Изобретение относится к,измерительной технике, а именно к устройствам для измерения параметров комплексных двухполюсников, и может быть использовано для построения, наприт мер, преобразователей абсолютного значения любой из составляющих комплексного сопротивления двухполюсника в напряжение.
Известно устройство для измерения параметров комплексного нерезонансного двухэлементного сопротивления двухполюсника, содержащее измерительную ветвь, составленную из последовательно соединенных образцового и исследуемого двухполюсников, одна из вершин питания которой, примыкающая к исследуемому комплексному сопротивлению двухполюсника, соединена с одним из зажимов источника гармонического сигнала и через первый согласующий блок с одним из входов функционального преобразователя, вторая вершина питания измерительной ветви, прикикаищая к образцовому двухполюснику, подсоединена к второму зажиму S источника гармонического сигнала и общей шине, а першина измерительной ветви, поимыкаютая к зажимам образiiioBoro и исследуемого комплексного
сопротивления двухполк)сников, подключена через второй согласующий блок к второму входу функционального преобразсрателя 1 3.
Недостатком известного устройства является методическая ошибка вследств йе конечного значения комплексных сопротивлений согласующих блоков, их коэффициентов 11ередачи и внутрен10него комплексного сопротивления источ-вика гармонического сигнала.
Известно также устройство для измерения параметров комплексного нерезо15нансного двухэлементного сопротивления двухполюсника, содержащее измерительную ветвь, составленную из после довательно соединенных образцового и исследуемого двухполюсника, верши20на которой, примыкающая к зажимам образцового и исследуемого комплексного двухполюсника, соединена общей шиной, вторые зажимы образцового двухполюсника и исследуемого комплекс25ного двухполюсника подключены к первому и второму зажимам источника гармонического сигнала и через первый и второй согласующие блоки к первому и второму выходам функциоиульР огт1 преJO« бразователя соотпетстпенно /. .Недостатком известного устройства также является методическая погрешность вследствие конечного значения комплексных входных сопротивлений согласующих блоков и внутреннего сопротивления источника гармонического сигнала. Цель изобретения - повышение точности измерения параметров комплексного нерезонансного двухэлементного двухполюсника путем исключения зависимости результата преобразования от конечного значения внутреннего комплексного сопротивления согласующих блоков, их коэффициентов передачи и конечного з.начения внутреннего комплексного сопротивления источника гармонического сигнала. Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее источник гармонического сигнала, один из зажимов которого соединен с первым зажимом преобразователя тока, измери тельную .ветвь, составленную из после довательно соединенных образцов двух полюсника и исследуемого комплексного двухполюсника, один из зажимов ко торой, примыкающий к образцовому дву полюснику, подсоединен к одному из входов согласующего блока, второй вход которого соединен с вторым зажимом измерительной ветви, примыкающим к исследуемому комплексному двух полюснику, выходы согласующего блока и преобразователя тока подключены соответственно к первому и второму входам функционального преобразователя, первый и второй выходы которог являются.