Устройство для определения параметров многоэлементных двухполюсных цепей Советский патент 1987 года по МПК G01R27/02 

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к измерению параметров многоэлементных двухполюсных RC- или RL-це- пей ,0

Целью изобретения является рас- ширение функциональных возможностей устройства.

На фиг, 1 приведена структурная схема устройства для определения параметров многоэлементных двухполюсных цепей; на фиг. 2 - виды контролируемых двухполюсников; на фиг. 3 - схема блока управления.

Устройство для определения параметров многоэлементных двухполюсных цепей содержит источник 1 опорного напряжения, опорный элемент 2, операционный усилитель 3, исследуемую двухполюсную цепь 4, масштабирующий преобразователь 5, интегратор 6, блоки 7- 12 выборки-хранения, блоки 13 и 14 вычитания напряжений, вычислительный блок 15, ключ 16 и блок -17 управления, в который входят тактовый генератор 18, выход которого соединен с входами элементов 19 - 23 и

30задержки, выходы которых соединены с входами формирователей 24 - 29 и

31соответственно, выходы которых являются управляющими выходами блока 17 управления, выводы ключа 16

соединены с выводами двухполюсной цепи 4,

Выход источника 1 опорного напряжения через опорный элемент 2 соединен с входом операционного усилителя 3, в цепи отрицательной обрат:- ной связи которого включена исследуемая двухполюсная цепь 4.Выход источника 1 опор.ного напряжения соединен с входом масштабирующего преобразователя 5, выхой которого соединен с входом интегратора 6. Выход операционного усилителя 3 соединен с входом блока 7 выборки-хранения и первым входом блока 13 вычитания напряжений. Выход блока 7 выборки-хранения соединен с вторым входом блока 13 вычитания напряжений, выход интегратора 6 соединен с третьим входом блока 13, а выход блока 13 соединен с входами блоков 8-12 выборки-хранения. Выходы блоков 8 и 9 выборки-охранения соединены соответ- ствен но с первым и вторым входами блока 14 вычитания напряжений, выход которого соединен с управляющим вхо524052

дом масштабирующего преобразователя 5. Выходы блоков 8, 10, II и 12 выборки-хранения соединены с входами : вычислительного блока 15. Управляющие входы источника 1 опорного напряжения, блоков 7-12 выборки-хранения и ключа 16 соединены с соответствующими выходами блока 17 управления. Q Устройство работает следующим образом.

Пусть включен двухполюсник, представленный на фиг. 2а, имеющий функцию сопротивления

15

где р - комплексная частота. На входе операционного усилителя 3 при этом включается опорный элемент- 25 резистор 2 сопротивлением R,.

По команде блока 17 управления источник 1 опорного напряжения подает на вход скачок напряжения амплитудой и , Выходное напряжение 30 операционного усилителя 3 имеет вид

и

,

U,(t) -н +

.

.

R

Обозначив: Ф- y,R.

V, T

). V (-e

R,

Ф У. Ф .

-i , 3 R,

ф - -Ч--2.. Т - КГ V Rr - j , 2 LS

получим окончательно:

UjCt) ЯР + ф, t + Фз (1-е ) +

f t

+ cpj (1-е 3 )

(1)

Блок 7 выборки-хранения запоминает значение Uj(t) в момент , пропорциональное значению R, т.е. определено значение U Ф,. Масштабирующий преобразователь 5 с коэффициентом передачи К передает его к интег- ратору 6, который его интегрирует с постоянной времениX.

u(t).t.

оь,31352405

Выходное напряжение блока 13 вычита- Блок 10 выборки-хранения запоми- НИН напряжений имеет вид:нает сигнал в момент времени t, соответствующий протеканию процесса с 4,i(t) и, (t) - и - и Ф„ t + постоянной времени t :

,А,

+ т (1-е ) + ф (1-е 3 ) -, „ -31

и и (t ). Я , + Ф (1-е );

11 3 э 3

L

-иБлок 11 выборки-хранения эапоминаБлоки 8 и 9 выборки-хранения запоми-Ю ет сигнал в момент t нают величину выходного напряжения, „ -..Д

блока 13 выборки-хранения в моменты з ъ )« t

. tjyi в установившемся режиме после завершения переходного процесса, причем t ,jy

8 ,v РЗ КУо . . г, - 1V

,) %t,, Ф; KU.t t, sВыходное напряжение блока 14 вычита- 5 ния напряжений

Блок 12 выборки-хранения запомина- 15 ет сигнал в момент t, соответствующий протеканию процесса с постоянной времени Т, :

20

, - (4 3(1-6 М+Я,(1-е );

Вычислительный блок 15 по результатам измерений производит вычисления параметров цепи на основе следующего

алгоритма: 11

л 1

at,

Я° + Т, - и ;

3 3 ,п

4. u9-Ue

IfTI

СФ iia.) . f.. t ) г t Sitвоздействует на управляющий вход масштабирующего преобразователя 5, изменяя коэффициент его передачи К так, чтобы и 0, при

и

к - и„

. и УЗ я ; -т;

при этом выходное напряжение масштабирующего преобразователя 5 пропорционально значению С, и равно

iTo

и

-TiJ: ;. .11 Ф с -2.

