Устройство для измерения относительных отклонений составляющих CG-двухполюсников от номинальных значений Советский патент 1991 года по МПК G01R27/26 

о оо оо

со

о

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения эквивалентных параметров CG-дву.хполюсни- ков. По сигналу Пуск блока 14 управления управляемый ключ 3 подключает к измерительной цепи источник 1 переменного напряжения с частотой ul,, управляемый ключ 4 подключает эталонный конденсатор 9, управляемый ключ 5 подключает измеряемый двухполюсник - сопротивление 8 и конденсатор 11. ПреоПразователь 12 напряжение - код преобразует в код амплитуду напряжения на входе эталонного конденсатора 9, значение которой заносится в память вычислительного блока 15, сигнал об окончании записи с вычислительного блока 15 поступает в блок 14 управления. С задержкой с SS ел

О/г /

по времени, формируемой двоичными счетчиками и элементами задержки блока 1 управления, подается сигнал на преобразователь 13 напряжение - код. Управляемый ключ 3 подключает к измерительной цепи также источник- 2 переменного напряжения с частотой С04 . Эталонные сопротивления 7 и коненсатор 10 подключаются к измерительной цепи через управляемый

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения эквивалентных параметров CG-двухполюсников с большими по терями, в частности в системах ди- элькометрического контроля технологических параметров дисперсных материалов и веществ с повышенной проводимостью.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2а- блок-схема измеряемых двухполюсников 4 на фиг.З блок-схема блока управления; на фиг.4а,б - блок-схема преобразователей напряжение-код.

Устройство для измерения относительных отклонений составляющих CG- двухполюсников от номинальных значе - ний (фиг.1) содержит источники 1 и 2 переменного напряжения, управляет мые ключи 3-5, эталонные сопротивле- ния 6 (RH) и 7 ((Rj), измеряемое сопротивление 8 (R), эталонные конденсаторы 9 (Сц) и 10 (Са), измерительный конденсатор 11 Сд), преобразователи 12 и 13 напряжение - код, блок И управления и вычислительный блок 15.

Блок 1U управления (фиг.З) содержит ключи 16 и 17, двоичные счетчики 18-20, триггеры 21-23, элементы 2k и 25 задержки.

Преобразователи 12 и 13 напряже- ние-код (фиг.4а,б) идентичны и содержат амплитудные детекторы 26. Аналого-цифровой преобразователь 27, ампл тудный детектор 28 и аналого-цифрово преобразователь 29.

В каждом из аналого-цифровых преобразователей 27, 29 имеются клем

ключ 5. При включении ключа в блоке управления подается положительное напряжение на входы триггеров. В блоке управления содержится также ключ. Устройство содержит также эталонное сопротивление 6. Каждый из преобразователей 12 и 13 напряжение - код содержит амплитудные детекторы,

аналого-цифровые преобразователи. ил.

I

5

0

0

55

50

мы 10-разрядного цифрового выхода, готовности данных, начала преобразования, а также питания и аналогового входа. Выходы источников 1 и 2 переменного напряжения соединены соответственно с первым и вторым выводами управляемого ключа 3, третий вывод (переключающий контакт) которого подключен к первому входу преобразователя 12 напряжение - код, первый выход (разрядные выходы кода) которого соединен с первым входом (первой шиной данных) вычислительного блока 15. Второй выход (готовности данных) преобразователя 12 напряжение - код соединен с вторым входом (первым входом разрешения записи в память) вычислительного блока 15. Третий вывод (переключающий контакт) управляемого ключа 3 подключен к третьему выводу (переключающему контакту) управляемого ключа , первый вывод которого через эталонное сопротивление 6 сое-, динен с третьим выводом (переключающим контактом) управляемого ключа 5, вторым входом преобразователя 13 напряжение-код и пеовым выводом эталонного конденсатора 9, второй вывод которого соединен с вторым выводом управляемого ключа .

Первый выход (разрядные выходы кода) преобразователя 13 напряжение- код соединен с третьим входом (второй шиной данных) вычислительного блока 15, четвертый вход (второй вход разрешения записи в память) соединен с вторым выходом (готовности данных) преобразователя 13 напряжение-код.

Первый вывод управляемого ключа 5 через измеряемый конденсатор 11 подключен к общей шине, которая че- рез измеряемое сопротивление 8 под- ключена к первому выводу управляемого ключа 5, второй вывод которого

через эталонный конденсатор 10 подключен к общей шине, которая через эталонное сопротивление 7 подключена к второму выводу управляемого ключа 5 .

Выход вычислительного блока 15 соединен с входом блока управления, первый, второй, третий и пятый выходы которого соединены соответственно с управляющими входами управляемых ключей 3 и 1, первым (управляющим) входом преобразователя 13 напряжение - код, управляющим входом управляемого ключа 5 и вторым (управляю- щим) входом преобразователя 12 напряжение-код.

