Устройство для измерения параметров нелинейных элементов и систем Советский патент 1991 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения параметров нелинейных реактивных и емкостных элементов и систем.

Целью изобретения является повышение точности, достоверности и расширение функциональных возможностей,

На чертеже представлена блок-схема устройства для измерения параметров нелинейных элементов и систем.

Устройство содержит индуктивный па- раметрон 1, состоящий из трех магнитопро- водов 2, 3, 4 с обмотками 5 накачки, 6 подмагничивания, 7 для снятия характеристик сердечника, 8 измерительными, 9 резонансными, переменного резистора 10 и НС-цепочки 11, а также последователшо соединенные генератор 12 накачки, фильтр- пробку 13 и переключатель 14 рода реактивности, второй вход которого соединен с выходом источника 15 подмагничивания, интегратор 16, последовательно соединенные калиброванный источник 17 тока и переключатель 18 элемент-устройство, последовательно соединенные резонансный усилитель 19, детектор 20, активный фильтр 21 и дифференциатор 22, выход которого соединен с третьим входом пятилучевого осциллографа 23. Устройство содержит также двухлучевой осциллограф 24, генератор 25 высокой частоты, последовательно соединенные регулируемый источник 26 посто- янного напряжения и цифровой вольтметр 27, вход которого соединен с первым входом пятилучевого осциллографа 23, второй вход которого соединен с седьмым выходом переключателя 14 рода реактивности, четвертый вход - с входом дифференциатора 22, пятый вход - с входом генератора 12 накачки.

Устройство для измерения параметров нелинейных элементов и систем содержит также емкостный параметром 28, который содержит соединенные катодами два варикапа 29 и 30, причем анод варикапа 29 соединен с первым выводом катушки 31 индуктивности и с вторым (измерительным) выходом параметрона 28. анод варикапа 30 соединен с первым выводом катушки 32 индуктивности. Второй вывод катушки 31 соединен с общей шиной, а катушки 32 - с первым выводом первичной обмотки трансформатора 33, второй вывод которой соединен с общей шиной. Центральный отвод первичной обмотки трансформатора 33 сое- динен-с первой обкладкой конденсатора 34 и с входом подмагничиванпя параметрона 28. Вторая обкладка конденсатора 34соединена с общей шиной. Первый вывод вторичной обмотки трансформатора 33 соединен с первым выходом параметрона 28, второй вывод - с общей шиной. Кроме того, устройство содержит инвертирующий усилитель

35, неинвертирующий вход которого соединен с первым выходом переключателя 18 элемент-устройство, второй выход которого соединен с входом накачки емкостного параметрона 28, а второй,третий и четвертый

входы - соответственно с вторым выводом измерительной обмотки 8 и первыми выводами индуктивности 36 и емкостного элемента 37. Вторые выводы индуктивности 36 и емкостного элемента 37 соединены соответственно с общей шиной и выходом генератора 25 высокой частоты. Выход генератора 25 высокой частоты соединен также с вторым входом емкостного параметрона 28 и входом калиброванного источника 17 тока.

Первые выводы обмоток 6 подмагничивания, 7 для снятия характеристик сердечника, 8 измерительной и 9 резонансной соединены с общей шиной, которая соединена также с первым выводом RC-цепочки 11 и вторым и третьим выводами переменного резистора 10, первый вывод которого соединен с первым выводом обмотки 5 накачки и с выходом двухлучевого осциллографа 24. Первый вход последнего соединен с вторым выводом обмотки 7 для снятия характеристик сердечника и входом интегратора 16, выход которого соединен с вторым входом двухлучевого осциллографа 24.

Обмотки 5, 6 и 7 включены последовательно и согласно, обмотки 8 и 9 - последовательно и встречно. Вторые выводы обмоток 5 накачки, 6 подмагничивания и 9 резонансной соединены соответственно с

первым, вторым и третьим выходами переключателя 14 рода реактивности, четвертый выход которого соединен с входом резонансного усилителя 19, пятый выход - с входом подмагничивания емкостного параметрона, а шестой выход - с входом накачки емкостного параметрона. Третий вход переключателя 14 рода реактивности соединен с выходом калиброванного источника 17 тока, четвертый вход - с первым выходом емкостного параметрона 28, пятый вход - с выходом инвертирующего усилителя 35, инвертирующий вход которого соединен с выходом генератора 12 накачки.

Устройство для измерения параметров нелинейных элементов и систем работает следующим образом.

Сущность измерения динамических характеристик энергоемких параметров реактивных элементов и устройств заключается в измерении падения напряжения на реактивных сопротивлениях при пропускании через них тока высокой частоты.

