Способ определения параметров комплексного сопротивления с емкостной составляющей Советский патент 1989 года по МПК G01R27/00 G01R27/02 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании измерителей параметров комплексного сопротивления с большой емкостной составляющей.

Цель изобретения - уменьшение времени определения составляющих комплексного сопротивления при значении емкостной составляющей 1 мкФ. На фиг. приведена функционалъ- - ная схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг.2 - временные диаграммы поясняющие принцип работы устройства.

Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, зталонные резисторы 2 и 3 заряда и разряда, коммутатор 4 режима работы конденсатора, исследуемое комплексное сопротивление 5, компаратор 6, генератор 7 тактовых импульсов, счетчик 8, первое постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 9, цифроаналоговый преобразователь (ПАП) 10, фильтр П нижних частот (ФНЧ), сумматор 12, триггер 13 пуска, второе ПЗУ 14, амплитудный детектор 15, устройство 16 выборки-хранения (УВХ), линию 17 задерж.

ки, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 18, микроэвм 19 и отсчет- ное устройство 20,

Выход источника 1 опорного напряжения через эталонный резистор 2 заряда подключён к первому входу коммутатора 4 режима работы конденсатора, Второй вход коммутатора 4 через эталонный резистор 3 разряда соединен с общим проводом устройства. Выход коммутатора 4 связан с одной клеммой исследуемого комплексного сопротивления 5, другая клемма которого заземлена . Выход коммутатора 4 подключен к первому входу компаратора 6. Выход генератора 7 тактовьк импульсов соединен со счетным входом С счетчика 8 выходные разряды его подключены к адресным входам ПЗУ; 9 и 14, Выходы ПЗУ 9 и 14 объединены по схеме монтажного. ИЛИ и подсоединены к входам 1Ш1 10, Выходное напряжение ДАЛ 10 через ФНЧ М подается на первый вход сумматора 12, Установочный S-вход триггера пуска 13 соединен с входом R броса счетчика 8, а R-вход сброса - с входом R сброса счетчика 8, Входы R и R счетчика 8 объединены по логике ШШ, Прямой выход триггера 13 подключен к третьему входу коммутатора 4 и входу Выбор кристал ла (ВК) ПЗУ 9. Инверсный выход триггера 13 связан с входом ВК ПЗУ 14. Информационный вход амплитудно-. го детектора 15 соединен с выходом коммутатора 4 и информационным входом УВХ 16. Вход сброса детектора 15 подключен к установочному S-входу триггера 13, Выход амплитудного детектора связан с вторым входом сумматора 12, Выход сумматора подсоединен к второму входу компаратора 6. Выход УВХ 16 св5гзан с информационным входом АЦП 18, Информационные выходы и выходы готовности АЦП 18 соединены с разрядами обще1Й шины Q-BUS микроэвм 19, с которыми соединено также отсчетное устройство 20, Выход компаратора 6 подключен к R-входу сброса триггера 13,, стробирующему входу УВХ 16 и чер€;з линию задержки 17 к входу запуска АЦП 18,

Устройство работает следующим образом.

В качеств.е монотонно-нарастающего напряжения, имеющего неубьшгио- щую первую производную, в устройст4658174

ве формируется показательная функция

U,(t) 1 при tb О,

(1)

где k - основание показательной

функции,

t - аргумент (время),

Тогда в процессе заряда исследуемого комплексного сопротивления 5 при соблюдается равенство

Г 1#5; -

(2)

где и, - напряжение на комплексном сопротивлении 5 в момент срабатьгоания компаратора 6 (фиг,2в,г);

и.

- напряжение источника 1;

R,C - составляющие комплексного

сопротивления 5; 1г сопротивление резистора 2;

V/ JL 1 . t - время заряда (фиг,2 в)

эфе шений

Коэффициент k- выбирают из соотно30 8Г -- .

где (R,,)/(Rj+ RX);

rf RX max Rxfni n .

35KX2 xmin)

f Sj -liai.I-Sji- UJa- + с - x2 -x

40

(R,.- Rxwin) диапазон измерения

It max

no

(Cxwoix ) - диапазон измерения

по С X,

В качестве монотонно убывающего напряжения, имеющего невозрастающую первую производную, устройство формирует показательную функцию

u(t) - (-1)

при t Ь t.

1

(7)

Тогда в процессе разряда комплексного сопротивления 5 при t t. соблюдается равенство

55

Ue, U,exp(-| |-|4tp-t))

и,. -. 1,

(8)

де Ugp - напряжение на комплекс-м ном сопротивлении 5 в момент срабатьшания компаратора 6 (фиг.2в);

RP -7 сопротивление резистора 3. Коэффициент kp. выбирается из сотношений T1/t,

Р

с,

-Ое-

Р

(9) 10

15

ReRxCx

J...-.-.S .

Rp RX

(10)

e - основание натурального

логарифма.

Функция напряжения, соответствую v-ая выражению (I), прошивается в виде двоичных кодов в ПЗУ 9. Функция напряжения

b-ti U2 (t) (-l)-k +1, при t& t

(11)

прошивается в ПЗУ 14. Функция U (t) отличается от 15, (t), так как перед измерением напряжение U, является неизвестным.

