Цифровой измеритель коэффициента передачи четырехполюсника Советский патент 1987 года по МПК G01R27/28 

Изобретение относится к контрольно- измерительной тех-нике и может быть использовано для измерения коэффициента передачи четырехполюсников, а именно измерения неэлектрических параметров с помоа1,ью пьезоэлектрических датчиков трансформаторного типа.

Цель изобретения - повышение точности измерения и помехозащищенности устройства за счет нечувствительности к нестабильности питающего испытуемый четырех- 10 полюсник напряжения, а также фазовому сдвигу между входным и выходным напряжениями четырехполюсника. Это позволяет повысить точность измерения коэффиИзмерение коэффициента передачи происходит за два такта. В начале первого блок 17 запуска вырабатывает импульс (фиг. 2г), сбрасывающий дополнительный счетчик 13 эталонной емкости и основной счетчик 16 в «О, а также импульс, устанавливающий триггер 14 (фиг. 2е) в состояние «1, при котором происходит переключение переключателей 6 и 9. При этом вход интегратора 1 через переключатель 9 подключается к входу исследуемого четырехполюсника 10, а выход усилителя 2 интегратора через переключатель 6 и диод 5 - к интегрирующему конденсатору 3.

Начинается первый такт интегрирования, циента передачи четырехполюсников в об- Благодаря тому, что конденсатор 3 интегра- ласти высоких частот и делает перспектив- тора подключен к выходу усилителя 2 интегра- ным применение предлагаемого устрой- тора через диод 5, его перезаряд происхо- ства для съема формации с параметрических дит в отрицательные полупериоды перемен- датчиков, в частности с пьезоэлектрических ного напряжения U| (фиг. 2а,д). Сформи- датчиков трансформаторного типа, рабо- рованные из переменного напряжения Ui тающих на частотах десятки -- сотни кило- 20 усилителем-ограничителем 11 прямоугольные

импульсы подаются на вход элемента 12 совпадения, на другой вход которого поступает разрещаюш,ий потенциал с выхода триггера 14 {фиг. 2а,в,е). На третий вход элемента 12 совпадения по достижении заряда интегрирующего конденсатора 3 порога срабатывания нуль-органа 8 поступает разрешающий потенциал с его выхода (фиг. 2д,ж). При этом импульсы с выхода усилителя- ограничителя 11 через элемент 12 совпаде25

30

герц.

На фиг. 1 изображена функциональная электрическая схема цифрового измерителя коэффициента передачи четырехполюсника; на фиг. 2 - временные диаграммы выходных сигналов блоков устройства.

Интегратор 1 преобразователя содержит усилитель 2, выход которого подключен к конденсатору 3 цепи отрицательной обратной связи через диоды 4 и 5, коммутируемые переключателем 6. На входе интегратора 1 включен времязадающий резистор 7, а точка соединения конденсатора 3 и диодов 4 и 5 подключена к входу нуль-органа 8. Вход интегратора 1 соединен в зависимости от положения переключателя 9 с входом или

выходом исследуемого четырехполюсника 10. .. дующим образом: Показанные на схеме напряжения IJi и Uf N9 J ii (t) a t

являются переменными напряжениями, .действующими на входе и выходе четырехполюсника соответственно. Параллельно входу исследуемого четырехполюсника также включен усилитель-ограничитель 1 , к 40 выходу которого подключены последовательно соединенные первый элемент 12 совпадения и дополнительный счетчик 13 эталонной емкости, триггер 14, второй элемент 15 совпадения, счетчик 16 импульсов. К входам сброса обоих счетчиков 13 и 16, а также к установочному входу триггера 14 подключен блок 17 запуска.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии вход интегратора 1 подключен через переключатель 9 к выходу исследуемого четырехполюсника 10, а выход усилителя 2 интегратора через диод 4 - к конденсатору 3 интегратора и в ходу нуль- органа 8. Конденсатор 3 заряжен отрицательной полярностью до напряжения ограничения усилителя 2 интегратора. Нуль-орган 8 своим выходным сигналам блокирует прохождение импульсов через элементы 12 и 15 совпадения.

