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

00

СО

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано для получения результатов как в цифровой 5 так и в аналоговой формво

Цель изобретения - расширение, у нкцио 1альных возможностей устройства и повышение эффективности его использования

На фиг, 1 приведена структурная схема устройства; на фиг 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу,

Устройство содерисит генератор I синусоидального напряжения узел 2 сравнения напряжений управляемьй масштабный преобразователь 3} переключатель 4 с двумя парами неподвиж - 4 и 4о2 и одной парой подвижных 4,3 контактов5 измерительную цепь 55 образованную объектом измерения Zд. (R и Xjj составляющие) и образ- овым элементом (например, резистором Rg)s фазовращатель 6 на угол 90° усилитель 7 напряжения, синхронный 8 амплитудный 9 детекторы, синхронньй етектор 10, дополнительный переключатель 1 с двумя неподвижными П 1 11 „2 и одним подвижным 11,3 контак. тами., блок 12 вычитания напряжений и змерктели 13-15 отношения напряжений „

На диаграммах (фиг. 2) обозначены Uj и 5 и Ur - сигналы на входе и выходе измерительной цепи 5 в начале процесса измерения (т„е в исходном состоянии); Ugj Ug и и, выходные сигналы соответствующих узлов схемы (также в исходном состоянии)« Кроме того 5 в следуюь дах двух строках (фиг, 2) приведены выходныесигналы узла 2 сравнения напряжения Ода: име-- ют вид последовательности импульсов с переменной скважностью, причем фронты этих импульсов совпадают с -so- ментами пересечения напряжения U либо с уровнем напряжения Ug, если переключатель 1 находится в полох е НИИ 1 (вторая строка на фиг 2)р либо с уровнем напряжения Ug, если переключатель 1 находится в положении 2 (третья строка-на фиг, 2), ,

При появлении сигналов на выходе узла 2 запускается преобразователь 3, который начинает усиливать напряжение U(K,j I). Поскольку одлн-из сравниваемых сигналов постоянен, то зторой растет и длительность,-импульсов-Ug уменьшается, а при Ug и,

(либо и ) регулировка К прекращается, В этом случае U О и в цепи 5 устанавливается новое состояние, которое характеризуется при первом положении переключателя 11 сигналами ,, Ug , u; ии4 (фиг. 2), причем и,1 и / - и/ cos Ug - . При переключении в положение

2 новое-состояние цепи 5 характеризуется сигналами U , U , Ug ,

и uj;,

Устройство работает следующим о&- разом,

В исходном состоянии коэффициент

передачи преобразователя 3 равен единице, TjK. K 1. Пусть требуется измерить параметры объекта Z, имеющего последовательную схему замеще

ния RJ, и Xj, „ В этом случае переключатель 4 должен быть установлен в положение 1 (как показано на фиг, 1), Сигнал с генератора подается на узел 2 сравнения, измерительную цепь 5,

фазовращатель 6 и синхронный детектор 10, Напряжение с цепи 5s т,е, Uj U(j 5 поступает на амплитудный детектор 9 и на управляющий вход сигг хронного детектора 8. На управляющий

вход синхронного детектора 10 подаг- ется напряжение усилителя 7 напряжения , коэ.ффнциент усиления которого равен 2.

Напряжения с амплитудного 9 и

синхронного 10 детекторов поступают на блок 12 вычитавши. Напряжения с синхронного детектора 8 и блока 12 вычитания напряжений попарно подаются в измерители 13 - 15 отношения

напряжений. Результатом работы последних узлов является получение значений реактивной и активной составляющих Z( и тангенса угла диэлектрических потерь tgfj, (добротности Q)-) т.е.

k b

3 R.

50

(1)

Для получения уровней напряжений, пропорциональных значениям емкости С и tg j , необходимо на вТорой вход узла 2 сравнения напряжений подать сигнал с синхронного детектора 8, Чтобы убедиться в этом, устанавлк- вают переключатель 11 в положение

l (соединяют контакт 11,3 с кон тактом 11.1). Тогда с помощью уяля 2 сравнения формируется сИгнгш, в об тем случае равный

Ut и,,

- KзU,

I68 3

Иоапе рет улнровки значения К. получают на выходах детекторов 8 и блока 12 вычитания новые сигналы, т.е.

и о

и и;;

, которые после подстановки

в них значе}шя Kj, нш щенного из (4) при и О, становятся равными

Изобретение может быть использовано для получения результатов как в цифровой, так и в аналоговой форме, Устройство для измерения параметров комплексного сопротивления содержит генератор синусоидального напряжения, переключатели 4,., измерительную цепь 5, составленную объектом измерения и образцовым элементом, амплитудньм и синхронные детекторы 9 и -8, 10соответственно, фазовращатель 6, усилитель 7 напряжения, блок 12 вычитания, измерители 13-15 отношения напряжений, управляемый масштабный преобразователь 3, узел 2 сравнения напряжений. Устройство позволяет получить не только значения трех параметров комплексного сопротивления, представленного любой схемой замещения и имеющего различный характер, но и сформировать два- активных сигнала - напряжения постоянного тока, пропорциональных двум наиболее важным из них. 2 ил.