В исходном состоянии триггер пуска 13 сброшен, коммутатор 4.обеспечивает подключение комплексного сопротивления 5 к резистору 3 и, таким образом, оно полностью разряжено. Импульсы с генератора 7 поступают на счетный С-вход счетчика 8. С инверсного выхода триггера 13 1 постуj-lV 1 j - -

пает на вход ВК ПЗУ 14. Таким образом, вьпсоды ПЗУ 14 подключаются к входам ПАП 10. На адресные входы ПЗУ поступает циклически изменякяций- ся параллельный двоичный -код с выходов счетчика 8. Напряжение с выхода ШШ 10 фильтруется ФНЧ U и поступает на первый вход сумматора 12 где складывается с напряжением Ь с, Так как комплексное сопротивление 5 разряжено, то U, О. На выходе сумматора 12 фор руется напряжение

%-ч

U(t) - k + 1 при

(12)

которое всегда отрицательное относительно общего провода устройства, поэтому компаратор 6 не срабатывает. При поступлении короткого импульса Пуск на S-вхоД триггера 13. Он переходит в единичное состояние. Этот же импульс поступает на входы сброса счетчика 8 и амплитудного детектора 15. Коммутатор 14 подключи

10

ет комплексное сопротивление 5 через резистор 2 к выходу источника 1. Начинается заряд исследуемого комплексного сопротивления. К входам ЦАП 10 подключается ПЗУ 9. Сброшенный импульсом пуска счетчик 8 начинает подсчитывать тактовые импульсы с генератора, на его выходах начинают появляться комбинации параллель иого двоичного кода. Этот код поступает на адресные входы ПЗУ, на выходах которого появляются коды, . соответствгтощие функции (1). ЦАП Ю 15 и ФНЧ И преобразуют эти .коды в нап- ряжепиг. которое поступает на пер- вый вход сумматора 12. Так как на втором его входе нулевое напряжение, то на второй вход компаратора 6 пос- 20 тупает напряжение функции (1). Как только напряжение на втором входе компаратора 6 превьппаат напряжение на его первом входе, на выходе компаратора появляется напряжение 1 . 25 Это напряжение сбрасьшает триггер 13 и счетчик 8, вызьгеает запоминание в УВХ 16 значения напряжения на комплексном сопротивлении 5 и, через время, равное постоянной времени 30 линии задержки 17, запускает А1Щ 18. Постоянная времени линии задержки 17 должна быть больше, чем время окончания переходных процессов в УВХ 16. После окончания преобразования АЦП 35 18 выставит бит готовности на обсцую шину Q-BUS микроэвм 19, которая по специальной программе вводит его показания

Как только сигнал с компаратора : 6 сбрасывает триггер 13, коммутатор 4 переходит в исходное состояние и начинается разряд исследуемого комплексного сопротивления 5 через 45 резистор 3. В амплитудном детекторе 15 остается зафиксированным напряжет

-.. Т1ЛП 1П ПОТТ-

40

. и1 . ,....---л

ние Ue. Теперь к входам ЦАП Ш подключается ПЗУ 14, так как на его вход ВК подается 1 с триггера 13. 50 Счетчик 8 начинает подсчитывать такт-, товые импульсы с генератора 7, на вы- вькодах которого начинают появляться комбинации параллельного двоичного кода. Этот код подается на адрес55 ные входы ПЗУ 14, в котором прошиты коды, реализующие функцию (П). После преобразования в. напряжение

- ЦАП 10 и фильтрации ФНЧ 11 напряжение (11) поступает на первый вход

сумматора 12, на второй вход которого поступает напряжение 11 с выхода амплитудного детектора 5. Таким образом,.на выходе сумматора формируется напряжение, реализующее функцию (7). Как только напряжение с выхода сумматора 12 становится равным напряжению на комплексном сопротивлении 5, компаратор 6 выдает импульс (фиг.2в,г),который вызьшает запоминание в УВХ 16 напряжения и через время, равное постоянной вр мени линии 17 задержки, запускает АШ 18. По окончании преобразования АЦП 18 выставляет бит готовности на общую шину Q-BUS микроЭВМ, кото-г рая вводит код, соответствующий напряжению и„ по специальной программе. После этого микроэвм 19 рассчитывает составляющие комплексного сопротивления Rf и С путем совместного решения нелинейных уравнений (2) и (8) . Решеиие этой системы уравнений осуществляется численными методами с применением любого извес иого алгоритма решения систем нелинейных уравнений. По окончании решения микроэвм 19 выдает на отсчетное устройство 20 результаты работы.

i78

Формула изобретения

Способ определения параметров комплексного сопротивления с емкостной составляющей, заключающейся в том, что производят заряд и последующий разряд исследуемого комплексного сопротивления через два разных эталонных резистора, отличающ и и с я тем, что, с целью уменьшения времени определения составляющих комплексного сопротивления при значении емкостной составляющей 5: I , сравнивают при заряде напряжение на исследуемом комплексном сопротивлении с экспоненциально убывающим напряжением, а при разряде - с экспоненциально убывающим напря- жениеМ) фиксируют моменты равенства

и по мгновенным значениям напряжений на исследуемом комплексном сопротивлении в моменты равенстве определяют величины составляющих комплексного сопротивления, при з.том значения оснований экспоненциально изменяющихся напряжений определяют исходя из заданного диапазона измерения емкостной и активной составляющей исследуемого комплексного сопротивления и величины эталонных резисторов.

и

и

- /ifff a ffof

t

f-f)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании измерителей параметров комплексного сопротдаления. Цель изобретения - уменьшение времени преобразования при увеличении емкостной составляющей комплексного сопротивления - достигается тем, что производят заряд и последующий разряд исследуемого комплексного сопротивления через два разных эталонных резистора, причем при заряде сравнивают напряжение на исследуемом комплексном сопротивлении с монотонно нарастающим напряжением, имеющим неубывающую первую производную, а при разряде - с монотонно убьшающим напряжением, имеющим невозрастающую первую производную, фиксируют мом.нты равенства с помощью компаратора и по мгновенным значениям напряжений на исследуемом комплексном сопротивлении в моменты равенства определяют величины составляющих комплексного сопротивления. Для реализации способа в известный преобразователь введены два постоянных запоминающих устройства, включенных в выходные, цепи суммирующего счетчика. 2 ил. (О

иг. 2