Преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников

Преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (31)3000933 (61) Дополнительное к ввт. саид-ву (22) Заявлено 15,10.81.(2l ) 3346787/18-23 с присоединением заявки № (23 ) П р мор итет

Опубликоваяо28.02.83. Бюллетень № 8

Дата опубликования описания 28.02.83 (5 3 ) M. Кл.

С 01 Р 27/00

Гваударстеевкьа кекитет

СССР

No йввак взабретевкв в атхрытяй (53) УДК 621.

31 7.330. 1

08 !

r

Ф

У

1 г (72) Авторы изобретения

В. Г. Плотников и Г. A. Штамбергер (7l) Заявитель

Ивано-Франковский институт нефти н газа (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ

ДВ УХ ПОЛК)ОН ИКОВ

Изобретение относится к электроиэмерительной технике, в частности к измерению параметров пассивных комплексных величин, и может быть использовано для измерения параметров объектов, например в электрохимии и биологии при изучении

5 природы электрохимических и биологических систем, в микроэлектронной, электрон радио-„нефтяной и химической промышленностях для контроля как различных

1О изделий, гак и различных технологических процессов, Известен преобразователь параметров нерезонансных пассивных грехэлеменгных двухполюсников, содержащий источ15 ник частотно-модулированного сигнала, дифференцирующий усилитель, сумматор напряжений, два управляемых делителя напряжений, интегрирующий усилитель, фаэочувствительный индикатор, два логоМетрических преобразователя и усили тель fl)

Недостатком преобразователя является невысокая точность измерения искомых

2 параметров двухполюсника. Результат измерения одного иэ параметров зависит от напряжения источника частотно-модулированного сигнала, что снижаег точность измерения, поскольку трудно осуществить стабильность напряжения ис очника в широком диапазоне частот. Из а того, что уравновешивание происходит в режиме постоянных изменений частоты источника сигнала, возникают дополнительные динамические;погрешности. Исследуемый двухполюсник вкпючаегся во входную цепь усилителя так, что возникает потребность в стабилизации режима усилителя по постоянному току. Преобразователь имеет низкое быстродействие, связанное с наличием взаимосвязи двух контуров уравновешивания.

Наиболее близким к,предлагаемому по технической сущности является измеритель параметров пассивных двухполюсЬ ников,соцержаптий генератор синусонцальных сигналов, операционный усилитель, регулируемый элемент, два фазочу»сгвигель1000

3 ных вольтметра, фазовращатель, нуль-орган, блок выдержки времени, переключатель и постоянный резистор (2 .

Недостатками измерителя являются низкие точность и чувствительность измерения, так как сами характеристики отрицательных элементов в диапазоне амплитуд нелинейны, а при работе измерителя на отрицательное сопротивление (резистор) поступают импульсы различной 16 амплитуды,, возникающие при периодическом переводе переключателя из одного положения в другое. Значительная погреш1ность измерителя обусловлена и тем, что отрицательное сопротивление является частотно-зависимым и поэтому результаты отсчета по параметрам двухполюсника после приведения цепи в измерительное состояние зависят от частоты синусоидального сигнала генератора, от времени Е прерывания этого сигнала и от наличия гармоник сигнала, возникающих из-за нелинейности отрицательного сопротивления.

Значительная погрешнос ть обусловлена также малыми пределами измерения, поскольку отрицательные сопротивления могут существовать только в пределах ограниченной области вольт-амперных характеристик этих сопротивлений. Кроме того, из-за коммутации сигнала сильно ограничивается верхний частотный предел работы изме ителя.

К недостаткам относится также наст ройки измерителя, поскольку здесь на первом месте стоит вопрос об устойчивости схем с отрицательными импедансами.