Ч.

arctg

R, + R,

- фазовый

угол напряжения Uj. Этот сигнап поступает в управля- масштабный преобразователь 3 и изменяет его коэффициент передачи в направлении уменьшения значения U При Ug 0 компенсация разбаланса цепи 5 прекращается и на выходах детектора 10 и блока 12 вычитания

получают новые сигналы, равные соот

R

ветственно U g U, , ;

UJj U,tg, U,1/Q. Для доказательства достаточно подставить в выражения для сигналов Ug и U , имеющих вид

и; KjU.

RO

и1

j(R, + R) +

и,г KjUi

R«

i(Ra + RX) + Xf

значение К,, полученное из выражения (2) при Ua 0.

Работа новых узлов не отражается на процессе измерения значений составляющих Xj(, Rj( и tg jj , осуществляемого с помощью измерителей 13-15 от ношения напряжений. В этом можно

убедиться, составив отношения напря-

и и,; /и« . в режений Ug/Ug , зультате получают те же величины, т.е. L , cd,4 и . tgf (I/Q), которые не зависят от уровней обрабатываемь1Х напряжений и амплитуды напряжения питания.

Чтобы получить уровни напряжений, пропорциональных значениям составлякг щих Xjj и Rj комплексного сопротивления Z J, объекта, требуется перевести переключатель. 11 в положение 2. Тогда с помощью узла 2 сравнения формируется сигнал , равный

RC

и:

Ufm ,

1(R Rp+х

и. и

2ii

RO

(J

и Т 1 W Р :

и

RX.

Ко

(5)

Этот процесс регулировки не отражается на результатах измерений, проведенных с помощью измерителей 13-15, поскольку отношения напряже-

НИИ Ug/Ug , и U,j /Ug также равны соответственно и tg 5 C/Qx) Аналогично устройство работает при измерении объекта с параллельной схемой замещения Z. В этом случае

переключатель А должен быть установлен в положение

30

J5

40

45- 50 55

Установив в этом случае переключа- 11 в положение 1 % наряду с

u ,,j RO/XJ,, об, RO/RX «

получают напряже-

.тель сигналами Л,5 Xj,/R, Q,

ния, равные соответственно Uj U,a)L,/R,, u; U,X,/R, U,Q,. A установив переключатель I I в положение 2, с выходов синхронного детектора 8 и блока 12 вычитания получают напряжения, равные: Ug U

и и;; u,R./R,.

Формирование дополнительных сигналов и в этом случае не отражается на работе измерителей 13-15 отношения напряжений, так как их показания остаются неизменными не только по окончании процесса компенсации разбаланса цепи 5, но и в процессе регулировки значения Kj , Таким образом, предложенное устройство позволяет получить не только значения трех параметров комплексного сопротивления Z, представленного любой схемой замещения и имеющего различный характер, но и сформировать два активных сигнала - напряжения постоянного тока, пропорциональных двум наиболее важным из них.

I

При необходимости последние могут быть пропорциональны емкости (индуктивности).

5141

Формула изобретения Устройство для измерения параметров комплексного сопротивления, со держащее генератор синусоидального напряжения,- переключатель с двумя парами неподвижных и одной парой подвижных контактов, измерительную цепь, образованную последовательно соединенными объектом измере1шя и образцсг- вым элементом и подключенную к контактам подвижной пары переключателя, амплитудный и два синхронных детекто за, фазовращатель, усилитель напряже- дая, блок вычитания и три измерителя втношения напряжений, выход измери- гельной цепи непосредственно подклюю ген к входу амплитудного и управляю : чему входу первого синхронного детекторов, а. через усилитель напряже- шя - к управляющему входу второго UiHxpoHHoro детектора, информадион пые входы синхронных детекторов, у шрвого через фазовращатель и у вто- юго непосредственно, подключены к lepBOMy контакту первой неподвижной пары переключателя и второму конт ак- ту второй неподвижной, пары переключат геля, входы блока вычитания соединены (I выходами амгшитудного и второго

36

синхронного детекторов, входы измерителей отногаения напряжений попарно подключены к выходам блока вычитания, первого синхронного и амгшитудного детекторов, отличающееся тем, что, с целью расширения функцио- нальных возможностей и повьппения эффективности его использования путем

получения .уровней напряжения, пропорциональных измеряемым параметрам, в него введены управляемый масштабный преобразователь, узел сравнения напряжений и дополнительный переклкгчатель, подвижный контакт которого соединен с одним из входов узла сравнения напряжений, а неподвижные контакты дополнительного переключателя подключены к выходам первого ситг

хронного и амплитудного детекторов, другой вход узла сравнения напряже- 1ШЙ и информационный вход управляемого масштабного преобразователя соединены с выходом генератора, выход уз-

ла сравнения напряжений подключен к управлянлцему входу управляемого масштабного преобразователя, выход которого соединен с входом фазовращателя и управляющим входом второго синхронного детектора.