Способ измерения параметров многоэлементных двухполюсников и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01R17/10 

Изобретете относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении параметров пассивных двухполюсников.

Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения за счет использования для уравновешивания только однотипных элементов с сохранением раздельного уравновешивания .

Способ измерения параметров многоэлементных двухполюсников осуществляют следующим образом.

Вначале на измерительную цепь подают последовательность прямоугольных импульсов (). Выходное напряжение измерительной цепи U,(t) ,, где А - коэффициент пропорциональности, сравнивают с напряжением U(t) приводят разность к нулю изменением значения регулировочного коэффициента К и получают, таким образом, пер- вое условие равновесия

А, К.

(1)

Затем подают на измерительную цепь последовательность линейно изменяющихся импульсов (), сравнивают напряжение и, (t) ---(А, t+A,2) с напряжением U(t), которое формируют в виде

Um суммы двух слагаемых U,,(t) --j-K t+

Un

+ ,.,. С учетом выполнения условия (1) второе условие равновесия имеет вид

-А - к t: - (2)

Далее подают на измерительную цепь , последовательность квадратичных импульсов (1 2), сравнивают напряжение и, (t) --(A t2+2A t+A3) с напряцжением U,j(t), которое формируют уже в Q

виде суммы из трех слагаемых

U(t) ,t2 -ь -ь ,. (3)

UII

С учетом выполнения (1) и (2) третье условие равновесия имеет вид

- - V ,Т - Кз.

(4)

Далее подают на измерительную цепь последовательность кубичных импульсов и т.д.

При i-t-1-м сравнении на измерительную цепь подают последовательность

t

импульсов вида U(---) , а напряжеi-u

ние U,j(t) формируют в виде суммы из i+1 слагаемого

(Ptff(iq

«(-И - 1. ,

tu J

К-

J + 1) )

с учетом вьшолнения предыдущих i условий равновесия i+1-e условие имеет вид

KU, .

I- ri

(6)

Q

Q 5

0

, Q

45

50

55

После N-ro уравновешивания получают N условий равновесия, представляющих систему N алгебраических уравнений вида (6), в которую в качестве N неизвестных входят искомые параметры двухполюсника, функциями которых являются коэффициенты А. Из решения с этой системы уравнений определяют искомые параметры двухполюсника.

Из условий равновесия (6) следует, что разность между сравниваемыми величинами и,(t) и U(t) всегда имеет (после окончания переходных процессов) форму импульса с плоской вершиной, полярность которого однозначно определяет, знак, а амплитуда - степень рассогласования сравниваемых величин, что удобно для организации процесса уравновешивания.

Таким образом предлагаемый способ позволяет определить параметры любого многоэлементного двухполюсни ка, для которого известна схема замещения и выполнены условия однозначности

определения параметров. I

Известность схемы замещения необходима для записи коэффициентов А, входящих в левую часть системы урав- нений (6). При измерении параметров двухполюсников с различными схемами замещения алгоритм реализации способа полностью сохраняется, а изменяется лишь вид формул (6) для расчета параметров.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения параметров многоэлементных двухполюсников.

Устройство,реализованное для случая , содержит задающий генератор 15 выход которого соединен с входами управления генераторов 2-1, 2-2, 2-3 и 2-4 импульсов прямоугольной, линей51520454

но изменяющейся,квадратичной и кубичной форм соответсч венио, чегырехплат- ный коммутатор 3 на четыре положения. Выход генератора 2-1 прямоугольных импульсов подключен к первому, второму третьему и четвертому контактам плат 3-1, 3-2, 3-3 и 3-4 коммутатора 3 соответственно. Выход генератора 2-2

Вначале иьтульсы прямоугольной формы с выхода генератора 2-1 через первый контакт платы 3-1 коммутатора 3 поступают на измерительную цепь и первый вьгеод потенциометра 13-1. Выходное напряжение измерительной цепи U(t) после окончания переходных процессов имеет форму прямоугольного им

