Преобразователь параметров трехэлементныхдВуХпОлюСНиКОВ B НАпРяжЕНиЕ Советский патент 1981 года по МПК G01R27/02 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ В НАПРЯЖЕНИЕ

1

Изобретение относится к устройствам контроля, преобразования и измерения параметров электрических цепей и определяе ых ими величин.

Известен автоматический мост, позволяющий измерять параметры трехэлементного двухпо.пюсника. Его работа основана на подаче коротких и длинных импульсов напряжения на содержащую исследуемый и образцовый двухполюсники мостовую цепь и последукнцем ее уравновешивании регулировкой параметров образцового двухпо.люсника 1 .

Однако подача коротких и длинных импульсов равносильна пропусканию через иссследуемый объект тока высокой частоты и постоянного тока, что не всегда допустимо, так как может вызвать необратимые изменения в объекте, например, в объектах электрохимической или биологической природы.

Известен также преобразователь, работа которого основана на подаче полигармонического сигнала на содержащую исследуемый и образцовый двухполюсники цепь сравнения, на формировании зависящего от параметров двухполюсников напряжения и на уравновешиваний цепи сь-авнения путем

минимизации (сведения к нулю) сформированного напряжения регулировкой параметров образцового двухполюсника, Этот преобразователь параметров трехэлементных ДВУХПО.ПЮСНИКОВ в напряжение содержит генератор полигармонического сигнала, подключенный через резисторы ко входам двух операцион. ных усилителей, в обратную связь

одного из которых включен исследуемый двухполюсник, а в обратную связь другого - образцовый двухполюсник с регулируемыми элементами и с идентичной исследуемому двухполюснику

