Стробоскопический измеритель модуля и аргумента комплексного сопротивления Советский патент 1980 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при определении составляющих комплексного сопротивления исследуемых двух- и четьфехполюсников. Известно устройство для измерения импеданса, содержащее задающий tabicOKOMacTOTHbrn генератор, подключенный через эталонный первый резистор к внешним зажимам, к которым подключается измеряемый импеданс, стробоскопический преобразователь, состоящий из опорного канала с системой фазовой автоподстройки час тоты (ФАПЧ) и сигнального канала, причем вход первого смесителя опорного канала подключен к эталонному первому резистору, а выход соединен последовательно с фазовым детектором, усилителем постоя1того тока, перестраиваемым генератором и со своим вторыМ входом, опорный генератор, подключенный к входу фазового детектора, индикатор, подкпю-ченный к нуль-органу,, первый вход которого соединен с выходом смесителя, а второй - с управляющим сопротивлением и через второй эталонный резистор - с выходом смесителя 1 Недостатком этого измерителя является отсутствие возможности автоматического выбора пределов измерения при работе устройства в составе информационно-измерительных систем. Это обусловливается трудностями переключения пределов (эталонных резисторов) на высокой частоте 1-100 МГц в вьшосном пробнике. Наиболее близким по техническому рещению к предлагаемому является измеритель активной и реактивной составляющих полного сопротивления, содержащий опорный генератор, включенный последовательно с эталонным сопротивлением и внешней клеммой для подключения измеряемого сопротивления, причем вход сигнального канала стробоскопического преобразователя подключен к внешней клемме, а опорного канала - к выходу опорного генератора, выходь этих каналов подключены к входам дифференциального усилителя, кроме того выходы сигнального канала и дифференциального усилителя подключены к вычислительному блоку, который содержит второй дифференциальный усилитель, регулируемый фазовращатель, индикатор равенства фаз, операционный усилитель, источник опорного напряжения с двумя переменными резисторами, нуль-орган, фазовращатель, усилители-ограничители, стробированные усилители и индикаторы .составляющих полного сопротивления, ключи и отсчетное устройство 2. Недостатками этого устройство являются: отсутствие возможности автоматического вы бора пределов измерения при работе его в составе информационно-измерительных систем, что обусловливается трудностями в переключении пределов (эталонных резисторов) на частотах 1-100 МГц в вьшосном пробнике; отсутствие возможности нормирования напря жения на измеряемом импедансе; большая погрешность измерения составляющих полного сопротивления (активной, реактивной или модуля и аргумента); она обусловлена тем, что при определении активной и реактивной составляющих или модуля и аргумента комплексного сопротивления используют ся амплитудно-фазовые соотношения между на пряжениями, выделяемыми на эталонном резис торе и измеряемом сопротивлении. Цель изобретения - повышение. точности измерения и расширение функциональных возмож ностей измерителя. Поставленная цель достигается тем, что в стробоскопический измеритель модуля и аргумента комплексного сопротивления, содержащий задающий генератор, двухканальный стробоскопический преобразователь, источник опорного напряжения, два усилителя, индикатор, вы числительный блок, блок управления, внешние клеммы для подключения измеряемого сопротивления, причем сигнальный вход стробоскопического преобразователя подключен к внешней клемме, вычислительный блок соединен с индикатором, введены два управляемых резистора, конденсатор, две индзтстивности, цифровой омметр, аттенюатор, фазочувствительный вольтметр, два дифференциальных компаратора цифровой низкочастотный фазометр, причем вы ход задающего генератора подключен через пер вый управляемый резистор к входу опорного канала стробоскопического .преобразователя, а через конденсатор и второй правляемый резистор - к внешней клемме, выход сигтнального канала стробоскопического преобразователя соединен с одним из входов первого дифферен циального компаратора, фазочувствительного вольтметра и цифрового низкочастотного фазометра, выход опорного канала стробоскопического преобразователя соединен с другим входо фазочувствительного вольтметра и цифрового низкочастотного фазометра, а через аттенюатор подключен к одному из входов второго дифференциального компаратора, второй вход которого соединен с выходом фазочувствительного вольтметра, а его выход подключен через первый усилитель постоянного тока к управляющему входу второго управляемого резистора, кроме того один вход цифрового омметра подключен через первую индуктивность к одному из выводов второго управляемого резистора, второй вход цифрового омметра подключен через вторую индуктивность к другому выво.ду второго управляемого резистора, а кодовые выходы цифрового омметра подключены к входам вычислительного блока, другие входы которого соединены с кодовыми выходами цифрового низкочастотного фазометра, выход управляемого источника опорного напряжения подключен к другому входу первого дифференциального компаратора, выход которого через второй усилите.