Стробоскопический измеритель импеданса Советский патент 1982 года по МПК G01R27/02 G01R27/26 

(5) СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ИМПЕДАНСА

1

Изобретение относится к электрора иоизмерительной технике и может быть использовано при определении активной и реактивной составляющих полных сопротивлений двух- и четырехполюсников .

Известно устройство для измерения импеданса, содержащее опорный генератор, соединенный последовательно с эталонным резистором и входной клеммой для подключения измеряемого импеданса, стробоскопический преобразователь, нуль-орган, один из входов которого подключен к моделирующему резистору и комплексному сопротивлению уравновешивания, при этом входы опорного и сигнального каналов стробоскопического преобразователя подключены соответственно к выходу опорного генератора и .входной клемме Ц Недостатком указанного устройства является то,,что в результатизмерения входя погрешность, возникающая из-за шунтирования измеряемого импеданса входным сопротивлением сигнального канала стробоскопического преобразователя, а также мультипликативная погрешность преобразования самого сигнального канала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является измеритель импеданса, содержащий

IQ опорный генератор, соединенный последовательно с эталонным резистором и входной клеммой для подключения измеряемого импеданса, стробоскопический преобразователь, вычислительный

,,5 блок, выходы которого подключены соответственно к индикаторам активной и реактивной составляющих импеданса , причем выход опорного генератора :соединен через опорный канал стробоскопического преобразователя с одним из входов вычислительнЬго бло.ка, второй вход которого соединен с выходом сигнального канала стробоско пического преобразователя, вход сиг396нального канала которого соединен с входной клеммой С 2, Недостатком известного измерителя импеданса является то, что мультипликативная погрешность сигнального канала стробоскопического пре образователя полностью входит в результат измерения, что обуславливает недоста точную точность измерений. Цель изобретения - повышение точ ности измерений. Поставленная цель достигается тем, что. в стробоскопический измеритель импедансе,, содержащий опорный .генератор, соединенный последовательно с эталонным резистором и вход ной клеммой для подключения измеряемого импеданса, стробоскопический преобразователь , вычислительный блок к выходам которого подключены соответственно индикаторы активной и реактивной составляющих импеданса, выход опорного генератора соединен че рез опорный канал стробоскопического преобразователя с одним из входов вычислительного блока, введены блок обратной связи, блок вычитания и сумматор, причем вход опорного канал стробоскопического преобразователя подключен через блок обратной связи к первому входу блока вычитания, вто рой вход которого соединен с входной клеммой для подключения измеряемого импеданса, а выход подключен к входу сигнального канала стробоскопического преобразователя, первый и второй входы сумматора соединены соответственно с выходами опорного и сигнального каналов стробоскопического преобразователя, а выход подключен к второму входу вычислительного блока. На чертеже приведена структурная схема предлагаемого измерителя. Стробоскопический измеритель импеданса содержит опорный генератор 1, эталонный резистор 2, входную клемму 3, измеряемый импеданс , стробоскопический преобразователь 5 вычислительный блок 6, индикаторы 7 активной и 8 реактивной составляющих импеданса, блок 9 обратной свя- зи, блок 10 вычитания, сумматор 11. Вычислительный блок 6 содержит управ ляемый фазовращатель 12, ключ 13, уп равляемый аттенюатор И, ключ 15) моделирующий резистор 16, комплексное сопротивление 17 уравновешивания дифференциальный усилитель 18,фазовращатель 19, ограничители 20 и 21, стробированные усилители 22 и 23, нуль-орган 24, инвертирующий усилитель 25. Стробоскопический измеритель импеданса работает следующим образом. Высокочастотное напряжение порядка J- 100.МГц с опорного генератора 1LLj,nocTynaeT на последовательно соединенные эталонный резистор 2(Rg) и входную клемму 3 для подключения измеряемого импеданса k (Z ). Амплитудно-фазовые соотно шения в&сокочастотных напряжений U выделяемого на входи напряжения ной клемме 3, переносятся с помощью стробоскопического преобразователя 5 на промежуточную фиксированную частоту опорного сигнала, например 12,5 кГц. На выходе опорного канала стробоскопического преобразователя 5 формируется преобразованное напряжение Uoniпромежуточной частоты. Напряжение оп поступает на вход блока 9 обратной связи, с выхода которого снимается напряжение обратной связи подается на первый вход блока 10 вычитания, на второй вход которого поступает напряжение и с входной клеммы 3. В блоке 10 вычитания г напряжения и.промежуточной частоты и Uj.. высокой частоты суммируются и затем поступают на вход сигнального канала стробоскопического преобразователя 5. В моменты времени стробирования из мгновенных значений напряжения вычитаются мгновенные значения напряжения и.