Выход вычислительного блока 15 через ключ 16 соединен с двоичным счетчиком 18, через триггер 21 - с управляющим входом управляемого ключа 3 и - через элементы 2k и 25 задержки - соответственно с управляющими входами (начала преобразования) преобразователей 12 и 13 напряжение- код. Средняя точка между двоичным счетчиком 18 и триггером 21 через двоичный счетчик 19 соединена с вторым входом триггера 21, с первым входом триггера 22, выход которого сое- динен с управляющим входом управляемого ключа 5, и - через двоичный счетчик 20 и первый вход триггера 23 - с управляющим входом управляемого ключа 4 и вторым входом триггера 23. Шина положительного напряжения через ключ 17 соединен с вторым вводом триггера 21, первым входом триггера 22 и вторым входом триггера 23

Устройство для измерения относительных отклонений составляющих CG- двухполюсников от номинальных значе- ний работает следующим образом.

По сигналу Пуск блока И управления ключ 3 подключает к измерительной цепи источник 1 переменного нап- ряжения с частотой СО, , ключ k подключает эталонный конденсатор 9 (См) а ключ 5 подключает измеряемый двухполюсник-сопротивление 8 (Rx) и кон- денсатор 11 (Сх). По сигналу блока 1k управления преобразователь 12 напряжение-код преобразует в код амплитуду напряжения иох„ на входе эталонного конденсатора 9, значение которой заносится в память вычислительного блока 15, а сигнал об окончании записи с вычислительного блока 15 поступает в блок 1 управления

С задержкой по премсни по ср-1«мгни10 с сигналом блока И упрлвлгния на преобразователь 2 с блока 1 i управ- пения подается сигнал на преобразонл- гель 13, который преобразует амплитуду напряжения ил на измеряемом двухполюснике-сопротивлении 8 (R и конденсаторе 11 (Сх) в код, значение которого заносится Б память вьн исли- тельного блока 15. По окончанию записи сигнала в память на блок управления с вычислительного блока 15 поступает второй сигнал, от которого в блоке управления вырабатывается сигнал, подключающий через ключ 3 к измерительной цепи источник 2 переменного напряжения с частотой сигнала 60л. По аналогичной схеме последовательно во времени поступают сигналы с блока управления на преобразователи 12 и 13 напряжение-код, которые преобразуют амплитуды напря05 о

0 5

5

0

5

жений U,

и иул на входе и выходе

ох2 2. ч

эталонного конденсатора 9 - (С) ,

значения которых заносятся в память вычислительного блока 15. После передачи последовательно двух сигналов окончания записи в память с вычислительного блока 15 в блок управления (по счету двух сигналов от записи результатов измерения на частоте СО, и двух сигналов на частоте С02 а всего четырех сигналов), где вырабатываются сигналы, которые подключают через ключ 3 к измерительной цепи источник 1 переменного напряжения с частотой С0| , а (Также - через клоч 5 эталонный двухполюсник-сопротивление 7 (Кэ) и конденсатор 10 (С9). Аналогичным образом преобразуются в код и отношения напряжений на двух делителях напряжения на двух частотах СО, и СОд входных сигналов.

Далее процесс измерения составляющих CG-двухполюсника повторяется до появления в блоке управления

(фиг.З) сигнала Останов. i

При включении ключа Г/ подается

положительное напряжение на входы триггеров 21-23, которое через управляемый ключ 3 подключает источник 1 переменного напряжения частотой OQj к измерительной цепи, через управляемый ключ 4 подключает к цепи эталонный конденсатор 9 (Сн), через управляемый ключ 5 - измеряемый двухполюсник, составленный из параллельно соединенных сопротивления 8 (F.) и

