Измеритель комплексного сопротивления с компенсацией паразитных параметров Советский патент 1991 года по МПК G01R27/02 

X

N)

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения составляющих емкостных и индуктивных объектов . Цель изобретения --1 повышение точности измерения. Устройство содержит генератор 1 синусоидального колебания, первый 2, второй 3 переключатели, операционный усилитель 4,фазовый детектор 5, третий переключатель 6, фазовращатель 7, вольтметр 8. Введение в устройство двух инвертирующих усилителей 9,10, суммирующего усилителя 11, корректирующего конденсатора 12 и двух паразитных емкостей позволяет устранить влияние паразитных параметров на результат измерения и повысить точность измерений . 1 ил. с « (Л

JT1

J-tiJ

Изобретение- относится к электроизмерительной технике, может быть использовано для измерения составлящих емкостных и индуктивных объектов, а также активных сопротивлений с высокой точностью, с отсчетом показаний вольтметра на выходе измерителя н является усовершенствованием изобретения по авт.св. № 779916.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На чертеже изображена структурна схема предлагаемого измерителя.

Измеритель содержит источник 1 опорного напряжения переменного тока,первый / и второй 3 переключатели, операционный усилитель (ОУ) 4, фазовый детектор 5, третий переключатель 6, фазосдвигающую цель 7, вольтметр 8, первый 9 и второй 10 инвертирующие усилители с единичным коэффициентом усиления, суммирующий усилитель 11, корректирующий конденсатор 12, образцовый резистор 13 с параллельно подключенной паразитной емкостью, измеряемое комплексное сопротивление 14 с параллельно подключенной паразитной емкостью,первый 15 и второй 16 входные зажимы измерительной цепи.

Для измерения емкостных объектов первый и второй переключатели устанавливаются в положение С, а для измерения индуктивных - в положение L

Измеритель в случае измерения составляющих емкостного объекта работает следующим образом.

Исходя из условий работы операционного усилителя, охваченного отрицательной обратной связью (ОС) по напряжению, запишем уравнение токов

1

4

II Tf - i. + I. + I:

о,

(1)

ток, протекающий по цепи ОС;

ток, протекающий по прямой цепи;

ток, протекающий через корректирующий конденсатор 12(СК).

апишем уравнение (1) как сумму в, протекающих по всем ветвям, зованным элементами измерительцепи и паразитными параметрами,

+ I(2

+ iw

121

-iz,

+ iz, + i3 o,

-22.

- i

гг

- I

Э

(2)

0

где I4I - ток, протекающий через образцовый резистор; ток, протекающий через паразитную емкость,параллельно подключенную к образцовому резистору; ток, протекающий через измеряемое комплексное сопротивление;

ток, протекающий через паразитную емкость, параллельно подключенную к измеряемому комплексному сопротивлению.

Подставляя в выражение (2) значения токов, получим

1

-12

L2|

Чг

UE

Rr

uEjtfch,

0

5

0

5

-u0jacx - UO/RX - u0j&3cr)2 +

1 Dai

+ UB j(OCk + U0(R3/R2)jUCK,

где Up - выходное напряжение ОУ 4;

R - сопротивление образцового О

резистора;

03 - частота источника 1 опорного напряжения GJ 2 ii f;

щ

.см.

szx R, ,RЈ, R3- паразитные параметры;

емкость корректирующего конденсатора;

измеряемое комплексное сопротивление.

сопротивления резисторов сумматора 11.

Uc/Rn

VL

I2( U0j(OCx +

.

, ;

RX 5

R3

I22 uoJUCn2; I, UE ---2- j«Ck 4v.

R

U0(RJ/Rt)jQCk.

