Цифровой измеритель -пара-METPOB Советский патент 1981 года по МПК G01R27/02 G01R27/26 

I

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может найти применение при измерении RLC-napaметров в широком частотном диапазоне.

Известен цифровой измеритель сопротивления , емкости,индуктивности, содержащий управляемый генератор синусоидального напряжения, преобразователь изменения параметров цепи в напряжение, измеритель отношения временных интервалов, цифровой измеритель периода, два коммутатора, источник напряжения постоянного тока 1 .

Несмотря на введение существенных технических усложнений, это устройство обеспечивает измерение только на фиксированных частотах со сравнительно низкой точностью, так как результат измерения зависит от значения напряжения источника постоянного тока, коэффициента пропорциональности преобразователя временного интервала, чувствительности формирователя разностных временных интервалов .

Наиболее близким к предлагаемому является цифровой измеритель RLC-naраметров, содержащий генератор синусоидального сигнала, последовательно соединенные переключатель, интегратор, блок сравнения, селектор, цифровой делительный блок, цифровой отсчвтный блок, причем второй вход блока сравнения соединен с общей шиной, к другому входу селектора подключены последовательно соединенные второй переключатель, второй интегратор,

второй блок сравнения, а третий вход селектора связан с выходом генератора импульсов, блок управления, источник опорного напряжения, управляющий вход которого соединен с выходами

первого и второго интеграторов, а выход - с сигнальными входами первого и второго переключателей, а также блок образцовых элементов, другой выход которого соединен с сигнальным

входом ключа общей шиной и одним из входных зажимов устройства, второй входной зажим которого связан с полюсом генератора синусоидального напряжения, второй полю которого

подключен ко входу резистора и второму входу формирователя временных интервалов, выход которого соединен с выходом первого интегратора, а соответствующие выходы блока управ(Ления связаны с управляющими входами

ключа, блока образцовых элементов, переключателей, селектора, цифрового делительного блока, цифрового отсчетного блока и формирователя временных интервалов 2 .

Недостатком этого устройства является снижение точности измерения при расширении частотного диапазона, обусловленное зависимостью уровня выходного напряжения интегратора от периода исследуемых колебаний.

Цель изобретения - повышение точности измерения в расширенном частотном диапазоне.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель RLCпараметров, содержащий источник синусоидальногр напряжения, первый полюс которого подключен к сигнальному входу первого переключателя и первому входному зажиму устройства, второй входной зажим которого соединен с общей шиной и входом образцового элемента, второй полюс источника синусоидального напряжения подключен ко входу формирователя временных интервалов , выход которого подсоединен ко входу блока управления, выходы которого связаны с управляющими входами первого, второго и третьего переключателей , формирователя временных интервалов, образцового элемента селектора, цифрового делительного блка и цифрового отсчетного блока, второй сигнальный вход второго переключателя подсоединен к выходу источника опорного напряжения, а выход его связан с последовательно соединенными интегратором, блоком сравнения, селектором, цифровым делительным блоком и цифровым отсчетным блоком, причем третий вход селектора подключен к выходу генератора импульсов, второй вход блока сравнения соединен с общей шиной, а выход интегратора связан со входом блока управления, введены квадратурный фазовращатель и перемножитель мгновенных значений напряжения и тока, первый выход которого соединен со входом формирователя временных интервалов, а первый вход перемноЖителя подключен к выходу образцового элемента и второму сигнальному входу первого переключателя, выход которого соединен со входом квадратурного фазовращателя и первым сигнальным входом третьего переключателя, второй сигнальный вход которого соединен с выходом квадратурного фазовращателя, а выход его подключен ко второму входу перемножителя мгновенных значений напряжения и тока, второй выход которого связан с первым сигнальным входом второго переключателя, управляющий вход источника опорного напряжения соединен с выходом блока управления На чертеже представлена блок-схеМа цифрового измерителя.

Измеритель RLC-параметров содержит источник 1 синусоидального напряжения, исследуемый объект 2,первый переключатель 3, образцовый элемент 4, перемножитель 5 мгновенных значений напряжения и тока, формирователь 6 временных интервалов, блок 7 управления, квадратурный фазовращатель 8, третий переключатель 9, второй переключатель 10, источник 11 опорного напряжения, интегратор 12, блок 13 сравнения, селектор 14, цифровой делительный блок 15, цифровой отсчетный блок 16, генератор 17 импульсов.