45

ния попадают на вход счетчика 13 и подсчитываются. Этот такт продолжается до тех пор, пока счетчик 13 эталонной емкости не заполнится. За это время поступает N-j импульсов (фиг. 2з) и напряжение заряда конденсатора 3 определяется еле

ж

где1|(1) -ток заряда конденсатора 3;

С - емкость интегрирующего конденсатора 3;

R - величина сопротивления резистора 7; TV - период переменного напряжения

Ui(t).

Умножив и разделив выражение (1) на Тх и учитывая, что заряд конденсатора 3 происходит только в течение отрицательных полупериодов напряжения Uy(t), получим

50

и.

-Jr-4-/ U,(t)dtT. 2RC Тх

ZR-C

-и

Cp.l

XT,

(2)

55 где Ucp.i - напряжение, до которого зарядится конденсатор 3 в течение T.t Переполнение счетчика 13 вызывает переключение триггера 14 и вместе с ним переИзмерение коэффициента передачи происходит за два такта. В начале первого блок 17 запуска вырабатывает импульс (фиг. 2г), сбрасывающий дополнительный счетчик 13 эталонной емкости и основной счетчик 16 в «О, а также импульс, устанавливающий триггер 14 (фиг. 2е) в состояние «1, при котором происходит переключение переключателей 6 и 9. При этом вход интегратора 1 через переключатель 9 подключается к входу исследуемого четырехполюсника 10, а выход усилителя 2 интегратора через переключатель 6 и диод 5 - к интегрирующему конденсатору 3.

30

.. дующим образом: Uf N9 J ii (t) a t

ния попадают на вход счетчика 13 и подсчитываются. Этот такт продолжается до тех пор, пока счетчик 13 эталонной емкости не заполнится. За это время поступает N-j импульсов (фиг. 2з) и напряжение заряда конденсатора 3 определяется еле

ж

40

45

где1|(1) -ток заряда конденсатора 3;

С - емкость интегрирующего конденсатора 3;

R - величина сопротивления резистора 7; TV - период переменного напряжения

Ui(t).

Умножив и разделив выражение (1) на Тх и учитывая, что заряд конденсатора 3 происходит только в течение отрицательных полупериодов напряжения Uy(t), получим

и.

-Jr-4-/ U,(t)dtT. 2RC Тх

ZR-C

-и

Cp.l

XT,

(2)

55 где Ucp.i - напряжение, до которого зарядится конденсатор 3 в течение T.t Переполнение счетчика 13 вызывает переключение триггера 14 и вместе с ним переключателей 6 и 9. Во время второго такта вход интегратора 1 подключается к выходу исследуемого четырехполюсника чеерез переключатель 9, а выход усилителя 2 интегратора - к конденсторау 3 интегратора через переключатель 6 и диод 4. Во время этого такта происходит разряд конденсатора 3 интегратора до нулевого значения Uc О, которое фиксируется нуль-органом 8, и далее конденсатор заряжается отрицательной полярностью до насыщения усилителя интегратора (фиг. 2д). Импульсы с выхода усилителя-ограничителя 11 через элемент 15 совпадения заполняют счетчики 16 до момента срабатывания нуль-органа 8 (фиг. 2д, ж,и).

Число импульсов, которое поступает на счетчик 16,- NX определяетсй исходя из выражения разряда конденсатора 3:

(3)

где U2(t) - напряжение на выходе исследуемого объекта;

LJcp.9 - напряжение разряда конденсатора за период Т. Приравняв выражения (2) и (3) получим

N3 N, Ucp.

