Преобразователь параметров трех-элЕМЕНТНыХ дВуХпОлюСНиКОВ Советский патент 1981 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к и мерению составляющих комплексных величин сопротивлений переменному току, и может быть использовано при измерении информативных параметров датчиков. Известно ycTpofiCTBCD для измерения параметров нерезонансных пассив ных трехэлементных двухполюсников, содержащее источник ЭДС,выход которого соединен с первичной обмотко первого трансформатора, вторичные обмотки которого соединены с исследуемым двухполюсником, а также с образцовыми проводимостями, подключенными ко второму и третьему транс форматорам, ко вторичным ОбМОТКс1М которых подключены три усилителя, в цепях обратной связи которых вклю чены резисторы, выход первого усили теля подключен к указателю равновесия, выходы второго и третьего усил телей подключены к амплитудно-дифференциальному усилителю, выход тре его усилителя также подключен к амплитудному детектору огибающей С17. Недостатком известного устройств является низкое быстродействие, за счет того, что результат измерения получается путем последовательного приведения измерительной цепи в два состояния квазиравновесия и последующего преобразования параметров двухэлементной цепи, высокая сложность за счет наличия четырех регулируемых элементов. Наиболее близким по технической сущности К предлагаемому является преобразователь параметров нерезо- . нансных пассивных трехэлементных двухполюсников, содержащий источник частотно-модулированного сигнала, выходы которого подключены к первичной обмотке трансформатора, первая вторичная обмотка которого подключена к входной клемме преобразователя, один конец второй вторичной обмотки подключен к входам первого управляе,мого делителя напряжения и первого логометрического преобразователя, другой конец к входам второго и третьего логометрических преобразователей и фазочувствительного индикатора, вторая входная клемма преобразователя подключена к входу первого усилителя, к которому также подключен первый образцовый конденсатор, второй вывод которого соединен с вы- .. ходом первого управляемого делителя

напряжения, со вторым входом первог логометрического преобразователя и со BTOpicM образцовым конденсатором, второй вывод которого соединен с выходом первого логометрического преобразователя, с образцовым резистором и со входом второго усилителя, |В обратную цепь которого включен тртий образцовый конденсатор, выход второго усилителя соединен со входами второго управляемого делителя напряжения, фазочувствительного индикатора и третьего логометрического преобразователя, выход которого подключен к амплитудному детектору огибакацей 23 .

Недостатком известного преобразователя является то, что он имеет низкую точность или ограниченные функциональные возможности вследств наличия в цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя, в прямой цепи которого включен исследуемый двухполюсник с изменяющимися в широких пределах параметрами элементов , управляемого делителя напряжения с регулируемым в широких пределах коэффициентом передачи. Максимальное изменение коэффициента передачи J3 цепи отрицательной обратной связи, зависящего как от параметров исследуемого двухполюсница, так и от коэффициента передачи управляемого делителя напряжения, ограничено критическим значением петлевого усилителя f ft у при котором усилитель самовозбуждается (теряет устойчивость работы). Поэтому приходится или уменьшить значение коэффициента передачи цепи обратной связи уз, что снижает функциональные возможности преобразователя,или уменьшить коэффициент усиления усилителя k, что снижает точность преобразования.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников, содержащий источник частотно-модулированного сигнала,, первый усилитель вход которого соединен с входной клеммой преобразователя и с первым образцовым конденсатором, а выход со входом логометрического преобразователя и с первым входом первого управляемого делителя напряжения,, выход которого соединен со вторым входом логометрического преобразователя, второй образцовый конденсатор первый вывод которого соединен с первыми выводами образцового резистора и третьего образцового конденсатора и с входом второго усилителя выход которого соединен сО вторым выводом третьего образцового конденсатора и со входами второго управлямого делителя напряжения, фазочувствительного индикатора, амплитудного детектора огибающей, выход которого соединен со вторым входом первого управляемого делителя напряжения, выход фазочувствительного индикатора подключен ко второму входу второго управляемого делителя напряжения, выход которого соединен со вторым выводом образцового резистора, введен сумматор напряжений, первый вход которого соединен с выходом источника частотно-модулированного сигнала и с другой входной клеммой преобразователя, второй вход соединен с выходом первого управляемого делителя напряжения, а выход - со вторым входом фазочувствительного индикатора и с управляющим входом источника частотно-модулированного сигнала, вторые выводы первого и второго образцовых конденсаторов подключены к выходу первого усилителя.

На чертеже приведена функциональная схема преобразователя параметров .трехэлементных двухполюсников, состоящих, например, из последовательного соединения емкости и комплексного сопротивления, представляющего собой параллельное соединение активной проводимости (сопротивления и емкости.

Преобразователь содержит управляемый по амплитуде источник 1 частотномодулированного сигнала, подключенный через исследуемый двухполюсник 2,

:с)

содержащий элементы 3 (С.

и 5 () , к входу усилителя 6, в цепи обратной связи которого включен образцовый конденсатор 7. Выход усилителя 6 через образцовый конденсатор 8 соединен со входом усилителя 9, в цепях обратной связи которого включены соответственно образцовый конденсатор 10 и цепочка из второго управляемого делителя 11 напряжения и образцового резистора 12. Выход усилителя 9 соединен через амплитудный детектор огибающей 13 с управляющим входом первого управляемого делителя 14 напряжения, а также с входом фазочувствительного индикатора 15, выход которого соединен с управляющим входом второго управляемого делителя 11 напряжения, выход сумматора 16 напряжений соединен .с другим входом фазочувствительного индикатора и управляющим входом источника 1 частотно-модулированного сигнала. Один вход сумматора 16 напряжений соединен с выходом источника 1 частотно-модулированного сигнгша, а другой вход с входом логометрическог преобразователя 17 и выходом первого управляемого делителя 14 напряжений, вход которого соединен с другим входом логометрического преобразователя 17 и выходом усилителя 6.