JoVi -u - о ri

RoC,

В случае выполнения условия U 0

14

выходное напряжение блока 13 вычита- ния напряжений описывается следующим образом:

U,3(t) Ф5 (1-е (1-е M.

Для разделения экспоненциальных составляющих параметров и должно выполняться условие их различия. Примем, например, , .

з ъ )«

Блок 12 выборки-хранения запомина- ет сигнал в момент t, соответствующий протеканию процесса с постоянной времени Т, :

, - (4 3(1-6 М+Я,(1-е );

Вычислительный блок 15 по результатам измерений производит вычисления параметров цепи на основе следующего

алгоритма: 11

л 1

at,

Я° + Т, - и ;

3 3 ,п

% е Ф + Тз - Ц„.

I ti учитывая, что U.Ф, +Ф, . получим:

308JJ

%

Ф Uaiu-j ..

3-ti/i-Itj/r

(«-UJ (и,-Ц,)е - ;

35

2t,

5.

ln(U«-Uj -- ln(U,-U,,) -1пхи;-у;)

40 ср НагУю-. R . с . -ь/гз и„ -3 к-Ф;к

% и.-Фз ; R,

РгК«

ti

(

1,,

Uo-J:

С -i - R R,

50 В таблице приведены расчетные формулы для вариантов исследуемых двухполюсников, а также указано, как включается опорный элемент и исследуемый двухполюсник.

Формула изобретения

Устройство для определения параметров многоэлементных двухполюсных цепей, содержащее источник опорного напряжения, операционный усилитель с клеммами для подключения опорного элемента и исследуемой двухполюсной входе и в цепи отрицательной обратной связи, три блока выборки- хранения, два блока вычитания напряжений, интегратор, причем выход источника опорного напряжения соединен через входные клеммы с входом операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом первого блока вычитания напряжений и с входо первого блока выборки-хранения, выход которого соединен с вторым входом первого блока вычитания напряжений, выход второго блока выборки- хранения соединен с первым входом второго блока вычитания напряжений, отличающее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены блок управления, масштабирующий преобразователь, четвертый, пятый и шестой блоки выборки-хранения, вычислительный блок, ключ и

5

0

5

0

блок управления, причем вход масштабирующего преобразователя соединен с выходом источника опорного напряжения, выход масштабирующего, преобразователя соединен с входом интегратора, выход которого соединен с третьим входом первого блока вычитания напряжений, выход которого соединен с входами BTopo.ro, третьего, четвертого, пятого и шестого блоков выборки-хранения, выход третьего блока выборки-хранения соединен с вто- рьш входом второго блока вычитания напряжений, выход последнего соединен с управляющим входом масштабирующего преобразователя, выходы второго, четвертого и пятого блоков выборки-хранения соединены с первым, вторым и третьим входами вычислительного блока, выход шестого блока выборки-хранения соединен с четвертым входом вычислительного блока, .управляющие входы источника опорного напряжения всех блоков выборки-хранения и ключа соединены с соответствующими выходами блока управления, выводы ключа соединены с соответствующими выводами исследуемой двзгхпо- люсной цепи.

Изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства за счет увеличения числа контролируемых эл.ементов двухполюсника и вариантов их сочетания. Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, опорный элемент 2, операционный усилитель 3, интегратор 6, блоки 7...9 выборки-хранения и бло-- ки 13 и 14 вычитания напряжений. В устройство введен вычислительный блок 15, осуществляющий вычисление параметров цепи по результатам измерений и использующий алгоритмы, приведенные в тексте описания. Кроме того, введены масштабирующий преобразователь 5, блоки 10...12 выборки-хранения, ключ 16, блок 17 управления и образованы новые фзгнкци- ональные связи. 3 ил. 1 табл. § (/ фиг.1

фиг. г.

Редактор Л, Веселовская

Фиг.5

Составитель В. Смирнов

Техред Л. Олийнык Корректор М, Шароши

Заказ 5562/44Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, 7, Ужгород, ул. Проектная, 4

К ист. опорного напр. /

Я /-лу /5/7. 8ы5орки хр.7

/Г -лу 5jj. 8ы5арки- л/7. /

1--омд Sinony 8ьшрки хр. 10

К 5-му ffjiony Выборки )(р. 11

К 2-0м/ §локу 6ы5орки -хр 8

К 5-ему блоку ВыЬорки - кр. 3

/Г ключу Ю