конденсатора 11 (Сх, а через элементы 2k и 5 задержки последовательно во времени запускает преобразователь сигналов на делителе напряжения (фиг. / .а) в преобразователях 12 и 13 соответственно. На вход блока 14 управления поступает первый сигнал об окончании записи в память вычислительного блока 13 значения амплитуды напряжения Цэх на входе делителя напряжения (фиг.2а), а затем второй сигнал об окончании записи Uх на измеряемом двухполюснике (фиг..а), от которого срабатывает двоичный счетчик 18, а затем триггер 21, который-подключает управляемым ключом 3 источник 2 переменного напряжения частотой (О к цепи, а также через элементы 24 и 25 задержки запускает процесс преобразования сигналов в преобразователях 12 и 13. На вход блока 14 управления поступает третий сигнал об окончании записи UOX2 , а затем четвертый сигнал об окончании записи , срабатывает двоичный счетчик 18, затем двоичный счетчик 19, триггер 21, который через управляемый ключ 3 подключает к цепи источник 1 переменного напряжения частотой СО и триггер 22, который через управляемый ключ 5 подклю- чает к цепи эталонный двухполюсник, состоящий из соединенных параллельно эталонного сопротивления 7 (R9) и эталонного конденсатора 10 (Сэ). Аналогичным образом осуществляется второй цикл двухтактовых измерений амплитуд напряжений UQ3, и Ug,, Ь оэ и U}d, по окончании которых осуществляется вычисление значения измеряемого сопротивления 8 (R) в вычислительном блоке 15. После поступления на вход блока 14 управления четвертого сигнала срабатывают триггеры 21-23, триггер 21 через управляемый ключ 3 подключает к цепи источник 1 переменного напряжения. Аналогично преобразуются в код и заносятся значения амплитуд напряжений и УЗ на входе и выходе эталонного конденсатора 9 (Сц) соответственно. После поступлени двух последовательных сигналов окончания записи в память с вычислительного блока 15 в блок 14 управления, где вырабатывается управляющий сигнал на первый ключ 3, который подключает к цепи источник 2 переменного напряжения с частотой С02 , аналогичным

образом преооразуются и заносятся в память вычислительного блока 15 последовательно во времени значения и амплитуд напряжений на

и выходе эталонного конденса 091входе

тора 9 (Сц) соответственно. По завершении второго цикла двухтактовых измерений на вход блока 14 управления поступают два сигнала об окончании записи, в вычислительном блоке 15 рассчитывается относительное значение измеряемого сопротивления F,

0.г

i/2 9 NKX

20

™ ,

5

К

Уоэг

92 и

эг

отношения амплитуд напряжений при измерении значения эталонного сопротивления R-, на двух частотах 03, и С02

0

5

0

К«К

UOTJ ихТ Uoxz

Х2 U

ХЈ

отношения амплитуд напряжений при измерении значения измеряемого сопротивления Rx надвух частотах СО, и 6J2 .

Одновременно вырабатываются сигна- ,лы в блоке 14 управления на переключение ключей , в результате чего происходит измерение сигналов (UQ91

U,

и U.

IU

|U9l и U92 UOX1 иУ1 на делителях напряжения

UOX1 И

и

R,

0X2

и С5, Rц - Rx и Сх, которые осущест

вляются по аналогичной схеме и заканчиваются вычислением относительного значения емкости измеряемого конден- .сатора

С

К1

., vU п92

где кз o;r; 52 и,:

и ет«

55

XI

и

г

---z - отношения напряжений 2 на двух делителях напрЯЖеНИЯ Ml ЛВ X чаг

тотах СО, и ОЭ2 вхпл пых сигналов.

Через ключ 1/ на второй вход триггера 21, первый вход триггера 22 и второй вход триггера 23 подается положительное напряжение. Триггеры 21-22 через ключ 3 подключают источник 1 переменного напряжения частотой 00 Триггер 22 через управляемый ключ 5 подключает к цепи двухполюсник из параллельно соединенных измеряемых сопротивления 8 (Гх) и конденсатора 11 (Су), а триггер 23 через управляемый ключ k подключает к измерительной цепи эталонное сопротивление 6 (к). Осуществляются два аналогичных цикла двухтактных измерений амплитуд напряжений на двух делителях напряжения UOX( и U ,

LWM UX2 U03t и 11Э

192, по

окончании которых осу чествпяется вычисление значения измеряемой емкости конденсатора 11 (сх) и повторяются двухцикловые измерения вновь измеряемого сопротивления 8 (Rx) , а затем емкости конденсатора 11 (Сх) до тех пор, пока ключом 16 не будет остановлена работа блока 1 управления .

При поступлении сигнала с блока 1А управления на аналого-цифровые преобразователи 27 и 29 в течение 35 мкс осуществляется преобразование аналогового сигнала в код и после передачи сигнала Готовность на вход Разрешение записи осуществляется запись разрядного кода в память вычислительного блока 15.

Вычислительный блок 15 реализует операции занесения данных наблюдений считывания, вычисления конечного результата измерения в память. В качестве - вычислительного блока 15 могу быть использованы стандартные микропроцессорные наборы, которые могут реализовать функции выполнения предлагаемого решения с выдачей конечного результата измерения сопротивлени Rw и емкости Сх конденсатора в различном виде (печатном, дисплейном, на мониторе).

При измерении активного сопротивления Ry измеряемого двухполюсника (фиг.2а) комплексное напряжение в цепи

Uo

+ u . ( }

вм j(OCHRx v

Отношения комплексны н пг1 мш

ft , 91) +

1

с,

}

вых

- комплексные напряже

ния на входе и выходе делителя напряжения .

Модули комплексного напряжения есть наблюдаемые амплитуды напряжений соответственно.

