Способ измерения параметров нерезонансных двухполюсников Советский патент 1991 года по МПК G01R27/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения параметров комплексных величин.

Целью изобретения является повышение точности измерения двухэлементных нерезонансных двухполюсников

На фиг.1 приведена функциональная электрическая схема устройства для измерения параметров нерезонансных двухполюсников, реализующая способ измерения параметров нерезонансных двухполюсников; на фиг.2 - виды нерезонансных двухэлементных двухполюсников и их характеристики; на фиг.З и 4 - варианты выполнения устройства для измерения параметров нерезонансных двухполюсников.

Устройство для измерения параметров нерезонансных двухполюсников содержит

контролируемый нерезонансный двухэлементный двухполюсник 1, управляемый кодом генератор 2 гармонических сигналов, вольтметр 3 с цифровым выходом, частотомер 4 с цифровым выходом, амперметр 5 с цифровым выходом, фазометр 6 с цифровым выходом, контроллер 7(микро-ЭВМ). Кроме того, устройство дополнительно содержит (фиг 3 и 4) вольтметр 8 с цифровым выходом, операционный усилитель 9, резисторы 10-12, конденсатор 13, катушку 14 индуктивности.

Генератор 2 соединен с двухполюсником 1, вольтметром 3, фазометром 6, частотомером 4. Выход двухполюсника 2 соединен с амперметром 5 и вторым входом фазометра 6. Выходы вольтметра 3 частотомера 4, фазометра 6 и амперметра соединены с входами контроллера 7 Выход

ON VI

О

контроллера 7 соединен с управляющим входом генератора 2.

Устройство для измерения параметров нерезонансных двухполюсников работает следующим образом.

Контроллер 7 задает рабочую частоту в области средних частот ш , Генератор 2 подает сигналы заданной частоты на контролируемый двухполюсник 1, частотометр 4 измеряет значение частоты гармонического сигнала f, фазометр 6 - значение фазового сдвига р, сносимого двухэлементным двухполюсником 1 на этой частоте. Эти данные автоматически заносятся в память контроллера (микро-ЭВМ) 7, по ним определяют опорную кругопую частоту Won по формуле

о.Уп -т со ,

гд -. in - масштабирующий коэффициент схему (Ьч:.2).

11} условий максимальной чувствитель 7

IZI

С

Ух - - SR 1

:;1,ляют частоты ш .d) Ki шоп

.. -Y-г с; о„.

Например, для схемы 2 на фиг,2 при ,стЕН1гсльностях Sx SR lz 0,95 ии.-кая и высокая частоты равны: ом 0,2f, ; (№ 5,4 оьп . ki.ka коэффиЦ НУч Ш.

Контроллер 7 задает последовательно ,чтче;шя этих частот генератору 2, который в спою очередь последовательно подает си- ii.тогдлльные сигналы на двухполюсник 1. При атом вольтметр 3 измеряет напряжения Ui.U:: на входе двухполюсника 1, амперметр 5 - ток И 2 на выходе двухполюсника 1, чосло1смер А измеряет значение частоты Гг.рмснпческого сигнала fi.fa, фазометр 6 - значение фазового сдвига (pi, вносимого двухэлементным двухполюсником 1 на низкой и высокой частоте соответственно. По этим данным контроллером 7 вычисляется параметры схемы замещения двухполюсника 1 по формулам, приведенным на фиг.2 согласно представляемой схеме заме- шопия. Мапример. для схемы 2 замещения (фиг.2) вычисление параметров схемы замещения R и С производится по формулам: lUii

R 1121

lU-z саг.

Рассмотрим устройства, приведенные на фиг.З и 4. Работа этих устройств анало- гичнп работе устройству на фиг.1. Отличие ссстоиг в следующем: о устройстве (фиг.1) амперметр 5 измеряет протекающий ток, п устройствах (фиг.З и 4) этот ток при помощи операционного усилителя 9 и ре0

зистора 10 преобразуется в напряжение, которое измеряют вольтметром 8. Алгоритм работы всех устройств одинаков.

Для устройства (фиг.З) параметры R и С вычисляются по формулам г Шы1

0)iRioslnf/)ilUil

D RiolU2l R -|U T-COS

где Rio - значение резистора 10;

Ui и Ua - напряжения, измеренные вольтметром 3 на частотах fi и f2 соответственно;

Ubi ,Ub2 напряжения на выходе операционного усилителя, измеренные вольтметром 8, на тех же частотах;

р и (pi - фазовые сдвиги измеряемой цепочки на частотах fi и f2. Q Для устройства (фиг.,4) параметры L и R вычисляются по формулам: lUbil sin p Rio lUil -coi Ub2l cos 2

5 RiDii R10

Измерения и вычисление в vrTponcTBe (фиг.4) производят вручную.

