Преобразователь параметров нерезонансных трехэлементных трехполюсников в напряжение Советский патент 1992 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для автоматического измерения параметров трехэлементных трехполюсников.

Целью изобретения является повышение быстродействия преобразователя.

На фи.г.1 приведена структурная схема предлагаемого преобразователя: на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Преобразователь параметров нерезонансных трехэлементных трзхполюсников в напряжения содержит формирователь 1 опорного напряжения, опорные элементы (резисторы) 2 и 3, операционные усилители 4 и 5, дифференциаторы 6 и 7, ограничитель 8, интегратор 9, блоки 10 и 11 деления и блок 12 умножения. Вход формирователя 1 соединен с пусковой шиной, а выход - через резистор 2 с инвертирующим входом усилителя 4, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а выход - со входом

дифференциатора 6. Вход дифференциатора 7 соединен с выходом дифференциатора 6, со вторым входом блока 10 и первым входом блока 11,з выход - со вторым входом блока 11 и входом ограничителя 8, сое- дименного своим выходом со входом интегратора 9, выход которого является первым выходом преобразователя. Резистор 3 включен в цепь обратной связи усилителя 5, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а выход - с первым входом блока 10, выход которого является вторым выходом преобразователя. Первый и второй входы блока 12 соединены с выходами блока 11 и интегратора 9 соответственно.

Исследуемый трехполюсник 13, прэд- ставляющий собой последовательное соединение конденсатора 14 и параллельной цепи, состоящей из конденсатора 15 и резистора 16, подключен первым и вторым выводами соответственно к инвертирующему входу и выходу усилителя 4, а третьим выводом - к инвертирующему входу усилителя 5.

Ј

xj

;0

hO

ю о

,

Преобразователь работает следующим образом.

По команде Пуск, поступающей по пусковой шине, запускается формирователь 1, На выходе появляется положительный скачок напряжения постоянного уровня Е, который через резистор 2Г сопротивление которого равно R0, поступает на вход усилителя 4,- в цепь обратной связи которого включены конденсатор 15 емкостью Ci и резистор 16, сопротивление которого равно Н,

Напряжение Ui(t) на .ыходе усилителя L, как функция времеки t, отсчитываемого от момента запуска формирователя 1, может быть записано в виде

Ui(t) f-d-e-4)

напряжение

п Д RoCi (1 е

) является

напряжение Us(t) вида

Ua(t).. RoRCt

(3)

10

15

20

где Гэ2 - постоянная времени дифференциатора 7.

Напряжение Кз(1) (фиг.2,в) имеет положительную полярность, поэтому оно не проходит через ограничитель 8 на вход интегратора 9. Короткий же импульс отрицательной полярности проходит через ограни- читель 8 на вход интегратора 9 и интегрируется последним. На выходе интегратора 9 формируется напряжение U4 отрицательной полярности постоянного уровня, определяемого равенством

Использование: контрольно-измерительной технике для автоматического измерения параметров трехполюсников. Устройство содержит: формирователь 1 опорного напряжения, два опорных элемента 2,3, два операционных усилителя 4,5, два дифференциатора 6,7, ограничитель 8, интегратор 9. два блока деления 10,11, и блок 12 умножения, исследуемый трехполюсник 13 представляет собой последовательное соединение конденсатора 14 и параллельной цепи конденсатора 15 и резистора 16 За счет формиоования выходных напряжений одновременно с запуском формирователя увеличивается быстродействие устройства.2 ил.

Напряжение и1Й(фиг.2,а) поступает непосредственно на вход дифференциатора 6 л через конденсатор 14 емкостью Са на вход усилителя 5.

Дифференциатор 6 осуществляет дифференцирование поступающего на его вход напряжения. На его выходе формируется тряжение Iteft), определяемое равенством:

и)

где гЭ1 - постоянная времени дифференциатора 6.

С учетом уравнения (1) получим:

U2(t)

Ro Ci

Егэ1 RoCi

+

Егэ1 RoCi

(1 )

Напряжение U2(t) (фиг.2,6) поступает на вход дифференциатора 7, на второй вход блока 10 и на первый вход блока 11.

