Устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления Советский патент 1982 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к элект Х)измерительной технике и может быть использовано для измерения активной и реактивной составляющих комплексных сопротивлений или пассивных двухполюсных электрических цепей. Известны способ и устройство для контроля параметров электрической цепи, в состав которого входит источник образцового напряжения и образцовые резисторы п. Недостатком такого устройства является Невысокая точность, обусловлен ная методическими погрешностями, и низкое быстродействие из-за необходимости перестройки либо параметров измерительной цепи, либо частоты источника образцового напряжения, причем диапазон частот должен быть достаточно широким. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления, содержащее последовательно соединенные генератор сину.соидальногр напряжения и преобразователь сопротивление-напряжение, временной дискриминатор, нулей и максимумов синусоидального напряжения, амплитудный детектор, аналоговое запоминающее устройство, логометр, электронный ключ и переключатель с двумя парами переключающих контактов, причем входы временного дискри)«1натора и амплитудного детектора объединены между собой и подключены к одному подвижному контакту переключателя, выход амплитудного детектора связан с первым входом Л5 Ометра, второй вход которого через аналоговое запоминающее устройство и электронный ключ, подключенный также к выходу временного дискриминатора, соединен с другим подвижным контактом переключателя, две лары неподвижных контактов которого объединены |между собой и подключены к выходам ге|нератора синусоидального напряжения и преобразователя сопротивление-напр жение 2. Недостатком этого устройства явля ,ется невысокая точность и ограниченный частотный диапазон. Невысокая то .ность обусловлена тем, что измерение в этом устройстве осуществляется по мгновенным значениям сигнала. Такой метод имеет низкую, практически нуле вую, помехозащищенность от влияния внешних помех и высших гармоник в из мерительных сигналах. Определенную погрешность вносит и запоминающее устройство,которому присуща динамичес кая погрешность. Частотный диапазон ограничен динамическим диапазоном за поминающего устройства. , Цель изобретения - повышение точности и расширение частотного диапазона. Поставленная цель достигается тем что в устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления, содержащее последовательно соединенные генератор синусоидального напряжения, выход которого соединен с входом преобразователя сопротивление-напряжение и с первым входом бло ка управления, второй вход которого соединен с выходом преобразователя сопротивление - напряжение, а первый выход блока управления через амплитудный детектор соединен с первым входом блока деления, второй выход соединен с управляющим входом электронного ключа и с входом первого временного Е скриминатора, введены второй временной дискриминатор, детектор среднего значения и формирователь временных интервалов, каждый из трех входов которого соответствен но соединен с третьим вь1ходом блока управления, с выходом первого временного дискриминатора и с выходом второго временного дискриминатора, а выход формирователя временных интервалов через электронный ключ соединен с входом детектора среднего значения, выход которого соединен с вторым входом блока деления. На фиг. 1 приведена функциональная электрическая схема устройства; на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие его принцип действия. Устройство содержит генератор 1 синусоидального напряжения, преобразователь 2 сопротивление-напряжение блок 3 управления, амплитудный детектор , временные дискриминаторн 5 и 6, блок 7 деления, детектор 8 среднего значения, электронный ключ 9 формирователь 10 временных интервалов. . Выход генератора 1 синусоидального напряжения подключен к точке, объединяющей вход преобразователя 2 сопротивление напряжение и первый вход . блока 3 управления. Второй вход блока 3 управления соединен с выходом преобразователя 2 сопротивление - напряжение, который имеет кроме того зажимы для подключения исследуемого сопротивления Z. Блок 3 управления имеет три выхода, первый из которых подключен к точке, объединяющей входы амплитудного детектора Ц, соединенного с первым входом блока 7 деления, и первого временного дискриминатора 5. Второй выход блока 3 управления соединен с точкой, объединяющей входы второго временного дискриминатора 6 и электронного ключа 9, подключенного через детектор 8 среднего значения к второму входу блока 7 деления. Третий выход блока 3 управления и выход каждого из временных дискриминаторов 5 и 6 подключен к соответствующим входам формирователя 10 временных интервалов, выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа 9. Устройство работает следующим образом. Предлагаемое устройство имеет два режима работы: измерение составляющих комплексного сопротивления и измерение составляющих комплексной проводимости. Режимы работы задаются блоком 3 управления, который служит для переключения выходных сигналов и для перестройки режима работы формирователя 10 временных интервалов. Пусть напряжение и ток на измеряемом сопротивлении Z (фиг. 2,а) описываются выражениями U(t) V sinwt; (t) IpiSinCujt -Ч), где l, 1 - амплитуды соответственно синусоидального напряжения на выходе генератора 1 синусоидального напряжения и тока в цеМ - угол сдвига фаз, равный аргументу комплексного сопротивления Z . обычно ток (t) преобразуют в про порциональное напряжение Ux(t) на об разцовом сопротивлении R, включенно последовательно с сопротивлением Z, Ux(t) (u,t -I/), 0 m tnx Zx В режиме измерения составляющих комплексного сопротивления напряжение lJ((t) по первому выходу блока 3 управления подается на входы амплитудного детектора k и временного дис риминатора 5 а напряжение U(t) по второму выходу блока 3 управления - на входы электронного ключа 9 и временного дискриминатора 6, Амплитудный детектор Ц формирует постоянное напряжение V, пропорциональное амплитуде напряжения Уц, т.