(21)3911514/24-21
(22)11.06.85
(46) 15.01.88. Бюл. f 2 (72) В.Д.Гительсон
(53)621.317.333 (088.8)
(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЬНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при раздельном измерении или допусковом контроле параметров комплексного сопротивления при последовательной схеме замещения: индуктивности или емкости, сопротивления потерь, модуля или фазы, добротности или тангенса угла потерь. Цель изобретения - расширение области применения устройства, а также устранение погрешности измерения или контроля индуктивности и емкости. Для этого в устройство дополнительно введены повторитель 8 напряжения, два вычитателя 2 и 5 и сумматор 4. Кроме того, устройство содержит блок 1 сравнения, выполненный в виде указателя квадратуры, фазосдвигатель 3, переключатели 6, 9 и 10, источник 7, образцовый резистор 11 и измерительное комплексное сопротивление 12. Изменяя сопротивление образцового резистора и параметры фазосдвигателя, можно привести выходное напряжение указателя квадратуры к йулю, получив при этом в измерительной схеме состояние квазиравновесия. 2 ил.
i
(Л
О2
а:
05 со 4
со
фие./
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при раздельном измерении или допуско- вом контроле параметров комплексного сопротивления при последовательной схеме замещения, индуктивности или емкости, сопротивления потерь, модуля и фазы (добротности или тангенса
угла потерь).
).
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей .устройства путем измерения индуктивности, добротности и модуля и устранение частотной погрешности измерения или контроля индуктивности и емкости.
На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства (вариант) с блоком сравнения в виде указателя квадратуры; на фиг. 2 - схема фазосдви- гателя для него.
Устройство (фиг. 1) содержит блок сравнения, выполненный в виде указателя 1 квадратуры, второй вычитатель 2 имеет единичное усиление, фазо- сдвигатель 3 - другую схему. Один вход сумматора 4 подключен к выходу первого вычитателя 5, другой - к выходу фазосдвигателя 3. Прямой вход второго вычитателя 2 подключен к выходу первого вычитателя 5, а инверс-- ный - к выходу фазосдвигателя 3, Переключатель 6 подключает вход фазосдвигателя. 3 к источнику 7 (при измерениях индуктивности, емкости и сопротивления потерь) или к выходу повторителя 8 (при других измерениях). Один вход указателя 1 переключателем 9 подключен к выходу первого вычитателя 5 (при измерении модуля) или к выходу второго вычитателя 2 (при других измерениях), другой вход указателя 1 переключателем 10 подключен к выходу фазосдвигателя 3 (при измерениях фазы) или к выходу сумматора 4 (при друг их измерениях). Устройство содержит также образцовый резистор 1, измеряемое комплексное сопротивление 12.
Замыканием ключей 13, 14 (фиг. 2) образуется схема для измерения индуктивности с помощью резистора 15 и конденсатора 16, при измерении емкости ключами 17 и 18 включаются элементы 19 и 20, при измерении сопротивления потерь и модуля ключами 1.3 и 18 подключаются резисторы 15 и 20, при измерении добротности замы
кается ключ 18, а при измерении тангенса угла потерь - ключи 13, 14, 18. Позицией 21 обозначен операционный усилитель.
Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.
Источник 7 вырабатывает напряжение Е с угловой частотой и;, на резисторе 11 образуется напряжение
UR ER/(R+r+j х), (1) а на сопротивлении 12 - напряжение
и.г E(r+j x)/(R+r+j х).
(2)
1 де R - сопротивление образцового
резистора 11;
г - сопротивление потерь измеря- емог О комплексного сопротив- ления 12;
X - реактивное сопротивление,
X ыЬ при измерении сопротивлений индуктивного характера, х -1/wC при измерении сопротивлений емкостнох о характера.
На выходе-повторителя 8 также напряжение (2), а на выходе вычитателя 5 - напрялсение
30
U5 KU,(R+r+jx)
(3)
Сумматор 4 складывает напряжения .с выхода вычитателя 5 и фазосдвига- g теля 3. Вычитатель 2 с единичным
усилением от напряжения (3) вычитает ,выходное напряжение фазосдвигателя, вход которого подключен к источнику 7 (при измерениях индуктивности, 0 емкости и сопротивления потерь) или к .выходу повторителя 8 (при измерениях модуля и фазы) при срабатывании переключателя 6. Переключатель 9 подключает вход указателя 1 квадратуе ры к выходу вычитателя 2 (при измерениях модуля) или к выходу вычитателя 5 (при других измерениях). Переключатель 10 подключает другой вход указателя 1 к выходу фазосдви- гателя 3 (при измерениях фазы) или к выходу сумматора 4 (при других измерениях) . Указатель 1 квадратуры имеет выходное напряжение, равное нулю, если разность фаз входных напряжений равна Ti/2 (90), и меняет знак при отклонении ее в ту или иную сторону. Изменяя сопротивление образцового резистора 11 и параметры фазосдвига- .теля, можно привести выходное напряжение указателя к нулю, т.е. получить в измерительной схеме состояние квазиравновесия.
