Компенсационный импедансметр Советский патент 1980 года по МПК G01R27/00 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть : использовано для определения составляюi щих комплексного сопротивления последующих двух - и четырехполюсников. Известен измеритель активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления, содержащий опорйый генератор, включенный последовательно с эталонным сопротивлением и внешними зажимами для подключения комплексного сопротивления, дифференциальный усилитель, выходной сиг нал которого пропорционален току, проходящему через эталонное сопротивление, усилители-ограничители, фазочувствительные усилители и нидикаторы активной и реактивной составляющих импеданса fll. Недостатком измерителя является боль шая погрешность измерения в широком частотном диапазоне из-за шунтирования измеряемого импеданса собственным входным сопротивлением и возникновения часh-oTHbix погрешностей отдельных блоков. Наиболее близким техническим решением к тязобретению является измеритель разности фаз (комбинированный ФК 2-12У,, позволяюший измерять ко иплексные сопротивления, состоящий из задающего генератора, включенного с последовательно соединенными эталонным резистором и внешними зажимами, к которым подключается измеряемое сопротивление, и измерителя, содержащего первый смеситель, первый видеоусилитель, усилитель-ограничитель, фазовый детектор, перестраиваемый генератор, формирователь строб-импульсов, второй смеситель, второй видеоусяялитель, опорный генератор, а также детектор амплитуды и детектор фазы 2. Недостатком этого измерителя является большая погрешность преобразования амплитуд высокочастотных сигналов на промежуточную частоту до 10%, обусловленная неидентичностью диодных хард теристик смесителей, нелинейностью диодных характеристик, нестабильностью длиГ37378694 тельностЕ строб-импульсов, а также ихтвй вход дотолнительного смесителя соот- амплитуд.,ветственно соединены с выходами блока Малое быстродействие (О,5-1 с) из-формирования строб-импульсов, при этом мерйтеля шределяется возможным срывомуправляемый фазовращатель опорного капетяи ФАПЧ из синхронизма при настрой- jнала непосредственно, а сигнального каке промежуточной частоты на частоту опор-нала черев аттенюатор соединены с выхоного сигнала,дом генератора опорной частоты. Другие Цель изобретения повышение точное-входы блока формирования строб-импульти в быстродействия измерения,сов сигнального и опорного каналов соедвПоставленная цель достигается тем, юйены с выходом синтезатора частоты гечто в компенсационный импедансметр, со-геродина, а другой вход управляемого дедержаший задающий генератор, включаю- ,лителя напряжения сигнального канала соещий синтезатор частоты гетеродина, эта-динен с выходом .задающего генератора, лонный резистор, один вывод которогоа выход с входом опорного канала, соединен с внешним зажимом для подклю- is На чертеже приведена функциональная чения измеряемого импеданса и с сигналь-электричес ;ая схема компенсационного ным каналом импевдансметра, опорный ка-i импецансметра, нал последнего соединен с другим выво Компенсационный импендансметр содердом эталонного резистора, генераторфик-жит задающий генератор 1, опорный канал сированной частоты и блок измерения, си1 202, сигнальный канал 3, управляемый дё- , нальный и опорный каналы содержат сме-литель 4 напряжения, выход которого неСйтель, выход которого соединен с входомпосредственно подключен к смесителю 5 усилителя небаланса, введены аттенюатор,к дополнительному смесителю 6, и через а в сигнальный и сяторные каналы допол-эталонный резистор 7 к внешним зажимам нительный смеситель, дополнительный уси- 25.импедансмётра, измеряемый импедансметр литепь небаланса, управляемый фазовраша-8, подключенный к дополнительному смеситель, управляемый делитель напряжениятелю 9 и смесителю 10, генератор 11 в блок формирования строб-импульсов, Вфиксированной частоты, подключенный чеопорном канале выход усилителя небалан-рез управляемый фазовращатель 12, упса соединен с одним из входов управляемо-ЗОравляемый делитель 13 напряжения к дого фазовращателя, выход последнего соеди-полнительному смесителю 6, блоку 14 форнек с одним из входов управляемого дели-мирования строб-импульсов и к блоку Is теля напряжения, выход которого соединенизмерения, а также через аттенюатор 16, с первым входом блока формированияуправляемый фазовращатель 17 к дополнистроб-ймпульсов, с одним из входов блока 35тельному смесителю 9, блоку 18 формиизмерения, с первым входом дополнитель- -рования строб-импульсов и к другому вхоного смесителя, второй вход которого