СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В АКТИВНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ ПАРАМЕТРОВ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ Советский патент 1972 года по МПК G01R17/06 G01R27/02 

Изобретение отйбсится к области электроИзмерительиой техники, занимающейся преобразованием и измерением ком/плексных величин переменного тока и величин, определяемых ими. Оно может быть использовано, например, ири исследовании процессов на грайице электрод-электролит в задачах электроХИМии, при исследовании процесов в живых тканях и организмах ,и лри контроле и измерении параметров объектов переменного тока с многоэлементной схемой замещения.

Известен способ преобразования параметров многоэлементных двухполюсников в активные величины, сущность которого состоит в том, что цепь уравновешивания, содержащая. исследуемый двуХ)Полк сник и набранную по идентичной с ним схеме его модель, питается дискретным набором частот и уравновешивается на каждой частоте путем регулировки активных величин, под .воздействием которых изменяются параметры управляемых элементов модели. При этом в положении равновесия регулируемые активные величины соответственно пропорциональны -параметрам исследуемого двухполюсника.

Однако преобразование ло такому способу приводит к дополнительной погрешности преобразования из-за нестабильности и нелинейности характеристик управляемых элементов. Кроме того, известный способ предполагает

использование разнотипных управляемых элементов (сопротивление, емкость, индуктивность) , что затрудняет его техническую реализацию.

Для использования однотипных управляемых элементов, например активных управляемых сопротивлений, предлагается способ, по которому каждый элемент трехэлементного двухполюсника, являющегося многоэлемеитным двухполюсником, моделируют звеном направленного действия с регулируемым коэффициентом передачи, например, операционным усилителем, причем последовательно соединенные элементы моделируют звеньями, выходные величины которых суммируют и коэффициенты передачи которых совпадают по характеру с импедансами этих элементов, а два параллельно соединенных элемента моделируют звеном с коэффициентом передачи,

совпадающим по характеру с импедансом одного элемента и охваченным звеном обратной связи, характер коэффициента передачи которого совпадает с характером проводимости другого элемента.

Кроме того, для преобразования в активные величины параметров многоэлементных двухполюсников, образованных последовательно-параллельным соединением трехэлементных двухполюсников, модель многоэлединения моделей трехэлементных двухполюсн«ков, причем выходные величины моделей последовательно соединенных трехэлементных двух,полюсников суммируют, а модель одного из двух параллельно включенных трехэлементных двухполюсников охватывают цепью обратной связи, содержащей модель другого, параллельно включенного с ним трехэлементного двухполюсника; при этом для повышения точности преобразования для получения активных величин, пропорциональных параметрам многоэлементного двухполюсника, на входы звеньев направленного действия подается сигнал известной величины.

На фиг. 1 (а, б) показаны схемы трехэлементных двyxJПoлюoникoв с двумя возможными .вариантами последовательно-параллельного включения элементов; на фиг. 2 (а, б) - цепи уравновешивания для преобразования параметров двухполюсников, изображенных на фиг. 1 (а, б); на фиг. 3 - цепь уравновешивания для преобразования параметров трехэлементного двухполюсника, модель которого набрана по схеме, дуальной схеме модели фиг. 1, б; на фиг. 4 - схема сложного многоэлементного двухполюсника; на фиг. 5 - цепь уравновешИвания для .преобразования параметров сложного многоэлементного двухполюсника.

В соответствии с Предлагаемым способом каждый элемент двухполюсника моделируется операционным усилителем. Элементы с «мпедансами z, Zzo, zso двухполюсников, изображенных на фиг. 1 (а, б), моделируются, соответственно, усилителями 1, 2, 3 (см. фиг. 2). На фиг. 2, а два параллельно соединенных элемента Zzo и гзо моделируются усилителями 2 и 3, причем усилитель 5 включен в обратную связь усилителя 2. При этом в точке b на каждой -частоте питания coi и со2 развивается сигнал, пропорциональный величине

+

Сигнал С модели элемента z (т. е. с усилителя 1), .включенно го последовательно с 220 и Z30, суммируется с сигналом в точке Ь, и на выходе модели двухполюсника получают на каждой частоте активную величину

зм

+ z.

ZtM + ZSM

с объекта (исследуемого двухполюсника), включенного через операционный усилитель О, снимается активная .величина

Zs3 Z

Л„

+ 2„.

2ао + 2зо

На фиг. 2, б два п оследовательно соединенных элемента Zw и Zzo моделируются усилителями } и 2, выходные напряжения которых суммируются. Усилитель 5 являющийся моделью параллельного элемента Zao, включен в

обратную связь, которая ох/ватывает модели элементов Zio и Zzo. На выходе модели двухполюсника имеем активную величину

Л - за

1м + -Ь

а с объекта в этом случае снимается активная величина

д(ZIP + Zao) Zap

ZIQ + Zao +

Для того, чтобы согласно описываемо.му способу характеры коэффициентов передачи операционных усилителей совпадали с характерами импедансов (проводимостей) модулируемых элементов, необходимо соответственное совпадение характеров импедансов Zio,

220, 2зо И 21м, 22м, Зи.

Если, например,

-- 20 -- . i t

Cj,

то необходимо, чтобы

7 г У

1М JM1 SM

Уравновешивание величины АО величиной Л осуществляется путем регулировки активных величин Gb Яг, us, под воздействием которых изменяются величины управляемых сопротивлений ь 2, 3. После уравновешивания на каждой частоте имеют место соотношения

гю, , . Так как в положе 1

НИИ равновесия коэффициенты передачи операционных усилителей пропорциональны параметрам исследуемого двухполюсника, то для получения активных величин, пропорциональных этим параметрам, достаточно подать сигнал известной величины на входы операционных усилителей. На фиг. 2, а показан один из возможных вариантов подачи известного сигнала е на входы усилителей. При

этом с выходов усилителей снимаются активные величины Ei, EZ, ЕЗ, пропорциональные параметрам двухполюсника.