схемой; выходы операционных усилителей подключены к вычитающему блоку, выход которого соединен с формирователем; три идентичных канала уравновешивания, каждый из которых состоит из последовате.льно соединенных блоков выборки и хранения, управ.ляемого ключа; и суммирующего интегратора, причем выходы блоков выборки и хранения подключены к .выходу формирователя, а выходы суммирующих интеграторов - к управляющим входам регулируемых элементов образцового двухполюсника и ВЫХОДНЕЛМ зажимам; блок задания напряжений пробных воздействий, выходы которого соединеиы с соответствующими входами суммирующих интеграторов; блок управления, соединенный с управляющими входами ключей и блоков выборки и хранения, блоком задания напряжений пробных воздействий и формирователем C2J. Недостаток такого преобразователя заключается в его низком быстродействии (что важно для ряда практических задач, например, при исследованиях быстропротекающих процессов Это объясняется тем, что в известном преобразователе в процессе уравновешивания, представляющем собой поиск минимума выходного напряжения формирователя.По трем переменным, используются пробные воздействия по всем трем переменным, что, естественно, задерживает поиск. Поверхность минимизируемой функции в пространстве пе ременных оказывается сложной, что до полнительно затягивает процесс уранновешивания. Цель изобретения - повышение быст родействия преобразователя. Поставленная цель достигается тем что в преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников в напряжение , содержащий генератор полигармонического сигнала, подключенный через резисторы ко входам двух операционньйк усилителей, вычитающий бло формирователь, блок- задания напряжеНИИ пробных воздействий, блок управления и три канала уравновешивания, два из которых идентичны и каждый состоит из последовательно соединенных блоков выборки и хранения, управляемого ключа и суммирующего ин тегратора, а в третьем имеются управляемый ключ и интегратор, причем в обратную связь одного из операционных усилителей включен исследуемый двухполюсник, а в обратную связь другого - образцовый двухполюсник с регулируемыми элементами, выходы операционных усилителей подключены к вьгчитакяцему блоку, выход которого соединен с основным входом формиров теля, выходом подключенного к рабочим входгил блоков выборки и хранения, а управляющим входом - к соответствующему выходу блока управлени другие выходы которого подключены соответственно к управляющим входам ключей, блоков выборки и хранения и блока задания напряжения пробных воздействий, выходами подключенного к входам соответствующих суммирующи интеграторов, выходы которых подклю чены к управляющим входам регулируе мых элементов и выходным зажимам, в Третий канал, уравновешивания допо нительно введены множительное звено управляемый интегратор и нуль-орган причем один вход множительного звен подключен к выходу вычитающего блока, другой - к генератору полигармонического .сигнала, а выход - чере управляемый ключ к интегрирующему входу управляемого интегратора, управляющий вход которого подключен к соответствующему выходу блока управления, а выход - к входу интегратора и через нуль-орган к входу блока управления. На чертеже представлен преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников в напряжение, схема. Преобразователь содержит генератор полигармонического сигнала 1, подключенный через резисторы 2 и 3 к операционным усилителям 4 и 5; исследуемый двухполюсник с элементами б, 7 и 8 в обратной связи усилителя 4; образцо вый двухполюсник с регулируемыми элементами 9, 10 и 11 в обратной связи усилителя 5;. вычитающее устройство 12; формирователь 13; блоки 14 и 15 выборки и хранения; множительное звено 16; управляемые ключи 17, 18 и 19; суммирующие интеграторы 20 и 21; интегратор 22;выходные зажимы 23, 24 и 25; блок 26 задания напряжений пробных воздействий, блок 27 управления; управляемый интегратор 28 и нуль-орган 29. Блок 14 выборки и хранения, управляемый ключ 17 и интегратор 20 образуют один из каналов уравновешивания, блок 15 выборки и хранения, управляемый ключ 18 и интегратор 21 образуют другой канал уравновешивания, идентичный первому. Третий канал уравновешивания образован множительным звеном 16, управляемым ключом 19, интегратором 22, управляемым интегратором 28 и нульорганом 29. Значения параметров элементов 9, 10 и 11 однозначно определяются значениями выходных напряжений соответственно интеграторов 21, 20 и 22. Преобразователь работает следующим образом. В исходном состоянии ключи 17 и 18 разомкнуты, а ключ 19 замкнут. Выходные напряжения интеграторов 20, 21 и 22 равны некоторым начальным значениям (i2o 2л Uja г параметры образцового двухполюсника - начальным значениям Сд (емкость элемента 9), , (проводимость элемента 10) и R.. (сопротивление резистора 11) . На первом такте по команде блока управления, поступающей на управляющий вход интегратора 28, на выходе последнего формируется напряжение 28 (5 )(t}dt, (1) деи, и - выходные напряжения усилителей 4 и 5 / е(t) - напряжение генератора 1 Т - время интегрирования, определяемое командой блока управления. Это напряжение поступает на интегратор 22, под действием выходного напряжения которого сопротивление R резистора 11 изменяется до значения , при котором U28 О .(напряжение 1)22 при этом принимает некоторое значение U. ) . В этот момент нульорган 22 вырабатывает сигнал, по которому блок 27 управления размыкает ключ 19. На втором такте по команде блока управления на выходе блока 13 формируется напряжение v.,Ko.(o,..u;,Vujv,(a) где время интегрирования Т определяется командой блока управления, значение п равно, например 2. Затем по команде блока 27 управления с блока 26 на интегратор 20 подается напряжение пробного воздействия, в резуль тате чего напряжение на его выходы принимает значение + лUM( - приращение, определяемое размером напряжения пробного воздействия), а проводимость 10 - значение д На выходе блока 13 по команде блока управления формируется напряжение .и.и,)ЛгКо.21.2а которое запоминается блоком 14 выбор ки и хранения. После этого по сигналу с блока 26 выходное напряжение интегратора 20 принимает прежнее значение Ujo , а проводимость 10 значение g)f . На третьем такте сначала формируется напряжение (1), затем по команде блока27 управления с блока 26 на интегратор 21 подается напряжение пробного воздействия, в результате чего напряжение на его выходе принимает значение Uj +&U а емкость 9 - значение . На выходе блока 13 по команде блока 2) управления формируется напряжениея / 1 и , , „ , 1% -«bv 2O 2i (.) которое запоминается блоком 15 выбор ки и хранения. После этого по сигналу с блока 26 выходное напряжение интегратора 21 принимает прежнее значение u , а емкость 9 - значение На четвертом такте по сигналам бл ка управления одновременно замыкаются ключи. 17 и 18, запомненные напряжения u-v{,| и поступают соответственно на интеграторы 20 и 21, в результате чего их выходные напряжения принимают новые значения Uj и UL , а емкость 9 и проводимость 10 - значения Сд и д . После окончания : переходных процессов ключи 17 и 18 размыкаются, а ключ 19 замыкается. Затем снова осуществляются первый второй, третий и четвертый такты работы преобразователя и т.д. до полного уравновешивания, когда спра ведливо равенство. U4 (iy . После окончания переходньлх процессов в цепях преобразователя на его выходных зажимах 23, 24 и 25, устанавливаются напряжения, пропорциональные параметрам исследуемого двухполюсника. U24-c ; , (5) где g, С и Rg - проводимость, емкость и сопротивление соответственно элементов 7, 6 и 8. Процесс уравновешивания, когда уравновешивание по одной из перемен ной осуществляется без пробных воздействий, вьщеляет лишь незначительное время на осуществление. Одновременно за счет сокращения числа переменных, по которым поиск осуществляется с пробными воздействиями. время процесса уравновешивания дополнительно сокращается. Формула изобретения Преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников в напряжение, содержащий генератор полигармонического сигнала, подключенный через резисторы ко входам двух операционных усилителей, вычитающий блок, формирователь, блок задания напряжений пробных воздействий, блок управления и три канала уравновешивания, Д « которых идентичны и каждый состоит из последовательно соединенных блоков выборки и хранения, управляемого ключа и суммирующего интегратора, а в третьем имеются управляемый ключ и интегратор, причем в обратную связь одного из операционных усилителей включен исследуемый двухполюсник, а в обратную связь другого - образцовый двухполюсник с регуЛируемымн элементами, выходы операцио иь усилителей подключены к вычитающему блоку, выход котоЕЮго соединен с основным входом формирователя, выходом подключенного к рабочим входам блоков выборки и хранения, а управляющим входом - к соответствующему вЕлходу блока управления, другие выходы которого подключены соответственно к управляющим входам ключей, блоков выборки , и хранения иг блока задания напряжений пробных, .воздействий, выходами подключенного к входам соответствующих суммирующих интеграторов, выходы которых подключены к управляющим входам регулируемых элементов и выходным зажимам, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в третий канал уравновешивания дополнительно введены множительное звено, управляемый интегратор и нульорган, причём один вход множительногр звена подключен к выходу вычитаюцего блока, другой - к генератору г полигармонического сигнала, а выход через управляемый ключ к интег.рируюдему входу управляемого интегратора, управляющий вход которого подключен к соответствующему выходу блока управления, а выход - к входу интегратора и через нульторга.н к входу блка управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Кнеллер В. Ю. и Боровских Л.П. Измерение параметров объектов, представляекых многоэлементными двухполюсниками - Измерения, контроль, автоматизация, № 3 (7), 1976, с.6,8 рис. 5 (прототип).