Устройство для измерения электрических параметров четырехполюсника Советский патент 1980 года по МПК G01R27/28 G01R17/10 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКОВ

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и можеЧг использоваться для определения погрешности преобразования, коэффициента .гармоник и уровня шумов активных и 5 пассивных линейных четырехполюсников, например интеграторов, масштабных преобразователей и дифференцирующих звеньев.

Известно устройство для измерения 10 параметров испытуемого четырехполюсника, содержащее генератор, обра.зцовый четырехполюсник с известными параметрами и индикатор напряжения 1 . 15

Недостатком его является необходимость метрологической аттестации образцового четырехполюсника.

Известно также устройство, содер- 20 жащёе трансформаторный мост, с одним из плеч которого соединен исследуемый четырехполюсник, а с другим - операционный усилитель, резисторы, конденсаторы, генератор переменного 25 тока и вольтметр 2 . Резисторы и конденсаторы образуют пассивный многополюсник с регулируемым по модулю и фазе коэффициентом передачи. Регулировкой параметров резисторов ЗО

и конденсаторов достигается равновесие схемы.

Недостатком устройства является низкая производительность измерений и необходимость метрологической проверки параметров операционного усили еля.

Целью изобретения является уменьшение погрешности преобразования и повышение йроизводительности измерений.

Цель достигается тем, что ройство, содержащее генератор переменного напряжения, Ъыход которого соединен с входом вольтметра, с одним из выводов линейного пассивного многополюсника и с одним из входов устройства, введены усилитель, инвертирующий и неинвертирующий масштабные преобразователи, два переключателя, резистор, компенсатор переменного Toifа, дифференциальный усилитель и второй вольтметр, при этом, второй вход устройства соединен с подвижным контактом первого переключателя, первый неподвижный контакт которого через неинвертирующий масштабный преобразователь соединен с одним из неподвижных контактов эторого переключателя, а второ.й неподвижный контакт через инвертирующий масштабный преобразователь соеди нен с другим неподвижным контактом второго переключателя, подвижный ко такт которого подключен к второму выводу линейного пассивного многополюсника, а третий вывод последнего соединен с входом усилителя, выход которого подключен к первому выводу резистора и к одному из входо дифференциального усилителя, второй вход которого соединен, с вторым выво дом резистора и с выходом компенсатора переменного тока, входом соеди ненного с выходом генератора переме ного на:пряжения, причем выход дифф рендиального усилителя подключен к входу второго вольтметра, На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема многополюсника. Ьстройство содержит генератор i переменного напряжения, вольтметр 2 исследуемый четьарехполюсник 3, первый и второй переключатели 4 и 5, неинвертирующий масштабный преобразователь 6,инвертирующий масштабный преобразователь 7, линейный многополюсник 8, точки (Соединения 9, 10. и 11, первый и второй двухполюсники .12 и 13, усилитель 14, компенсатор 15 переменного тока, резистор 16, дифференциальный усили-тель 17, воль метр 18, 19 и 20 - первыйИ второй входы устройства . Устройство работает следующим об разом. -. Напряжение синусоидальной формы генератора 1, контролируемое вольтметром 2, поступает На вход йсслёдуемого четырёхполюсника 3. Если последний инвертирует сигнал, то его выход соединяется переключателя ми 4 и 5 с неинвертирующим масштаб ным преобразователем 6. Выход неинвертирующего испытуемого четырёгсполюсника 3 соединяется переключате ми 4 и 5 с инвертирующим масштабным преобразователем 7. Применение преобразователей 6 и позволяет всегда получить на их выходе инвертированный сигнал и прово дить испытания ненатружённого линей ного преобразователя. При необходимости последний может быть нагружен требуемым сопротивлением. Напряжение с выхода генератора 1 и преобразователя 6 (или 7) ПЬдвбдится к многополюснику 8 (фиг.2), причем двухполюсники 12 и 13, соединённые в точках 9, 10 и 11 с выходом генератора, 1, переключателем и входом усилителя 14, имеют такие сопротивления Х и Ь соответственно, что их отношение при заданной ча стоте

.2(J

(1) l(jW)