Измеритель работает следующим образом.

В цепи источника 1 синусоидального напряжения, дающего напряжение U(t) U sinwt, протекает ток

Л)(со1-ц)) , (1)

где Z - модуль комплексного сопротивления Z (полное сопротивление) цепи; (р - разность фаз напряжения и

тока. Падение напряжения

UxW v xS n{ut-cf t J (2)

снимаемое с исследуемого элемента 2, обладающего в общем случае комплексным сопротивлением Z. , через переключатели 3 и 9 подается на вход

, перемножителя 5. Комплексным характером сопротивления Z х модуль которого Z )j , обусловлен угол сдвига (х напряжения UJt) относительно тока Mt) ,

С учетом (1) и (2) напряжение на

0 выходе перемножителя 5 определяется выражением

U,lthKi MU,(l).

(u)t-if)sin(c)t-9-(fx)

(3)

1 I у I 2 xbo«4x-cos(2()-q,,)

где k - коэффициент передачи перемножителя 5.

В течение промежутка времени , который устанавливается формирователем б временных интервалов

по частоте т напряжение (3)

через переключатель 10 поступает на вход интегратора 12, на выходе которого в конце первого такта интегрирования напряжение

иТ .Uldt2 r,rR,,4)п Ь Z. - постоянная времени интегрирующей цепи; Rx2ixC05(f активная составляющая комплексного сопротивле ния. На время длительности второго такта интегрирования открьшается се лектор 14, а через переключатель 10 на вход интегратора 12 поступает с выхода источника 11 опорное напряже ние UQ,, . Интегрирование U длится д момента tj равенства нулю выходного напряжения интегратора 12, который фиксируется блоком 13 сравнения. Пр откуда ..-R. В цифровом делительном блоке 16 за время t2 зафиксируется код числа JpKUmnT Nr-Vl z auonВо втором цикле аналого-цифровог преобразователя на вход перемножите ля 5 через переключатель поступает падение напряжения, снимаемое с образцового элемента 4, которое при изменении активной составляющей R исследуемого сопротивления 2, выбир ется чисто активным. В первом такте второго цикла пре образования выходное напряжение перемножителя 5 м 2 UniUl-xUtlUoW-K Kosin {wt-(p) ин егрируется интегратором 12 в течение времени пТ, а во втором такте это напряжение преобразуется во вре менной интервал ,.г . KUrnji з ГтёТи За промежуток времени t с выхода селектора 14 на вход цифрового делительного блока 15 поступит числ импульсов «..« В цифровом делительном блоке 15 выполняется операция деления iQкU пт Ъ I Код числа , зафиксированный блоком 15, пропорциональный значению синфазной составляющей исследуемого элемента 2 Измерение квадратурной составляющей комплексного сопротивления 2 j происходит аналогично измерению активной составляющей R } , При этом в качестве Zx выбирается сопротивление с емкостным или индуктивным характером с постоянным значением известной емкости С о или индуктивности LQ, Адаптация к роду измеряемого сопротивления (индуктивного или емкостного) обеспечивается введением связи с выхода интегратора 12 на вход блока 7 управления. Переключатель 9 переводится блоком 7 управления во второе положение, при котором сигнал, поступающий на второй вход перемножителя 5, подается через квадратурный Фазовращатель 8. При этом исследуемый сигнал Ux(.S4n(wt-Cp-4),) . поступает на вход перемножителя 5, выходное напряжение которого (T)z.(wt-(p)5in(ub(f-() преобразуется методом двухтактного интегрирования. К концу второго такта интегрирования первого цикла преобразования имеем о 1 liK /Urnf tJ 2 IT) о )s(tf,-|)((ol-(f)-q3, -t .(10} где k-j - коэффициент преобразования квадратурного фазовращателя 9. Полярность напряжения О, выбирается во втором такте интегрирования противоположной полярности напряжения (9) на выходе интегратора 12, которая,в свою очередь, зависит от мкостного Kim индуктивного хсфактеа сопротивления 7, х Согласно (10), за время t. открыого состояния селектора 14 в цифроом делительном блоке 15 зафиксирутся код числа 1оК«фитпТ . ,... oV: , Во втором цикле преобразования (переключатель 3 переведен в нижнее оложение) падение Нсшряжения, сниаемое с образцового элемента 4, оступает на второй вхоД перемножнеля 5. Выходное напряжение перемноителя 5 ) s()s() преобразуется аналогично. При этомв конце второго такта интегрировани во втором цикле преобразования выход ное напряжение интегратора 12 приме вид „т. (IUrn Г ( 1 т)т-ЫЧ°К) ° 5 2(cot-Cf)-c o4 4jlJon c3bf. а в цифровой.