Измеритель параметров комплексных сопротивлений Советский патент 1991 года по МПК G01R27/26 

ё

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении измерителей параметров комплексных сопротивлений. Целью изобретения является расширение диапазона измерений и повышение точности при измерении низкоимпедансных обьектов. Изобретение позволяет также снизить до минимума погрешности, обусловленные порогом чувствительности аналого-цифрового преобразователя, используемого в измерителе, устранить влияние сопротивления подводящих проводов и цепей коммутации на результаты измерения. Аппаратурный состав предложенного измерителя с указанием дополнительно введенных схемных элементов и функциональных связей между ними приводится в описании изобретения. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электроизмерительной технике и может быть использовано при построении измерителей параметров комплексных сопротивлений.

Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение диапазона измерения.

На фиг.1 и 2 изображена структурная схема измерителя параметров комплексного сопротивления.

Измеритель содержит источник 1 питания (генератор синусоидального напряжения), измерительную цепь 2, имеющую выход 3 и состоящую из дискретно-регулируемой меры 4, объекта 5 измерения и усилителя 6, измерительный преобразователь 7, включающий в себя последовательно соединенные усилитель 8 с регулируемым коэффициентом усиления, синхронный детектор 9 и аналого-цифровой преобразователь 10 (АЦП), переключатель 11, имеющий перекидной контакт 12, соединенный с входом усилителя 8с регулируемым коэффициентом усиления и два неподвижных контакта - нормально разомкнутый 13 и нормально замкнутый 14, первый управляемый делитель 15 напряжения, вход которого соединен с выходом 3 измерительной цепи, а выход - с нормально замкнутыми контактом 14 переключателя 11, управляемый делитель 16 частоты и генератор 17 прямоугольных импульсов, причем выход генератора 17 прямоугольных импульсов соединен с сигнальным входом управляемого делителя 16 частоты, выход которого соединен с опорным (импульсным) входом АЦП 10, блок 18 цифрового отсчета (БЦО) первый вход которого соединен с выходом АЦП 10, блок 19 автоматического выбора предела измерения, включающий в себя счетчик 20

0 СО

О CJ 00 VJ

коэффициента деления, выход которого соединен с входами управления управляемого делителя 15 напряжения и управляемого делителя 16 частоты, счетчик 21 поддиапазонов, выход которого соединен с входами управления дискретно регулируемой меры 4 и цепями управления индикацией запятой и символами разрядности измеряемой величины БЦО 18, блок 22 сравнения верхней границы и блок 23 сравнения нижней границы, первые входы которых соединены с выходами АЦП 10, а вторые с выходами задатчика 24 кода верхней и задатчика 25 кода нижней границ соответственно, выходы блоков 22 и 23 сравнения подключены к входам первого элемента ИЛИ 26 и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 27, блок 28 сравнения верхнего и блок 29 сравнения нижнего крайних состояний счетчика 20 коэффициента деления, первые входы которых соединены с выходом счетчика 20 коэффициента деления, вторые входы блоков 28 и 29 сравнения соединены соответственно с выходами задатчика 30 верхнего кода и задатчика 31 нижнего кода крайних состояний счетчика 20 коэффициента деления, выхода блоков 28 и 29 сравнения соединены соответственно с первыми входами первого элемента И 32 и второго элемента И 33, выход первого элемента ИЛИ 26 соединен с вторым входом первого элемента И 32, входами реверса счетчиков 20 и 21 и входом первого инвертора 34, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И 33. выходы первого 32 и второго 33 элементов И соединены с входами второго элемента ИЛИ 35, выход которого соединен с первым входом третьею элемента ИЛИ 36, выход которого соединен с входом разрешения счета счетчика 20 коэффициента деления и входом второго инвертора 37, выход которого соединен с первым входом четвертого элемента ИЛИ 38. выход которою соединен с входом разрешения счета счетчика 21 поддиапазонов, вторые входы третьего Jb и четвертого 38 элементов ИЛИ соединены с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 27, тактовые входы счетчиков 20 и 21 соединены с выходом источника 1 питания, второй управляемый делитель 39 напряжения, включенный между источником 1 питания и измерительной цепью 2, третий управляемый делитель 40 напряжения, вход которого соединен с выходом второго управляемого делителя 39 напряжения, а выход с нормально разомкнутым контактом 13 переключателя 11, входы управления второго и третьего управляемых делителей 39 и 40 напряжения, усилителя 8 с регулируемым коэффициентом усиления соединены с выходом счетчика 21 поддиапазонов, вход управления синхронного детектора 9 соединен с выходами источника 1 питания второй делитель 41 частоты, третий элемент И 42

первый вход которого соединен с выходом второго делителя 41 частоты, второй вход - с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 27, а выход - с входом управления переключателя 11. вход второго делителя 41 соединен с выходом источника 1 питания.

