Устройство для раздельного измерения параметров комплексного сопротивления Советский патент 1988 года по МПК G01R27/02 

(21)3911514/24-21

(22)11.06.85

(46) 15.01.88. Бюл. № 2

(72) В.Л.Гительсон

(53) 621.317.333 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 411390, кл. G 01 R 27/02, 1973.

(34) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕ.ПЬНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

(57)Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при раздельном измерении или допусковом контроле параметров комплексного сопротивления при последовательной схеме замещения: ин- дуктивности или емкости, сопротивления потерь, модуля и фазы, добротности или тангенса угла потерь. Цель

. изобретения - расширение фyIiкциo- нальных возможностей устройства (достигается за счет возможности измерения индуктивности, добротности и модуля , а также устранение погрешности измерения или контроля индуктивности и емкости. Для этого в устройство дополнительно введены повторитель 4 напряжения, два вычитателя 5 и 8.и сумматор 7. Кроме того, устройство содержит источник 1 синусоидального напряжения, образцовьй резистор 2, резистор 3, фазосдвигатель 6, блок 9 сравнения модулей, переключатели 10-14. Предложенное устройство по сравнению с прототипом является более компактным и потребляет меньше энергетической мощности. 2 ил.

(Л

13

СО о: О5 сс

05

ue.i

Изобретение относится к электротехнике (электрическим измерениям) и может быть использовано при раздельном измерении иди допусковом- 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 варианта устройства с блоком сравнения в виде указателя (индикатора ) равенства модулей напряжений; на,фиг.2 - схема фазосдвигателя для этого варианта в виде указателя квадратуры.

В устройстве по перв9му варианту (фиг.1) источник 1 синусоидального напряжения, образцовый, резистор 2, и измеряемое комплексное сопротивление 3 соединены последовательно, повторитель 4 напряжения подключен к сопротивлению 3, прямой вход вы- читателя 5 с усилением К подключен к источнику 1, а инверсный - к выходу повторителя 4, вход фазосдвигателя 6 переключателем подключается к выходу повторителя 4 (при измерениях модуля) или к источнику (при других измерениях); сумматор 7 имеет единичное усиление, один его вход переключателем подключен к выходу повторителя 4 (при измерениях фазы) или к выходу вычитателя 5 (при других измерениях); второй вьгаитатель 8 имеет усиление 0,5, его прямой вход подключен к выходу фазосдвигателя 6, а инверсный - к источнику 1; второй вход сумматора 7 переключателем подключен к выходу вычитателя 8 (при измерениях фазы) или к выходу фазосдвигателя 6 (при других измерениях).

Блок 9 сравнения модулей переключателем подключен к выходу вычитателя 5 или к выходу сумматора 7 (переключатели 10, 11, 12, 13). Второй вход блока 9 переключателем 14 подключен к выходу вычитателя 8 или фазосдвигателя 6.

Фазосдвигатель 6 (фиг.2) построен на операционном усилителе 15,

входная цепь которого состоит из резистора 16 и конденсатора 17, а цепь обратной связи - из конденсато- pa I8 и резистора 19 (переключатели 20, 21). При измерении индуктивности и добротности включены резистор 16 и коденсатор 18, емкости и тангенса угла потерь - конденсатор 17 и резистор 19, сопротивления потерь и модуля - резисторы 16 и 19.

Напряжение на выходе блока 9 сравнения равно нулю при равенстве модулей входных напряжений.

Устройство (фиг.1) работает следующим образом.

Источник 1 вырабатьюает напряжение Е с угловой частотой ы, на резисторе 2 образуется напряжение ,

Up ER/(R+r+jx), (1)

а на сопротивлении 3 - напряжение

25

и E(r+jx)(R- -r+jx), (2)

где R - сопротивление образцового

резистора 2;

г - сопротивление потерь изме- ряемого сопротивления 3;

X - его реактивное сопротивление ;

3

X ШЬ при измерении сопротивле- ний индуктивного характера и (оС, при измерении сопротивлений емкостного характера. На выходе повторителя 4 получается напряжение (2), а на выходе вычитателя 5 - напряжение (1), усиленное в К раз:

45

- tfy К Ug EKR/(R+r+jx) (3)

При измерении модуля и сопротивления потерь передаточная функция фазосдвигателя определяется резисторами 16 и 19:

50

W -к„ -RO/R, ,

(4)

где R Q и R J. - сопротивления резисторов 19 и 16 COOT- 55ветственно.

