Устройство для раздельного из-МЕРЕНия пАРАМЕТРОВ КОМплЕКСНыХВЕличиН Советский патент 1981 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к электро|измерительной технике и может быть использовано для раздельного игмерения параметров комплексных вели чин, например при измерении параметров электрических цепей, а также при измерении неэлектрических величин с помощью емкостных и индуктивных первичных преобразователей Известно устройство прямого преоб разования емкости или активной п{5оводимости конденсатора в напряжение постоянного тока,содержащее генератор напряжения переменного тока, линейный измерительный преобразователь, фазовый детектор и фильтр jjll Недостатком подобных устройств является низкая точность измерения, сложность технической реализации и малое быстродействие. Известно также .устройство содер.жащее генератор синусоидального напряжения, измерительный преобразова тель, формирователь импульсов, элек ронный ключ, генератор импульсов об разцовой частоты, кольцевой счетчик импульсов, нуль-орган и цифровой индикатор 2 . Однако кроме сравнительно низког быстродействия устройствам подобног типа свойственна случайная погрешность, поскольку в момент квазиравновесия возможно влияние на измеряемое напряжение различных факторов. Наиболее .близким по технической сущности к предлагаемому является измеритель параметров конденсаторов, который содержит генератор синусоидального напряжения, измерительный преобразователь, ключи, фазовращатель, коммутатор, формирователь прямоугольных импульсов, одновибратор, коммутатор, запоминающий конденсатор, источник тока разряда, нуль-орган, формирователь временных интервалов, генератор образцовой частоты блок индикации и устройство управления, В таком измерителе осуществляется вырезка очень узкой полоски из напряиения, несущего информацию о составляющих конденсатора. Высота этой полоски пропорциональна амплитудньлм значениям составляющих напряжения на выходе измерительного преобразователя, а значит и параметрам конденсатора 31 , Однако известное устройство обладает сравнительно низкой точностью, что обусловлено необходимостью вырезать очень узкую, по сравнению с периодом измеряемого напряжения полоску в момент перехода опорного напряжения через нулевое или максимальное значения. В данном случае имеет место методическая погрешность выраженная зависимостью отношения длительности полоски к длительности периода напряжения. Кроме того, су-:, щественное влияние оказывает также и случайная погрешность, поскольку в момент вырезки возможны любые воздействия на измеряемое напряжение.

Цель изобретения - повЕлшение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем что в устройство для раздельного измерения параметров комплексных величин, содержащее генератор синусоидального напряжения, соединенный с фазовращателем, -первым входом источника разряда и с одним зажимом для подключения измеряемого объекта, другой зажим при этом соединен с входом операционного усилителя с образцовым элементом в цепи обратной связи выход операционного усилителя через сигнальный вход первого ключа соединен со входом нуль-органа, первым выходом источника тока разряда и со входом накопительного устройства, выход которого и второй выход источника тока разряда соединены с земляной шиной, выход формирователя прямоугольных импульсов через одновибратор подключен к первому управляющему входу формирователя временных интервалов, второй вход которого соединен с выходом нуль-органа, а выход формрователя .временных интервалов подключен к управляющему входу второго ключа, через сигнальный вход которог выход генератора образцовой частоты соединен со входом .блока индикации, введены вторые и третьи формирователи прямоугольных импуль.сов и одновибраторы, третий-шестой электронные ключи, вторые нуль-орган, источник тока разряда, накапливающий блок, формирователь временных интервалов, блок индикации, а также делитель частоты, распределитель импульсов и счетчик импульсов, причем вход первого формирователя прямоугольных импульсов соединен с выходом фазовращателя, вход второго одновибратора через второй формирователь прямоуголных импульсов подключен к выходу генератора синусоидального напряжения, а выход второго одновибратора соедй.нен со вторыми управляющими входами четвертого, пятого и шестого ключа, через сигнальный вход которого выход операционного усилителя соединен со входом второго нуль-органа, первым выходом второго источника тока разряда и со входомвторого накапливающего блока, выход которого и второй выход второго источника тока разряда соединены с земляной шиной, первый вход вторюго источника тока раз- ряда подключен к выходу генератора синусоидального напряжения, вход третьего одновибратора через третий формирователь прямоугольных импульсов подключен к выходу операционного усилителя, а выход тртеьего одновибратора соединен с первым управляющим входом пятого ключа, сигнальный вход которого подключен к выходу генератора образцовой частоты, а выход пятого ключа соединен с первым входом счетчика импульсов, второй вход которого через четвертый ключ и делитель частоты подключен к выходу генератора образцовой частоты, выход счетчика через распределитель импульсов подключен к первому управляющему входу четвертого ключа, вторым входам второго источника тока разряда и второго формирователя временных интервалов, первому управляющему входу третьего ключа и второму управляющему входу первого ключа, выход второго нуль-органа подключен к первому управляющему входу третьего ключа и второму управляющему входу первого ключа, выход второго нуль-органа подключен к первому входу второго формирователя временных интервалов, выход которого подключен к управляющему входу, шестого ключа через сигнальный вход которого выход генератора образцовой частоты, соединен со входом второго блока индикации.

