Способ измерения электрических величин активного сопротивления, индуктивности и емкости Советский патент 1993 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится ж измерительной технике и может быть использовано в средствах измерения активного сопротивления, индуктивности и емкости.

Известен способ измерения электрических величин активного сопротивления, индуктивности и емкости, заключающийся в том, что преобразуют измеряемую величину первого элемента последовательной активно-индуктивной или активно-емкостной из- мерительной цепи, величина второго элемента которой известна, во временной интервал, связанный с началом апериодического процесса установления напряжения постоянного тока на элементах цепи, временной интервал ограничивают моментом .-равенства абсолютных значений напряжений на элементах измерительной цепи, причем о моменте равенства этих напряжений судят по моменту равенства нулю суммы напряжений на элементах цепи относительно их общего вывода.

Недостатком этого способа является низкое быстродействие, обусловленное тем, что время измерения неизвестного элемента электрической цепи пропорционально ее постоянной времени г и не может быть . меньше 0,69 г.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения электрических величин активного сопротивления, индуктивности и емкости, заключающийся в том, что на последовательную активно-емкостную или индуктивно-активную измерительную цепь, один из элементов которой известен, подают напряVJ

ю

XI

О xj

о

жение постоянного тока и измеряют интервал времени с момента подачи напряжения до момента равенства напряжения на средней точке измерительной цепи опорному напряжению, пропорциональный неизвестному элементу измерительной цепи.

Недостатком такого способа является низкое быстродействие, обусловленное тем, что время измерения неизвестного элемента измерительной цепи пропорционально ее постоянной времени г и не может быть меньше т. Это ограничивает область использования этого способа в цепях с большой постоянной времени.

Цель изобретения - повышение быстродействия измерения электрических величин активного сопротивления, индуктивности и емкости.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, заключающемуся в подаче на последовательную активно-емкостную или индуктивно-активную измерительную цепь, один из элементов которой известен, напряжения постоянного тока, через образцовый интервал времени с момента подачи напряжения измеряют первое мгновенное значение напряжения на средней точке измерительной цепи, через такой же интервал времени с момента первого измерения измеряют второе мгновенное значение напряжения на средней точке измерительной цепи и определяют неизвестный элемент цепи по формулам:

- для активно-емкостной цепи

At

Rojn

U2 - Ui

Ui

At

Coin

U2-U1 U{

Ui, U2 - первое и второе мгновенные значения напряжения на средней точке измерительной цепи.

На фиг. представлена временная диаграмма, поясняющая предлагаемый способ; на фиг 2 - блок-схема устройства, реализующего данный способ.

Сущность способа заключается в следующем.

Для активно-емкостной последовательной цепи при подключении к ней источника напряжения постоянного тока напряжение на средней точке растет по зависимости

u(t) - U0(1 - e

л

0)

где Do- напряжение источника постоянного тока;

t-текущее время от момента подключения источника напряжения Do;

т RC-.постоянная времени цепи; R, С -.соответственно активное сопротивление и емкость цепи;

Через временной интервал At с момента подключения источника напряжения Do в момент времени ti (фиг. 1) мгновенное значение напряжения на конденсаторе

... .At Ui U0(1-e, r).

Через временной интервал At с момен- „,. та первого измерения в момент времени t2 (фиг. 1) мгновенное значение напряжения на конденсаторе

2At

40

U2 U0(1 -е т }.

Тогда,

2 At

А

Использование: в измерительной технике. Предлагаемый способ служит для измерения активного сопротивления, индуктивности и емкости. Сущность изобретения: на последовательную активно- емкостную или индуктивно-активную измерительную цепь, один из элементов которой известен, подают напряжение постоянного тока, через образцовый интервал времени с момента подачи напряжения измеряют первое мгновенное значение напряжения на средней точке измерительной цепи, через такой же интервал времени с момента первого измерения измеряют второе мгновенное значе ние напряжения на средней точке измерительной цепи и определяют неизвестный элемент цепи по формулам, приведенным в описании изобретения. 2 ил.

- для индуктивно-активной цепи RoAt

Loin

Ur

Ua - Ui

Ui

t

где Cx, Rx и Lx - значение неизвест элемента измерительной цепи;

Ro, Co и Lo значение известного мента измерительной цепи;

At образцовый интервал времен

U2-U1 UoQ-e Г )-U0(l-e T )

ui. : At

.: У°(1-е г )

2At At т

-е

-f e

АТ

5

1-е

Учитывая, что е

2 At

At

е

At r

получим

U2-Ui е т ( 1 - е г )

Ui

t 1-е r

Прологарифмировав обе части этого выражения, получим

A г

Ui

откуда

С At

In

Lb-Ui Ui

(2)

Если неизвестна емкость Сх, а известно активное сопротивление R0 измерительной цепи, то т R0Cx и

In

At

U2-U1

Ui

(3)

Если неизвестно активное сопротивление RX, а известна емкость С0 измерительной цепи,то r RxCo и

Со In

U2-U1

Ш

Для индуктивно-активной последовательной цепи r L/R и также справедливо выражение (2).