.),

(3) 65 ГД® постоянное число. равно номинальному коэффициенту пре образования по напряжению испытуемого четырехполюсника 3. Двухполюсники 12 и 13 образованы элементами с постоянными R и С . Напряжение с выхода многополюсника 8, обусловленное погрешностью испытуемого четырехполюсника 3,а также его нелинейнйми искажениями и шумами, поступает на вход операционного усилителя 14, Модуль коэффициента усиления которого существенно больше единицы. Выходное напряжение этого усилителя поступает на вход компенсатора 15 переменного тока с избирательным индикатором, рабочее напряжение которого поступает с выхода генератора 1. Показания уравновешенного на основной частоте компенсатора 15 пропорциональны погрешности и.спытуемого четырехполюсника 3, а напряжение неравновесия обусловлено высшими гармониками, связанными с нелинейными искажениями и шумами четырехполюсников. Для определения этих величин между компенсатором 15 и усилителем .14 включен резистор 16 с дифференциальным усилителем 17. Свыходом последнего соединен вольтметр 18 для измерения действующего sriaчеения напряжения. Если необходимо.определить параметры неинвертирующего преобразователя 6, то его вход соедйняетсй с выходом генератора 1, а вр1ход - с многополюсником 8. Для испытания инвертирующего преобразователя .7 последний включается вместо четнгрехполюсника 3 и соединяется, переключателями 4 и 5 с Неинвертирующим преобразователем 6 и многойолюсйиком 8. При правильном выборе параметров преобразователей 6 и 7 нелинейность коэффициентов преобразования последних может быть сделана пренебрежимо малой. Параметры испытуемого четырехполюсника 3 могут быть найдены с помощью следующих соотношений. Если напряжение на входе линейно-, го четырехполюсника 3 равно IJ , а на выходе преобразователя 6 (или 7J - и,, .то составляющая напряжения Uj Основной частоты на входе операционного усилителя 14 равна iiHAi l: e J.u 1.,Л1) где Kri-(j(j«3) - действительное значение коэффициента преобразования по напряжению четырехполюсников . Коэффициент преобразования К операционного усилителя 14 выбирается равным Точность подбора ko и усилителя 14 может быть невысокой, так как он предназначен для усиления си нала, обусловленного только тем, чт коэффициент передачи испытуемого че тырехполюсника отличается от заданного. Поэтому коэффициенты Kg и К ц могут быть измерены с невысокой точностью. Напряжение U на выходе усилителя 14определяется формулой (4) При уравновешивании компенсатора 15определяются две составляющие напряжения 11 : синфазная U и.квадратурная :. U4 U4e iU4cТак как рабочее напряжение Up ком пенсатора отличается от U, которое подается от генератора 1, то отсчеты Ugg и U5 синфазной и квадратурной составляющих напряжения по компенсатору равны 5С Из формул (4) - (7) находят выражение для погрешности преобразовани Л К при заданной частоте: lu e iuscb (8) --Ч-к ц-р Таким образом, синфазная и квадр турная составляющие погрешности ПЕЮ порциональны соответственно отсчётам ОддИ Ug по ког-шенсатору. Напряжение неравновесия, определяемое шумами и высшими га ониками на выходе преобразователя б (или 7}, измеряется по падению напряжения на резисторе 16, включенном между выходом усилителя 14 и входом кОмпенсатора 15. Мгновенное значение напряже ния Ug на входе вольтметра 18 равно U4(t)-U43t где Кд - коэффициент усиления дифференциального усилителя 17 Q, - проводимость резистора 16; Ug - сумма выходного сопротивления усилителя 14 и входного сопротивления компенсатора 15 (для последнего входное сопротивление определяется - при отсутствии рабочего напряжения) ; составлякадая первой гармО НИКИ частота напряжения ействукщее значение напряжения уравновешенном компенсаторе, ряемое вольтметром 16, равно 2 1 действую( значение напряжения U д (t высших гармоник, обусловленное нелинейными искажениями; 4ы ТО же для шумового сигнала. сли определитьнапряжение и 50 Цд (t) О, то можно определить фициент гармоник k р и напряжешумов на выходе усилителя « ,S.t/k.i ) Устройство может работать в-автоматизированном режиме, если задавать уровни входного сигнала. U и использовать цифровой вольтметр для измерения действующего значения напряжения и автокомпенсатор переменного тока. Формула изобретейия Устройство для измерения электрических параметров четырехполюсников,, содержащее генератор переменного напряжения, выход которого соединен с входом вольтметра, с одним из выводов линейного пассивного многополюсника , и с одним из входов устройства, отличающееся тем, что, с цельй уменьшения погрешности преобразования и повышения производительности измерений, в него введены усилитель, инвертирующий и неинвертирующий масштабные преобразователи, два переключателя, резистор, компенсатор переменного тока, дифференциальный усилитель и второй вольтметр, при этом второй вход устройства соединен с подвижным контактом первого переключателя, первый неподвижный контакт которого через неинвертирующий масштабный преобразователь соединен с одним из неподвижных контактов второго переключателя, а второй неподвижный контакт через инвертирующий масштабный преобразователь соединен с другим неподвижным контактом второго переключателя, подвижный контакт которого подключен к второму выводу линейного пассивного многополюсника, а третий вывод последнего соединен с входом усилителя, выход которого подключен к первому выводу рёэкстора и к одному из входов дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с вторым выводом резистора и с выходом компенсатора переменного тока, входом : соединенного с выходом генератора

переменного напряжения, причем выход дифференциального усилителя подключен к входу второго вольтметра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 287181, кл. G 01 R 17/10, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР № 503184, кл. G 01 R 17/10, 1976 (прототип).

JO

6// ({/г. 2