выходами устройства, введен ключ, первый зажим которого соединен с вторым зажимом источника гармониче кого сигнала, второй зажим ключа подсоединен к вершине измерительной ветви, примыкающей к зажимам образцового и исследуемого комплексного двухполюсников, третий зажим ключа i. соединен с вторым зажимом исследуемого комплексного двухполюсника, а второй зажим преобразователя тока по ключен к второму зажиму образцового двухполюсника, управляющий вход ключа подсоединен к третьему выходу функционального преобразователя, третий вход которого соединен с шино управления. В устройство, содержащее источник гармонического сигнала, один из зажи мов которого соединен с первым зажимом преобря13ователя тока, измеритель ную ветвь, составленную из последовательно соединенных образцового дву полюсника и исследуемого комплексног двухполюсника, один из зажимов которой, примыкающий к образцовому двухполюснику,подсоединен к одному из входов согласующего блока, второй вход которого соединен с вторым зажимом измерительной ветви, примыкающим к исследуемому комплексному двухполюснику, выходы согласующего блока и преобразователя тока подключены соответственно к первому и второму входам функционального преобразователя, первый и второй выходы которого являются выicoдaми устройства, введен ключ, первый зажим которого соединен с вторым зажимом источник, гармонического сигнала, второй зажим ключа подсоединен к вершине измерительной ветви, примыкающей к зажимам образцового и исследуемого комплексного двухполюсников, третий зажим ключа соединен с вторым зажимом образцового- двухполюсника, а второй зажим преобразователя тока подключен к-второму зажиму исследуемого двухполюсника, управляющий вход ключа подсоединен к третьему выходу функционального преобразователя, третий вход которого соединен с ЕИИНОЙ управления. В устройство, содержащее источник гармонического сигнала, один из зажимов которого соединен с первым зажимом преобразователя тока, измерительную ветвь, составленную из последовательно соединенных образцового двухполюсника и исследуемого комплексного двухполюсника, один из зажимов которой, примыкающий к образцовому двухполюснику, подсоединен к одному из входов согласующего блока, второй вход которого соединен с вторым зажимом измерительной ветви, примыкающим к исследуемому комплексному двухполюснику, выходы согласующего блока и преобразователя тока подключены соответственно к первому и второму входам функционального преобразова.теля, первый и второй выходы которо:ро являются выходами устройства, введен управляемый ключ, первый зажим которого подсоединен к второму зажиму источника гармонического сигнала, второй и третий зажимы -ключа соединены соответственно с первым и вторым входами согласующего блока, второй зажим преобразователя тока подключен к вершине измерительной ветви, примыкающей к зажимам образцового и исследуемого комплексного двухполюсников, управляющий вход ключа подсоединен к третьему выходу-функционального преобразователя, третий вход которого соединен с .шиной, управления. Функциональный преобразователь содержит блок управления, два амплитудных преобразовалеля, фазовременной преобразователь и блок обработки информации, причем первый и второй входы функционального преобразователя подсоединены соответственно к первому и второму входам фаз.овременного преобразователя и через амплитудные преобоагюяатели к первому и второму входам блока обработки информации, третий вход кбторого соединен с выходом фазовременного преобразователя, третий вход функционального преобразователя подключен к управляю щему входу блока управления, первый выход которого подсоединен к четвертому входу блока обработки информации, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму выходам функционального преобразователя, третий выход которого соединен с вторым выходом блока управления. На фиг. 1 и 2 показаны структуры измерительных цепей, виды измеритель ных ветвей; на фиг. 3-5 - схекы устройства; на фиг. б - схема функционального преобразователя. На фиг. 1-5 приняты следующие обозначения. Источник 1 гармоничес,кого сигнала, преобразователь 2 тока, ключ 3, шина 4 управления ключом 3, исследуемый комплексный двухполюсник 5, образцовый двухполюсник 16, согласующий блок 7, функциональный преобразователь 8 шина 9 управления функционального преобразователя 8. Функциональный преобразователь содержит блок-10 управления, амплитудные преобразователи 11 и 13, фазо временной преобразователь 12 и блок 14 обработки информации. Рассмотрим возможность повышения