Преобразователь параметровНЕРЕзОНАНСНыХ ТРЕХэлЕМЕНТНыХдВуХпОлюСНиКОВ Советский патент 1981 года по МПК G01R27/02 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к измерению составляющих комплексных величин сопротивления, и может быть использовано при измерении параметро комплексных величин, несущих информацию об исследуемом объекте.

Известно устройство, позволяющее, измерять параметры нерезонансных пассивных трехэлементных двухполюсников, содержащее трансформатор, образцовые проводимости, усилители, амплитудный детектор огибающей, источник частотно-модулированного сигнала и амплитудно-дифференциальный указатель .

Недостатками устройства являются низкое быстродействие за счет того,что результат измерения получается путем последовательного приведения измерительной цепи в два состояния . квазиравновесия и последующего преобразования параметров двухэлементной цепи, а также ограниченные функциональные возможности, не позволяющие преобразовывать параметры двухполюсников последовательно-парешлельного типа.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является

преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников, содержащий источник частотно-модулированного сигнала, подключенный к входам основного управляемого делителя напряжения, сумматора напряжений и через исследуемый двухполюсник ко входу уси лителя,вход усилителя через первый образцовый конденсатор подключен к выхо0ду основного управляемого делителя напряжения и входу вольтметра, а через второй образцовый конденсатор -к выходу дополнительного управляемого делителя напряжения и входу измерителя от5ношения напряжений, выход усилителя соединен со входом дополнительного управляемого делителя напряжения, с другим входом измерителя отношения напряжений, со входом фазочувствительного индикатора и с другим входом

0 сумматора напряжений, выход которого соединен с другим входом фазочувствительного индикатора и через образцовый резистор со входом 1 змерителя от5ношения токов, другой вход которого через третий образцовый конденсатор соединен с выходом дополнительного управляемого делителя напряжения, управляющий вход которого соединен с, выходом фазочувствительного индикато 0 ,ра, выход измерителя отношения токов через амплитудный детектор огибающей соединен с управляющим входом основного управляемого делителя напряжения . Однако устройство имеет невысо™ кое быстродействие, обусловленное взаимосвязью контуров уравновешивания, и ограниченные функциональные возможности, не позволяющие преобразовывать параметры двухполюсников последовательно-параллельного типа, Цель изобретения - повышение быс тродействия и расширение функциональ ных возможностей. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь параметров нереэонансных трехэлементных двухполюсников, содержащий источник частотно-модулированного напряжения выход которого соединен с сигнальным входом управляемого делителя напряжения, амплитудный детектор огибающей, выход которого соединен с управ ляющим входом управляемого делителя напряжения, усилитель, вход которого соединен с одним из выводов образцового элемента, сумматор, один вход которого соединен с выходом усилителя, блок обработки сигналов, введен блок вычитания модулей напряжений, причем выход источника частотно-моду лированного напряжения соединен с первым входом блока обработки сигналов и через образцовый элемент со входом усилителя, вход и выход кото рого являются входными клемма 4и преобразователя для подключения исследуемого двухполюсника, выход управлЯ емого делителя напряжения соединен с первым входом блока вычитания моду лей напряжений и вторым входом сумма тора, выход которого соединен со вхо дом амплитудного детектора огибающей вторым входом блока вычитания модулей напряжений и вторым входом блока обработки сигналов. Кроме того, блок обработки сигна лов содержит два усилителя, пять кон денсаторов, резистор, регулируемый резистор, фазочувствительный индикатор, выпрямитель и фильтр нижних час тот, при этом первый вход блокэ обра ботки сигналов через первый кокдзнсатор соединен со входом первого уси лителя, между выходом и вxoдofл которого включены второй конденсатор и регулируемый резистор, а через четвертый конденсатор - со входом второ го усилителя, между выходом и входом которого включен пятый конденсатор выход первого усилителя соединен со входом фильтра нижних частот и через третий конденсатор - со входом второ го усилителя, выход которого соедине с одним из входов, фазочувствительнего индикатора, второй вход блока обработки сигналов соединен со входо выпрямителя,. выход которого через ре зистор соединен со входом первого усилителя, и с другим входом фазочувствительного индикатора, выход которого соединен с управляющим входом регулируемого резистора. На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - трехэлементные двухполюсники Последовательно-параллельного типа; на фиг.