Модель двухполюсника можно набирать таким образом, чтобы после уравновешивания ее

выходная активная величина была пропорциональна не импедансу двухполюсника, как сказано выше, а его комплексной проводимости. Для этого схему набора модели двухполюсника необходимо заменить на дуальную, и все

сказанное выше остается в силе. На фиг. 3 показана цепь уравновешивания, где схема набора модели дуальна схеме на фиг. 1, б. Здесь-два последовательно соединенных элемента г/10 и г/20 моделируются усилителями /

и 2, причем усилитель 2 включен в обратную связь усилителя /. При этом в точке 6 развивается сигнал, пропорциональный величине

Сигнал с модели элемента г/зо (т. е. -с усилителя 3), включениого параллельно ветви г/ю, yzo, суммируется с сигналом в точке Ь. На выходе модели двухнолюсника имеем на каждой частоте (U1 и CU2 активную величину

Лм-Лм

Лм

+ У,м

Ун, + ам

с объекта снимаем активную величину

Уго-Узп

+ 0Ую + ytn

Согласно описываемому способу модель сложного многоэлементного двухполюсника, схему которого можно представить в виде последовательно-параллельяого соединения трехэлементных двухполюсников, набирают путем соединения описанных выше моделей трехэлементных двухполюсников.

С этой целью схему сложного двухполюсника разбивают на части, каждая из которых предста1вляет собой трехэлементный двухполюсник. Одно- и двухэлементные двухполюсники могут при этом рассматриваться как частные случаи трехэлементных, в которых сопротивления некоторых элементов равны нулю при бесконечности. Затем строят модели трехэлементных двухполюсников согласно изложеным принципам. Выходные величины моделей последовательно соединенных двухполюсников суммируют. Модель параллельного двухполюсника включают в цепь обратной связи, охватывающей модель той части схемы сложного двухполюсника, параллельно которой подсоединен данный двухполюсник.

Сложный многоэлементный двухполюсник изображен на фиг. 4. Разбиваем его иа простые двухполюсники I-IV, строим их модели и набираем модель сложного двухполюсника, показанную на фиг. 5. Здесь Mj и Мп - модели, идентичные изображенным на фиг. ,а и 1,б соответственно.

Элементы 2:40 и моделируются усилителями 4 и 5. На выходе модели получаем на каждой частоте величину

-Ь ги) м . л. м - -::.- + ZSM ,

7-1-7-1-7

т -t-JM т

а с объекта снимаем величину (Zjo + Zjif,) Zjo

Л+ 2,

ZID + Zjo + Z

где

-77I (О, м) (0,Ы)

А (о. М) - Zi (о, м) + -г;

2(0, м) + 3(о,м)

(1 (о, м) + 2 (о, м)) (о, м)

Zil(o,

м)

1 (о, м) + (о, м) + 3 (о, м)

Уравновешивание осуществляется путем ре гулировки активных величин , а,а ,а . При достижении положения равновесия на ВХОДЫ операционных усилителей подается

известный сигнал, а с выходов снимаются сигналы, пропорциональные параметрам иоследуемого двухполюсника.

Аналогично случаю трехэлементного двухполюоника при построении модели сложного многоэлементного двухполюсника также возможен дуальный подход.

Описанный способ принципиально позволяет осуществить преобразование в активные величины параметров сколь угодно сложного двухполюсника, схема которого может быть представлена в виде последовательно-параллельного соединения элементов.

Предмет изобретения

1.Способ преобразования в активные величины параметров многоэлементных двухполюсников, в частности трехэлементных, основанный на методе сравнения, при котором зависящую от параметров двухполюсника активную величину уравновешивают на нескольких частотах активной величиной, зависящей от параметров регулируемых элементов модели двухполюсника, отличающийся тем, что, с

целью использования однотипных управляемых элементов, например, управляемых активных сопротивлений, каждый элемент трехэлементного двухполюсника моделируют звеном направленного действия с регулируемым

коэффициентом передачи, например, операционным усилителем, причем последовательно соединенные элементы моделируют звеньями, выходные величины которых суммируют и коэффициенты передачи которых совпадают

по характеру с импедансамИ этих элементов, а два параллельно соединенных элемента моделируют звеном с коэффициентом передачи, совпадаюшим по характеру с импедансом одного элемента и охваченным звеном обратной связи, характер коэффициента передачи которого совпадает с характером проводимости другого элемента.

2.Способ но п. 1, отличающийся тем, что, с целью преобразования в активные величины

параметров многоэлементных двухполюсников, образованных последовательно-параллельным соединением трехэлементных двухполюсников, модель многоэлементного двухполюсника набирают путем соединения моделей трехэлементных двухполюсников, причем выходные величины моделей последовательно соединенных трехэлементных двухполюсников суммируют, а модель одного из двух параллельно включенных трехэлементных двухполюсников охватывают цепью обратной связи, содержащей модель другого, параллельно включенного с ним трехэлементного двухполюсника.

3.Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности преобразования для получения активных величин, пропордиональных параметрам многоэлементного двухполюсника, на входы звеньев направленного действия подается сигнал известной ве

ОбъектI

гсзниа

у,о

-20

Фм,г. 3

I л ,

I - Z,o7-20 ГщП

I1 I I .

Фаг.4

J.

W, Wj Ш; U/

Фиг.5