"Измерительный преобразователь составляющихКОМплЕКСНыХ СОпРОТиВлЕНий Советский патент 1981 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано дЛя измерения емкос тей и индуктивностей, а также активных сопротивлений с высокой точностью с отсчетом показаний вольтметра на выходе устройства. Существуют раз:1ичные приборы для измерения составляющих комплексного сопротивления, в том числе автоматические мосты переменного тока 1 J. Они обеспечивают высокую точность измерения, но отличаются сложностью и, соответственно, высокой стоимостью Быстродействие их ограничено. Известно устройство для измерения комплексных сопротивлений содерж щее операционный усилитель, источник переменного напряжения, фазовращатель и фазовый детектор, присоединенный к выходу операдиои ого усилителя. Известному устройству присущи недостатки, заключающиеся в том, что иа результаты измерений влияют колебания амплитуды и частоты напряжения питания, из-за чего возникают значительные погрешности. Целью изобретения является повышение точности измерения посредством устранения влияния колебаний амплитуды н частоты напряжения питания на результат измерения. Цель достигается тем, что в измерительный преобразователь составляющих комплексных сопротивлений, содержащий операционный усилитель с измеряемым комплексным сопротивлением в цепи обратной связи, подключенным к выходу усилителя через первый переключатель, второй переключатель, включенный мехзду входом и выходом усилителя через резистор, измеритель иапряжения, фазовращатель и фазовый детектор, подключенный к выходу операционного усилителя, источник тштания, введены третий переключатель, интегратор, управляемый Kjno4, компаратор, формирователь длительности импульса„ тактовыйгенератор и дополнительная ветвь, содержащая вспомогательный операционный усилитель с параллельно подключеннымиконденсатором и образцовым резистором на входе и резистором в цепи обратной связи, а.также дополнительный фазовый детектор, подключенный к выходу дополнительного усилителя, причем выход дополнительного фазового детектора подключен ко входу интегратора, выход которого подключен через контак.ты управляемого ключа к своему входу и ко второму входу компаратора, первый вход которого подключен к выходу основного фазового детектора, а выход - к запирающим входам управляемого ключа и формирователя длительности импульса, пусковые входы которых подключены к тактовому генератору выход формирователя длительности импульсов .подключен ко входу измерителя напряжения, к источнику питания подключены входы фазовращателя, входная RC-цепь дополнительного операционного усилителя и один из неподвижных контактов всех трех переключателей, а выход фазовращателя подключе к другому неподвижному контакту третьего переключателя, подвижный контакт которого подключен к опорным входам фазовых детекторов.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2а показаны тактовые импульсы генератора; на фиг, 26 импульсы на выходе компаратора; на фиг. 2в показано напряжение на первом входе компаратора и его изменения Up,. ,Y . за счет изменения вход I ., ..« ного напряжения Ug)(H UgbtX1 счет

изменения измеряемой неличины; на фиг. 2г показано напряжение Ug|j|« на втором входе компаратора; на фиг. 2д показаны импульсы формирователя.

Преобразователь составлякйцих комплексных сопротивлений содержит источник 1 переменного напряжения, фазовращатель 2 для сдвига на 90 фазы напряжения питания, переключатели 3-5, резистор 6, служащий для выбора поддиапазона измерений,, измеряемое коплексное сопротивление 7, операционный усилитель 8. На выходе усилителя 8 включен фазовый детектор 9, выход 10 которого подключен ко входу компара тора П. Дополнительная ветвь, подключена к тому же источнику 1, содержи параллельно соединенные образцовый резистор 12 и конденсатор 13, вспомогательный операционный усилитель 14 с параллельно соединенным резистором 15 и дополнительный фазовый детектор 16. Выход 17 детектора 16 подключен к входам интегратора 18 и управляемого ключа 19. Выход 20 интегратора подключен ко второму входу компаратора 11. Тактовый генератор 21 подключен к управляемому ключу 19 и ко входу формирователя 22 длительности импульса. Один из выходов формирователя 22 подключен к измерителю напряжения 23, а другой - к выходу компаратора 11 и ключа 19.

При измерении комплексного сопротивления 7 индуктивного характера оно включается через переключатель 4 (положения L) в цепь обратной связи оперйционного усилителя 8, а резистор 6 через переключатель 3 - к источнику 1 переменного напряжения и к входу усилителя 8. При измерении емкостнога сопротивления (положение С переключателей 3, 4) резистор 6 и комплексное сопротивление 7 меняются местами.