е. Kft-l RO УГЛ , где коэффициент преобразования .амплитудного детектора if. Напряжение Уд подается на первый вход блока 7 деления. Временные дискриминаторы 5 и 6 выделяют моменты перехода через нули и 1аксиму 1ы соответственно напряжений Ux(t) и U(t) и в эти моменты формируют управляющие сигналы, поступающие в формирователь 10 временных интервалов. Формирователь 10 временных интер валов по этим управляющим сигналах ce лективно, в зависимости от измеряемого параметра, формирует соответствующий врег-юнной интервал, в течение которого открывается электронный ключ 9 В течение открытого состояния электронного ключа 9 на второй вход блока 7 деления подается напряжение U(t) с второго выхода блока 3 управления. Так, при измерении активной составляющей, комплексного сопротивления Zxфop-: мирователем 10 временных интервалов на каждом периоде формируется временной интервал между моментами перехода напряжения Ux через один из нулей, например в моменты времени tg kT +t (1 - 1,2,...; k 1-11, и моментами перехода напряжения U(t) через ближайший максимум. В результате электронный ключ 9 на каждом периоде открывается на время (t(,) и на детектор 8 среднего значения поступает кусочно-гармонический сигнал U,,(t) (фиг. 2,6), на выходе-детектора 8 среднего знамения формируется постоянное напряжение ЦСР пропорциональное-среднему значению сигнала U(t), т.е. V -к Х( M einuJt d(u}t)i J К - -in cos 1IJT где Кд,- коэффициент преобразования детектора 8 среднего значения. Напряжение У,подается на второй вход блока 7 деления, на выходе которого образуется сигнал, равный отношению двух напряжений iVjcPLКАО --Z.cos4 .lRflкоэффициент пропорЧЛ-2 циональности. Таким образом, выходной сигнал блока 7 деления пропорционален актив:ной составляющей R измеряемого комп лексного сопротивления Zx. Аналогично работает устройство при измерении реактивной составляющей комплексногосопротивления Z. Отличие состоит только в том, что формирователем 10 временных интервалов на каждом периоде выделяется временной интервал между ближaйши м переходами напряжений U(t) и Ux(t) через максимумы и на детектор 8 среднего значения подается кусочно-гармонический сигнал ) (фиг. 2,в). На выходе детектора 8 среднего значения формируется постоянное напряжение (u)t) . а на выходе блока 7 деления сигнал V VK,.s, AV «о V Этот сигнал пропорционален реактивной составляющей X измеряемого комплексного сопротивления Zx. Характер составляющей Х определяется знаком выходного напряжения детектора 8 средне го значения, который зависит от зн фазового сдвига у . В режиме измерения составляющих комплексной проводимости блоком 3 управления меняются цепи прохождения сигналов U(t), i(t) и режим работы формирователя 10 временных интервало В этом режиме напряжение U(t) по первому выходу блока 3 управления подается на входы амплитудного детектора и временного дискриминатора 6, а напряжение Ux(t) по второму выходу блока 3 управления - на входы электронного ключа 9 и временнрго дискриминатора 6. В этом случае на выходе ампли тудного детектора формируется постоянное напряжение Уд k,-V. Временные интервалы, задаваемые , формирователем 10 временных интервалов, выделяются следующим образом: между переходами через нуль напряже ния U(t) и ближайшими к ним перехода ми через максимум напряжения Uj((t) при измерении активной составляющей полной проводимости, между переходаки через ближайшие максимумы напряжений U{.t) и Ux(t) - при измерении реактив ной составляющей полной проводимости, В результате через электронный ключ 9 на вход детектора 8 средних значений поступает либо сигнал Uxi(t) в первом случае, либо сигнал Ц(з(1) во втором случае. Этим сигналам соот ветствуют постоянные напряжения на выходе детектора 8 среднего значениятч8() / -К - Xlcp 41J М. гг созЧ О -йт5 (-ЛЬ V - k xlcP Al Л , а на выходе блока 7 деления образуют ся сигналы со5( ; vr -aFK-- xsi 4-4b, а«о где К- - коэффициент пропорциональности. Таким образом, выходные сигналы блока 7 деления пропорциональны активной или реактивной составляющим полной проводимости. Предлагаемое устройство по сравнению с известнум обеспечивает повышение точности, так как в нем измерения основаны на интегральной обработке сигналов, а не на обработке мгновенных значений. Это уменьшает влияние помех и высших гармоник в сигналах. Кроме того, в предлагаемом устройстве исключается динамическая порешность запоминающего устройства. Предлагаемое устройство обеспечивает расширение частотного диапазона, которое также связано отсутствием в нем запоминающего устройства, динамический диапазон которого существенно зависит от частоты измерительных сигналов. Формула изобретения Устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления, содержащее последовательно соединённые генератор синусоидального напряжения, выход которого соединен с входом преобразователя сопротивление - напряжение и с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом преобразователя сопротивление - напряжение, а первый выход блока управления через амплитудный детектор соединен с первым входом блока деления, второй выход соединен с управляющим входом электронного ключа, и с входом первого временного дискриминатора, отличающеес я тем, что, с целью повышения точно ти и расширения частотного диапазона, в него дополнительно введены второй временной дискриминатор, детектор среднего значения и формирователь временных интервалов, каждый из

входов которого .соответственно соединен с третьим выходом блока управления, с. выходом первого временного дискриминатора и с выходом второго временного дискриминатора, а выход формирователя временных интервалов через электронный ключ соединен с входом детектора среднего значения, выход которого соединен с вторым входом блока деления.

Источники .информации, принятые во внимание при экспертизе

/

1.Авторское свидетельство СССР N 177969, кл. G 01 R 27/00, 1464.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке f 29179 3/18-21,

кл. G 01 R 27/00, 05.05.80

Q

In

ff

9

I

10

4.f