Ш) постоянного тока соединен с управляющим входом первого управляемого резистора. На фиг. 1 представлена блок-схема предпагаемого стробоскопического измерителя; на фиг. 2 - векторные диаграммы напряжений. Стробоскопический измеритель содержит задающий генератор 1, первый управляемый резистор 2, конденсатор 3, второй управляемый резистор 4, измеряемое комплексное сопротивление 5, стробоскопический преобразователь 6, фазочувствительный вольтметр 7, первый дифференциальный компаратор 8, цифровой низкочастотный фазометр 9, аттенюатор 10, второй дифференциальный компаратор 11, первый усилитель постоянного тока 12. цифровой омметр 13, две индуктивности 14 и 15, вычислительный блок 16, источник опорного напряжения 17, второй усилитель постоянного тока 18, индикатор 19 и блок управления 20. Стробоскопический измеритель модуля и аргумента комплексного сопротивления работает следующим образом. Высокочастотное -напряжение, снимаемое с задающего генератора 1, поступает через первый Ry управляемый резистор 2 (оптрон, диод или фото резистор), конденсатор 3, второй Ryz ЗТфавляемый резистор 4 на измеряемое Z комплексное сопротивление 5. Амплитуднофазовые соотношения высокочастотных напряжений Ugj, снимаемых с выхода первого управляемого резистора 2 и 0, вьщеляющееся на Z-, преобразуются стробоскопическим преобразователем 6 на низкую частоту. Активная составляющая преобразованного напряжения U, измеренная фазочувствительным во.пьтметром 7, сравнивается в дифференциальном компараторе 11 с половиной амплитуды преобразованного напряжения 0, , полученной на выходе аттенюатора 10. Разностное напряжение усили57вается усилителем постоянного тока 12 и воздействует на второй управляемый резистор 4 до тех пор, пока оно не будет минимальным. При этом справедливо ll4J-V «0-| Jxj- C 7-cH- H- jRy l onl loHbgJ-IVKrCOSc, (2) коэффициенты преобразогде К„„, К вания опорного и сигнального каналов стробоскопи ческого преобразователя 6 « фазовый сдвиг между напряжениями и и Upy, и в случае, если К,о 0,5, ™сЛ Учитывая, что напряжение xi zf7iR t2ZxRy2Cosv/ где К,о 0,5, К, К К. 1; а после подстановки в выражение (2) и преобразования его модуля Zxl определится как 0,5Ri,2ico&UJxtC05U)x.) 0,5 л-COS Ц), После анализа выражения (3) видно, что модуль |Zjjj равен величине R второго управляемого резистора 4. Ry2.(4) Измерив цифровым омметром 13 велич шу Ву2, можно судить о велисине модуля |Zjjl . Индуктивности 14, 15 и конденсатор 3 необходимы для развязки цепей по постоянному и переменному току. Блок управления 20 служи для синхронизации работы блоков измерителя. Цифровой низкочастотный фазометр 9 измеряет угол а. Аргумент комплексного сопротивления нри соблюдении равенства (2) ра вен удвоенному значению угла а , 2а(5) В вычислительном блоке 16 определяются модуль и аргумент измеряемого комплексного сопротивления R zJcos ; X Iz l-sin Ix, а результат выводится на индикатор 19. Необходимая величина высокочастотного напряжения Uj устанавливается автоматически с помощью первого управляемого резистора 2. Напряжение U сравнивается в дифференциальном компараторе Я с постоянным напряжением UQ, снимаемым с выхода источника опорного напряжения 17. Разница этих напряжений усиливается усилителем постоянного тока 18 и воздействует на первый управляемый резистор 2 до тех пор, пока 0 UQ. Таким образом, в изобретении есть возможность автомaJичecки нормировать высокочастотное напряжение на измеряемом комплексном сопрошвленго 5. Погрешность измерения модуля и аргумента меньше, чем в известной техническом решении, так как погреигностн AIjf и у„ отсутствуют, если обеспечить условие у (if j, где 7 0,1 и 7с - погрешности опорного и сигнального каналов стробоскопического преобразователя 6 соответственно, а 7т - погрешность измерения модуля комплексного сопротивления. Формула изобретения Стробоскопический измеритель модуля и аргумента комплексного сопротивления, содержащий задающий генератор, двухканальный стробоскопический преобразователь, источник опорного напряжения,, два усилителя, индикатор, вычислительный блок, блок управления, внешние клеммы для подключения измеряемого сопротивления, причем сигнальный вход стробоСкопиче 1кого преобразователя подключен к внешней клемме, вычислительный блок1соединен с индикатором, отличаюшийся тем, что, с целью повышения то1шости измерения и расширения функциональных возможностей измерителя, в него введены два управляемых резистора, конденсатор, две индуктивности, цифровой омметр, аттенюатор, фазочувствительный вольтметр, два дифференциальных компаратора, цифровой низкочастотный фазометр, причем выход задающего генератора подключен через первый управляемый резистор к входу опорного канала стробоскопического преобразователя, а через конденсатор и второй управляемый резистор - к внешней клемме, выход сигнального канала стробоскопического преобразователя соединен с одним из входов первого дифференциального компаратора, фазогувствительногр вольтметра и цифрового низкочастотного фазометра, выход опорного канала стробоскопического преобразователя соединен с другим входом фазочувствительного вольтметра и цифрового низкочастотного фазометра, а через аттенюатор подключен к одному из в.ходов второго дифференш1ального компаратора, второй вход которого соединен с выходом фазочувствительного вольтметра, а его выход подключен через первый усилитель постоянного тока к управляющему входу второго управляемого резистора, кроме того один вход цифрового омметра подключен через первую индуктивность к одному из выводов второго управляемого резистора, второй вход цифрового омметра подключен через вторую индуктивность к другому выводу второго управляемого резистора, а кодовые выходы цифрового омметра подключены к входам вычислительного блока, другие входыкоторого соединены с кодовыми выходами цифрового ,низкочастотного фазометра, выход управляемого источника опорного напряжения подключен к другому входу первого дифференциального компаратора, выход которого через второй усилитель постоянного тока соединен с управляющим входом первого управляемого резистора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3260936, НКИ 324-57, 2.Авторское свидетельство СССР № 564608, кл. G 01 R 27/02, 24.11.75 (прототип).

1111

/5 Йл.У

/

)

)

i

Г

Фяг.1