Преобразователь параметров пассивных двухполюсников Советский патент 1987 года по МПК G01R27/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения составляющих комплексных величин переменного тока при преобразовании параметров бесконтактных емкостных датчиков, схема замещения которых состоит из последовательного соединения известной емкости и комплексной проводимости, составляющие которой несут информацию об исследуемом объекте.

Цель изобретения - повышение бы- стродейств ия, точности и расширение функциональных возможностей.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник I питания, исследуемый двухполюсник 2 с известным конденсатором , соединенным последовательно с неизвестной проводимостью, образованной элементами С и gjjj , первьш усилитель 3, к инвертирующему входу которого под- кл1очены исследуемый двухполюсник 2 и образцовьш конденсатор + (С,). К неинвертиру(1цему входу усилителя 3 подключены образцовые сопротивления 5 (Zj) и 6 (Zg). Дополнительный образцовый конденсатор 7 (С-,) соединяет- выход усилителя с первой обмоткой 8 трансформатора 9 тока, содержащего, кроме того, вторую Ю, третью 11 и четвертую 12 обмотки. Обмотка 11 включена между инвертирующим и неинвертирующим входами второго усилителя 13, выход которого соединен с образцовым конденсатором l4 (Ср), входами фазочувствительного индикатора 15 и управляемого делителя-16 напряУстройство работает следующим о разом.

Напряжение U на выходе усилите 3 определяется из выражения

Uj -2 Ё

С4 (

1

I

. .1ыС.

bJO

15

полученного при 7,7,,

Если С С С-, , то ток первой о мотки 8 трансформатора 9 тока раве

i, -2 E(g + JLu C,jx) -2 EYj,,

Если вместо известной емкости С

25

включенной последовательно с неизв стной проводимостью Yj в неразъем соединение, подключено известное с противление 220 с как угодно сложн схемой замещения, то вместо емкост С и дополнительной емкости С дол включаться такое же комплексное со противление %25 . При измерении на одной фиксированной частоте схемы замещения злементов 7 и 4 и извест го сопротивления входящего в соста исследуемого двухполюсника могут быть различными,- а при измерении в диапазоне частот равенство комплек трех элементов должно сопровождать

35 и одинаковой схемой замещения, т.е одинаковой частотной характеристикой. При выполнении перечисленных условий выражение (2) не изменяетс Напряжение на выходе второго ус

30

I.

Т, I

о,

женин с управляюш 1м входом, соединен- лителя 13 определяется из условия ным с ВЫХОДОМ- фазочувствительного индикатора. Выход делителя 16 через образцовый резистор 17 (go) подключен к второй обмотке 10. Измерители 18 и 19 напряжения подключены соот- 45 ветственно к выходу второго усилителя 13 и выходу делителя 16.

где

i; (j 1, 2, 3, 4) - ток обмо

ки j трансформатбра 9 тока;

-JL к.

Управляющим сигналом делителя 16 может быть либо напряжение,, либо ток вырабатываемые фазочувствительным индикатором. В соответствии с этим прибор 20 может быть измерителем либо напряжения, либо тока. Б последнем случае прибор 20 включается между блоками 15 и 16 по аналогии с измерителем 21 тока, контролирующим ток первой обмотки 8 трансформатора 9 тока.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение U на выходе усилителя 3 определяется из выражения

-2 Ё

С4 (

1

I

,(1)

. .1ыС.

.

полученного при 7,7,,

Если С С С-, , то ток первой обмотки 8 трансформатора 9 тока равен

i, -2 E(g + JLu C,jx) -2 EYj,,(2)

Если вместо известной емкости С

{О

включенной последовательно с неизвестной проводимостью Yj в неразъемное соединение, подключено известное сопротивление 220 с как угодно сложной схемой замещения, то вместо емкости С и дополнительной емкости С должно включаться такое же комплексное сопротивление %25 . При измерении на одной фиксированной частоте схемы замещения злементов 7 и 4 и известного сопротивления входящего в состав исследуемого двухполюсника могут быть различными,- а при измерении в диапазоне частот равенство комплексов трех элементов должно сопровождаться

и одинаковой схемой замещения, т.е. одинаковой частотной характеристикой. При выполнении перечисленных условий выражение (2) не изменяется. Напряжение на выходе второго уси

о,

из условия

(3)

лителя 13 определяется из условия

где

i; (j 1, 2, 3, 4) - ток обмотлителя 13 определяется из ус

ки j трансформатбра 9 тока;

ля 13 определяется

-2

и

ti й(

-JL к.