?1ель изобретения — повышение точности измерения путем исключения из преобразователя регулируемого элемента

46 с отрицательным сопротивлением.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников, содержащий генератор синусоидальных сигналов, пе45 реклю<.атель, операционный усилитель, блок выдержки интервала времени, при этом управляющий вход переключателя соединен с выходом блока выдержки интервала времени, два фазочувствительнъ х детектора, постоянный резистор, регулируемый элемент и формирователь сигнала управления, причем выход послсднего соединен с управляющим входом регулируемого элемента, введены второй .генератор синусоидальных сигналов, вто- рой переключатель, второй операционный усилитель, второй постоянный резистор, два блока вычитания, два делителя напря933 4 жения, два блока памяти, интегратор и блок преобразования переменного сигнала в постоянный, причем выходы генераторов через первый переключатель соединены с входом интегратора, первым входом первого фазочувствительного детектора и через постоянные резисторы с входами операционных усилителей, выходы последних подключены к входам первого блока вычитания, а выход блока непосредственно соединен с вторыми .мходами фазочувствигельных детекторов и через блок преобразования переменного сигнала в постоянный с вторыми входами делителей напряжения, при этом первый вход первого делителя напряжения подключен к выходу первого фазочувствительного детектора, а выход интегратора через второй фазочувствительный детектор соединен с первым входом второго делителя напряжения, выход последнего через второй переключатель соединен с входами первого и второго блоков памяти, кроме того, в обратную связь одного из операционных усилителей включены зажимы для подключения объекте измерения, а в обратную связь другого — регулируемый элемент, выходы блоков памяти соединены с входами второго блока вычитания, à его выход — с формирователем сигнала управления, причем управляющий вход второго переключателя также подключен к выходу блока выдержки интервала времени.

На чертеже представлена структурная схема преобразователя параметров трехэлементных двухполюсников.

Преобразователь содержит два генератора 1 и 2 синусоидальных сигналов различной частоты, два переключателя 3 и

4, два операционных усилителя 5 и 6, . измеряемый трехэлементный двухполюс ник 7, состоящий из резисторов 8 и 9 и конденсатора 10, два блока 11 и 12 вычитания, блок 13 выдержки интервалов времени, два фазочувствительньтх детектора 14 и 15, два делителя 16 и 17 напряжения, блок 18 преобразования переменного сигнала в постоянный, два блока 19 и 20 памяти, формирователь

21 сигнала управления, интегратор 22, два постоянных резистора 23 и 24 и регулируемый элемент (резистор) 25.

Выходы генератора 1 и 2 синусоидальных сигналов через переключатель 3 подключены к интегратору 22, фазочувствительному детектору 14 и через постоянные резисторы 23 и 24 соответственно к операционным усилителям 6 и 5. В об.

0933 4

5 100 ратную связь операционных усилителей

5 и 6 соответственно включены измеряемый трехэлеменгный двухполюсник 7 и регулируемый элемент 25. Выходы операционных усилителей 5 и 6 через блок

11 вычитания подключены как к вторым входам фазочувствительных детекторов

14 и 15; так и к входу блока 18 преобразования переменного сигнала в постоянный. Выход последнего и выходы фазо- lO чувствительных детекторов 14 и 15 соединены соответственно с входами делителей 17 и 16 напряжения. Выход делителя 16 напряжения через переключатель

4 подключен к блокам 19 и 20 памяти, 15 выходы последних соединены с блоком

12 вычитания, а его выход подключен к формирователю 21 сигнала управления.

Выход формирователя 21 сигнала управления соединен с управляющим входом 39 регулируемого элемента 25. Выход блока 13 выдержки интервалов времени подключен к управляющим входам переключателей 3 и 4.

Устройство работает следующим образом. напряжение с выхода блока 11 вычитания поступает в блок 18 преобразования переменноГо сигнала в постоянный. В качестве такого блока могут использоваться преобразователи, амплитудных, средних или действующих значений переменного сигнала. Йелигель 16 напряжения производит деление постоянных напряжений с выхода фазочувсгвптельного детектора 15 и с выхода блока 18 преобразования переменного сигнала в постоянный.

Напряжение с ràëèråëÿ 16 напряжения через переключатель 4- поступает на блок

19 памяти и запоминается им. Во втором такте напряжение or генератора 2 синусоидального напряжения через операционный усилитель с делителя 16 напряжения через переключатель 4 поступает на блок 20 памяти и также им запоминается. Разность сигналов с блоков 19 и

20 памяти поступает на формирователь

21 сигнала управления. Формирователь

21 сигнала управления, в качестве которого может быть использовано любое интегрирующее звено, например электродвигатель, интегратор, устройство памя- ти и т. д., изменяет сопротивление регулируемого элемента 25 до тех пор, пока сигнал на выходе блока 12 вычитания не будет равен нулю. Как правило, для первоначального приведения измерительной цепи в состояние квазиравновесия требуется 4-7 тактов. После достижения преобразователем измерительного состояния определяют параметры измеряемого двухполюсника. Значение измеряемого сопротивления резистора 8 определяют по значению сопротивления регулируемого резистора 25, значение измеряемой проводимостп резистора 9 — по значению напряжения на выходе делителя 17 напряжения, а значение измеряемой емкости конденсатора 10 — по значению напояжения на выходе делителя 16 напряжения.