Для компенсации паразитных параметров необходимо выполнение условий

55U0jG3Cn2 U0 -g- jo)Cx,(3)

uEj(oc.n, ие -|-э- jwcv

(4

где U - выходное напряжение источника 1 ;

U - выходное напряжение операционного усилителя 4; Из (3) и (4) получим значения коэффициентов передачи по первому и второму входам суммирующего усилителя 11:

С учетом выполнения условий (3) и (4) напряжение на выходе опграцисн- ногс усилителя 4 можно записать

ие -V-|Ј- + J«CXRG- - 7

При измерении мнимой ссставляющей (7) на управляющий вход фазового детектора 5 подается сигнал с источника 1 через фазосдвигающую цепь 7 и переключатель 6, который находится э положении X. Полученное напряжение,пропорциональное реактивной составляющей, измеряется вольтметром 8.

При измерении активной составляющей на управляющий вход фазового детектора 5 подается сигнал с источника 1 через переключатель 6, который устанавливается в положение R.Полученное напряжение также измеряется вольтметром 8.

Для случая измерения индуктивных

объектов, представленных последовательной схемой замещения, получим выражение баланса токов, подставляя для этого в выражение (2) значения токов, протекающих по соответствующим ветвям:

-jk + u0jocn, -(UE/RX + - UEJWCn 1 -f Ue JG)CK +

Rjj

Rjf

+ u0 -If- jcoc,,

где Ц - измеряемый индуктивный объект.

Подставляя в выражение (8) значения коэффициентов (5) и (6), получим напряжение на выходе операционного усилителя 4 для индуктивного объекта

и.

KX

+ i«Li

Rc

)

(9)

ю

При этом измерение реальной и мнимой составляющих напрях;ения (9) происходит аналогично измерению госга--- ляющих для емкостного объекта.

Анализ работы измерителя с учетом паразитных параметров осуществляют следующим образом.

Запишем уравнение токов

15

+ Ii

-I- I.,

LM т -ЪLZ 22

Подставим значения токов в ветвях для емкостного объекта

Ug

R,

- UFJ(OCn, - -U0jЈflCn4 20

- u0jwcx - UO/RX.

(10)

Из ПО) выразим значение выходного нг.1 ряжения

иЈ -uo Rc/Rx) л + JWCXROB.

„ д - Lwi()CnLRo i

J Jj. - П.

fj

(1 + Cn,R0)

В -Ll -t- x/iRx.-iOCniRo CKRX(1 +ТогС7п; R)

Аналогично получим выражение выходного напряжения усилителя А для индуктивного объекта с учетом паразитных параметров

Ur

-U Ч 0

(В - А) RX

RyA

COL,

В)

(12)

где А

В

ГЫ С ru RЈi I iWlCjiiLili«C niR «2.. (T-o)rCnrLx)r+W Cn%RVj

rQ1CnzCniRxR p z CniL + ll (T Tc0rCn L;) +G)

50

55

Сопоставление выражений (7) и (11), а также (9) и (12), показывает увеличение точности, достигаемое в предлагаемом измерителе.

Таким образом, с помощью преобразователя за счет исключения влияния паразитных параметров можно повысить точность измерения составляющих комплексного сопротивления,

716261908

Формула изобретениямеряемому комплексному сопротивлению

Измеритель комплексного сопротив-и эталонному резистору, первый вход

ления с компенсацией паразитных пара-суммирующего усилителя подключен чеметров по авт.св. № 779916, о т л и-рез первый инвертирующий усилитель

чающийся тем, что, с цельюк первой клемме для подключения измеповышения точности измерения, в негоряемого комплексного сопротивления,

введены два инвертирующих усилителяк ВТОрой клемме которого подключен

с единичными коэффициентами передачи,через корректирующий конденсатор вы- двухвходовой сумматор с регулируемы- ,д ход суммирующего усилителя, второй

ми коэффициентами передачи по каждомувход суммирующего усилителя подключен

из входов, корректирующий конденса-через второй инвертирующий усилитель

тор и две паразитные емкости,подклю-к переключающему контакту второго

ченные параллельно соответственно из-переключателя.