На фиг. .1 представлена структурная схема устройства для раздельного измерения Параметров комплексных величин; на фиг. 2 - временные диаграммы поя-сняющие его работу.

устройство содержит генератор 1 напряжения переменного тока, первичный измерительный преобразователь 2, состоящий из операционного усилителя 3 постоянного тока, в цепи обратной связи которого включено образцовое сопротивление, а во входной - измеряемое, электронные ключи 4-9, фазовращатель 10, формирователи 11-13 прямоугольных импульсов, одновибраторы 1416, накопительные устройства 17 и 18 источники 19 и 20 тока разряда, нуль-органы 21 и 22, формирователи 23 и 24 временных источников генератор 25 опорной частоты, делитель 26 частоты, счетчик 27 импульсов, распределитель 28 импульсов и блоки 29 и 30 счета и индикации.

На временных диаграммах (фиг. 2) изображены графики процесса измерения. Где и, - выходные напряжения генератора 1 и фазовращателя 10; и т, - выходное напряжение первичного преобразователя 3, содержащее синфазную составляющую и, , совпадающую по фазе с и-, и квадратурную составляющую и. , U.j , последовательность j коротких импульсов на выходе одновибраторов 16, 15, 14 соответственно; (1 -последовательность импульсов на выходе счетчика импульсов 27; U,. , U .,g - напряжения на накопительных устройствах 17 и 18

Напряжение U с выхода генератора 1 подается на вход первичного измерительного преобразователя 2, фазоврат щателя 10, формирователя 1.2 прямо|угольных импульсов и источнико:з 19 и 2-0 тока разряда. При этом на выходе измерительного преобразователя 2 создается напряжение Uj, синфазная U и квадратурная U, составляквдие которого содержат информацию об измеряемых параметрах -и подлежат измерению. На выходах одновибраторов 16, 15 и 14 образуются последовательности коротких импульсов и , 1)5 и. , соответствующие моментам перехода напряжений U, U /о через нулевое значение. Первый импульс последовательности и с выхода одновибратора 16 открывает электронный ключ 6. При этом импульсы от генератора 25 образцовой частоты поступают на счетчик 27 импульсов. Частота следования импульсов генератора 25 и емкость счетчика 27 выбирается из условия заполнения последнего через интервал времени i , где Т - период синусоидального напряжения 11 .

Первый- импульс последовательности закрывает электронный ключ 8 и открывает электронные ключи 7 и 6. При э.4:ом напряжение на накопителном устройстве 18 становится равным мгновенному значению выходного напряжения Uj, которое определяет амплитудное значение квадратурной составляющей 0 напряжения U, поскольку в этот момент синфазная составляющая UQ равна нулю. Задний фронт импульса с выхода одновибратора 15 закрывает ключ б. Через открытый клю 7 импульсы от генератора 25 продолжают поступать на сЧетчик импульсов 27, однако теперь с частотой в два раза меньше частоты генератора 25, поскольку они проходят через делитель частоты 26 с коэффициентом деления равным двум. Очевидно, в этом случае момент заполнения счетчика будет соответствовать электрическому углу - Ч , где Ч - сдвиг фаз между напряжениями Ц- и 0, Импульс с выхода счетчика 27 через первый выход распределителя 20 импульсов в этот момент открывает ключ 4 и напряжение на накопительном устройстве 17 становится равным мгновенному значению выходного напряжения U, , которое определяет амплитудное значение синфазной составляющей Uc. напряжения и,, . Данное утверждение ;справедливо вследствии симметрии синусоиды относительно ее максимального значения. Задний фронт импульса с выхода 1 распределителя 28 импульсов закрывает ключ 4. Поскольку ключ

7 остается открытым, начинается новое заполнение счетчика 27 импульсами генератора 25 через делитель 26 частоты. Первый импульс последовательности одновибратора 14, соответствующий моменту перехода .напряжения через нулевое значение открывает ключ 4 и к напряжению на запоминающем устройстве 17, запомненному в момент первого импульса с выхода счетчика 27, добавляется мгновенное напряжение 11, которое равно амплитудному значению синфазной составляющей ис напряжения и, поскольку в этот момент квадратурная составляющая и (С равна нулю. Задний фронт этого импульса закрывает электронный ключ 4 и одновременно запускает .формирователь 23 временных интервалов и источник 19 тока разряда.

Величина тока разряда пропорциональна амплитуде выходногонапряжения и генератора 1, поскольку питание источника 19 тока разряда осуществляется от этого генератора. Напряжение с накопительного устройства поступающее на нуль-орган 21, изменяет свою величину в процессе разряда источника 19. Время разряда t накопительного устройства 17 до нулевого значения пропорционально амплитудному значению синфазной U,t, составляющей напряжения U-j,, т.е. одному из контролируемых параметров комплексного сопротивления 2у.

В момент, когда напряжение на накопительном устройстве 17 становится равным нулю, срабатывает нуль-орган 21, который выдает на формирователь 23 временных интервалов импульс окончания интервала.

