и U. поступают на со

ответствующие контакты переключателя 3, которым задаются два режима работы устройства, измерение составляющи комплексного сопротивления и измерение составляюпщх комплексной проводимости.

При измерении составляющих комплексного сопротивления и комплексной проводимости коммутатор 11 устанавли

вается в положение 1 и работа предлагаемого устройства ничем не отличается от работы устройства-прототипа.

В режиме измерения составляющих комплексного сопротивления переключатель 3 находится в положении 1. В этом случае напряжение U поступает на входы амплитудного детектора 5 и временного дискриминатора 6, а напряжение U подается через открытый электронный ключ 7 на аналоговый запоминающий блок 9, На выходе амплитудного детектора 5 образуется постоянное напряжение

J

- KaRnVrr,

;

(1)

а на выходе аналогового запоминающего блока 9 фиксируется напряжение, равное либо

PJ

K V sinCf,

(2)

выходе логометра 13 образуется сигнал, равный отношению двух напряжении, ; либо

±K Zsinc|5 ,(А)

либо

V.

g

К ZcosCj К R,(5)

где R и X - активная и реактивная

составляющие сопротивления Z,

.

,R,

коэффициент передачи устройства по сопротивлению. При измерении составляющих комплексной проводимости переключатель 3 устанавливается в положение 2, что приводит к измерению цепей прохождения и напряжений U и U. В остальном принцип действия устройства не отличается от вышерассмотренного. В этом случае на выходе амплитудного детек

тора 5 формируется постоянное напряжение

S

m

а на выходе аналогового запоминающего блока 9 либо напряжение

PJ:

sinCp,

при измерении реактивной составляю- щей, либо

/Voj, / K V cosCf,(3)

при измерении активной составляющей комплексного сопротивления.

Напряжения Vpi, и , образуются при запирании электронного ключа 7 выходными сигналами временного дискриминатора 6, формируемыми в момен- ты перехода выходного напряжения U преобразователя 2 сопротивление - напряжение соответственно через нуль и максимум,

В вьфажениях (1) - (3) Ка и К - коэффициенты передачи соответственно амплитудного детектора 5 и аналогового запоминающего блока 9 (и 10),

Через коммутатор 11 на один вход

9

логометра 13 подается напряжение Vq,

а на другой вход логометра, в зависимости от измеряемой составляющей . сопротивления, подается либо напря-

жение V

PV

либо напряжение Va«,

На

Т V

гчг

COSC.

40

Тогда выходной сигнал логометра 13 равен либо отношению напряжений

+К у sinq ±К Ь.

К у cosCf Kyg,

либо

3

где у 1/Z - полная проводимость

исследуемой цепи, аи b - ее активная и реактивная составляющие.

коэффициент передачи устройства по проводимости.

При измерении всех других параметров переключатель 3 находится в положении 1, а режим измерения задается коммутатором 11 в зависимости от измеряемого параметра. Рассмотрим каждый из этих режимов.

Для измерения индуктивности L переключатель 3 устанавливается в положение 2, а во временном дискри№1- наторе 6 задается режим, при котором на его первом выходе формируется сигнал и. При переходе сигнала Uj. через нуль на выходе аналогового за- поминающего блока 9 образуется напряжение Vpi, , определяемое выражением (2), При этом на первый вход логометра 13 подается напряжение Va с амплитудного детектора 5, определяемое равенством (1), напряжение Vp, с выхода аналогового запоминающего блока 9 поступает на вход питания цифро- аналогового преобразователя 12, на кодовый вход которого с преобразова- теля 4 период - код подается код периода

.N,

,

где К - коэффициент передачи преобразователя 4,

На выходе цифроаналогового преобразователя 12 получается напряжение

V N V цо|пт

.y sinCf.

Это напряжение подается на второй вход логометра 13, на выходе которого образуется сигнал

:Vuan КТ-ТК УГУ Z sincf

для индуктивного

COL

2Г

L,

,

окончательно имеем V - Vuan.- 21ГК,К

. L V K.RO

q

Z T K к где К у р коэффициент передачи

5 о устройства по индуктивности.

Таким образом, сигнал на выходе логометра 13 пропорционален измеряемой индуктивности.

Режим измерения емкости С, при котором коммутатор 11 устанавливается

в положение 4, В этом режиме, в отличие от предьдущего, меняются местами только цепи прохождения напряжений Vd и Vpi, . напряжение VQ, подается на цифроанапоговый преобразователь 12, а напряжение Vp-, - на первый вход логометра 13. На выходе цифроаналогового преобразователя 12 образуется напряжение

KjRoVr

;

которое поступает на второй вход логометра 13.