При измерении индуктивности и добротности усиление фазосдвигателя

W j/u)C,Rj ,

(5)

где Сд - емкость конденсатора .18;

R - сопротивление резистора 16. При измерении емкости и тангенса угла потерь переключатели 20 и 21 подключают к усилителю I5 конденса - тор 17 и резистор 19. Тогда усиление фазосдвигателя

W

- jwCjR,

где С - емкость конденсатора 17.

При измерении модуля вход фазосдвигателя 6 подключен к йыходу повторителя 4, при этом напряжение на выходе фазосдвигателя получается умножением (2) на (4):

й )/(R+r+jx) (7)

Это напряжение подается на один из входов блока 9 сравнения, на другой вход которого поступает напряжение с выхода вычитателя 5. Модули этих напряжений:

и, EKR/(R+r)4 X ; и, l/()+x

EK.Z/ V (R+r)+ x

сравниваются блоком 9 и при их равенстве модуль

Z KR/Kp KRRj/R,(10)

что является условием квазиравновесия по модулю. Из (10) видно, что можно, например, с помощью R производить переключение пределов измерения , а с помощью R или R уравновешивание по модулю.

При измерении сопротивления потерь усиление фазосдвигателя определяется выражением (4), вход его подключен к источнику 1 переключателем 10, напряжением на его выходе

и, -Е К„

Один вход сумматора подключен к выходу вычитателя 5, другой - к выходу фазосдвигателя 6. На выходе сумматора получается сумма входных напряжений

IJ KUj- EK(,ECKR-K /R+r)-jKoX)/ /(R+r+jx) ,(12)

которая переключателем 13 подается на на один из входов блока 9, на другой его вход поступает напряжение (П). При равенстве модулей напряжений

и. ЕК.

(13)

и

10

11, Е

() + КоХ TR+rF х

(14)

получим

15

г R(K/2K--I)R(KRj/2R,-I), (15)

20

напряжение на выходе блока 9 срав-- нения равно нулю. Из (15) видно, что переключение пределов измерения можно производить, например, изменением R, а уравновешивание - изменением R о или R J.

При измерении индуктивности уси- „(- ление фазосдвигателя определяется выражением (5 ), вход его подключен к источнику 1, позтому напряжение на его выходе

30

и jE/wC R,

(17)

На входы сумматора, 7 поступают напряжения (3) с вьиитателя 5 и (17). На его выходе получается напряжение

35 U-, E(KRoCoRj-x+j(R+r))/ /U)CoRi(R+r+,ix),

(18)

модуль которого 40 .. Е l(KRu)CoRi-x)(R+r)

U-,

U.C.R, 1| ()Чх

(19)

. Это напряжение поступает на вход 45 блока 9 сравнения, на другой вход его поступает напряжение х (17), модуль которого

(И)

50

и, E/u)C,Rj

(20)

При равенстве модулей (19) и (20) напряжение на выходе блока 9 сравнения равно нулю. Получаем:

552х KRtoC Rj,(21)

откуда, поскольку х u)L, получим

(22)

51

Из (22) видно, что уравновешива- ние по индуктивности можно вести изменением RJ. , а пределы измерения менять с помощью R.

При измерении добротности усиление фазосдвигателя также определяется выражением (5), а напряжение на , его выходе - выражением (17). Пе- реключатель 11 подключает вход сумма тора к выходу повторителя (4) с выходным напряжением (2), переключатель 12 - к выходу вычитателя 8. На прямой вход вычитателя 8 поступает напряжение (17) с выхода фазосдвигателя, а на инверсный - с источника 1 Поскольку усиление вычитателя 8 равно 0,5, то на его выходе получим напряжение

Ug E(j-u;C Rj)/2LJC,Rj, (23) модуль которого

и Е -/lVcX /U) C,R, . (24) 25

Сумматор 7 складьшает напряжения (2) и (23), на его выходе получим напряжение.