Интервал t - ,выделенный формирователем 29, измеряется путем подсчета импульсов генератора 25 опорной частоты, прошедших через управляемый формирователем 23 ключ 5 блоком 29 . счета индикации.

В момент полного заполнения счетчика 27 последний вырабатывает второй импульс последовательности U, который через второй выход распределителя импульсов 28 передним фронтом открывает ключ 6 и закрывает ключ 7 При этом к напряжению на накопительном устройстве 18, равному амплитудному значению квадратурной составляющей и добавляется мгновенное значение напряжения Uj, которое также равно амплитудному значению U вследствии симметрии выходного напряжения и2, относительно максимального значения. Задний фронт второго импульса с выхода счетчика 27 через второй выход распределителя 28 импульсов закрывает ключ 6, запускает формирователь 24 временных интервалов и источник 20 тока разряда.

В этом случае величина тока разряда также пропорциональна амплитуде выходного напряжения 1Ц генератора 1. , Напряжение с накопительного ус ройства 18, поступающее на нуль-орган 22, изменяет свою величину в jopouecce разряда источника 20, а вре мя разряда t накопительного устрой ства 18 до нулевого значения пропорционально амплитудному значению квадратурной составляющей U напряжения U-j,, т.е. второму контролируемо му параметру. В момент равенства напряжения U.Yg на накопительном устрой стве 18 нулю, срабатывает нуль-орган 22, который вьщает на формирователь 24 временных интервалов импульс окончания интервала. Также как и в первом случае для t- интервал времени tj, измеряется путем подсчет импульсов генератора 25 опорной частоты, приходящих через управляемый формирователем 24 ключ 9, блоком 30 счета и индикации. Предлагаемое устройство для раздельного измерения параметров комплексных величин по сравнению с известным обладает повышенной точность поскольку на результат измерения не оказывает влияние методическая погрешность, т.е. не влияет длительность импульса выборки. Случайная погрешность также уменьшена из-за усреднения результатов измерения без снижения быстродействия. Формула изобретения Устройство для раздельного измерения параметров комплексных величин, содержащее генератор синусоидального напряжения, соединенный с фазовращателем, первым входом источника тока разряда и с одним зажимом дляподключения измеряемого объекта, другой зажим при этом соеди нен с входом операционного усилителя с образцовым элементом в цепи обратной связи, выход операционного усили теля через сигнальный вход первого ключа соединен со входом нуль-органа первым выходом источника тока разря.да и со входом накапливающего блока, выход которого и второй выход источника тока разряда соединены с земляной шиной, выход формирователя прямоугольных импульсов подлкючен ко входу одновибратора, выход которого соединен с первым управляющим входом первого ключа, вторым входом scтoчника тока разряда и первым входом формирователя временных интервалов, аторой вход которого подключен к выходу нуль-органа, а выход формиро вателя соединен с управляющим входом второго ключа, через сигнальный вход которого выход генератора образцовой частоты соединен со входом блока индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности в него введены вторые и третьи формирователи прямоугольных импульсов и одновибраторы, третий, четвертый, пятый и шестой электронные ключи, вторые нуль-орган, источник тока разряда, накапливающий блок, формирователь временных интервалов, блок индикации, делитель частоты, распределитель импульсов и счетчик импульсов, причем вход первого формирователя прямоугольных импульсов соединен с выходом фазовращателя, вход второго одновибратора через второй формирователь прямоугодьных импульсов подключен к выходу генератора синусоидального напряжения, а выход второго одновибратора соединен со вторыми управляющими входами четвертого, пятого и шестого ключа, через сигнальный вход которого выход операционного усилителя соединен со входом второго нуль-органа, первым выходом второго источника тока разряда и со входом второго накапливающего блока, выход которого и второй выход второго источника тока разряда соединены с земляной шиной, первый выход второго источника тока разряда соединен с выходом генератора синусоидального напряжения, вход третьего одновибратора через третий формирователь прямоугольных импульсов подключен к выходу операционного усилителя, а выход третьего одновибратора соединен с первым управляющим входом пятого ключа, сигнальный вход которого подключен к выходу генератора образцовой частоты, а выход пятого ключа соединен с первым входом счетчика импульсов, второй вход которого через четв.ертый ключ и делитель частоты подключен к выходу генератора образцовой частоты, выход сЧетчика через распределитель импульсов подключен к первому управляющему входу четвертого ключа, вторым входам второго источника тока разряда и второго формирователя временных интерпалов, первому управляющему йходу третьего ключа к второму управляющему входу первого ключа, выход второго нульоргана подключен к первому управляющему входу третьего ключа и второму управляющему входу первого, ключа, выход второго нуль-органа подключен к первому входу второго формирователя временных интервалов, выход которого подключен к управляющему входу шестого ключа через сигнальный вход которого выход генератора образцовой частоты соединен со входом второго блока индикации. Источники информации., принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР Vf 363047, кл. G 01 R 27/26, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № 521522, кл. G 01 R 17/06, 1974. 3.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2137818 (прототип).

М,5 % 27

и

«

П