„. При этом на выходе сигнального канала формируется преобразованное разностное напряжение дП промежуточной частоты. Мгновенные значения высокочастотного напряжения Ut и напряжения промежуточной частоты и в момент времени стробирования оказывают одинаковое влияние на поведение импульсной системы. Напряжения Uon и ли поступают соответствено на первый и.второй входы сумматора 11, где они и cyммиpyюtcя. На выходе сумматора 11 формируется напряжение промежуточной частоты, представляющее собой преобрйзованное высокочастотное напряжение 1. Амплитудно-фазовые соотношения напряжений fffjn DC промежуточной частоты полностью повторяют амплитуднофазовые соотпиошения высокочастотных напряжений UcmH -Напряжения ,. и DC поступают соответственно на первый и .второй входы вычислительного блока. 6, который по амплитудно-фазовым соотношениям между входными напряжениями низкой промежуточной частоты, например 12,5 кГц, вычисляёт активную и реактивную составляющие измеряемого импеданса. Вычислительный блок 6 работает в два такта. В первом такте, называемом тактом калибровки, при отключенном измеряемом импедансе определяется и запоминается входное сопротивление блока 10 вычитания, оказывающего шунтирующее действие на измеряемый импеданс 4. Ключи 13 и 15 находятся в положении П. Изменяя комплексное сопротивление 17 уравновешивания по модулю и аргументу, по нуль-органу 2k добиваются равенства двух напряжений и U(. по модулю и по фазе, где 0 - напряжение, выделяемое на комплексном сопротивлении 17 уравновешивания. Величины сопротивления моде- , 1 лирующего резистора 16 и сопротивле- эталонного резистора 2 равны и обе имеют активный характер. Комплексное сопротивление 17 уравновешивания при этом соответствует входному сопро-эв -па тивлению блока 10 вычитания. Цепочка, состоящая из моделирующего рези тора 16 и комплексного сопротивления 17 уравновешивания моделирует а плитудно-фазовые соотношения, перенесенные на промежуточную частоту опорного сигнала, высокочастотных н пряжений, выделяемых на эталонном резисторе 2 и на входном сопротивлении блока 10 вычитания. Во втором такте осуществляется и мерение импеданса и к входной клемме 3 подключается измеряемый импеданс k, а ключи 13 и 15 переводятс в положение 1. При этом напряжение 13,(д не равно 1, Изменяя фазовый сдвиг фазовращат лем 12 и меняя ослабление аттенюато ра 1А, добиваются, как и в первом такте, равенства по нуль-органу 2Ц напряжений и и по модулю и по ф зе. Вектор тока, протекающего по неизвестному импедансу, и напряжение, приложенное к нему, отражают качест венную и количественную стороны неизвестного комплексного сопротивления. Полученное напряжение, пропорциональное вектору тока, протекаю96285 1.0 15 . 20 25 9 щего по неизвестному импедансу, поступает на ограничитель 20 и через фазовращатель 19 на ограничитель 21. Сформированные прямоугольные импульсы в ограничителях типа Меандр и сдвинутые на полпериода стробируют входной сигнал, снимаемый с выхода i инвертирующего усилителя 25, в стробированном усилителе 22 активной CQставляющей в стробированном усилителе 23 реактивной составляющей импеданса. Напряжения, пропорциональные составляющим .импеданса, поступают через первый и второй выходы вычислительного блока 6 соответственно на индикатор 7 активной и индика тор 8 реактивной составляющих импеданса. Применение калибровки вычислительного блока 6 исключает погрешность от шунтирования измеряемого импеданса. Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в том, что в результате введения блока обратной связи, блока вычитания и сумма,тора с соответствующими связями повышается точность измерений за счет уменьшения влияния мyльfипликaтивной погрешности сигнального канастробоскопического преобразовате-f ля на результат измерении. Формула изобретения Стробоскопический измеритель импеданса, содержащий опорный генератор , соединенный последовательно с эталонным резистором и входной клеммой для подключения измеряемого импеданса, стробоскопический преобразователь, вычислительный блок, к выходам которого подключены соответственно индикаторы активной и реактивной составляющих импеданса, выход опорного генератора соединен через опорный канал стробоскопического преобразователя с одним из входов вычислительного блока, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены блок обратной связи, блок вычитания и сумматор, причем выход опорного канала стробоскопического преобразователя подключен через блок обратной связи к первому входу блока вычитания, второй вход которого соединен с входной клеммой для подключения измеряемого импедансй, а выход подключен к

7 9628198

входу сигнального канала стробоско-Источники информации, пимеского преобразователя, первый ипринятые во внимание при экспертизе второй входы сумматора соединены соответственно с выходами опорного1. Патент США Vf 3260936, и сигнального каналов стробоскопичес-$ кл. , 1966. кого преобразователя а выход подклю-2. Авторское свидетельство СССР чен к второму входу вычислительного№ 597989, кл. G 01 R 27/26, 1975

блока.

(прототип).