14 и„

(5)

и

п

16

напряжение на выходе второго усилителя;

коэффициент деления управляемого делителя 16 напряжения.

31322

Условие (З) справедливо для случая равенства чисел витков всех обмоток трансформатора 9. После подстановки вьфажений (2), (4) и (5)в (З) получают

и.

в

2 Ё

Р2х ДцСгх K.tgo + С„

(6)

Фазочувствительным индикатором 15 регулируется коэффициент передачи К,, управляемого делителя 16 напряжения ,до синфазности напряжений U и Е, что выполняется при условии

JO

13

г С р гt 2х 2х

,,

ЧК.ь

(7)

напряжение U на выходе второго усилителя становится равным

20

и

1Ь

2 Ё

1х

(8)

854

вы первьп выводом для подключения исследуемого двухполюсника образцовый конденсатор, второй зажим которого соединен с первым выходом первого усилителя, второй усилитель с выходом, соединенным с входом фазочувст- вительного индикатора и входом управляемого делителя напряжения, выход которого через образцовую активную проводимость соединен с второй обмоткой трансформатора тока, его третья обмотка подключена к входам второго усилителя, выход которого через образцовый конденсатор соединен с чет- 15 верто й обмоткой трансформатора тока, при этом с общей точкой соединены неинвертирующий вход второго усилителя и вторые концы первой, второй и четвертой обмоток трансформатора тока, а выход фазочувствительного индикатора соединен с управляющим вхо дом управляемого делителя напряжения, отличающийся тем, что, с целью повьшения быстродействия, точности и расширения функциональных возможностей, он снабжен двумя измерителями напряжения, измерителем тока, измерителем напряжения (тока), дополнительным образцовым конденсатором, двумя образцовыми сопротивлениями, подключенными к неинвертирующему входу первого усилителя, причем одно из сопротивлений другим концом соединено с выходом первого усилитен апряжения - измеряемой активной про- ля, а второе - с общей пиной, при

этом вьтход первого усилителя через дополнительный образцовый конденсатор и измеритель тока соединен с пер- . вой обмоткой трансформатора тока, выход источника питания непосредственно соединен с вторым выводом для подключения исследуемого двухполюсника и с вторым входом фазочувствительного индикатора, измерители напряжения подключены соответственно к выходу второго усилителя и выходу управляемого делителя напряжения, а измеритель напряжения (тока) к выходу фазочувствительного индикатора.

25

а напряжение на выходе управляемого делителя 16 соответствует

и., 2 Е

Й2Х

1t

(9)

30

Показания измерителя 18 напряжения пропорциональны измеряемой емкости С выражение (8), измерителя 19

{.fводимости g. вьфажение (9) , измерителя 21 тока - измеряемой комплексной проводимости Yj выражение (2), а измерителя напряжения (тока) - относительному параметру измеряемой комплексной проводимости выражение (7).

Формула изобретения

Преобразователь параметров пассивных двухполюсников, содержащий источник питания, первый усилитель, к инвертирующему входу которого подключе40

45

Редактор М. Бланар

50 Составитель В. Кузьмин

Техред И.Попович Корректор С.Черни

2859/41

Тираж 730 Подписное ВНШПИ 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

(6)

(7)

(8)

15

(9)

30

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения составляющих комплексных величин переменного тока при преобразовании парамет- . ров безконтактных емкостных датчиков, схема замещения которых состоит из последовательного соединения известной емкости и комплексной проводимости, составляющие которой несут информацию об исследуемом объекте. Устройство содержит исследуемый двухполюсник с известным конденсатором и неизвестной проводимостью, усилители 3 и 13, образцовый конденсатор 4, образцовые сопротивления 5 и 6, дополнительный образцовый конденсатор 7,трансформатор 9 тока с обмотками 8,10, 11 и 12, фазочувствительный индикатор 15, управляемый делитель 16 напряжения, образцовый резистор 17, измерители 18 и 19 напряжения, измерительные приборы 20 и 21. Индикатором 15 регулируется коэффициент передачи управляемого делителя 16 напряжения. В устройстве по сравнению с прототипом повышено быстродействие и расширены функциональные возможности. 1 ил. ел с: с Nd Ю 00 сд