Устройство для определения параметров многоэлементных двухполюсных цепей Советский патент 1990 года по МПК G01R27/02 

Пуск

Фие.1

3158

в фиксированные моменты времени блоки 8-13 выборки - хранения запоминают четыре значения напряжения на выходе блока 5 вычитания напряжений и два значения производной этого сигнала на выходе дифференцирующего усилителя

6, В вычислительном блоке 14 по измеренным значениям напряжений с использованием заданного алгоритма производится расчет искомых параметров многоэлементной двухполюсной цепи. 3 ил. 1 табл

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частностти к измерению параметров многоэлементных двухполюсных РС- или Р -цепей. Цель изобретения - повышение быстробействия устройства за счет получения сигналов, необходимых для определения параметров двухполюсника, в ходе переходного процесса в исследуемой цепи, не дожидаясь установившегося режима. Устройство содержит последовательно соединенные источник опорного напряжения, исследуемую двухполюсную цепь, операционный усилитель и первый блок выборки-хранения, а также опорный элемент, включенный в цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя, блок вычитания напряжений, блок управления, вычислительный блок и шесть блоков выборки-хранения, при этом неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с общей шиной. В устройство введены дифференцирующий усилитель и седьмой блок выборки-хранения. 2 ил.

Изобретение относится к контроль-:, .но-измерительной технике,,в частности к измерению параметров многоэлементных двухполюсных RC-или RL-цепей.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства путем получения сигналов, необходимых для определения параметров двухполюсника в ходе переходного процесса в исследуемой цепи.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства для определения параметров многоэлементных двухполюсных цепей; на фиг. 2 а-г - видыконтролиру- емых двухполюсников; на фиг.З - вре-« менные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит источник I опорного напряжения, опорный элемент

2,операционный усилитель 3, исследуемую двухполюсную цепь 4, блок 5 вычитания напряжений, дифференцирующий усилитель 6, блоки 7-13 выборки - хранения, вычислительный блок 14 (осуществляющий вычисление параметров цепи по результатам измерений и использующий алгоритмы, приведенные далее), блок 15 управления, в состав которого входят ждущие мультивибрато- ры 16-24 и триггер 25.

Выход источника 1 опорного напряжения через опорный элемент 2 соединен с входом операционного усилителя

3,в цепь отрицательной обратной свяг зи которого включена исследуемая двухполюсная цепь 4 (в зависимости от

вида двухполюсника опорный элемент и исследуемая цепь с точки зрения места включения могут меняться местами, см. таблицу). Выход операционного усилителя 3 подключен к входу блока 7 выборки - хранения и к одному из входов блока 5 вычитания напряжений, второй вход которого соединен с выходом блока 7 выборки - хранения. Выход блока 5 вычитания напряжений подключен к входам блоков 8-11 выборки - хранения и к входу дифференцирующего усилите

ля 6, выход которого соединен с входами блоков 12-13 выборки - хранения. Выходы блоков 7-13 выборки - хранения соединены с соответствующими входами вычислительного блока 14, Блок 15 управления состоит из включенных последовательно ждущих мультивибраторов 16-24 и триггера 25. Установочный вход триггера 25 соединен с выходом ждущего мультивибратора 16, а вход сброса - с выходом ждущего мультивибратора 24. Выходы ждущих мультивибраторов 16, 18 и 20 соединены с управляющими входами соответственно блоков 7, 8 и 9 выборки - хранения, а выходы ждущих мультивибраторов 22 и 24 - соответственно блоков 10, 12 и 11, 13 выборки - хранения. Выход триггера 25 подключен к управляющему входу источника 1 опорного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Пусть подключен двухполюсник, представленный на фиг.2а, имеющий функцию сопротивления

(Р) R, +

+ R l+pC3R3

1

рС,

-

n

5

гдер - комплексная частота;

R,i, Rg.,

R3 - резисторы;

С ,, Сг

Сд - конденсаторы.

На входе операционного усилителя 3 при этом необходимо включить опорный элемент - резистор 2 сопротивлением R0.

По сигналу Пуск импульс напряжег ния с выхода мультивибратора 16 перевыбрасывает триггер 25 в единичное состояние. При этом источник 1 опорного напряжения подает на вход операционного усилителя скачок напряжения величиной U0. Выходное напряжение операционного усилителя, 3 имеет вид

u8(t)

c,

t + R,

jb C

1580284

Rj(l

0

где

Ko

Uc

R,

t - текущее время,

По сигналу с выхода ждущего мультивибратора 16 блок 7 выборки - хранения запоминает значение U.(t) в момент t/ 0, которое пропорционально величине сопротивления R,,

U.

/, К,сг , ни с $ и tЈ. Импульс напряжения с вы- -хода ждущего мультивибратора 24 перебрасьюает триггер 25 в нулевое состо- - яние, что приводит к прекращению подачи напряжения от источника 1 опорного напряжения на вход операционного усилителя 3.

В вычислительном блоке 14 по измеЮ ренным значениям напряжений U (ta), U(t3), U(t4), UjUy) определяются величины емкостей С,, С 2 и сопротивления R по формулам

U,(t,) - Ко,

15

С„

отсюда

Ri

Ht

К.