точности измерения параметров комплексного нерезонансного двухэлементного двухполюсника, например, при измерении составляющих комплексного двухполюсника, однородной и неоднородной образцовому двухполюснику при последовательной схеме замещения исследуемого комплексного двухполюсника. Предположим, что внутреннее сопротивление источника гармонического сигнала Z x-i-j fjt- р внутреннее сопротивление преобразователя тока I Z и I внутреннее сопротивление согласующего блока Z2 2. образцовый двухполюсник с сопротив лением ZQ Ы и исследуемое комплекс ное сопротивление двухполюсника 2д ft jf. В первом такте измерения, т.е. для первого положения ключа 3 в первой из структур измерительных ветвей (,фиг. 1 и 3), напряжение источника 1 гармонического сигнала подводится через преобразователь 2 тока и ключ 3 к зажимам а и b измерительной ветви. Запишем выражение для напряжения с выхода преобразователя тока ... . I EK LZo -Z:t- Z-,j - -- |Z,+iJ(,Z, ),)22 де К - коэффициент передачи преобразователя тока, ли - к ) 1 I Apy-f f . (.y-i lPi-C -bB+UzVi,21 -, p2+ 2/ де p i( Us) « BCx-t-U +Uj) + +f (Й2 - /U -e) +xU2 /i- Э2 U-t + T oi (. - Й2 J fi t/X. d2J + U+u-t+U2J - хёг+лиг-и.,б2+ 6,U2(- Модуль напряжения U равен и - If KFJ C Ug) (У ) i - Kv, r , де Kj - коэффициент передачи амплитудного преобразователя. Фазовый сдвиг напряжения U-| относительно напряжения источника гармонического сигнала Е равен W arrta )(.()yi (oi+ri+u2)ji- cy-62jE-i; Напряжение с выхода согласующего блока имеет вид II к- Т (.Zo+ Zx) Zg Uz Кз- i,, где Kj - коэффициент передачи согла. сующего блока ли - V Е Г tC о -(3) С У U2 - (, j- Kgfcl.р2 +Т2 г л -, + tfU2-(c6-t-fi) Г()и2+Т 23Г1 Р Г2 одуль напряжения Ug равен U, K3K,();|-tLjMl±Ml(s) де К - коэффициент передачи амплитудного преобразрвателя. азовый сдвиг напряжения U2относительо напряжения исто.чника гармоничесого сигнала Ё равен .,. ( () азовый сдвиг напряжения (2 относиельно напряжения 0 равен ,„...)((() ,. ()) о втором такте измерения ключ 3 пееводят во второе положение, т.е. одключают источник гармонического игнала к зажимам а и с измерительной етви. Напряжение с выхода преобраз ля тока имеет вид ,-, ,. t KjECZg + .) ,(Z (ct.+a+U2)P2 + (r ) иэ ( ,Р 1 - 2JP2- To +B-HJ2) .,11 где Р2 cL(x-t-U +U2)-HJ(x+U-,-t+ot) +Ui и 216f Й2+xU 2 + М %-Jr«3 2 oi.(/fK;H-(J2+r) + /xU2 -xd2-U 62+U2 d x y Модуль напряжения Uj равен ,, J()Ct p2 4. ,t-| Г Фазовый сдвиг напряжения Uj от тельно напряжения источника га сигнала равен 4fl-arctg l -f23P2-()g (oi.) р.2 +lf-623i 2 Напряжение с выхода согласующе блока имеет вид тт V f Z.Q Z 2. 4 - - Zg. „ -Tf мУ2Рг1 гг2 -i U4-K2to4, 2 + 2- p2 + f2 22. 22 Модуль напряженияU, равен U4 )Z -v-r- 2-2 Фазовый сдвиг напряжения Ц от тельно напряжения источника га ческого сигнала Е равен и, - arctE ) 4 arctg U2p2- 2 2 Фазовый сдвиг напряжения U от тельно напряжения U равен . ,р -..--t. -ГёгЮ +В+и З+игС/ VV -ai-Ctg U2 ot+U+lj2)-d2( с учетом 4 и 5 можно получить XL Mi -(t - t AT lCjI- i) V7 ICjTa V (i+U2 y + ( Таким образом, Уг-Уз (бС+. В)+з . С учетом (6) и (9J получится Л 4, - 42 arctg -т На основе (11) cos Л и sin можно определить через параметры исследуемого комплексного двухполюсника и образцового двухполюсника cosA cos (.) cos aictg | - ot +B )(ot +Bj2+y2 sin Д sin(if-, sin a ictg (.13J (oi+B)+ 3-2 Уравнения преобразования для cocтавляющих исслбдуемого комплексного сопротивления двухполюсника с учетом 10,12 и 13 имеет вид В cos (V,-V2) -l Т () rПроцесс измерения составляющих исследуемого комплексного двухполюсника, выполненного по параллельной схеме замещения происходит аналогично описанному выше. Так в первом такте измерения, т.е. для первого положения ключа 3 в первой из структур измерительных цепей (фиг. 2) и в устройстве (фиг. 4), напряжение источника 1 гармонического сигнала подводится через преобразователь 2 тока и ключ 3 к зажимам а и Ь измерительной ветви. Во втором такте измерения ключ 3 переводят во второе положение, т.