Фазосдвигатель (фиг. 2) работает следующим образом. ,
Замкнув ключи 13 и 14, получим инвертирующий интегратор, усиление которого определяется равенством
W j/a), ,
где Cj, - емкость конденсатора-16 j
R, - сопротивление резистора 15. Замкнув ключи 17 и 18, получим ийвертирующий дифференциатор (сдвиг по фазе -90 ), усиление которого определено выражением
W -JCO С, R
(4)
где С - емкость конденсатора 19
RP - сопротивление 20. Используем его при измерениях емкости.
Замкнув ключи 13 и 18, получим инвертирующий усилитель, усиление которого определено равенством
W -К, ,
(5)
Используем его при измерениях со- противления потерь и модуля.
Замкнув ключ 18, получим каскад с комплексным усилением
W -ju3C,R,/(H-juC,R,), (6) который позволяет изменять фазу на- пряжения от О до -90 изменением сопротивления резистора 15. Используем его при измерениях добротности.
Замкнув ключи 13, 14 и 18, получим каскад с усилением
W -R,/R, (1+Ju),), (7) .
который позволяет изменять фазу его выходного напряжения от - Г до /2, Используем его при измерениях тан- генса угла потерь.
Итак, при измерении индуктивности вход фазосдвигателя 3 подключен к источнику 7 и напряжение на его выходе определено равенством
Uj j E/ujC,, R,(8)
Напряжение на выходе сумматора 4 равно сумме напряжений (3) с выхода вычитателя 5 и (8) и определяется равенством
.. U4 E(KRwCoR, -x+j(R+r), (R +r+jx),(9)
фаза KOTopoi o arctg(R+r)/KRu)CoR,-x) - -arctgx/(R+r)
(10)
Это напряжение поступает на один вход указателя 1, на другой его вход идет напряжение (3) с-фазой
Lf -arctg x/(R+r) (11) Разность фаз (11) и (12)
Lf -V arctg(R+r)/(,-х) (12) равна /2, если
X ,(13)
откуда при X ш L получим условие квазиравновесия по индуктивности
20
L .,,
(14)
откуда видно, что уравновешивание можно вести, например, с помощью резистора 15, изменяя пределы измерения с помощью резистора 11.
При измерении емкости выходное напряжение фазосдвигателя 3 опреде- ,ляется выражением
и -Eju)C,Ro -(15)
0но складывается в сумматоре 4 с напряжением (3), в результате чего получается напряжение
(KR+coC,R x-juC,Ro(R+r)/ /(R+r+jx)(16)
фаза которого tgtoC,R6(R+r)/KR + x)-arc tg x/(R+r)
(17)
Это напряжение поступает на вход указателя 1, на другой вход которого идет напряжение (3) с фазой (11). Разность фаз (17) и (11)
(/4-lfj.arctgwC,Rj,(R+r)/(KR + + wC,)(18)
равна /2, если KR+ЫС,, откуда при X -1/соС получим условие квазиравновесия по емкости
С ,(19)
откуда видно, что уравновепшвание можно вести, изменяя сопротивление резистора 20 и меняя пределы измерения с помощью резистора 11.
При измерении сопротивления потерь напряжение фазосдвигателя 3 определяется равенством
и, -ЕК,,
(20)
а напряжение на выходе сумматора 4 - равенством
U4 KUR-EKo E/KR-Kp(R+r) - -jK,x)/(R+r+jx)
Фаза его (21)
( -arc tgKoX/(KR-KjR+r)) - -arc tgx/(R+r)(22)
Это напряжение и напряжение (3) поступают на входы указателя 1, Разность фаз (22) и (11)
10 а его фаза
1 агс tg x/r- ir/2-arc tg x(R+r) (33)
l 4-tFj -arc tgKeX/(KR-K(R+r)) (23)
-arc tgu).
Ha один вход указателя 1 поступает это 15 напряжение, а на другой - напряже- равна -f/2, если (R+r), откуда ние (3). Разность фаз напряжений получаем условие квазиравновесия по ) к () сопротивлению потерь:t/ -4 5 arc tg х/г-н/2-arc tguiCjR
г R(K/Ko-1)R(KRo/R -1), (24) 30 Равна -Я/2,.если , т.е. при
X wL добротность
(34)
из которого видно, что уравновешивание можно вести с .помощью R, изменяя пределы измерения с помощью R. При измерении модуля выходное наQ a),
откуда видно, что уравновешивание
пряжение фазосдвигателя определяется 5 можно вести с помощью R,, изменяяпределы измерения с помощью С,.