делительный блок 15 в течение промежутка времени поступит число импульсов loS-lncpo Д12) 27.2Uon где If о - угол сдвига фаз между вектором тока i (t) и напряжением на образцовом элементе 4. В результате выполнения операции деления в блоке 15 зафиксируется значение квгшратурной составля ющей исследуемого элемента 2 Н-ь ..QSinCpo- (13) Поскольку при емкостном характере сопротивлений z у и z© справедли во Zj sincp 1/we 5,1 ZQsinCpQ 1/wCo, то подставив эти значения в (13) , имеем Vi4 Сх (14} При индуктивном характере исследуемого элемента 2 Z jslncp 63Lx, i ПъОд (i) GO , , тогда, согласно (13) значение измеряемой индуктивности определяатся выражением Анализ (3) , (14) и (15) показывает что на результат измерения значений синфазной и квадратурной составляющих исследуемого элемента 2 не влия ют значения параметров со , k ,kcp Um г jUgujfjj элементов, входящих в цепь аналого-цифрового преобразования. Стабильность этих параметров требуется обеспечить только на время преобразования При измерении квадратурной составляющей z s i п cf коэффициент преобразования J(p фазовращателя не оказывает влияния на результат измерения. Он должен обес печить лишь точный сдвиг фаз, равны 90 эл.град. При увеличении значения частоты U) число п периодов берется большим для поддержания одинаковой чувстви тельности аналого-цифрового преобр зования в диапазоне частот. Таким образом, перечисленные свойства предлагаемого цифрового измерителя RLС-параметров обеспечивают возможность расширения частотного диапазона и повышения точности измерения по сравнению с известным устройством. Формула изобретения Цифровой измеритель RLC-параметров, содержащий источник синусоидального напряжения, первый полюс которого подключен к сигнальному входу первого переключателя и первому входному зажиму устройства, второй входной зажим которого соединен с общей шиной и входом образцового элемента, второй полюс источника синусоидального напряжения подключен ко входу формирователя временных интервалов, выход которого подсоединен ко входу блока управления, выходы которого связаны с управляющими входами первого, второго и третьего переключателей, формирователя временных интервалов, образцового элемента, селектора, цифрового делительного блока и цифрового отсчетного блока, второй сигнальный вход второго переключатели подсоединен к выходу источника опорного напряжения, а выход его связан с последовательно соединенными интегратором, блоком сравнения, селектором, цифровым делительным блоком и цифровым отсчетным блоком, причем третий вход селектора подключен к выходу генератора импульсов, второй вход блока сравнения соединен с общей шиной, а выход интегратора связан со входом блока управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности в расширенном частотном диапазоне, введены квадратурный фазовращатель и перемножитель мгновенных значений напряжений и тока, первый выход которого соединен со входом формирователя временных интервалов, а первый вход перемножителя подключен к выходу образцового элемента и второму сигнальному входу первого переключателя, выход которого соединен со входом квадратурного фазовращателя и первым сигнальным входом третьего переключателя, второй сигнальный вход которого соединен с выходом квадратурного фазовращателя, а выход его подключен ко второму входу перемножителя мгновенных значений напряжения и тока, второй выход которого связан с первым сигнальныги входом второго переключателя, управляющий вход источника опорного напряжения соединен с выходом блока управления, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 467302, кл.С 01 R 27/26, 1972, 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2518035, КЛ.6 01 R 27/26, 1977 (прототип),

ff