Преобразователь работает следующи образом. Напряжение на выходе усилите равно .i/ioc3 -V(t/R5t3(jC4) где и -напряжение на выходе источни ка 1 частотно-модулированного сигнал При большом коэффициенте усиления усилителя 6 ток Z протекакхНий ереэ исследуемый дв/хКолюс ник 2, равный току 1 , протекающему |череэ емкость, равен току /у проте кающему через конденсатор 7, т.е. Зг 3з-07. Напряжение на выходе -первого управляемого делителя напряжения 14 равно иц 6 ЦА где - коэффициент передачи первого управляемого делителя 14 напряжения. Напряжение й на выходе сумматора 16 напряжений с учетом предвщущих выражений равно. .l Uo-t-Uo.K, .. ,VjOCi+V/R5+jCJC4U /lOC7-Ki4 1 . , - .1 4 Vit)C3+y()) Как видно из выражения (4), при выполнении условия A|ju)Cj -t|icoC -k, достигаемого изСменением К , получаем Ст - - (5) Напряжение Uy на выходе сумматора 16 напряжений равно напряжению , приложенному к параллельному соединению элементов 4 и 5 двухполюсника 2 . .V( VJl6-Vo- VjOCj-V Vil/Rs jwCAl напряжение и. на выходе усилителя 9 равно .-j Co-Ht ii1/R.l где К., - коэффициент передачи управляемого делителя 11 напряжения. Подставляя выражения (1) в (7), получим i. . Соч 1 II Р 9 °C.f (jti). 11ри выполнении условия синфазности напряжения U, и напряжения 0., f) -о v,f, достигаемого изменением коэффициента передачи К управляемого делителя 11 напряжения сигналом с выхода фазо-чувствительного индикатора 15, находим . 09 S 1OC4 -t- /RS Cg g ь 3(./R,, С7 ,|i, ., .«., . ,г« - .г, ./ ,- л1о i/хг ,.l«s M-/R a СдС,е,К,,н(к,-,а)СдИ|Рэ|(оСю При выполнении условия (9) находим K-n-yR iWC4 :VR5 C.io , откуда R 1г . Подставляя (11) в (10), получим а напряжение U, на выходе управляемого делителя напряжения 11 с учетом (11) равно и 3- Д (13) , Величина А,, отношения напряжений Ug и U jизмеряемая логометрическим. преобразователем 17 с учетом (З) и (5), равна Как видно из выражений 12-14, выходной напряжения U,, сигнал логометрического преобразователя 17 пропорциональны соответственно параметрам С, R и С исследуемого двухполюсника 2. При этом для того, чтобы исключить влияние изменения напряжения й на результат измерения при изменении параметров исследуемого двухполюсника 2, необходимо застабилизировать напряжение l), по модулю, используя Управляемый по амплитуде источник 1 частотно-модулированного сигнала путем изменения его выходного напряжения и до выполнения условия ./ U|,/ const Как видно из выражения 12, напряжение 1 при выполнении условий (15), (9) и (5) не зависит от частоты. Условия (15) и (9) автоматически выполняются применением соответственно автоматической стабилиза««и напряжения б,, по модулю (связь с выхода сумматора 16 напряжений дз управляющий вход источника 1 частотно-модулированного сигнала) и фазочувствительного индикатора

15), если не выполняется условие (5), то напряжение U зависит от частоты и амплитудный детектор огибающей 13 частотно-модулированного сигнала своим выходным сигналом автоматически изменяет коэффициент передачи K,v управляемого делителя 14 напряжения до выполнени условия (5), когда справедливы соотношения 12-14 .

Формула изобретения

Преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников, содержащий источник частотно-модулированного сигнала, первый усилитель,вход которого соединен с входной клеммой преобразователя и с первым образцовым конденсатором, а выход - со входом логометрического преобразователя и с первым входом первого управляемого делителя напряжения, выход которого соединен со вторым входом логометрического преобразователя, второй образцовый конденсатор, первый вывод которого соединен с первыми выводами образцового резистора и третьего образцового конденсатора и с входом второго усилителя, выход которого соединен совторым выводом третьего образцового конденсатора и со входами второго

управляемого делителя напряжения, фазочувствительного индикатора, амплитудного детектора огибающей, выход которого соединен со вторым входом первого управляемого делителя напряжения, выход фазочувствительного индикатора подключен ко второму входу второго управляемого делителя напряжения, выход которого соединен со вторым выводом образцового резистора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, введен сумматор напряжений, первый вход которого соединен с выходом источника частотномодулированного сигнала и с другой входной клеммой преобразователя, второй вход соединен с выходом первого управляемого делителя напряжения, а выход - со вторым входом фазочувствительного индикатора и с управляющим входом источника частотно-модулированного сигнала, вторые выводы первого и второго образцовых конденсаторов подключены к выходу первого усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 248065, кл. G 01 R 27/02, 1968.

2.Авторское свидетельство СССР № 536437, кл. G 01 R 17/06, 1974 (прототип).