В результате на выходе логометра 13 получается сигнал

V

K-rTRp Ufn

/Vpj, / ZK

к,х

ff

Принимая во внимание, что для костного сопротивления

X

1

сое

2110

окончательно имеем

30

Уцдп р у Г

т V.ь - Kj.c,

/Vpj, / - к

2 i;KTKjRo

К - коэффициент пере -К/

1 дачи устройства по емкости,

35

40

45

Следовательно, сигнал на выходе логометра 13 пропорционален измеряемой емкости

Дпя измерения добротности Q катушки индуктивности коммутатор 11 устанавливается в положение 3, при котором первый вход логометра 13 подключается к выходу аналогового запоминающего блока 10, а второй вход логометра 13 - к выходу аналогового запоминающего блока 9, на котором по0

прежнему образуется напряжение V

РЗ

В то же время электронный ключ 8 зак- рьшается управляющим сигналом со второго выхода временного дискриминатора 6, формируемым в моменты перехода напряжения Uj, через нуль, А это означает, что на выходе аналогового запоминающего блока 10 образуется напряжение , , определяемое выражением (3). В итоге сигнал на выходе логометра 13 представляет отношение напряжений

7

K- V sincp Va,,,

tgCf Q,

которое тождественно равно добротности Q катушки индуктивности.

При измерении тангенса угла потерь tg S конденсатора коммутатор 11 устанавливается в положение 5. В этом случае подключение входов логометра 13, по сравнению с предыдущим режимом, изменяется на противоположное, т.е. на первый вход логометра 13 подается напряжение V,, с аналогового- запоминающего блока 10, а на второй

V,

вход логометра 13 - напряжение vp, с аналогового запоминающего блока 9 При этом на выходе логометра 13 образуется сигнал

JMi

K-vV cosLf

ctgCf 5

-pj, K V sinqтождественно равный тангенсу потерь tg8 конденсатора.

Формула изобрет

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый вход коммутатора соединен с его пер вым подвижным контактом, второй под вижный контакт которого соединен с его вторым входом, а третий и четвер тый подвижные контакты соединены с его вторым и третьим выходами соответственно, третий вход коммутатора соединен с третьим неподвижным контактом третьей группы и пятым неподвижным контактом четвертой группы контактов, первый и второй контакты

1. Устройство для измерения сос- тавляюш х комплексного сопротивления по авт. св. № 894597, отличающееся тем, что, с целью расшире-ЗО первой и четвертой группы соединены

ния функциональных возможностей, оно содержит коммутатор на пять положений с четырьмя группами неподвижных контактов, второй электронный ключ, второй аналоговый запоминающий блок,35 преобразователь период - код и цифро- аналоговый преобразователь, причем вход преобразователя период - код соединен с выходом генератора синусоидального напряжения, а выход - с 40 цифровым управляющим входом цифроРедактор А.Ревин Заказ 1628/45

Составитель Н.Кринов

Техред Л.Сердюкова Корректор М.Демчик

Тираж 731Подписное

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

ь

1б

3073908

аналогового преобразователя, сигнальный и управляющий входы второго электронного ключа - соответственно с сигнальным входом первого электронного ключа и вторым выходом временного дискриминатора, а его выход - с входом второго аналогового запоминающего блока, выходы амплитудного детектора, первого и второго аналоговых запоминающих блоков и п 1фроана- логового преобразователя соединены с соот ветствующими четырьмя входами коммутатора, сигнальный вход цифро- аналогового преобразователя и входы логометра соединены с соответствующими тремя выходами коммутатора.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый вход коммутатора соединен с его первым подвижным контактом, второй подвижный контакт которого соединен с его вторым входом, а третий и четвертый подвижные контакты соединены с его вторым и третьим выходами соответственно, третий вход коммутатора соединен с третьим неподвижным контактом третьей группы и пятым неподвижным контактом четвертой группы контактов, первый и второй контакты

5

20

25

-ЗО первой и четвертой группы соединены

между собой, четвертью неподвижный контакт первой группы соединен с вторым неподвижным контактом второй группы и с первым выходом ком1-1утато- ра, первый и третий неподвижные контакты второй и четвертой групп объединены, четвертый и пятый контакты второй и третьей групп объединены, а второй и четвертый неподвижные контакты четвертой группы соединены с четвертым входом коммутатора.

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Может быть использовано для измерения параметров электрорадиоцепей с сосредоточенными постоянными - составляющих комп- лескных Сопротивлений, параметров катушек индуктивности и конденсаторов. Является дополнительным к авт. св. № 894597. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Для достижения цели в устройство введены коммутатор 11 на пять положений с четырьмя группами неподвижных контактов, электронный ключ 8, аналоговый запоминающий блок 10, преобразователь 4 период-код, цифроаналоговый преобразователь 12. ,Устройство также содержит генератор 1 синусоидального напряжения, преобразователь 3, амплитудный детектор 5, временной дискриминатор 6, электронный ключ 7, параметры катушек индук- тивностл (индуктивность и добротность) и конденсаторов (емкость и тангенс угла потерь). 1 з.п. ф-лы, 1 ил. «О rsj