Р-2

(4)

Следовательно, число импульсов, заполнивших счетчик 16, прямо пропорционально коэффициенту передачи исследуемого четырехполюсника Кц:

Nx N3-4b- N. N3-K,. (5)

Ucpa

иг

При этом параметры интегратора не вносят дополнительных погрешностей, а изменением емкости дополнительно введенного счетчика 13 можно у(;танавливать масштабный коэффициент и необходимую точность измерения коэффициента передачи четырехполюсника: при Ыэ - 1000 погрешность измерения составляет всего 0,1%, а с увеличением Ns она снижается.

Формула изобретения

1. Цифровой измеритель коэффициента передачи четырехполюсника, содержащий интегратор, нуль-орган, усилитель-ограничи5 тель, счетчик импульсов, переключатель, триггер и блок запуска, соединенный с входом сброса счетчика в «О и установочным входом триггера, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и по0 мехозащищенности, он снабжен дополнительным счетчиком эталонной емкости, двумя трехвходовыми элементами совпадения, при этом дополнительный счетчик через первый элемент совпадения и усилитель-ограничитель предназначен для подключения к вхо5 ду исследуемого четырехполюсника, а основной счетчик подключен к выходу усилителя- ограничителя через второй элемент совпадения, вторые входы элементов совпадения подключены к выходу нуль-органа, вход которо го подключен к выходу интегратора, третий вход первого элемента совпадения и управляющие входы переключателя и интегратора соединены с неинвертирующим выходом триггера, а инвертирующий выход триггера подсоединен к третьему входу второго эле5 мента совпадения, причем вход сброса триггера подключен к выходу дополнительного счетчика, а вход интегратора подключен к выходу переключателя, входы которого пред назначены для подключения к входу и выходу исследуемого четырехполюсника.

0 2. Измеритель по п. 1, содержащий интегратор, состоящий из усилителя, к инвертирующему входу которого подключены вре- мязадающие резистор и конденсатор, неинвертирующий вход усилителя соединен с общей щиной, а второй вывод резистора является входом интегратора, отличающийся тем, что, в него введены два диода, включенных встречно-параллельно, и управляемый переключатель, причем первые выводы диодов подключены к второму выводу вре.мязадающего конденсатора, который является выходом интегратора, а вторые выводы диодов через управляемый переключатель - к выходу усилителя, при этом управляющий вход переключателя является управляюпхим входом интегратора.

о и о

и. о k

о

i

ЩЦ

/Vx

Редактор I:. Копча Заказ 2962/50

Сосгазнтель М. .Михалев

Tcxpc;ij-l. ВересКорректор А. Тяско

Тираж /30I одииеное

ВМИНИИ 1 осуларсгвеи111ч-() кс)ми-|ста С.С.С но .имам и:5()б|}е-1енмй .ч г.)тк|):,|1 iiii

1 IЗОЗГ), Москва. ./К 35. PayiiicKaH иаб.. А. 45 11|1|))лстве111|()-|к). 11гра(|)11чегк:;1 ирелириятне. г. .. ул. I l);.L KTii. и. -1

(pus. 2

Изобретение может быть использовано для измерения неэлектрических параметров с помощью пьезоэлектрических датчиков трансформаторного типа. Измеритель содержит интегратор 1, R состав которого в.ходят усилитель 2, конденсатор 3 цени обратной связи, диоды 4 и 5, коммутируемые переключателем 6, и резистор 7, нуль- орган 8, переключатель 9, исследуемый четырехполюсник 10, усилитель-ограничитель 11, элементы 12 и 15 совпадения, счетчик 13 эталонной е.мкости. триггер 14, счетчик 16 имнульсов и блок 17 запуска. Изобретение позволяет повысить точность измерения коэффициента передачи четырехполюсников в области высоких частот и помехозащищенность устройства, делает перспективным его использование для съема информации с пьезоэлектрических датчиков трансформаторного типа, работающих па частотах десятки и сотни килогерц. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. со ГчЭ СО ;о 00 СП аг./