е. подключают источник гармонического сигнала к зажимам b и с измерительной ветви. Уравнения преобразования для составляющих исследуемой комплексной прородимо ти приведены в таблице (фиг.2). В этом случае также происходитисключение погрешности вследствие Ненулевого значения внутреннего комплексного сопротивления источника питания и преобразователя тока, а также вследствие конечного входного .сопротивления согласукадего блока и нестабильности величин коэффициентов передачи преобразователя тока и согласующего блока, например, при измерении составляющих комплексного двухполюсника при его параллельной схеме замещения. Предположим, что внутренняя проводимость источника гармонического сигнала Y,,f, внутреняя проводимость преобразователя тока входная проводимость согласующего блока Y2 образцовый двухполюсник с проводимостью УО 0 и исследуемая комплексная проводимость двухполюсника УХ (J + j f . В первом такте измерения, т.е. для первого положения ключа 3 во второй из структур измерительных цепей Сфиг. 2J ив устройстве (.фиг. 7), напряжение источника 1 гармонического сигнала подводится через преобразователь 2 тока и ключ 3 к зажимам а и с измерительной ветви. Запишем выражение для напряжения с выхода преобразователя тока Н .Awayv 2) . ((,П(п-, ,KY,fY2) где К - коэффициент передачи преобразователя тока, Фазовый сдвиг напряжения Uj относительно напряжения U равен hm - gn. 2 3 hn - gm Bo втором такте преобразования . ключ 3 переводят во второе положение, т.е. подключают источник гармонического сигнала к зажимам с и b измерительной ветви. Напряжение с выхода преобразователя тока имеет вид vw L ( v v/vwUYV/v 4Vuv/vwHv v i 2/ ) 2. 2/i.W Ч/ .С учетом 19 и 20 можно получить К.К„ 5 - 1 2 )() Таким образом, lUHs С учетом 18 к 21 получим V2- 4-3 at-ctg опред У1им cos А и sin на основе 23 через параметры исследуемого компле ного двухполюсника . Г. cos(. cos srctg-|- j J sin (4-2- Mj) sin arctg | .JL Уравнения преобразования для сое таБляющих исследуемой комплексной проводимости двухполюсника с учетом 22, 24 и -25 имеет вид в oL Jrrr- cosi42- Ц-.) В -изиб - J f nHrsi 2-V3) Уравнения преобразования для сос тавляющих исследуемого двухэлементного двухполюсника вида Z) и - jjp при его последовательной схеме заме щения имеют вид в oi. совСЧ-з- Vj) В -° те ) 3где минус соответствует емкостному характеру исследуемого комплексного двухполюсника при его последовательной схеме замещения. В уравнениях 28 и 29 параметры об, В в,-fr уимеют размерность сопротивлений. Так как В В, а ( относительная погрешность при измерении составлягацих исследуемого комплексн го двухэлементного нерезонансного двухполюсника при любой схеме замещения О, сЛ J 0. Устройство работает следующим об разом. Информация о виде измеряемого ко плексного двухполюсника и образцово го двухполюсника поступает по шине 9 управления в блок 10 управления, первого выхода которого сигнал пост пает на управляющий вход блока 14 обработки информации, в котором уст навливается, например, при последовательной схеме замещения исследуемого комплексного двухполюсника пер вая и вторая функция преобразования (фиг. 1). Сигналы с второго выхода блока управления поступают на управляЕощий вход 4 ключа 3„ В соответствии с сигналами, поступившими-на управляющий вход ключа 3, он переключается в первом такте измерения в первое положение. Напряжение питания с выхода источника гармонического сигнала через преобразователь 2 тока и . ключ 3 подается на измерительную ветвь 5 и б к зажимам а и b и к входу согласующего блока 7. Сигнал с выхода согласующего блока, пропорциональный падению напряжения на измери- тельной ветви и параллельно подклю ченном к ней входном сопротивлении согласующего блока, поступает на вход амплитудного преобразователя 11 и на один.