Цифровой измеритель параметров комплексных сопротивлений, емкости и индуктивности

Цифровой измеритель параметров комплексных сопротивлений, емкости и индуктивности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ, ЕМКОСТИ И ИНДУКТИВНОСТИ, содержащий блок регистрации, генератор синусоидального нглряжения, выходо соединенный с первым входом блока управления и с входом преобразователя сопротивление - напряжение,два сигнальных входа которого соединен с соответствующими входными зажимами измерителя, а выход преобразо вателя сопротивление - напряжение по ключен к второму входу блока управ ления, первым и вторым выходами ; подключенного к соответствукняим входам временных дискриминаторов, выходы которых и третий выход блока управления соединены с соответствующими входами временного селектора, выход которого соединен с входом коммутатора, отличающийс . я тем, что, с целью повышения точности и расширения частотного диапазона измерений, в него введены преобразователь напряжение - частота , перемножитель, делитель кодов и преобразователь период - код,при этом блок управления через преобразователь напряжение - частота соединен с входом временного селектора, пятый выход блока управления подключен к управляющему входу коммутатора , два входа делителя кодов соединены с соответствующими выходами коммутатора , а выход делителя коде соединен с первым входом блока регистрации непосредственно и с вторым его входом через перемножитель, второй вход которого соединен с выходом преобразователя период - код,входом соединенного с выходом второго, временного дискриминатора.

СООЗ СООЕТСНИХ 033 ИР

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

re. ДЕЛАЕМ ИЗОИРЕТЕНИй И ОтНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗ06РЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ( (21) 3412699/18-21 (22) 23.03. 82 (46). 07. 07. 83. Бюл. В 25 (72) В. Н. Чинков и B. И. Анохин (53) 621. 317. 332. 6 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР йо заявке В 2973793/18-21, кл. G 01 К 27/26, 12.08.80.

2 ° Авторское свидетельство СССР по заявке 5 3261511/18-. 21, кл. G 01 К 27/02,16.03.81(прототип). (54)(57) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМВТР0В КОМПЛЕКСНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ, ЕМКОСТИ И ИНДУКТИВНОСТИ, содержащий блок регистрации, генератор синусоидального напряжения, выходом соединенный с первым входом блока управления и с входом преобразователя сопротивление - напряжение,два сигнальных входа которого соединены с соответствующими входными зажи-. мами измерителя, а выход преобразователя сопротивление — напряжение подключен к второму входу блока управления, первым и вторым выходами

:подключенного к соответствующим

„„5U„„A з(Я) G 01 R 27 02 // G 01 R 27/26 входам временных дискриминаторов, выходы которых и третий выход блока управления .соединены с соответствующими входами временного селектора, выход которого соединен с входом коммутатора, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности и расширения частотного диапазона измерений, в него введены преобразователь напряжение †частота, перемножитель; делитель кодов и преобразователь период — код,при этом блок управления через преобразователь напряжение - частота соединен с входом временного селектора, пятый выход блока управления подключен к управляющему входу коммутато- Я ра, два входа делителя кодов соединены с соответствующими выходами коммутатора, а выход делителя кодов соединен с первым входом блока регистрации непосредственно и с вторым его входом через перемножитель, вто- а рой вход которого соединен с выхо.дом преобразователя период — код, входом соединенного с выходом второго .временнЬго дискриминатора.

1027641.;

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для измерения параметров электрорадиоцепей, таких как составляющие полного сопротивления и полной индуктивности, емкости С и ее тангенса угла потерь kgo" индуктивности Ь и ее добротности g

Известен цифровой измеритель сопротивления, емкости и индуктивности, содержащий генератор сину. — 10 соидального напряжения, измерительную цепь с образцовым и измеряемым элементами, три коммутатора, нудьорган, блок управления, времяимпульоный генератор, состоящий иэ генератора импульсов и пРеобразователя напряжение - время, суммирующий счетчик, блок переноса, вычитающий счетчик и блок деления 51).