Изменение динамической индуктивности (емкости) производится методом падения высокочастотной несущей в измерительных обмотках. В случае измерения индуктивности высокочастотное напряжение подается через калиброванный источник 17 тока, выполненный на операционных усилителях, с целью достижения соответствия между индуктивностью LX и постоянным напряжением Увых, подаваемых на первый вход осциллографа 23:

Lx,(1)

где К 1, 10, 100,...

Установив в соответствии с выражением (1) связь Увых и LX, можно непосредственно измерять величину индуктивности стандартным цифровым вольтметром 27 в статическом режиме, а добавив в устройство отдельный регулируемый источник 26 постоянного напряжения, напряжение которого подается на отдельный первый вход Y1 осциллографа 23 и совместив луч этого входа с любой точкой на экране, можно измерять идуктивность в любой точке ее изменения.

Выходное напряжение после измерительной схемы составляет

LWHJxL - Ki К2 Кз, где; UxL - падение напряжения на индуктивности 36;

Ki - коэффициент передачи резонансного усилителя 19 на частоте генератора 25 высокой частоты;

Кг - коэффициент передачи детектора 20;

Кз - коэффициент передачи активного фильтра 21;

Uxt.2 Л f Lx im,

где Im - амплитудное значение тока калиброванного источника 17 тока;

f - частота генератора 25 высокой час- тоты.

Тогда

Увых 2jrf Lx lm KiK2K3

2 JTf Im Kl(2K3Lx ,

следовательно

KiK2K3,

15 где , 10, 100,. .

Ток задаваемый источником 17,

20

Ki

2jrf KiK2K3

5

0

0

5

0

5

В нижнем (по схеме) положении переключателя 14 рода реактивности по обмоткам 5 накачки индуктивного параметрона 1 протекаетток генератора 12 накачки и периодически насыщает сердечники 2,3.4. При условии, что энергия, вносимая энергоемкими элементами, больше активных потерь, в обмотке 9 и цепочке 11 возбуждаются параметрические колебания Величина тока накачки определяет глубину модуляции индуктивности, а падение напряжения накачки на резисторе 10 используется в качестве развертывающего напряжения осциллографа 24 и подается на его горизонтальные 5 пластины (третий вход).

Колебания, снимаемые с обмотки 7, подаются на первый вход Y1 осциллографа 24. На второй вход Y2 осциллографа 24 подаются колебания, проинтегрированные и усиленные интегратором 16. Таким образом, на осциллографе 24 можно одновременно наблюдать кривую изменения магнитной проницаемости / (Н) и ее первообразную кривую перемагничивания В (Н).

Колебания высокой частоты через калиброванный источник 17 тока подаются на измерительную обмотку 8. Промодулиро- ванные высокой частотой колебания, напряжение которых пропорционально значению индуктивности, подаются на резонансный усилитель 19, служащий для повышения чувствительности измерения. Далее сигнал поступает на детектор 20 и на активный фильтр 21, затем напряжение изменения динамической индуктивности подается на четвертый вход Y4 осциллографа 23. На экране осциллографа наблюдается высокочастотная составляющая, промодулированная кривой изменения индуктивности Lx. На

третий вход Y3 осциллографа 23 подается напряжение, продифференцированное дифференциатором 22. На экране над кривой динамической индуктивности наблюдается кривая . Фильтр-пробка 13 предназначен для исключения шунтирования генератора 25 высокой частоты генератором 12 накачки и настроена на несущую (высокую) частоту. С помощью регулируемого источника 26 постоянного напряжения и цифрового вольтметра 27 измеряются значения индуктивности (емкости) в определенные моменты ее изменения, соответствующие экстремумам кривой изменения индуктивности или емкости.

Таким образом, на экране осциллографа 23 наблюдаются кривые напряжения накачки, параметрических колебаний, производной от динамической индуктивности (емкости). Первым лучом осциллографа 23 можно выбирать желаемую точку для измерения мгновенного значения индуктивности.

Для измерения параметров емкостного параметрона 28 или емкостного элемента 37 переключатель 14 переводят в верхнее (по чертежу) положение. Измерение и наблюдение динамической емкости и производной от нее аналогично измерению параметров индуктивной системы, но напряжение, пропорциональное динамической емкости, подается на переключатель 14 через инвертирующий усилитель 35.

Для измерения динамической индуктивности (емкости) в устройстве (параметро- не) переключатель 18 должен находиться в нижнем (по схеме) положении, а для измерения индуктивности 36 (емкости) переключатель 18 следует перевести в верхнее положение.