Работа измерителя на любом из диапазонов измерения проходит в два этапа: сначала измеряется напряжение на выходе измерительной цепи (замкнутые контакты

12 и 14 переключателя 11), затем измеряется напряжение образцовой ветви (замкнуты контакты 12 и 13 переключателя 11). По соотношению этих двух измеренных величин определяется импеданс объекта 5

измерения. Это можно выразить в следующих соотношениях:

Ux К3 Уз Ki

О)

где Zx - сопротивления объекта измерения;

Z0 - сопротивление образцовой меры сопротивления;

Ux - напряжение на выходе измерительной цепи.

Уз - напряжение на выходе третьего

управляемого делителя напряжения;

Кз - коэффициент передачи третьего делителя напряжения;

Ki - коэффициент передачи первого де- лителя напряжения.

Преобразовав выражение (1), можно получить

7 -

Ux (Zo Кз

U3

Ki

(2)

Из выражения (2) видно, что Zx пропорционально не только Zo, но и Кз. Это обстоятельство позволяет повысить точность и расширить диапазон измерения.

Рассмотрим порядок переключения поддиапазонов измерения в предлагаемом устройстве.

При больших импедансах объекта иэме- рения коэффициенты передачи второго делителя 39 напряжения и усилителя 8 устанавливзются минимальные, а коэффициент передачи третьего делителя 40 напряжения - максимальным (например, равным единице). Изменение поддиапазонов измерения осуществляется переключением образцовой меры Z0.

По мере снижения импеданса Zx снижается ступенями и импеданс образцовой меры Z0 до тех пор, пока отношение -п- не

L-0

перестанет удовлетворять условию «5доп где Znp - сопротивление соедиZo

нительных проводов и переключающих элементов, а (5доп - допустимая погрешность измерения.

При достижении этого граничного значения ZQ дальнейшее переключение диапазонов производится за счет уменьшения коэффициента передачи делителя напряжения 40 и синхронного повышения коэффициента передачи делителя 39 напряжения или усилителя 8. Из равенства (2) следует, что на точность измерения влияет лишь погрешность коэффициента передачи делителя 40 напряжения. Погрешности коэффициента передачи делителя 39 и усилителя 8 на результат измерения не влияют Наиболее рационально их величины выбирать из условия постоянства чувствительности цепи измерения на различных поддиапазонах.

Последнее достигается в случае, когда выполняется условие

Ка Кз Kv const. где Ку - коэффициент усиления усилителя.

Выполнение последнего условия позволяет снизить до минимума погрешности, обусловленные noporof-i чувствительности АЦП.

Процесс измерения гм)швсди(ся в следующей последовательносг i

При подключении источника 1 г чзмери тельной цепи 2 (через делител1 39 nsnp/: ff ния) на ее выходе 3 возникает напряжение пропорциональное импедансу обьета 5 измерения. Это напряжение подается на управляемый делитель 15 напряжения, с выхода которого через нормально замкнутые контакты 14 и 12 переключателя 11 поступает на вход усилителя 8 с управляемым коэффициентом усиления. С выхода усилителя 8 сигнал поступает на вход синхронного детектора 9. Детектированное напряжение с выхода синхронного детектора 9 подается на вход АЦП 10 и преобразуется в цифровой код А, пропорциональный импедансу объекта 5. Управляемый делитель 15 напряжения, переключатель 11, усилитель 8, синхронный детектор 9, АЦП 10. а также управляемый делитель 16 частоты и генератором импульсов 17 составляют измерительный преобразователь

С выхода АЦП 10 код А поступает на БЦО 18 и на вход блока 19 автоматического выбора предела измерения, Работа блоков сравнения верхнего 22 и нижнего 23 предепоч организована так, что на и. выходах появляется логическая 1 в стд.ае когда значение кода А превышает кодов, выданных задатчиками соответст венно верхнего 24 и нижнего 25 кодов Если РЫХОДНОЙ код АЦП А меньше значений кодов зэдатчи- ков верхнего и нижнего кодов то на выходе блоков 22 и 23 сравнения появляется логический О. Если код А находится п рабочей