Предлагаемый преобразователь позвсляет производить одновременное измерение всех трех параметров трехэлементных двухполюсников. При этом достигается повышение точности и расширение пределов измерения по всем параметрам.

Кроме того, существенным является то, что можно повысить чувствительность при измерении всех трех параметров, поскольку чувствительность пропорциональна разности квадратов частот сигналов генераторов 1 и 2. У прототипа подобная возможность повышения чувствительности отсутствует.

Блок 13 выдержки интервалов времени периодически и в два такта управляет переключателями 3 и 4. B первом такте посредством переключателя 3 к измеряе- 30 мому трехэлементному двухполюснику подключается генератор 1 синусоидального напряжения, во втором такте — генератор 2 синусоидального напряжения, Таким же образом в первом такте пере з> ключатель 4 подключает выход делителя

16 напряжения к входу блока 19 памяти, а во втором такте — к входу блока 20 памяти. B первом такте сигнал с генератора 1 синусоидального напряжения через переключатель 3 поступает на операционные усилители 5 и 6. Параметры переменного напряжения (аплитуда, фаза) на выходе операционного усилителя 5, кроме значения генератора 1 синусоидаль- 5 ного напряжения и сопротивления резистора 24., зависит от измеряемых парамет ров трехэлементного двухполюсника 7, Напряжение на выходе операционного усилителя 6, кроме значения напряжения генератора 1 синусоидального напряжения и сопротивления постоянного резистора

23, зависит и от сопротивления регулируемого элсмента 25. Напряжение на выходе блока 11 вычитания равно разности

И выходных напряжений операционньгх усилителей 5 и 6. Фаза этого напряжения является опорной для фазочувствительных детекторов 14 и 15. Одновременно чувствительных детекторов и через блок преобразования переменного сигнала в постоянньй с вторыми входами делителей напряжения, при этом первый вход первого делителя напряжения подключен к выходу первого фазочувствительного детектора, а выход интегратора через второй фазочувствительный детектор соединен с первым входом второго делителя напряжения, выход последнего через второй переключатель соединен с входами первого и второго блоков, кроме того, в обратную связь одного из операционных усилителей включены зажимы для подключения объекта измерения, а в обратную связь другого — регулируемый эле мент, выходы блоков памяти соединены с входами второго блока вычитания, а его ,выход — с формирователем сигнала управления, причем управляющий вход второго переключателя также подключен к выходу блока выдержки интервала времени.

7 10009

Формула изобретения

Преобразователь параметров трехэлемен THbrx двухполюсников, содержащий генератор синусоидальных сигналов, переключатель, операционный усилитель, блок s выдержки интервала времени, при этом управляющий вход переключателя соединен с выходом блока выдержки интерва,па времени, два фазочувствительных детектора, постоянный резистор, регулируе- >й мый элемент и формирователь сигнала управления, причем выход последнего соединен с управляющим входом регулируемого элемента, о т л и ч а ю щ и и —. с я тем, что, с целью повышения точнос- >> ти измерения, в него введены второй генератор синусоидальных сигналов, второй переключатель, второй операционный усилитель, второй постоянный резистор, два блока вычитания, два делителя напряже- N ния, два блока памяти, интегратор и блок преобразования переменного сигнала в постоянный, причем выходы генераторов ,через первый переключатель соединены с входом интегратора, первым входом 25 первого фазочувствительного детектора и через постоянные резисторы с входами операционных усилителей, выходы последних подключены к входам первого блока вычитания, а выход этого блока непосред-За ственно соединен с вторыми входами фазоИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 538302, кл. С 01 P 17/00, 01 К 27/00, 21.05.74.

2. Авторское свидетельство CC

N. 648917, кл.. Q 01 R 27/26, 21.04.76 (прототип) .

f000933

Составитель Л. СотниковаРедактор А. Лежнина Техред А.Бабинеп Корректор Е, Рошко

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, Заказ 1378/48 Тираж 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушскаи наб., д. 4/5