Для выходного напряжения блока 5 вычитания напряжений можно записать

u5(t) u3(t) - u9(t; K0fi tt L

t +

+ R2()

+ R,(I-eC .R)

На выходе дифференцирующего усили- ля 6 напряжение имеет вид

i .

- постоянная диф- 35

ференцйров ания). Раздельное измерение параметров однотипных частей двухполюсника и R5C} может быть произведено лишь при выполнении условия или на- ° оборот. Это позволяет при малых значениях времени t в напряжении U$(t) пренебречь экспоненциальной составляющей, связанной с наличием элементов RjCj, тогда

) KO(t +

R4(l-e

jt КгСг

45

)

По сигналам с выходов ждущих мультивибраторов 18, 20, 22 и 24 блоки 8, 9, 10 и 11 выборки - хранения запоминают значения напряжения U(t) соответственно в моменты времени t2,

-5

и t.

Одновременно по сигналам с выходов ждущих мультивибраторов 22 и 24 блоки 12 и I3 выборки - хранения запоминают значения напряжения Ug(t) соответственно в моменты времеjbC

1580284

,сг , ни хо

Ю ренным значениям напряжений U (ta), U(t3), U(t4), UjUy) определяются величины емкостей С,, С 2 и сопротивления R по формулам

15

С„

(О

С

(2)

20

-

где а0, а, а4и аэ - коэффициенты полинома

L3(t) au+a, t+a2tz+a5ti, аппроксимирующего кривую Ur(t) на участке

25 t,, t,.

Величина сопротивления R определяется по формуле (1) .

После определения значений С 4, Сг и R4 в вычислительном блоке 14 произ- 30 водится пересчет значений Ug(t.) Ug(tr) по формулам

и

- и«

Ь C,R,

,(Ч

),

K,(- + Li

u(ts) u6(ts)

-±S+ J „

Ki(fe

°

В результате определяются вспомогательные значения напряжений U6Ct4) и Ug(t). По найденным значениям 45 uЈ() и U(t5-) определяются далее

коэффициенты b 0 и b ,

50

полинома L,,(t) b +b(t, аппроксимирующего кривую

Uj(t) K,

55

на участке ft, t, а величины емкости CL и сопротивления R3рассчитываются по формулам

к,ьг

С5 Ь7 R Kfb,

Связь коэффициентов аппроксимирую- .щего полинома с параметрами двухполюсной цепи определяется разложением экспонент, входящих в состав функции переходного процесса, в степенной ряд

вида

V4V

У-4-.Л Л.

е 1+Х + -я-г зТ

у

В результате напряжение Uj(t) представляется в виде

U(t)

4t

6R|CЈ Mt + Т

+ l)t - - t2 $С

Сравнение данного времени с аппроксимирующим полиномом 1Ц t) позволяет записать систему уравнений

.L - Ј1 . Сг К0

, - «i.

Ко

1 , - аз 6R|C| К0

решение которой и приводит к формулам (2).

Выражения для расчета R 3 и С 3 вы- | водятся аналогично после разложения в степенной ряд функций U(t).

В таблице приведены расчетные формулы для вариантов исследуемых двухполюсников, а также указано место включения и вид опорного элемента и исследуемого двухполюсника.

Рассмотрим на примере, каким образом предлагаемое устройство позволяет повысить быстродействие. Пусть для изображенного на фиг.2а двухполюсника априорно известно, что время переход ного процесса зависит в основном от постоянной времени Ьл к, -с. В известном устройстве для определения параметров двухполюсника необходимо запомнить два значения выходного напряжения блока вычитания напряжений в установившемся режиме, еледо- .вательно, время измерения не может быть меньше (3-5) -j, что составляет 3-5 с.

Q

5

0

5

0

5

д 5

В предлагаемом устройстве время измерения определяется длительностями импульсов t 4 и tft, вырабатываемых соответственно ждущими мультивибраторами 16, 18, 20, 22, 24 и 17, 19, 21, 23 (фиг.З). Выбрав ц 5 мкс и t 100 мс, получаем, что tи-м 5t4 + 4tn ft 0,4 с.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить быстродействие примерно в 7-12 раз по сравнению с известным.

Формула изобретения

Устройство для определения параметров многоэлементных двухполюсных цепей, содержащее последовательно соединенные источник опорного напряже-. ния, исследуемую двухполюсную цепь, операционный усилитель и первый блок выборки - хранения, а также опорный элемент, включенный в цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя, блок вычитания напряжений, блок управления, вычислительный блок и шесть блоков выборки - хранения, при этом неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с общей шиной, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены дифференцирующий усилитель и седьмой блок выборки - хранег,- ния, причем первый вход блока вычитания напряжений подключен к выходу операционного усилителя, второй вход - к выходу первого блока выборки - хранения, а выход соединен с входом дифференцирующего усилителя и с первыми входами второго, третьего, четвертого и пятого блоков выборки - хранения, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам блока управле-,. ния, а выходы - к соответствующим входам вычислительного блока, выход дифференцирующего усилителя соединен с первыми входами шестого и седьмого блоков выборки - хранения, вторые входы которых подключены соответственно к шестому и седьмому выходам блока управления, а выходы - к шестому и .седьмому входам вычислительного блока.