Для измерения активных составляющих комплексных сопротивлений переключатель 5, позволяющий изменять фазу опорного напряжения фазовых дететоров 9 и 16 на 90 фазовращателем 2, а также сопротивление резистора 12,ус- тановленные на входе вспомогательного операционного усилителя 14.

При измерении Z комплексного сог противления 7 индуктивного характера на выходе 10 фазового детектора 9 возникает постоянное напряжение U.-, , пропорциональное составляющей LV , например величине индуктивности. Однако, 9ТО напряжение прямо пропорционально зависит от частоты 1 и амплитуды напряжения питания

При использовании вспомогательной ветви на выходе 17 дополнительного фазового детектора 16 также возникает постоянное напряжение пропор-, циональное С или RQ и

ВК- О ВХНапряжение с выхода 17 подается на интегратор 18, коммутиру емый ключом 19. Когда контакты ключа замкнуты, напряжение на выходе 20 интегратора момента размыкания контак- тов ключа 19 вьжодное напряжение интегратора начинает линейнд расти. вых.. где К - коэффициент пропорциональнос ти; Т - интервал времени между пуско вым и запирающим импульсами. Компаратор 11 осуществляет срав;нение двух напряжений уИ Ug,,« ,т.е с выходов 10 и 20 и вьщает сигнал в момент их равенства. Сигнал компаратора воздействует на запирающий вход ключа 19, -i результате чего его конTaKTbJ замыкаются. Это состояние длит до поступления следующего импульса от тактового, генератора 21 на пусковой входключа 19. Таким образом, пр U)b -II г I 1 2 , KR,R аСо Следовательно, величина измеряемой составляющей комплексного сопроти ления, например L , пропорциональна инте1 ва у Т между пусковым и запираю щим импульсами. Формирователь 22, подключенный параллельно ключу 19, преобр зует зтот интервал в длительность импульса, который подводится к измерителю 23. При измерении Uj измеряется UgbW например, увеличивается до нако, соответственно быстрее растет также UQJ,, и, таким образом, величин импульса формирователя Т остается не изменной. Если же напряжение Ugyy изменяется за счет измеряемой величины до значения Ugj,., то это приведет к изменению длительности Т до Т и бу дет соответственно отмечено измерителем 23. Введение дополнительной ветви в преобразователь составлякицих комплекс ных сопротивлений выгодно отличает ег от указанного прототипа, так как точность измерения повьппается при этом в 10 раз. Формула изобретения Измерительный преобразователь составляющих kpмплeкcныx сопротивлений, содержащий операционный усилитель с измеряемым комплексным сопротивлением я цепи обратной связи, подключенным 66 к выходу усилителя через первый переключатель, второй переключатель, включенный между входом и выходом усилителя через резистор, измеритель напряжения, фазовращатель и фазовый детектор, подключенный к выходу операционного усилителя, источник питания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения посредством устранения влияния колебаний амплитуды и частоты напряжения на результат измерения, в него введены третий переключатель, интегратор, управляемый ключ, компаратор, формирователь длительности импульса, такто вый генератор и дополнительная ветвь, содержащая вспомогательный операцион1Пз1й усилитель с параллельно подключенными конденсатором и образцовым резистором на входе и рез гстором в цепи обратной связи, а также дополнительный детектор, подключенный к выходу дополнительного усилителя причем выход дополнительного фазового детектора подключен ко входу интегратора, выход которого подключен через контакты управляемого ключа к своему входу и ко второму входу компаратора, первый вход которого подключен к выходу основного фазового детектора, а выход - к запира- ющим входам управляемого ключа и формирователя длительности импульса, пусковые входы которых подключены к тактовому генератору, выход формирователя длительности импульсов подключен ко входу измерителя напряжения, к источнику питания подключены входы фазовращателя, входная RC-цепь дополнительного оперционкого усилителя и один из неподвижных контактов всех трех переключателей, а вь1ход1 фазовращателя подключен к другому неподвижному контакту третьего переключателя, педьижный контакт которого подключец к опорным входам фазовых детекторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе К В.Ю.Кнеплер, Ю.Р.Агамлов, .А.Десова. Автоматические измерители омплексных величин с координированым уравновешиванием, М., Энергия, 1975. 2. Авторское свидетельство СССР 363047, кл. G 01 R 27/26, 1970 (проотип) . V9X. 1