Недостатком указанного измери- 0 теля является низкая, практически нулевая помехозащищенность от влияния внешних помех и высших гармоник в измерительных сигналах, что обус- ловлено измерением параметров элект рорадиоцепей по мгновенным значениям сигналов, При таком методе измерения любое отклонение сигналов от синусоидальной формы непосредственно входит в погрешность-измерения, которая может оказаться недопусти- 30 мо большой.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой измеритель параметров комплексных сопротивлений, емкости и ин-,3 дуктивности, содержащий блок регистрации, генератор синусоидального напряжения, выходом соединенный с первым входом блока управления и с входом преобразователя сопротивление - 40 напряжение, два сигнальных входа ко» торого соединены с соответствующими входными зажимами измерителя, а выход преобразователя сопротивление— напряжение подключен к второму входу блока управления, первым и вторым выходами подключенного к соответствующим входам временных дискриминаторов, выходы которых и третий выход блока управления соединены с соответствующими входами временного се- 50 лектора, выход которого соединен с входом коммутатора 2 ).

Недостатками известного измерителя являются, невысокая точность измерений и значительно узкий час- 55 тотный диапазон измерений, обус- ловленный использованием амплитудных детекторов и блока деления напряжений.

Цель изобретения — повышение точ- 60 ности и расширение частотного диапазона измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель параметров комплексных сопротивле- 65

Ний, емкости и индуктивностн, содержащий блок регистрации, генератор синусоидального напряжения, вы,ходом соединенный с первым входом блока управления и с входом преобразователя сопротивление — напряжение, два сигнальных входа которого соединены с соответствующими входными зажимами измерителя, а выход преобразователя сопротивление - напряжение подключен к второму входу блока управления, первым и вторым выходами подключенного к соответствующим входам временных дискриминаторов, выходы которых и третий выход блока управления соединены с соответствующими входами временного селектора, выход которого соединен с входом коммутатора, введены преобразователь напряжение — частота, перемножитель, делитель кодов и .преобразователь период — код, при этом блок управления через преобразователь напряжение — частота соединен с входом временного селектора, пятый выход блока управления подключен к управляющему входу коммутатора, два входа делителя кодов соединены с соответствующими выходами коммутатора, а выход делителя кодов соединен с первым Входом блока регистрации непосредственно и с вторым е о входом через перемножитель, второй вход которого соединен с выходом преобразователя период — код, входом соединенного с выходом второго временного дискриминатора.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого измерителя, на фиг. 2временные диаграммы, поясняющие

его работу, Измеритель (фиг. Ö содержит генератор 1 синусоидального,напряжения, преобразователь 2 сопротивление .напряжение, блок 3 управления, преобразователь 4 напряжение - частота, временные дискриминаторы 5 и

6, временной селектор 7, коммутатор 8, делитель 9 кодов, преобразо-. ватель 10 период — код, перемножитель 11 кодов, блок 12 регистрации и входные клеммы 13.и 14 измерителя, Z.y — исследуемая электрорадиоцепь. !

Устройство работает следующим образом.

Цифровой измеритель работает в нескольких режимах, задаваемых блоком 3 управления. Последний обеспечивает переключение выходных сигналов, подаваемых на входы преобразователя 4 напряжение — частбта и временные дискриминаторы 5 и 6, и перестройку режимов работы временного селектора 7 и коммутатора 8.

Во всех режимах работы измерителя синусоидальное напряжение U(tI с выхода генератора 1 подается на входы преобразователя 2 сопротивле1027641

При измерении активной составляющей (активного сопротивления ) временной селектор 7 на первом этапе открывается на время

3а это время через временной селектор 7 с преобразователя 4 напряжение— частота поступит количество импуль- с сов, равное

+<

8 = $ %(t) 84, (6)

10 1 или с учетом равенства (5)

+Q „-- ГМИН. (7) .6

15 Подставляя в выражение (7) соотношение (1) и переходя к переменной интегрированиями = (Э ь,получим

К > Х 0„„Р.

Я = — ) Q(g) gg ) 5Щ.(! .(= !!! сов Ч. (8) 0(t,) =-О,„s>x %t-!О)

i Ю =1„„чи ((vt-×), (a) Количество импульсов Н о„вводится через коммутатор 8 в делитель 9 кодов по его первому входу. На этом завершается первый этап-измерения активной составляющей R.