З - то же, параллельно-последовательного типа; на фиг.4 - схема блока обработки сигналов . Устройство содержит источник 1 . частотно-модулированного напряжения, выход которого соединен с сигнальным входом управляемого делителя 2 напряжения, первым входом блока 3 обработки сигналов и через образцовый элемент 4 (€4)- со входом усилителя 5, между выходом и входом которого включен двухполюсник 6, включающий элементы 7-9 (C,CQ,Rq) Выход усилителя 5 соединен с одним входом сумматора 10, другой выход которого с выходом управляемого делителя 2 напряжения и одним входом блока 11 вычитания модулей напряжений. Выход сумматора 10 связан с другим входом блока 11 вычитания модулей напряжений, вторым входом блока 3 обработки сигналов и входом амплитудного детектора. 12 огибающей, выход которого соединен с управляющим входом управляемого делителя 2 напряжения. Блок 3 обработки сигналов содержит усилитель 13, вход которого соединен с одним выводом конденсатора 14 (С), а между выходом и входом включены регулируемый резистор 15 (К|5)и конденсатор 16 (Cf), емкость которого равна емкости конденсатора 14 (Q) Выход усилителя 13 соединен со входом фильтра 17 нижних частот к через конденсатор 18 (Cjg)-со входом усилителя 19, между выходом и входом которого вк.лючен конденсатор 20 (С20). Вход усилителя 19 соединён с одним выводом конденсатора 21 (Cgi) г емкость которого равна половине емкости конденсатора 18(С|п), а выход - с одним входом фазочувстаительного индикатора 22, Вход усилителя 13 соелинен через резистор 23 (Rjj) с выходом выпрямителя 24. Устройстао работает следующим образом. Условием квазиравновесия, при выполнении которого выделяется информация об одном элементе исследуемого двухполюсника, является частотонезависимость модуля напряжения О |Q на выходе сумматора 10 Достижение этого условияосуществляется путем регулировки коэффициента переда управляемого делителя 2 напряжения, а момент его достижения (1) определяется с помощью амплитуд ного детектора 12 огибающей, управляющего величиной коэффициента пере дачи управляемого делителя напряже-ния. и 5 на выходе усилитеНапряжение5 равно .C,RJ(2) где J - напряжение, источника 1 час тотно-модулированного напр жения . Выделяя действительную и мнимую части,;имеем I. / г г С4 СО . СОС4Й9 - S- HiT/ tw clR т / ; - я А U Регулируемое по амплитуде напряжение U2 с выхода управляемого дели теля 2 напряжения подается на один из входов сумматора 10, на другой вход которого поступает напряжение Напряжение и.р на выходе сумматор равно U,,4U, Так как напряжение (i на выходе управляемого делителя напряжения синфазно со входным напряжением U т.е. является чисто действительным, то с учетом (3) имеем |С4 СлЗ С4СвК9) ... . C4R9 О V I 11 | т 1.,-ид-.;: X/-1 VUCO-C|RНапряжение Uj регулируется путём изменения коэффициента передачи управляемого делителя 2 напряжения ;о тех пор, пока модуль напряжения ,{)Не становится частотонезависимым, т.е. пока не выполняется условие (1) равенства нулю перрой производной модуля напряжения U(Q по частоте которое равно u4c4i4 4j (б) Q Таким образом,частотонезависимост модуля напряжения UIQ достигается при выполнении (б) .В этот момент на выходе амплитудного детектора 12 оги бающей отсутствует воздействие,изменяющее коэффициент передачи управляемого делителя 2 напряжения, на выхо де которого поддерживается напряжение и согласно (6), а lU|ol TU4C47 (7) / Cg т.е. модуль напряжения (Занесет инфо Мацию об элементе 8 (Сg)двухполюсника 6. Напряжения О и Ug подаются на соответствующие входы блока 11 вычитания модулей напряжений, на выходе которого имеется напряжение 1). , равное.|1 21-|а,о| Подставляя в (8) значения напряжений из (7) и (6) и учитывая то, что напряжение Uj чист;о действительное, T.e.jUjl , имеем « -(4-, (9) т.е. напряжение несет информацию об элементе 7 (Cj) двухполюсника 6. .ИнформацияОб оставшемся в третьем элементе 9 (R,,) двухполюсника заложена в фазовом угле ц напряжения 0,0 относительно входного напряжения и. Выражение для котангенса угла м равно . Tticti Подставляя в (10) значения действительной и мнимой части напряжения 0|дИЗ (5) и учитывая значение iy(6) при достигнутом условии (1) квазиравновесия, имеем г о л (А) Og К 9 -1 . ..