Если неизвестна индуктивность Lx, а известно активное сопротивление Ro измерительной цепи, то rp Lx/Ro и

Lx -

Ro At

In

U2-Ui Ui

Если неизвестно активное сопротивление RX, а известна индуктивность измерительной цепи LO, то т LO/RX и

Uln

RX

U2-Ut Ui

&l

Увеличение быстродействия измерения неизвестного элемента измерительной цепи в предлагаемом способе достигается за счет того, что время измерения не зависит от величины постоянной времени цепи, а определяется только значением образцового интервала времени At, который может быть выбран сколь угодно малым (At 0).

Устройство, реализующее способ измерения электрических величин активного сопротивления, индуктивности и емкости (фиг, 2), содержит источник напряжения постоянного тока 1, ключ 2, измерительную цепь 3, выполненную в виде активного со-, противления (или индуктивности) 4 и емкости (или активного сопротивления) 5,

5 аналого-цифровой преобразователь 6, вычислительный блок 7, блок .8 управления, причем выход источника напряжения 1 сое-, динен с входом ключа 2, выход которого соединен с входом измерительной цепи 3,

10 выполненной в виде последовательно соединенных активного сопротивления (или индуктивности) А и емкости (или активного сопротивления) 5, один контакт которой соединен с общей шиной устройства, средняя

15 точка измерительной цепи 3 соединена с входом аналого-цифрового преобразователя 6, выходы разрядов которого соединены с информационными входами вычислительного блока 7, а управляющий вход - с пер20 вым выходом блока 8 управления, второй выход которого соединен с управляющим входом ключа 2, а третий выход - с управляющим входом вычислительного блока 7, вход начальной установки которого соеди25 нен с входом блока 8 управления и шиной

(4) устройства.

Устройство работает следующим образом. .

После подачи импульса на шину Пуск 30 устройства вычислительный блок 7 переходит к началу выполнения программы. По команде с блока 8 управления замыкается ключ 2 и напряжение Но с источника напряжения постоянного тока 1 поступает на вход 35 измерительной цепи 3. Напряжение на средней точке измерительной цепи 3 изме(5)няется согласно выражению (1).

Через временной интервал At, задаваемый блоком 8 управления в момент времени

40 t запускается АЦП 6, на входе которого мгновенное значение напряжения равно ui. Это напряжение преобразуется в код, который по сигналу запроса На ввод, поступающему с блока 8 управления на управляющий

45 вход вычислительного блока 7, записывается в блок 7.

Через временной интервал At, задаваемый блоком 8 управления, в момент времени 12 вновь запускается АЦП 6, на входе

50 которого мгновенное значение напряжения равно U2. Это напряжение преобразуется в код, который по сигналу запроса на ввод записывается в вычислительный блок 7. В вычислительном блоке 7 производят55 ся вычисления согласно выражениям (3). (4), (5) и (6) в зависимости от вида измерительной цепи и неизвестного параметра. Коды, пропорциональные значениям известного элемента цепи и образцового интервала

(6)

времени хранятся в памяти вычислительного блока 7.

Время измерения неизвестного элемента измерительной цепи не зависит от постоянной времени этой цепи, а определяется, в основном, временем аналого-цифро- вого преобразования АЦП 6, В качестве

Формула изобретения Способ измерения электрических величин активного сопротивления, индуктивности и емкости, заключающийся в том, что на последовательную активно-емкостную или индукцИонно-активную измерительную цепь, один из элементов которой известен, подают напряжение постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, через образцовый интервал времени с момента подачи направления, измеряют первое мгновенное значение напряжения на средней точке измерительной цепи; через такой же интервал времени с момента первого измерения измеряют второе мгновенное значение напряжения на средней точке измерительной цепи и определяют неизвестный элемент цепи по формулам: - для активно-емкостной цепи At

Сх

RO п

U2-U1 Ur

АЦП б может быть использован аналого- цифровой преобразователь параллельного типа с выходным регистром памяти,

В качестве вычислительного блока 7 может быть использована микро-ЭВМ или специальное, программно-управляемое, вычислительное устройство.

Rx - -

At

Coin

U2 - Ui

Ui

- для индуктивно-активной цепи R0At

Lx In

U2-Ui

Ui

Uln

Rx - -.

U2-U1 Lh

At

где Сх, Rx и Lx - значение неизвестного элемента измерительной цепи;

Ro, Со и Lp - значение известного элемента измерительной цепи;

At - образцовый интервал времени;

Ui, Ua - первое и второе мгновенные значения напряжения на средней точке измерительной цепи.

Фиг Л.

Фиг.2.