Докажем справедливость припеденных математических выражений на примере не- 0 резонансного двухполюсника 2 (фиг.2).

Комплексное сопротивление Z для этого объекта

Z jftjCR + Г(1)

5Модуль комплексного сопротивления

R

IZI )JT ) ()

vo/R2C2 -I- 1

Фазовый сдвиг, вносмый объектом в 0 электрическую цепь, определяется по формуле

Re

5

Cos q gp.(3)

где Re(Z) - действительная часть комплексного сопротивления.

Подставляя формулы (2) и (1) в формулу (3), получаем

1

Cos т

(4)

где т RC - постоянная времени.

Величина т определяется из формулы

(4)г &2 . v ш

Поскольку г для данного обьекта величина постоянная, то справедливо соотношение

tg Ј

uJon 0)

где ш,р- текущие значения круговой частоты и угла сдвига фазы;

(Don - опорная частота, при которой R 1/wC.

Поскольку tg pon 1, то

Чувствительность определяется по формулам:

oizi dIZI . 1/(toC)3(6)

s -w-7trt f

оЯс2

1 izi dIZI

R3

CDC

W j

+

ЛЗ

(7)

Рассчитывают значения низкой и высо частот

ол Ki uJbn;(8)

У2 К2 flJbn.(9)

Коэффициенты ki и k2 можно рассчиты в зависимости от желаемой чувстви ности:

I//

(s-r (10)

сй

р

о

10

15

- 20

схемы замещения и тем самым обеспечивается высокая точность измерений. Формула изобретения Способ измерения параметров нерезонансных двухполюсников, включающий последовательную подачу на исследуемый нерезонансный двухполюсник синусоидального сигнала частоты fi и f2, измерение фазы р и сигнала на выходе исследуемого нерезонансного двухполюсника для этих частот и определение искомых параметров по результатам измерений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения двухэлементных нерезонансных двухполюсников, дополнительно измеряют напряжение Ui и DZ на входе и токи h и 2 на выходе нерезонансного двухполюсника соответственно на частотах fi и Т2, причем частоты fi и f2 определяют по формулам

I 25

к,fi kimfonl f2 K2mfon;

где m - масштабирующий коэффициент;

fon - опорная частота выбирается произвольно;

0

slf

dIZI dR

sizi

1

dIZI

oiC

d(

1

uC

)

1,

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров комплексных величин. Целью изобретения является повышение точности измерения двухэлементных нерезонансных двухполюсников. Изобретение включает последовательную подачу на исследуемый двухполюсник синусоидального сигнала частотой F₁ и F₂, измерения фазы φ₁ и φ₂ сигнала на выходе двухполюсника и определения параметров двухполюсника по результатам измерения. Особенностью изобретения является дополнительное измерение напряжений U₁ и U₂ на входе и токов J₁ и J₂ на выходе двухполюсника и соответствующий выбор номиналов частот F₁ и F₂ и расчет параметров двухполюсника с учетом результатов дополнительных измерений токов и напряжений. 4 ил.

К2,

/-1

vvfs

/(S

t

uc (Ц)

Формулы (10), (11) получаются при подстановке в формулы (6) и (7) соответственно (8) и (9).

На вычисленных частотах проводят измерения и рассчитывают значения R и С:

.. . IU1 (12)

Mil

R

r ll2l .

L IU2I -a (1J)

В макетном образце измерительного устройства (фиг.2) достигнута точность измерения двухэлементного двухполюсника в пределах 01%.

Таким образом, в предлагаемом способе измерения проводятся на частотах, при которых достигается желаемая максимальная чувствительность к параметрам

а параметры нерезонансного двухполюсника определяются по формулам для последо- 35 вательного соединения R и С

С

1И1

р - ILJ2

oilUilslnpf ; К II2I cos :

-для параллельного соединения R и С о

NUCOS I IU2lft 2

-для последовательного соединения L

MR

. lUil sin coi D IU2I

L ihiW : R W COS ;

- для параллельного соединения L и R .L.J

где 2 n f 1 ; ftJ2 2 л: fa . ; .

а

Фи&1

фиг.З

11 12

В

Г1