-......г 2toCgR9 откуда С помощью соответствующего блока 3 обработки сигналов, несущих информацию о величинах Cg, СО и. tp , получают сигнал, пропорциональный значению оставшегося параметра R двухполюсника 6. Блок 3 обработки сигналов работает следующим образом. С помощью регулируемого резистора 15 (реализованного,например, на базе оптрона) устанавливается синфазность напряжения и (q на выходе усилителя 19 по отношению к напряжению U|Q на выходе сумматора 10. Напряжение Ujg сравнивается по фазе с напряжением с помощью фазочувствительного индикатора 22, выходной сигнал которого воздействует на регулируемый резистор 15 (Rj) , изменяя его величину до достижения синфазности этих напряжений ReiU,o) ,ql .o) Imll.ql Подставляя значения действительных и мнимых частей напряжения и напряжения Ui , получаем R .R 5 0, Таким образом, условие (13) синазности напряжений (f 13 и U to достигатся при ВБШОлнении (14). При этом а выходе фазочувствительного инднкатора 22 отсутствует воздействие, изменяющее величину регулируемого резистора 15 (R|c) При таком значаНИИ указанного резистора 15 на выходе фильтра 17 нижних частот имеется напряжение Jn - UlX24Kn5- - 7 (15) 14 23 . , Т.е. напряжение несет информацию об оставшемся элементе 9 (R(j) двухполюсника 6. При исследовании двухполюсников параллельно-последовательного типа (фиг.З) , состоящих из отдельно стоя щего элемента 2, и двухэлементной части ZjH Z , они включаются в прямую цепь усилителя 5, а образцовый элемент - между выходом и входом это го усилителя. В тех случаях, когда отдельно ст ящим элементом является индуктивност образцовый элемент 4 реализуется на базе операционного усилителя в режиме интегриррвания и резистора. Предлагаемое устройство повышает быстродействие преобразователя в результате устранения взаимосвязи между контурами уравновешивания и расширяет его функциональные возможности, так как не изменяя структуры преобразователя, а только меняя местами образцовый элемент и двухполюсник , позволяет исследовать двухполюс ники как параллельно-последовательно го, так и последовательно-параллельного типов. Формула изобретения 1. Преобразователь параметров не резонансных трехэлементных двухполю НИКОВ, содержащий источник частотно модулированного напряжения, выход которого соединен с сигнальным входом управляемого делителя напряжени амплитудный детектор огибающей, вы ход которого соединен с управляющим входом управляемого делителя напряжения, усилитель, вход которого сое динен с одним из выводов образцового элемента, сумматор, один вход ко, торого соединен с выходом усилителя блок обработки сигналов, отличающийся тем, что, с целью овышения быстродействия и расширеия функциональных возможностей, в него введен блок вычитания модулей напряжений, причем выход источника астотно-модулированного напряжения соединен с первым входом блока обработки сигналов и через образцовый элемент со входом усилителя, вход и выход которого являются входными клеммами преобразователя для подключения исследуемого двухполюсника, выход управляемого делителя напряжения соединен с первым входом блока вычитания модулей напряжений и вторым входом сумматора, выход которого соединен со входом амплитудного детектора огибающей, вторым входом блока вычитания модулей напряжений и вторым входом блока обработки сигналов. 2. Преобразователь по п.1, о т личающийся тем, что блок обработки сигналов, содержит два усилителя, пять конденсаторов, резистор, регулируемый резистор, фазочувствительный индикатор, выпрямитель и фильтр нижних частот, при этом первый вход блока обработки сигналов через первый конденсатор соединен с входом первого усилителя/между выходом и входом которого включены второй конденсатор и регулируемый реЗ.ИСТОР, а через четвертый конденсатор - со входом второго усилителя, между выходом и входом которого включен пятый конденсатор, выход первого усилителя соединен со входом фильтра нижних частот и через третий конденсатор - со входом второго усилителя , выход которого соединен с одним из входов фазочувствительного индикатора, второй вход блока обработки сигналов соединен со входом выпрямителя, выход которого через резистор соединен со входом первого усилителя, и с другим входом фазочувствительного индикатора, выход которого соединен с управляющим входом регулируемого резистора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 248065, кл.С 01 R 27/02, 1968. 2.Авторское свидетельство СССР W 566205, кл.С 01 R 27/26, 1976 (прототип) .