Дифференциатор 7 осуществляет дифференцирование поступающего на его вход напряжения. Напряжение на выходе дифференциатора 7 является суммой реакций дифференциатора 7 на отрицательный ска. Егэ1 напряжения амплитудой

чок

напряжение

Erai

(1 -ёг

RoCi

), Реакцией

RoCi

дифференциатора 7 на скачок напряжения является импульс напряжения отрицательной полярности и очень малой длительности. Реакцией дифференциатора 7 на

и

и на

и

и Е Ге1 82 Щ--г

RO Cl Ти

(4)

25

30

35

40

где TU - постоянная времени интегратора 9.

Напряжение 1М (фиг.2,г) поступает на первый выход преобразователя и на второй вход блока 12. Нетрудно видеть, что оно однозначно связано с параметром Ci исследуемого трехполюсника.

Усилитель 5 в совокупности с конденсатором 14 во входной цепи и резистором 3, сопротивление которого равно Ro, в цепи обратной связи образуют инвертирующий дифференциатор с постоянной времени RoC2. Напряжение Us(t) на его выходе определится

UKD-RoCz- lM

С учетом уравнения (1) получим: 45 U5(t) (5)

Ci

50

Напряжение U5(t) (фиг.2,д) поступает на первый вход блока 10.

Блок 10 осуществляет деление сигналов Us(t) и U2(t). поступающих на его первый и второй входы. На его выходе формируется напряжение Ue, определяемое равенством

55

U6

Us (О ОТГО

С учетом уравнений (5) и (2) получим

ii RO Ue r-C2

ГЭ1

Напряжение Ue (Фиг.2,е) поступает на второй вы-. преобразователя. Нетрудно видеть, что оно однозначно связано с параметром Cg, исследуемого трехполюсника.

Блок 11 осуществляет деление сигналов (t) и Usft), поступающих на его первый и второй входы. На его выходе формируется напряжение U. определяемое равенством

IMP ТЩТ)

С учетом уравнений () и (3) получим RCi

Напряжение U поступает на первый вход блока 12,

Блок 12 осуществляет перемножение сигналов U и LU, поступающих на его первый и второй входы. На его выходе формируется напряжение Us, определяемое равенством

U8 U7-tM.

С учетом уравнений (7) и (4) получим

U8

Етэ RO

R

Напряжение Us (фиг.2,ж) поступает на третий выход преобразователя. Нетрудно видеть, что оно однозначно связано с параметром R исследуемого трехполюсника.

Таким образом, на первом, втором и третьем выходах преобразователя формируются напряжения Щ, Ue и Us, уровни которых однозначно связаны с параметрами Ci, €2 и R исследуемого трехполюсника. Причем, как видно из временных диаграмм (фиг.2,г,е,ж), эти напряжения формируются одновременно с запуском формирователя 1.

Следует отметить, что в преобразователе - прототипе требуемые уровни напряжений устанавливаются лишь по истечении промежутка времени Т 6RC2 поспе зэпу- 5 ска формирователя , Это позволяет сделать вывод, что быстродействие у предлагаемого преобразователя значительно выше, чем у преобразователя-прототипа.

10 Формула изобретен и я

Преобразователь параметров нерезо нансныхтрехэлементныхтрехполюсников в напряжение, содержащий последовательно соединенные формирователь опорного на15 пряжения, вход которого соединен с пусковой шиной, первый опорный элемент; первый операционный усилитель, два дифференциатора, ограничитель и интегратор, выход которого является первым выходом

20 преобразователя, причем неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с общей шиной, отличаю щ.и и с л тем, что, с целью повышения быстродействия преобразователя, в него введены вто25 рой операционный усилитель, второй опорный элемент, первый и второй блоки деления и блок умножения, второй опорный элемент включен в цепь обратной связи второго операционного усилителя, первый

30 вход первого блока деления соединен с вы- ходом второго операционного усилителя, второй - с выходом первого дифференциатора, а выход является вторым выходом преобразователя, первый и второй входы блока

35 деления соединены с выходами соответственно первого и второго дифференциаторов, а выход - с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом интегратора, а выход блока умно40 жения является третьим выходом преобразователя, причем инвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с общей шиной, первый вы вод исследуемого трехполюсника соединен с инвертирующим

45 входом первого операционного усилителя, второй вывод - с его третьим выходом, а третий вывод - с инвертирующим входом второго операционного усилителя.

15 )l

J