На втором этапе на вход.преобразователя 4 напряжение — частота

30 подается напряжение (J< (4), а частота на выходе преобразователя 4 может быть определена из выражения

ОХ Ь)=О,ц„Ч!!(ЕЕ -Ч), (З) где

ko usual

Охм (+) = К 0Х (+,), (9) 40 где Kg — .коэффициент преобразования.

Временные дискриминаторы 5 и б вы- 50 деляют моменты переходов поступающих на них напряжений через нули и положительные максимумы. В эти моменты времени на выходах дискриминаторов формируются управляющие сигналы 55 которые подаются на временной селектор. 7. Последний по этим управляющим сигналам формирует в зависимостиот измеряемого параметра определенный временной интервал и в течение этого интервала пропускает импульсы 60 с выхода преобразователя 4. напряже- ние - частота на вход коммутатора 8..

Измерение каждой из составляющих комплексного сопротивления осуществляется в два этапа.

65 ние — напряжение и блока 3 управления. Это напряжение и ток в измеряе;мом сопротивлений 2 g могут быть описаны математическими выражениями: где 0„„, 1„„- амплитуды соответственно синусоидального напряжения на выходе генератора 1и тока. в цепи 2.z, фазовый сдвиг между напряжением и током, равный- аргументу комплекса полного сопротивления ХХ .

Обычно ток 4 (Ц преобразуют в пропорциональное напряжение UII(1)на образцовом сопротивлении КО, включенном последовательно с сопротив- лением ХХ

-амплитуда напряжения на образцовом сопротивлении Ко

Режим измерения составляющих комплексного сопротивления.

В этом режиме блок 3 управления находится в таком состоянии, что напряжение (!Я) по его первому выходу подается на вход преобразователя

4 напряжение — частота и по второму-. выходу на временной дискриминатор

5, а напряжение Ох ® по третьему выходу †.на временной дискриминатор б. Преобразователь 4 напряжение - частота преобразует входное напряжение Ц(ф) в пропорциональное значение частоты следования импульсов

По сигналам блока 3 управления временной селектор 7 переводится в" режим работы, соответствующий выд»- . ленив временного интервала -ф, а коммутатор 8 — в состояние, при котором выход временного селектора 7 подключается к второму входу делителя 9 кодов. В течении времени открытого состояния временного селектора 7 с выхода преобразователя 4

5 через коммутатор 8 на второй вход делителя 9 кодов поступит. число импульсов,. равное

g к"о !и (о)

В этом случае на выходе делителя

9 кодов образуется число импульсов

К = " = — - С05! =

М!!q Q „

"a 0

@005>=K R, (Ì1) о где К=Ъ СОЗ! - активная составляюХ шая сопротивления Z>

Й - код активной составлявшей; коэффициент пропорцио "о нальности, обратный дискретности отсчета.

1027641 код g поступает в блок 12 регистfC рации.

При измерении реактивной составляющей Х сопротивления 2.Х первый этап аналогичен этапу измерения R за исключением того, что временной селектор 7 открывается на время -tе и в течение этого времени через него и через коммутатор 8 на первый вход делителя 9 кодов поступает с преоб" разователя 4 число импульсов, равное . 10

Ку Ц„„

= J ()а -к Jg(q)gt= +ЬЬ И.(й „ Ю „ 2 . У U и щ чиЧ(Ю .

Второй этап измерения составляю» щей Х не отличается от второго эта па измерения составляющей 8. т.е.

Йх = Hpg. тогда на выходе делителя

9 йодов получим .20

S > . 2.„ЧиЧ=k

Код ЯХ, пропорциональный реактивной составляющей X подается в блок 12 регистрации.

Режим измерения составляющих комплексной проводимости. 30

В этом режиме на первом этапе измерения активной составляющей проводимости G блока 3 управления на вход преобразователя 4 подается напряжение U„ «), временной селектоР

7 открывается на время -Ьо и на первый вход делителя 9 кодов поступает количество импульсов, равное

4. )(ЧЦ2+М.