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения параметров физических объектов, эквивалентная электрическая схема которых является многоэлементным двухполюсником (Д). Цель изобретения - повышение точности и расширение области измерений за счет использования для уравновешивания только однотипных элементов с сохранением раздельного уравновешивания. Это достигается введением трех масштабных усилителей, пяти повторителей напряжения, параллельного сумматора, четырехплатного коммутатора и четырех потенциометров путем выполнения следующих операций. Д, состоящий из N элементов (устройство реализовано для случая N=4), подключают к измерительной цепи (ИЦ), образованной последовательно соединенными образцовым элементом и Д. ИЦ питают последовательностями импульсных сигналов с изменением напряжения в импульсах по закону степенных функций, показатель степени которых принимает значения 0,1,2....N- 1, и формируют первую активную величину (АВ), например напряжение, зависящую от параметров Д, сравнивают с моделирующей ее второй АВ и приводят их разность к нулю. Вторую АВ формируют в виде суммы из I+1 импульсного сигнала, каждый из которых изменяется по закону соответствующей степенной функции с показателями степени 0,1,2...I. При первом уравновешивании I присваивают значение 0, а при каждом последующем увеличивают его на единицу. Каждое уравновешивание выполняют после окончания переходных процессов в ИЦ изменением амплитуды сигнала, входящего во вторую АВ и имеющего форму прямоугольных импульсов. После выполнения N-го уравновешивания искомые параметры Д определяют из решения системы N алгебраических уравнений, которыми выражаются условия равновесия. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

линейно изменяю1цихся и итульсов ПОДКЛЮ-JQ пульса. Через повторитель 14-5 напряжения, служап(ий для уменьшения влиячен к второму контакту первой платы 3-1 непосредственно, а к третьему и четвертому контактам второй и третьей плат 3-2 и 3-3 коммутатора 3 - через первый 4-1 и второй 4-2 масштабные )5 усилители соответственно. Выход генератора 2-3 квадратичных импульсов соединен с третьим контактом первой платы 3-1 непосредственно, а с четвертым контактом второй платы 3-2 - через 20 третий усилитель 4-3. Выход генератора 2-4 кубичных импульсов подключены к четвертому ко уакту первой платы 3-1. Первьй выход коммутатора 3 через образцовьп резистор 5 соединен с пер- 25 вой клеммой б, а вторая клемма 7 для подключеьшя исследуемого двухполюсника 8 подключена к общей шине. Схема замещения исследуемого двухполюсника 8 содержит первьй резистор 9 (R1), ЗО параллельно которому включены последовательно соединенные первый конденсатор 10 (G1) и второй резистор 11 (R2) параллельно которому включен второй

ния паразитных параметров схемы, это напряжение поступает на второй ;вы- вод нуль-органа 16. Выходное напряжение потенциометра 13-1, равное .,, через повторитель 14-1 напряжения поступает на первый вход сумматора 15i К, - коэффициент передачи потенцио- метра 13-1, принимающий значения О 6 К ё 1. Так как движки потенциометров 13-2 - 13-4 находятся в крайнем правом папожении, то на остальных входах сумматора 15 нулевое напряжение, поэтому выходное напряжение U(t) сумматора 15, поступанщее на первьм вывод нуль-органа 16, равно U2(t) ,. В нуль-органе 16 осуществляется сравнение двух напряже- Ний U(t) и ). Регулируя положение движка потенциометра 13-1, добиваются их равенства, выполняя тем самым первое условие равновесия:

К, А,

RI

(7)

конденсатор 12 (С2). Первые выводы по-.

тенциометров 13-1, 13-2, 13-3, 13-4 соединены с соответствующими выходами коммутатора 3, а вторые выводы через повторители 14-1, 14-2, 14-3, 14-4 напряжения подключены к соответствую- 1цим входам параллельного сумматора 15 выход которого соединен с первым выводом нуль-органа 16. Второй вывод нуль-органа 16 через пятый повторитель 14-5 напряжения подключен к первой клемме 6, третий вьшод соединен с выходом задающего генератора 1. Четвертый вывод нуль-органа 16 и третьи выводы потенциометров подключены к- общей шине.

Устройство, осуществляющее способ, работает следующим образом.

В исходном состоянии подвижные кон такты коммутатора 3 находятся в верхнем по схеме положении, а движки по- тенциометров 13-2 - 13-4 - в крайнем правом положении. Положение движка потенциометра 13-1 произвольное.