Устройство для измерения параметров нелинейных элементов и систем позволяет повысить точность (при использовании цифрового вольтметра 27) и достоверность при исследовании и подборе реальных параметрических систем, а не элементов систем, так как форма кривой динамической индуктивности (емкости) и ее производной однозначно определяет основные параметры нелинейной системы, позволяет экспериментально снимать кривую динамической индуктивности (емкости) существенно нелинейной системы в рабочих режимах, наблюдать на экранах осциллографов колебания накачки, параметрические колебания, кривые динамической индуктивности и ее производной, параметры сердечника комплексно и. следовательно, упрощать отбор реальных параметрических систем, измерять цифровым вольтметром 27 мгновенные значения динамической индуктивности (емкости), что значительно расширяет функциональные возможности, увеличивает точность и достоверность измерений,

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров нелинейных элементов и систем, содержащее параметрон, содержащий три магнито- провода с обмотками накачки и подмагни- чивания, включенными последовательно и согласно резонансными и измерительными обмотками, включенными последовательно

и встречно, RC-цепочку и переменный резистор, емкостный элемент, индуктивность, генератор накачки, источник подмагничива- ния, последовательно соединенные детектор и активный фильтр, генератор высокой

частоты, первый двухлучевой осцилло раф, первые выводы обмоток подмагничивания, измерительной и резонансной соединены с общей шиной и первым выводом RC-цепоч- ки, второй вывод которой соединен с вторым выводом резонансной обмотки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и достоверности количественной оценки параметров нелинейных элементов и систем и расширения функциональных

возможностей, в него введены второй пяти- лучевой осциллограф, калиброванный источник тока, резонансный усилитель, интегратор, дифференциатор, инвертирующий усилитель, регулируемый источник постоянного напряжения, емкостный параметрон, цифровой вольтметр, переключатель рода реактивности, переключатель элемент-устройство, фильтр-пробка, в параметрон введена включенная последовательно и согласно дополнительная обмотка для снятия характеристик сердечника, первый вывод которой соединен с общей шиной, при этом первый вывод обмотки накачки соединен с первым выводом перемэнного резистора,

второй и третий выводы которого соединены с общей шиной, вторые выводы обмоток накачки, подмагничивания и резонансной соединены с первым, вторым, третьим выходами переключателя рода реактивности,

первый вход которого через фильтр-пробку соединен с выходом генератора накачки, а второй вход соединен с выходом источника подмагничивания, четвертый выход переключателя рода реактивности через резонансный усилитель соединен с входом детектора, третий вход переключателя рода реактивности соединен с выходом калиброванного источника тока и первым входом переключателя элемент-устройство, а четвертый вход - с первым выходом емкостного параметрона, входы подмагничивания и накачки которого соединены соответственно с пятым и шестым выходами переключателя рода реактивности, пятый вход которого соединен с выходом инвертирующего усилителя, вторые выводы обмоток измерительной и для снятия характеристик сердечника параметрона соединены соответственно с вторым входом переключателя элемент-устройство и с первым входом двухлучевого осциллографа, второй вход которого через генератор соединен с вторым выводом обмотки для снятия характеристик сердечника, а третий вход - с первым выводом обмотки накачки, выход регулируемого источника постоянного напряжения соединен с входом цифрового вольтметра и первым входом пятилучевого осциллографа, второй вход которого соединен с седьмым

выходом переключателя рода реактивности а третий вход - с выходом дифференциатора, вход которого соединен с выходом активного фильтра, с четвертым входом пятилучевого осциллографа, пятый вход которого соединен с выходом генератора накачки и инвертирующим входом инвертирующего усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с первым выходом переключателя элемент-устройство, второй выход которого соединен с входом накачки емкостного параметрона, а третий и четвертый входы - с первыми выводами емкостного элемента и индуктивности соответственно,

вторые выводы которых соединены соответственно с общей шиной и выходом генератора, входом калиброванного источника тока и вторым выходом емкостного параметрона.

Изобретение относится к технике измерения параметров нелинейных реактивных и емкостных элементов и систем. Цель изобретения -- повышение достоверности и расширение функциональных возможностей - достигается тем, что форма кривой динамической индуктивности (емкости) и ее производной однозначно определяет основные параметры нелинейной систегы В нижнем положении переключателя 14 рода реактивности по обмоткам 5 накачки индуктивного параматрона 1 протекает ток-генератора 12 накачки и насыщает сердечники 2,3, 4. В резонансной обмотке 9 и RC-цепоч- ке 11 возбуждаются параметрические колебания. Падение напряжения накачки на резисторе 10 используется в качестве развертывающего напряжения осциллографа 24. на который подаются колебания с обмотки 7 для снятия характеристик сердечника Колебания высокой частоты с генератора 25 через калиброванный источник 17 тока подаются на измерительную обмотку 8. Про- модулированные колебания через резонансный усилитель 19, детектор 20 активный фильтр 21 и дифференциатор 22 подаются на осциллограф 23, где наблюдают кривую динамической индуктивности Фильтр-проба 13 исключает шунтирование генератора