UT E(u)CpRi(r-R)-x+j(R+r+u)CoRjX)/ /2u)CpRj(R+r+jx),(25)

модуль которого

и --- X

u2CoRr

(26)

J coCoR r-R)-x) + R+rj:wCoRix) I (R

Напряжения .(23) и (25) через переключатели 13 и 14 поступают на входы блока 9. Если модели (24) и (26) равны, то на выходе блока 9 напряжение равно нулю и вьшолняется равенство

к coCpRj-r, (27)

откуда добротность Q х/г uCoR.j

Из (27) видно, что уравновешивание по добротности можно вести изменением RJ, а переключать пределы - с помощью Со366969

При измерении емкости вход фазосдвигателя 6 подключен к источнику усиление его определяется выражением (6), ПОЭТОМУ напряжение на его

10

выходе

й -EjuJCjR,,

а его модуль

и Есо CJ.RP

(28)

(29)

На вход сумматора 7 поступают напряжения (3 ) с вычитателя 5 и (28). На выходе сумматора получим напряжение

Ц E(KR-KuCiRoX-ja)CjRp())/ , /a+rtjx),(30)

модуль которого

Ц, Е KRj-yC Ro x)4JcrRli R+r);

(R + r) + х

(31)

Напряжение (28) и (30) через переключатели 1 3 и 14 поступают на входы блока 9 сравнения. Если модули (29) и (31) равны, то на выходе блока 9 сравнения напряжение равно нулю, имеет место равенство

35

X -KR/2uCtR,, ,

(32)

Поскольку для конденсаторов х -l/ojC, то емкость

40

С 2CjRp/KR .

(33)

Отсюда видно, что уравновешивание по емкости можно вести, например, изменением Rp, а пределы измерения переключать изменением R. 5 При измерении тангенса угла потерь конденсаторов усиление фазосдви- гателя определяется равенством Сб ), вход его подключен к источнику 1, поэтому на его выходе будет напряжение. (28), поступающее на вход вычитателя 8. На выходе этого вычитате- ля получим напряжение

50

55

и 0,5E(I+jwCiR,),

(34)модуль которого

Ug a,

(35)

На один вход сумматора 7 через переключатель 11 поступает напряжение 2) с выхода повторителя 4, а на другой - напряжение (34) с выхода вычитателя 8. На выходу сумматора 7 получаем напряжение

и 0,5E(toCjR x-i-r-R-ju)Cj.Rp() + + jx)/(R+r+jx),(36)

модуль которого

„ J (u)CiRoX+r-R) +(x-wCrRolR+r)) х

Напряжение (34) и (36) поступают на входы блока 9 сравнения через переключатели 13 и 14 с выходов cyMnaf тора 7 и вычитателя 8. При равенстве модулей (35) и (37) напряжение на выходе блока 9 равно нулю и имеет место равенство

г/х ,

(38)

которое возможно только при измерении конденсаторов, т.е. при х -1/соС, следовательно, тангенс угла потерь

tgC/ U) СГ U) Cj-R;;

Из (39) видно, что уравновешивание по тангенсу угла потерь можно вести

изменением изменением

RO, переключая пределы

а

1366969

Форм

ула изобретения

)

Устройство для раздельного измерес ния параметров комплексного сопротивления, содержащее источник синусоидального напряжения, образцовый резистор и клеммы для подключения измеряемого комплексного сопротивления,

10 соединенные последовательно, переключатели, фазосдвигатель и блок сравнения модулей напряжений, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных

15 возможностей и исключения частотной погрешности, в него введены повторитель напряжения, два вычитателя и сумматор, один вход которого через первый переключатель подключен к

20 выходу повторителя напряжения и к выходу первого вычитателя, другой вход которого через первый переключатель соединен с источником синусоидального напряжения и с вькодом повторителя напряжения, один вход указателя квадратуры через второй переключатель соединен с выходом второго вычитателя и с выходом первог го вычитателя, а другой вход - через третий переключатель - с выходом фазосдвигателя и вькодом сумматора, вход повторителя напряжения соединен с одной из клемм для подключения измеряемого сопротивления,

35 другая клемма заземлена, прямой вход первого вычитателя соединен с источником синусоидального напряжения, а инверсньй - с выходом повторителя напряжения.

25

30

ИН

I Ч

Г5

I

Г5

фиг. 2