Устройство для измерения составляющих комплексных сопротивлений Советский патент 1989 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к области змерения параметров электрических епей, в частности к измерению акивной и реактивной составляющих омплексного сопротивления двухполюсиков.

Цель изобретения - расширение астотного диапазона измерений.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2-4 - ваианты построения сумматоров.

Устройство для измерения составяющих комплексных сопротивлений соержит двухфазный генератор 1 импульсов, формирователь 2 тестового сигнала, операционный усилитель 3, образцовый резистор 4, зажимы 5 для подключения измеряемого объекта, первый 6 и второй 7 фазовые детекторы, первый 8, второй 9, третий 10, четвертый .11 и пятый 12 умножители, первый 13, второй 14, третий 15 и четвертый 16 сумматоры и преобразователь 17 частоты в напряжение.

Первый выход генератора 1 соединен с входом формирователя 2 и с управляющим входом фазового детектора 6, второй выход - с входом преобразователя 17 и с управляюищм входом фазового детектора 7, инвертирующий вход усилителя 3 соединен с вторым выводом образцового резистора 4 и первым зажимом 5 для подключения измеряемого объекта, неинвертирующий вход - с общей шиной, а выход - с вторым зажимом 5 для подключения измеряемого объекта и информационным входом фазовых детекторов 6 и 7.

Выход формирователя 2 соединен с первым выводом образцового резистора 4, выход фазового детектора 6 - с первыми входами сумматоров 13 и 15, первым входом умножителя 9 и первым и вторым входами умножителя 8, выход детектора 1 - с вторыми входами сумматоров 14 и 16, вторым входом умножителя 9 и первым и вторым входами умножителя 10, выходы умножителей 8 и 10 подключены соответственно к второму и третьему входам сумматора 13, вьпсод умножителя 9 - к первому входу сумматора 14.

Выходы сумматоров 13 и 14 соединены с первыми входами умножителей 11 и 12 соответственно, вторые входы умножителей 11 и 12 - с выходом преобразователя 17, выходы умножителей 11 и 12 подключены соответственно к

первому входу сумматора 16 и второму входу сумматора 15, выходы сумматоров 15 и 16 являются соответственно

синфазным и квадратурным выходами устройства.

Генератор 1 выполнен полностью на логических схемах без применения точньпс аналоговых элементов, что

позволяет получить фазовый сдвиг на 90 между импульсными последовательностями на первом и втором выходах генератора 1. Формирователь 2 тесто-- вого сигнала с частотой, представляющий собой, например, фильтр с двойным Т-образным звеном, преобразует импульсную последовательность в синусоидальное тестовое напряжение йд Uo sinZirft,

Выходное напряжение операционного усилителя (ОУ) при измерении комплексного сопротивления Z RgZ jIn,Zx составляет

- J

ImZ Кл

(1 +Sp)U,,

I

где R - сопротивление образцового

резистора 4; Sp и Sp

- относительные погрешности преобразования соответственно активной (RgZx) и реактивной (..) составляп «

ющих комплексного сопротивления Zj измеряемого двухполюсника.

Фазочувствительньш детектор 6 выделяет синфазную напряжению и„ составляющую Uft напряжения U, соответствующую с точностью до величины 8( активной составляющей ReZx комплексного сопротивления Z, т.е.

(1 ..ff)u

На управляющий вход фазочувстви- тельного детектора 7 подается напряжение с второго выхода генератора 1 , поэтому выходным напряжением де тектора 7 будет квадратурная.составляющая UQ напряжения U , соответствующая с точностью до величины

8р реактивной составляющей

комплексного сопротивления Z, т.е.

Up -1(1 + Sp)U,. «-о

Преобразователь 17 частоты в напряжение преобразует частоту тестового сигнала в пропорциональное тестовое напряжение U с маштабным коэффициентом, равным a/f, т.е.

i

af/f, 1/fr где а l/tr коэффициент преобразования, устанавливаемый равным не-- личине, обратной значению частоты единичного усиления ОУ. Выходные напряжения первого третьего умножителей 8-10 соответст-2

и,

и:, и.