При измерении тангенса угла по- (25)
равенством
Uj -EK,(r+jx)/(R-i-r+jx),
на выходе сумматора получается сумма напряжений (3) и .(25)
и E(KR-K(r+jx))/(R+r+jx) (26) с фазой
1, -arc tg K x/KR-K r) - -arc tgx/(R+r)(27)
Это напряжение поступает на один из входов указателя 1, на другой вход которого идет напряжение с выхода вычитателя 2, равное разности напряжений (3) и (25):
терь усиление фазосдвигателя определяется выражением (7), вход его под- 30 ключен к выходу повторителя, и напряжения на его выходе
Ug -ERo(r+jx)/Ri(R -f +r+jx)(l+ju)CoRo),. (34)
a его фаза
35
40
1} +arc tg x/r-arc tg x(R+r) - - arc tgcoCpR (35)
Напряжения (34) и (3) поступают на входы указателя 1, разность фаз
их
4 j-i y T+arc tg x/r-arc tgioC R /2,
Uj E(KR-Ko(r+jx))/(R+r+jx) (28)
фаза которого
4)2 arctgKpX/(KR + ) - .45 если I+(., откуда, учитывая.
-arctgx(R+r)(29)
Разность фаз (27) и (29)
V. -arc tg 2кЧr/( -K Лx +r)). . (30)
равна -i /2, если K o(xUr ), где сумма в скобках - квадрат модуля комплексного сопротивления, поэтому модуль
Z KR/KO KRRj/R, (31)
откуда видно, что уравновешивание можно вести с помощью RI или RO, изменяя пределы измерения с помощью R.
что X -l/wC, получим тангенс угла потерь:
UCoRo,
(36)
50
откуда видно, что органами уравновешивания являются С о и Кл.
55
Форм у л а и 3 о б р е т е н и я
Устройство для раздельного измерения параметров комплексного сопротивления, содержащее источник синусоидального напряжения, образцовый
При измерении добротности усиление фазосдвигателя определяется равенством (6), вход его подключен к выходу повторителя 8, поэтому выходное напряжение его
UJ -jwC,(r+jx)/(I+ju)CjRj)(R+ +r+jx),(32)
а его фаза
1 агс tg x/r- ir/2-arc tg x(R+r) (33)
-arc tgu).
Q a),
откуда видно, что уравновешивание
При измерении тангенса угла по-
терь усиление фазосдвигателя определяется выражением (7), вход его под- ключен к выходу повторителя, и напряжения на его выходе
Ug -ERo(r+jx)/Ri(R -f +r+jx)(l+ju)CoRo),. (34)
a его фаза
1} +arc tg x/r-arc tg x(R+r) - - arc tgcoCpR (35)
Напряжения (34) и (3) поступают на входы указателя 1, разность фаз
4 j-i y T+arc tg x/r-arc tgioC R /2,
если I+(., откуда, учитывая.
что X -l/wC, получим тангенс угла потерь:
UCoRo,
(36)
50
откуда видно, что органами уравновешивания являются С о и Кл.
55
Форм у л а и 3 о б р е т е н и я
Устройство для раздельного измерения параметров комплексного сопротивления, содержащее источник синусоидального напряжения, образцовый
резистор и клеммы для. подключения измеряемого комплексного сопротивления, соединенные последовательно, переключатели, фазосдвигатель и указатель квадратуры, отличаюрения функциональных возможностей и исключения частотной погрешности, в него введены повторитель напряжения, два вычитателя и сумматор, причем первые входы второго вычитателя и сумматора соединены с выходом первого вычитателя, а вторые - с выходом фазосдвигателя, вход через второй переключатель подключен к выходу второго переключателя и к выходу фазосдвигателя, вход которого через .третий переключатель подключен к вы/3.
366949S
ходу повторителя напряжения и к источнику синусоидального напряжения, а входы блока сравнения модулей напряжений через четвертый и пятый пе- ь
реключатали подключены к выходам
первого и второго вычитателей, сумматора и фазосдвигателя, вход повторителя напряжения соединен с одной 10 из клемм для подключения измеряемого сопротивления, другая, клемма заземлена, прямой вход перво го вычитателя подключен к источнику синусоидального напряжения, а инверсный - к выходу повторителя напряжения, прямой вход второго вычитателя соединен с выходом фазосдвигателя, а инверсный - с источником синусоидального напряжения.
17
Г4
16
фие.2