0 зоне АЦП, на выходе блока сравнения верхнего предела логический О, а на выходе блока сравнения нижнего предела - логическая 1

Наличие на выходе блоков сравнения

5 верхнего и нижнего пределов двух О соответствует положению выходного кода А ниже рабочей зоны АЦП. а наличие двух 1 соответствует положению выше рабочей зоны АЦП. Выходной сигнал элемента ИСК0 ЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 27 разрешает или запрещает изменение состояний счетчиков 20 и 21 коэффициента деления и поддиапазонов. Инвертор 37 обеспечивает одновременно работу только одного из счетчиков. Поиск

5 рабочей зоны АЦП возможем без предварительной установки в О счетчиков 20 и 21. Направление поиска определяется сигналом чя И 1И 26

Поиск начиняется с анализа состояния

0 счетчггкз 20 коэффициента деления. Если он не находится в шзйнем для выбранного на- поа-ч.ючия по .на состоянии то первоначально i.eo v/iOM- ic гсн зпнч| измерения (управляемой /ч-лит ль 1Ь напряжения) до

5 попгдамия Р рабочею зон/ или до заполнения счетчио 20 коэффициент деления Если счетчик 20 ннходится в крайнем для выбранного направления поиска положении, го изменение его .состояний за0 лрещается и одновременно разрешается изменение состояний счетчика 21 поддиа пазонов, управляющего переключением образцовой меры 4 сопротивления. Счетчик 21 поддиапазонов последовательно изменяет

5 значения дискретно-регулируемой меры 4 сопротивления до попадания в рабочую зо ну АЦП или до изменения комбинации на выходе блоков 22 и 23 сравнения на противоположную. Это означает, что рабочая зо0 на АЦП пропущена и к ней необходимо возвращаться в обратном направлении. На выходе элемента ИЛИ 26 появляется сигнал, соответствующий поиску в обратном направлении и так как состояние счетчика

5 20 в этом направлении не является крайним, опять разрешается изменение его состояния. После попадания кода А в рабочую зону сигнал с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 27 фиксирует выбранные зону и диапазон измерения. Элемент И 42 запрещает

прохождение управляющих сигналов на вход управления переключателя 11. Сигнал с выхода делителя 41 частоты определяет порядок и время измерения напряжения генератора и обьекта 5 измерения. Формула изобретения Измеритель параметров комплексных сопротивлений, содержащий источник питания, последовательно соединенные измерительную цепь, измерительный пре- обраэователь и блок цифрового отсчета, а также блок автоматического выбора предела, первый вход которого соединен с выходом источника питания и вторым входом измерительного преобразователя, второй вход блока автоматического выбора предела соединен с выходом измерительного преобразователя, первый выход блока автоматического выбора предела соединен с управляющими входами измерительной цепи, измерительного преобразователя и вторым входом блока цифрового отсчета, а второй выход блока автоматического выбора предела соединен с третьим входом измерительного преобразователя, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения и повышения точности при измерении низкоимпедансных объектов, в него введены два управляемых делителя напряжения, делитель частоты и элемент И, первый вход которого через делитель частоты соединен с выходом источника питания, второй вход - с третьим выходом блока автоматического выбора предела, а выход элемента И соединен с четвертым входом измерительного преобразователя, при этом первый управляемый делитель напряжения включен между выходом источника питания и входом измерительной цепи, а второй управляющий делитель напряжения включен между выходом первого управляемого делителя напряжения и пятым входом измерительного преобразователя, управляющие входы первого и второго управляемых делителей напряжения соединены с первым выходом блока автоматического выбора предела, а измерительный преобразователь включает в себя усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, вход которого соединен с выходом коммутатора, а выход - с входом синхронного детектора, выход которого соединен с входом синхронного детектора, выход которого соединен с входом аналого- цифрового преобразователя, вход синхронизации которого через управляемый делитель частоты соединен с выходом генератора, а выход аналого-цифрового преобразователя является выходом измерительного преобразователя, при этом первый вход коммутатора через управляемый делитель напряжения соединен с первым входом измерительного преобразователя, второй вход коммутатора соединен с пятым входом измерительного преобразователя, а управляющий вход коммутатора соединен с четвертым входом измерительного преобразователя, второй вход синхронного детектора соединен с вторым входом измерительного преобразователя, управляющий вход которого соединен с входом регулировки коэффициента усиления усилителя, управляющие входы управляемого делителя напряжения и управляемого делителя частоты соединены с третьим входом измерительного преобразователя.

фиг. 1

фиг. 2