сое-ДУ блока 15 измерений. Синтезатор 19 динен с одним входом смесителя, другойчастоты гетеродина, включенный в генера- вход последнего и третий вход дополни-тор 1, соединен через блок 14 формироватёльного смесителя, соответственно соеди- 0ния строб-импульсов с вторыми входами , йены с вькодами блока формированиясмесителя 5 и дополнительного смесителя строб-импульсов, а выход дополнителыюго6, а акже через блок 18 фсфмирования смесителя соединен d входом доподнитель-строб-импульсов с дополнительньтм смесиноге усилителя небаланса, выход котороготелем 9 и смесителем 10. Кроме того, соединен с другим входом управляемого 45выход смесителя 5 через усилитель 20 делителя напряжения, В сигнальном кана ;некомпенсации подключен к управляющему ле выход усилителя небаланса соединенфазовращателю 12. Выход дополнительнос одним 03 входов управляемого фазовра-го смесителя 6 подключен через дополни щатёля, выход которого соединен с другимтельный усилитель 21 некомпенсации к входом блока измерения, с одним из вхо- 50управляющему делителю 13. Выхой дополдовблока формирования строб-импульсовнительного смесителя 9 через дополнительи с первйм входом дополнительного смеси-ный усилитель 22 некомпенсации подклю Teiist, быход которогх) через дополнйтель-чен к; управляемому делителю 4 напряженый .усилитель небаланса соединен с од-ния. Выход смесителя 10 через усилитель ник вй входов управляемого делителя на- некомпенсации подключен к управляк пряжевия. Второй вход дополнительногощему фазовращателю 17. смесителя соединен с одник входовКомпенсационный импендансметр рабосмесвтеля, другоЙ.вход последнего и тре-тает следующим образом. 573 Высокочастотный синусоидальный сигнал, снимаемый с задающего генератора 1, через управляемый делитель 4 напря жения и эталонный резистор 7 поступает на измеряемый импедансметр 8. Напряжение опорного канала 2 Uf по ступает на смеситель 5 и дополнительный смеситель 6, а напряжение сигнального канала ЗУ - на дополнительный смеси тель 9 и смеситель 10, С генератора 11 фиксированной частх - ты низкочастотный синусоидальный сигнал поступает через управляемый фазоврапш тieль 12, управляемый делитель 13 напряжения на блок 14 формирования стробимпульсов. Блок .формирования строб-импульсов формирует строб-импульс в момент перехода заданного Uj напряжения через нуль, который стробирует в сме сителе 5 высокочастотный сигнал Uon В случае, если переходы через нуль высокочастотного опорного сигнала заданного напряжения, а также момент появления строб-импульса не совпадают, появляется напр51жение компенсации, которое подается через усилитель 20 некомпенсации на управляемый фазовращатель 12, Управляемый фазовращатель 12 изменя ет фазу -заданного напряжения з до тех пор пока строб-импульс, формируемый блоком 14 формирования строб-импульсов в момент перехода через нуль заданного не совпадает с пере напряженияходом через нуль высокочастотного сигнала Тогда на выходе сигнала 5 напряжение некомпенсации будет минима.льным. Это есть компенсационная схема, которая автоматически,привязывает нуль заданного напряжения УЗ к нулю высокочастотного сигнала. : Одновременно.строб-импульсом, сдвину ;тым на четверть периода относительно ну левого строб-импульса, стробируются в дополнительном смесителе 6 амплитудные значения заданного Озп высокочастотного синусоидального напряжения Uort и в случае их неравенства напряжение некомпенсации усиленного дополнительным усилителем 21 некомпенсадии подается на управляемый усилитель 13 напряжения который изменяет амплитуду заданного напряжения у, опорного канала 9 по полной компенсации. Таким образом, схема автоматически привязывает фазу эадан . ного напряжения .Озр к фазе высокочастотного сигнала Upti , а также и выравнивает их амплитуду. Аналогичные про цессы пррисходят и в сигнальном канале 3, on 9 данное напряжение низкой фиксированной частоты Оз. , снимаемое с генератора 11 фиксированной частоты 11 подавшей на аттенюатор 16, на выходе которого предварительно устанавливается определенное нормированное и испытуемое напряжение. С выхода аттенюатора 16 это напряжение поступает через управляемый фазо- вращатель 17 на блок формирования строб импульсов сигнального канала 3, который формирует стро5-импульс в пе юхода через нуль заданного напряжения Uj., который стробирует в смесителе 1О высокочастотное напряжение сигнального канала 3 С(- Напряжение некомпенсации усиливается усилителем 20 некомпенса- ции и поступает не упраЕйхяемый фазовращатель 17, который изменяет фазу заданного напряжения Оз сигнального канала 3 относительно высокочастотного сигнала Ц- до тех пор, пока строб-импульс, проходящий в момент перехода через нуль заданного напряже1ния не совпадает с моментом перехода через нуль высокочастотного сигнала Uc Одновременно строб-импульсом, сдвинутым на четверть периода относительно нулевого строб-импульса, сформированно го в блоке 18 формирования строб-импульсов, стробируются в дополнительном смеСителе 9 амплитудное значение высокочастотного напряжения сигнального канала. 