Квадрат модуля (2)

к - йфг 0)

где К - отношение амплитуд нап- ВЫХ ряжений входа к выходу

делителя напряжений. При измерениях на двух частотах СО, и (Ю входных сигналов получим систему из двух уравнений с двумя неизвестными Сх и Ry

25

(1 + )

§J) КЬ

(4)

где К ( (1 К - отношения амплитуд

напряжений на частотах С0| и GJ соответственно. Решение (4) :

RS,

со. соТ А

(5)

(5)

40

При измерении сигналов на делите - ле напряжения с эталонным двухполюсником Сц-С и Rg получим

R,

1

со,согсм

Ml-CD

к,2 - к

(6)

3t

где К и КЭ2- отношения амплитуд напряжений на частотах СО, и COz нз делителе С -С и R соответственно. Разделив (5) и (6), получим значение активного сопротивления Rx измеряемого двухполюсника, которое не зависит от частоты и емкости входного эталонного конденсатора Сн

1

2-г

К-,-

Ј1 vZ КХ( КХ2

(/)

При измерении емкости С конденсатора измеряемого двухполюсника (фиг.26) комплексное напряжение в цепи делителя, с

о «.,.

.«г/1

JCOC,RX).(8)

Отношение комплексных напряжений

V°. (1 + |Л) + фС R(9)

и,

вых

RX

Аналогичным образом получаем систему из двух уравнений

+) + G)

R

к н

.

1 ,2

Решение (10) дает

1 V2 V I К К- Х4

RH 1 Ъ| сЗ

При измерении сигналов ле напряжения с эталонным ником (КдС)

1

К V

bZL-Jb i

crt-ctf

Разделив (11) на (12), получим значение емкости Су конденсатора измеряемого двухполюсника, которое не зависит от частоты и эталонного сопротивления

на входе

Су

Vе- v

К1, - к

Сравнивая (7) и (12), видим, что указанные алгоритмы обратимы по зна- чению.

Величина задержки в блоке 14 управления выбирается из условия последовательного выполнения операций наблюдения сигналов на делителях напряжений (эталонный элемент - измеряемый (эталонный) двухполюсник) (фиг.1).

Задержка по времени формируется двоичными счетчиками 18, 19 и 20 и элементами 2 и 25 задержки.

В результате математической обработки наблюдаемых сигналов в вычислительном блоке 15 по алгоритмам (7) и (13) определяются значения С и Ry т.е. разделение комплексной проводи с

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

мости CG-двухполюсника на действительную и мнимую части реализуется в результате вычислительных операций. Измерение двух составляющих проводимости CG-двухполюсника расширяет функциональные возможности устройства для измерения относительных отклонений составляющих CG-двухполюсни- ков от номинальных значений.

Формула изобретения

Устройство для измерения относительных отклонений составляющих CG- двухполюсников от номинальных значений, содержащее два источника переменного напряжения, два преобразователя напряжение-код, два управляемых ключа, эталонный и измеряемый конденсаторы, два эталонных и измеряемое сопротивления, блок управления и вычислительный блок, выходы первого и второго источников переменного напряжения соединены соответственно с первым и вторым выводами первого управляемого ключа, третий вывод которого подключен к первому входу первого преобразователя напряжение- код, первый выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, второй выход первого преобразователя напряжение-код соединен с вторым входом вычислительного блока, переключающий контакт первого управляемого ключа подключен к третьему оыводу второго управляемого ключа, первый вывод которого через первое эталонное сопротивление соединен с первым выводом первого эталонного конденсатора, первый выход второго преобразователя напряжение-код соединен с третьим входом вычислительного блока, четвертый вход которого соединен с вторым выходом второго преобразователя напряжение-код, выход которого соединен с входом блока управления, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с управляющими входами первого и второго управляемых ключей и первым входом второго преобразователя напряжение-код, первый вывод измеряемого сопротивления соединен с первым выводом измеряемого конденсатора, первый вывод второго эталонного сопротивления соединен с общей шиной, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных вознежностей, в него дополнительно введен третий конденсатор - эталонный и третий управляемый ключ, первый вывод которого соединен с вторыми выводами измеряемого сопротивления и измеряемого конденсатора, первые выводы которых соединены с общей шиной, а второй вывод третьего эталонного ключа соединен с вторым выводом второго эталонного сопротивления, которое через второй эталонный конденсатор соединено с первым выводом второго эталонного сопротивления,

и0 с

третий вывод третьего управляемого ключа соединен с первым выводом первого эталонного конденсатора и вторым входом второго преобразователя напряжение-код, четвертый и пятый выходы блока управления соединены соответственно с управляющим входом третьего управляемого ключа и вторым входом первого преобразователя напряжение -код, второй вывод первого эталонного конденсатора соединен с вторым выводом второго управляемого ключа.

Uo

Сх

Ц ив(

#/

Фиг,г

Фиг.З