из входов фазовременного преобразователя 12. С выхода амплитудного преобразователя 11 сигнал, пропорциональный амплитудному значению падения напряжения на измерительной ветви и параллельно подключенном к ней входном сопротивлении сох ласУющего блока, поступает на один из входов блока 14 обработки информации. В то же время сигнал с выхода преобразователя 2 тока, пропорциональный току источника гармонического сигнала, поступает на вход амплитудного преобразователя 13 и на один из входов фазовременного пре- образователя 12. С выхода амплитудного преобразователя 13 сигнал, пропорциональный амплитудному значению тока источника гармонического сигнала, поступает на второй вход блока 14 Обработки сигналов, на третий вход которого поступает -сигнал.с выхода фазовременного преобразователя 12, пропорциональный фазовому сдвигу сигнала с выхода согласующего устройства 9 относительно сигнала с выхода преобразователя 2 тока. Во вторрм такте измерения сигнал с второго выхода блока 12 управления поступает на управляющий вход 4 ключа 3 и переводит его во второе положение. Напряжение питания с выхода источника 1 гармонического сигнала поступает через преобразователь 2 тока и ключ 3 к зажимам аи си через исследуемый комплексный двухполюсник 5 к .входу согласующего блока 7,сигнал с выхода которого, пропорциональный падению напряжения на входномг сопротивлении согласующего устройства, поступает на один из входов фазовременного преобразователя 12 и на вход амплитудного преобразователя 11, с выхода которого сигнал, пропорциональный амплитудному значению падения напряжения на входном сопротивлении согласующего блока, поступает на первый вход блока обработки сигналов 14. в то же время сигнал с выхода преобразователя 2 тока, пропорциональный току источника гармонического сигнала, поступает на вход амплитудного преобразователя 13 и на второй вход фаэовременногб преобразователя 12. С выхода амплитудного преобразователя 13 сигнал, Пропорциональный амплитудному значению тока, протекающего чере.з преобразователь 2 тока поступает на второй вход блока 14 обработки сигналов, на третий вход которого поступает сигнал с выхода фазовременного преобразователя 12, пропорциональный фазовому сдвигу сиг нала с выхода согласунндего блока 7 относительно сигнала с выхода преобразователя 2 тока. На первом и втсфЬ выходах блока обработки сигналов фор мируется информация о величинах изме ряемых составляющих исследуемого К(эм плексного двухполюсника. Формула изобретения 1.Устройство для измерения параметров комплексного нерезонансного двухэлементного двухполюсника, содержащее источник гармонического сигнала, один из зажимов которого соединен с первым зажимом преобразователя тока, измерительную ветвь,сос тавленную из последовательно, соединенных образцового двухполюсника и и |следуемого комплексного двухполюсни1ка, один из зажимов которой, примыкающий к образцовому двухполюснику, подсоединен к одному из входов согла сующего блока, второй вход которого соединен с вторым зажимом измеритель ной ветви, примыкающим к исследуемому комплексному двухполюснику, выход согласующего блока- и преобразователя (тока подключены соответственно к пер рому и второму входам функционешьног Преобразователя, первый и второй выходы которого являются выходами устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения составляющих исследуемого комплексного двухполюсника при его последовательной схеме замещения, в него введен ключ, первый зажим кот рого соединен с вторым зажимом источ ника гармонического сигнала, второй зажим ключа подсоединен к верыинё из мерительной ветви, примыкающей к зажимам образцового и исследуемого комплексного двухполюсников, третий зажим ключа соединен с вторым зажимо исследуемого комплексного двухполйсника; а второй зажим преобразователя тока подключен к второму зажиму обра цового двухполюсника, управляющий вход ключа подсоединен к третьему выходу функционального преобразовате ля, третий вход которого соединен с шиной управления. 2.Устройство для измерения параметров комплексного нерезонансного двухэлементного двухполюсника, содёр жащее источник гармонического сигнала, один из зажимов которого соединен с первым зажимом преобразователя тока, измерительную ветвь, .