3 , и амплитуда заданного нормированного напряжения, снимаемого через управляемый фазовращатель 17 с аттенюатора 16. Напряжение некомпенсадии в случае неравенства амплитуд .через дополнительный усвпитель некомпенсадии изменяет коэффициент деления управляемого делителя напр5окения до тех пор пока амппи туда заданного нормированного напря ения Озс не будет равна амплитуде Ц с сигнального канала. Таким образом, амплитудные фазовые соотнощения высокочастотных сигналов автоматически переносятся на низкую фиксированную частоту заданного напряжения опорного и сигнального каналов 2, 3, В блоке 15 измерений измеряются амплитуды напряжений опорного и сигнального каналов 2, 3, а также н фаза, после чего определяются составляющие комплексiaoro сопротивления по заданной программе. Таким образом, повьпиение точности измерения импульса осуществляются за счет првыщения точности преобразования амплитудно-фазовых соотнощений высоко- частотных сигналов на низкую частоту за данного напряжения. Погрешность BSMiape- ння при атом может составить 0,3-0,1% и по сравнению с прототипом уменьшена в 10-15 раз Это достигается эй счет компенсаяйи мгновенных значениб ВЫСОЕОчастотного и заданного низкочастотного Напряжений в моменты стробирования. Быстродействие в предлагаемом компенсадионном импедансметре выше,чем/ у прототипа и может достигать 10 20 МКС, когда как у прототипа составляет О,5-1 с. эобретения Формуле Компенсационный импедансметр, содержащий задающий генератор, включающий синтезатор частоты гетеродина, эталонный резистор один вывод которого соединен с внешним зажимом для подключения 113МеряемоГо импеданса и с сигнальйым ка налом нмпендансметра, опорный канал по|следнего соединен с другим выводом эта- лониого резистора, генератор фиксирован1ЮЙ частоты и блок измерения, сигнальнь1 и сэторный каналы содержат смеситель, выхсщ которого соединён с входом усилителя небаланса, от лича ющийс я тем, что, с цёлью1 повышения точности из мерения и быстродействия, в него введены аттенклтор а в сигнальный и опорны каналы-дсйполнительный смеситель, дополнительный усилитель небаланса, управляемый фазовращатель, управляемый делитель напряжения и блок формирования CTpofr-импульсов, причем в опорном канале выход усилителя небаланса соединен .с одним из входов управляемого фазовра . шателя, выход по следнего соединен с одвям ввз вкодов управляемого делителя на вям из вкодов управляемого делителя на .nTt. А сшним из вх пряжения строб-импульсов, а одним из вх i.i™.n Y nonnuM входом Д дов блока измерёнвя, с первым «входом д олнктельного смесителя, второй вход коoporo соединен с одним входом смеситея, другой вход последнего и третий вход ополнительного смесителя соответственно соединены с выходами блока формирог вания строб- импульсов, а выход дополнительного смесителя соединен с входом дополнительного усилителя небаланса, выход которого соединен с другим входом управляемого йелителя напряжения, в си1 наЛьно канале выход усилителя небаланса соединен с одним из -входов управляемого фазов), вькбд КоТйрого cofeдинен с другим входом блока. измерения, с одним из входов блока формирования строб-импульсов и с первым входом дополнительного смесителя, выход которого 1 через дополнительный усилитель небаланса соединён с oJlHHM из входов управляемого делителя, напряжения, второй вход дополнитё п ЬнЬГо смесителя соединен с одним из входов смесителя, другой вход последнего и Третий вход дополнительного смесителя соответственно соединены с выходами блока формирования строб-импульсов, при этом управляемый фазовращатель опорного канала непосредственно, а сигнального канала через аттенюатор соединены с выходом генератора опорной частоты, другие входы блока формирования строб-импульсов сигнального и опорного каналов соединены с выходом сиитезатора ЧИСТОТЫ гетеродина, а другой выход управля мого делителя напряжения сигнального канала соединен с выходом задающего генератора, а выход с входом опорного канала.. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 32847О5, кл. 324-57, О8.11.66 (аналог). 2.Фазометр ФК 2-12. Каталог. Т 3. л.. -.-««, Изд. радиопромышленности, М., 1973, « / с. 16 (прототип).