.

венно равны:

Ug Uj.

Первый сумматор 1.3 после операций сложения-вычитания согласно фиг. 2

вьщает напряжение U - Up + Uft.

Второй сумматор 14 согласно фиг.З вьтолняет операции, в результате которых его выходное напряжение составляет и - Up - 2 Up Uft.

Выходные напряжения чет вертого 11 и пятого 1 2 умножителей соответст- венно равны U Uj(Uj -ь U, - U.),

и

и, (Up + 2-и

Р

(ид ui u«).

Эти напряжения являются сигналами поправки. Поэтому, складьгоаясь согласно фиг. 4 в сумматорах 15 и 16. с напряжениями Uj и Up, на их выходах получаются скорректированные

результаты преобразования: U, UA - - + 2ир ид), и Up + +

.uj-Up).

Формула изобретения

Устройство для измерения составляющих комплексных сопротивлений, содержащее двухфазный генератор импульсов, формирователь тестового сигнала, операционный усилитель, образцовый резистор, зажимы для подключения измеряемого объекта, фазовый детектор, причем первый выход генератора импульсов через формирователь тестового сигнала соединен с

первым выводом образцового резистора, инвертирующий вход операционного усилителя соединен с вторым выводом образцового резистора и первым зажимом для подключения измеряемого объекта, неинвертирующий-- с общей шиной, а выход - с вторым зажимом для подключения измеряемого объекта

0 и с информационным входом фазового детектора, отличающееся тем, что, с целью расширения частотного диапазона измерения, в него введены второй фазовый детектор,

5 преобразователь частоты в напряжение, пять аналоговых умножителей и четыре аналоговых сумматора, причем управляющие входы первого и второго фазовых детекторов соединены соответ0 ственно с первым и вторым выходом генератора импульсов, информационный вход второго фазового детектора соединен с выходом операционного усилителя, выход первого фазового

5 детектора соединен с первыми входами первого и третьего сумматоров, второго умножителя и с обоими входами первого умножителя, выход второго фазового детектора соединен с вто0 рыми входами второго и четвертого сумматоров, второго умножителя и с обоими входами третьего умножителя, выходы первого и третьего умножителей соединены соответственно с вто5 рым и третьим входами первого сумматора, выход которого соединен с первым входом четвертого умножителя, выход второго умножителя соединен с первым входом второго сумматора, вы0 ход которого соединен с первым входом пятого умножителя, вход преобразователя частоты в напряжение соединен с вторым выходом генератора, а выход - с вторыми входами

5 четвертого и пятого умножителей,

выход четвертого умножителя соединен с первым входом четвертого сумматора, выход пятого умножителя соединен с вторым входом третьего сумматора,

0 выходы третьего и четвертого сумматоров соединены с первым и. вторым выходными зажимами устройства.

и..

Изобретение служит для повышения точности измерения составляющих комплексных сопротивлений. Операционный усилитель 3 формирует напряжение, синфазная и квадратурная составляю щие которого соответствуют активной и реактивной составлякхцим измеряемого комплексного сопротивления. Фазе- чувствительные детекторы 6 и 7 вьще- S ляют эти составляющие напряжения, которые подаются на аналоговые вычислительные блоки (умножители 8... 12 и сумматоры 13...16). На последние подается также напряжение, соответствующее частоте сигнала генератора 1 переменного напряжения. На выходах сумматоров 15, 16 формируются напряжения, соответствукяцие активной и реактивной составляющим измеряемого комплексного сопротивления. Введение фазочувствительного детектора 7, аналоговых умножителей 8... 12 и сумматоров 13... 16, а также преобразователя частота - напряжение позволяет расширить частотньй диапазон измерения, т.к. арифметические операции над измерительными сигналами позволяют исключить погрешность, имеющуюся за счет нелинейности преобразования. На чертеже также показаны формирователь 2 тестового сигнала, образцовый (токозадающий) резистор 4 и измеряемый объект с зажимами 5. 4 ил. с (/: с 4д СП Од СО Ф

и.г

Фа9.