ния паразитных параметров схемы, это напряжение поступает на второй ;вы- вод нуль-органа 16. Выходное напряжение потенциометра 13-1, равное .,, через повторитель 14-1 напряжения поступает на первый вход сумматора 15 К, - коэффициент передачи потенцио- метра 13-1, принимающий значения О 6 К ё 1. Так как движки потенциометров 13-2 - 13-4 находятся в крайнем правом папожении, то на остальных входах сумматора 15 нулевое напряжение, поэтому выходное напряжение U(t) сумматора 15, поступанщее на первьм вывод нуль-органа 16, равно U2(t) ,. В нуль-органе 16 осуществляется сравнение двух напряже- Ний U(t) и ). Регулируя положение движка потенциометра 13-1, добиваются их равенства, выполняя тем самым первое условие равновесия:

К, А,

RI

(7)

Состояние равновесия здесь и далее фиксируют по экрану осциллографа, вьшолняющего функции нуль-органа 16.

Затем подвижные контакты коммутатора 3 устанавливают в следующее поожение на одну позицию вниз. При этом на измерительную цепь и первый потенциометр 13-1 поступают импульсы ли нейно изменяющейся формы с выхода генератора 2-2 через второй контакт первой платы 3-1, а на потенциометр 13-2 оступают прямоугольные импул;ьсы с выхода генератора 2-1 через второй контакт платы 3-2. Выходное напряжение сумматора 15 состоит из двух слагаемых:

и (t) - K,t

tu

- ,.

(8)

Так как коэффициенты А 2 и Л имеют отрицательный знак, то повторители напряжения 14-2 и 14-4 подключены к инвертирующим входам параллельного сумматора 15. Регулируя положение движка потенциометра 13-2, добиваются равенства сравниваемых величин U,(t) и U,j(t), при этом второе условие равновесия имеет вид:

К,

Ai RoRlC

fu t;;TR R;)2

(9)

Разность сравниваемых величин после- окончания переходных процессов имеет на экране осциллографа форму импульса с плоской вершиной, полярность и амплитуда которого однозначно определяют направление и расстояние перемещения движка потенциометра.

Затем подвижные контакты коммутатора 3 устанавливают в следующее третье

20

-K;/)4Kj+2K| - к,К5)2 - бК2(1-к;))с

положение, перемещая еще на одну позицию вниз. Выходное напряжение суммато- (((, - 2К|) (К + 2К - К, Kj) - pa 15 формируется из трех слагаемых:

- ЗК2(К,К, - ,(2K| U,(t) ,t - %,t + и,Кз. (10)25 . к,К,).

- ЗК2(К,К,

Удвоение значения второго слагае-T « образом, предпагаемое устмого происходит вследствие того, чторойство для измерения параметров

линейно изменяющиеся импульсы с выхо- ,,, ч тьфехзлементных двухполюсников в

. . -2 поступают на первый

вывод потенциометра 13-2 через масштабный усилитель 4-1, имеющий коэффициент усиления 2.

Изменяя положение движка потенциометра 13-3, добиваются равенства срав- мещения двухполюсника может быть и ниваемых величин U,(t) и V(t), при ДРУгой. В этом случае алгоритм работы этом третье условие равновесия имеет вид:

отличие от известного позволяет определить параметры двухполюсника с применением только однотипных управляемых элементов с сохранением раздельного уравновешивания. Схема заустройства полностью сохраняется, a изменяются только формулы вычисления искомьк параметров.

V - « 2RoRiC RoRt +Ri(Ro-bR) ,.. ч

s -ti tiiR- rj

Затем подвижные контакты коммута- Способ измерения параметров

тора 3 устанавливают в четвертое,,5 °гоэлементных двухполюсников, закрайнее нижнее положение и аналогич-ключающийся в том, что подают на

но зфавновешивают сравниваемые величины изменением положения движка потенциометра 13-4. Вьпсодное напряжение

измерительную цепь в виде двухполюсника N последовательностей импульсны сигналов вида

сумматора 15 состоит из четырех слагаемых:

U(t),t3-

-и Ч(

- ,

(12)

Четвертое условие равновесия в соответствии с (6) имеет вид:

К - RoRiCiг

t3 ,r )

+ ,R4C,(R,+Rj) + R|C(,)2 + + ,.(13)

Из решения системы уравнений (7), (9), (11), (13) находят формулы для вычисления значений параметров R, R, C, двухполюсника 8:

R, R. Ro(-|if- -к,);

2К|Кц. - 3KJ1

2 ЧС

-K;/)4Kj+2K| - к,К5)2 - бК2(1-к;))с

СцКг

й;кГ

(((, - 2К|) (К + 2К - К, Kj) -

(((, - 2К|) (К + 2К - К, Kj)

- ЗК2(К,К, - ,(2K| (14)

ч тьфехзлементных двухполюсников в

rt-Tt ГТ ТЛТТ ил Tf о -Г гчм Т «ТгЧяг Г

мещения двухполюсника может быть и ДРУгой. В этом случае алгоритм работы

отличие от известного позволяет определить параметры двухполюсника с применением только однотипных управляемых элементов с сохранением раздельного уравновешивания. Схема замещения двухполюсника может быть и ДРУгой. В этом случае алгоритм работы

устройства полностью сохраняется, a изменяются только формулы вычисления искомьк параметров.

Формула изобретения

измерительную цепь в виде двухполюсника N последовательностей импульсных сигналов вида

50

lI.(),

где N - число параметров двухполюсника

и, ty - амплитуда и длительность импульсов, t - текущее время,

i принимает значения 0,1,2,...,N-1,

и измеряют первую активную физическую величину (например, напряжение), пропорциональную параметрам измерительной цепи, измеряют вторую активную физическую величину (например, напряжение),, пропорциональную параметрам измерительной цепи, сравнивают ее с первой и регулируют значение второй до получения равенства сравниваемых величин, причем при.первом урав- новешивании подают напряжение питания в виде последовательности прямоугольных импульсов типа U

-j: -°.

а при каждом последующем уравновеши- вании - последовательность импульсов со значением показателя степени i на единицу больше, при этом выполняют каждое регулирование после окончания переходных процессов в измеритель ной цепи, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения, измеряют вторзто активную физическую величину при подаче напряжения типа

U,(t) U.,j--5,K.(-|-y

где К

- регулировочные, коэффициенты принимающие значения ,

а каждое регулирование выполняют из- мене1шем амплитуды прямоугольных импульсов типа и„К,, () , причем после выполнения N-ro уравновешивания искомые параметры двухполюсника определяют из решения системы N алГебраи-

,, А;ц-1 ческих уравнении вида К ;, ---,

и

где А; - коэффициенты, опр еделяемые

параметрами двухполюсника и входящие в систему уравнений, описывающую первую активную величину U после окон- чания переходных процессов

;.(

4j-1) (i-j+1) tu

15 -2025

.)

j

30

,

.

лп

45

50

выход.которого соединен с входами управления генераторов импульсов прямоугольной, линейно пзменл ощейся, квадратичной и кубичной формы, две клеммы для подключения исследуемого двухполюсника, образцовьп1 резистор, первьй выход которого соединен с первой клеммой для подключения исследуемого двухполюсника, и нуль-орган, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения, в него введены три масштабных усилителя, пять повторителей напряжения, параллельный сумматор, че- тьфехплатный коммутатор на четыре положения и четыре потенциометра, первые выводы которых соединены с соответствующими выходами коммутатора, а вторые выводы через соответствующие пов- торители напряжения подключены к входам сумматора, выход которого соединен с первым входом нуль-органа, при этом второй вьшод образцового резис- , тора подключен к первому выходу коммутатора, а первая клемма для подключения исследуемого двухполюсника через пятый повторитель напряжения сое- динена с вторьм входом нуль-органа, третий вход которого подключен к выходу задающего генератора, выход генератора прямоугольных импульсов подклю- ч ен к первому, второму, третьему и четвертому контактам соответствующих плат коммутатора, выход генератора линейно изменяющихся импульсов подключен к второму контакту первой платы непосредственно, а к третьему и четвертому контактам второй и третьей плат коммутатора через первый и второй масштабные усилители соответственно, выход генератора квадратичных импульсов соединен с третьим контактом первой платы коммутатора непосредственно, а с четвертым контактом второй платы - через третий усилитель, выход генератора кубичных импульсов подключен к че-1 вертому контакту первой платы коммутатора, а ; вторая клемма для подключения исследуемого двухполюсника, третьи выводы потенциометров и четвертый вход нуль- органа соединены с общей шиной.

«rs

гг

а