составленнуюИз последовательно соединенных образцового двухполюсника и исследуемого комплексного двухполюсника, один из зажимов которой, примыкающий к образцовому двухполюснику, подсоединен к одному из входов согласующего блока, второй вход которого соединен с вторым зажимом измерительной ветви, примыкающим к исследуемому комплексному двухполюснику, выходы согласующего блока и преобразователя тока подключены соответственно к первому и второму входам функционального преобразователя, первый и второй выходы которого являются выходами устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения составлякяцих исследуемого комплексного двухполюсника при его параллельной схеме замещения, в него введен ключ, первый зажим которого соединен с вторым зажимом источника гармонического сигнала, второй зажим ключа подсоединен к вершине измеритель.ной ветви, примыкающей к зажимам образцового и исследуемого комплексного двухполюсников, третий зажим ключа соединен с вторым зажимом образцового двухполюсника, а второй зажим преобразователя тока подключен к второму зажиму исследуемого комплексногд двухполюсника, управляющий вход ключа подсоединен к третьему выходу функционального преобразователя, третий вход которого соединен с шиной управления. 3. Устройство для измерения пара-, метров комплексного нерезонансного двухэлементного двухполюсника, содержащее источник гармонического сигнала, один из зажимов которого соеди- нен с первым зажимом преобразователя тока, измерительную ветвь, составленную из последовательно соединенных образцового двухполюсника и исследуемого комплексного двухполюсника, . один из зажимов-которой,примыкающий к образцовому двухполюснику, подсоединен к одному из входов согласующего блока, второй вход которого соединен с вторым зажимом измерительной ветви, прикыкаквдим к исследуемому комплексному двухполюснику, выходы согласующего блока и преобразователя тока подключены соответственно к первому и второму входам функционального преобразователя, первый и второй выходы которого являются выходами устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения составляющих исследуемого комплексного двухполюсника при любой схеме замещения, в него введен управляемый ключ, первый заоким которого подсоединен к второму зажиму источника гармонического сигнала, второй и третий зажилФл ключа соединены соответственно с первым и вторыг входами согласующего блока, .второй зажим преобразователя тока подключен к вершине измерительной ветви, примыкающей к зажимам образцового и исследуемого комплексного двухполюсников, управляющий вход ключа подсоединен к третьему выходу функционального преобразователя, третий вход которого соединен с шиной управления.
4. Устройство по пп.1-3, отличающееся- тем, что функциональный преобразователь содержит блок управления, два амплитудных преобразователя, фазовременной преобразо-ватель и блок обработки информации, причем первый и второй входы функцинального преобразователя подсоедине- ны соответственно к первому и второму входам фазовременного преобразователя и через амплитудные преобразователи к первому и второму входам лока1 обработки информации, третий вход которого соединен с выходом фазовременного преобразователя,третий вход функционального преобразователя подключен к управляющему входу блока управления, первый выход которого подсоединен к четвертому входу
блока обработки информации, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму выходам функциенального преобразователя, третий выход которого соединен с вторым выходом блока управления. Источники информации, принятие во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР № 531098, кл. G 01 R 27/02, 1973.
2. Авторское свидетельство СССР № 798626, кл. G 01 R 27/02, 1978. (прототип;.
CfTOCO df rrpfoSpasoSaHif/if
1 d: 15$ 4ZI}-fCZb « I v«a «
Ci ffcoSbf / peo pa3oSaf u/f Krirn H. pi ii II W -.| |-нсца lc