>y, =J tq(t)dt.* ЕМ-ЧЫ - «>

" 1м "о соЩ.(14)

М

На втором этапе на вход преобразова- теля 4 подается напряжение u (+) временной селектор открывается иа .45 время14- ty и на второй вход делителя 9 кодов поступает количество импульсов, равное

++ к u . Kg u

Jz(+)g< ЯиАЮ= .(15) ®

+о

На выходе делителя 9 кодов получают код, пропорциональный значению,: проводимости 9 4 = -= — -"- СО9Ч =

Йь, Мр 0- 0е

-, — 1, сои =К„,(

Ro

9 б0 где у,<- — полная проводи»

7-Х мость

- =у goy ф — активная аостав-

Х ляющая полной проводимости, 65

Му= Яо) g — коэффициент пропорциональности, обратный дискретности отсчета проводимости °

При измерении реактивной составляющей в полной проводимости ух на вход преобразователя 4 на первом этапе подается напряжение Uy(6) и временной селектор 7 открывается на время 2, на втором этапе на вход преобразователя 4 подается напряжение Ц ®) и временной селектор

7 открывается на время 64-60

Далее измеритель работает так же, как при измерении активной составляиаей полной проводимости. В результате на первом этапе в блок 9 делеиия по первому входу поступит количество импульсов, равное

+ (Щ2+1/ и „= Я„®gt= J Ми(р(-Ч)с3.(= к >„ê (Эи Ч, (7) а на втором этапе в блок 9 деления по второму входу поступит количест:so импульсов, равное

2"Е Ое

Ья. ф2 щ ("g)

На выходе блока 9 деления образуется код пропорциональный реактивной составляющей проводимости 8 и = -= " " ЧиЧ " ди =К Ь

«й» 1»

Ь ИЬ2 2. Uh, 2 Х У.: (Й), где б= AX Sin 9

Режим измерения индуктивности и ее добротности.

Измерение индуктивности основано на использовании известного соот-. ношения между реактивной составляющей Х и частотой Ю

L — = i (20)

1(Т

Ф ЯЯ где Т - период синусоидального напряжения, при котором производится измерение. .Соотношение (20) в измерителе реализуется следующим образом.

Получают код и Х реактивной составлялцей сопротивления согласно форму ле (13) . Этот код подают на первый вход перемножителя 11 кодов, на второй вход которого поступает код

К .периода с выхода преобразователя 10 период — код. Kop g получают методом последовательного счета, т.е. путем заполнения импульсами образцовой частоты периода Т, и он равен и "-К (2»).

1027641 ь ъ"т > I =<@4 (Ю; %4 4

30 " Ф = Ny< Ngq

Составитель Л. Муранов

Редактор В. Петраш Техред А,Aч Корректор:0, Билак

Заказ 4732/49 . .Рираж 710 Подписное

- ВНИИПИ государственного комитета СССР по делам изобретений-.и открытий

113035, Москва, Ж-35, -Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4 где К вЂ” коэффициент преобразо.т вания периода.

На выходе перемножителя 11 кодов имеем

М„=йХМ,=К.,К Хт (М> или после подстановки Т» 2%6 из выражения (20) получим

1где К =К. К gg „- коэффициент, * т пропорциональ ности.

Измерение добротности 9 катушки индуктивности сводится к измере нию либо Кй„и Ку, либо .К и N> аналогично йриведенному выше и к делению этих величин в блоке 9 деле ния так, что получается код, пропор циональный добротности Й ц „"+/ =9. (24)

Nyg Hу

Режим измерения емкости и ее тангенса угла потерь.

При измерении емкости используется соотношение с. «т.

XUl =Жм

Это соотнсваение в измерителе реализуется следующим образом.

Аналогично приведенному вине по-. лучают коды Ку,, и Ну, а коммутатор 8 устанавливается в такое состоя ние, что на первый вход блока 9 деления поступает код Ny<, а на второй вход - код и,, Тогда -на выходе блока 9 деленйя получим

И 2%о и Яо е омам „ V „

Код Й „и код Н поступают на пе»

:ремножитель 11 кодов, на выходе ,О которого имеем

К т Т

"С="Ч- "т (М);

КтХ

Подставляя Т!Х=ЙЯ 4 из выражения (25), получим

Мс= „, с=КС.С;Рв) де„с — ò 2% 4ЖКтk коэффициент

К пропорцио20 нальности.

Измерение тангенса угла потерь ф д конденсатора С.сводится к измерению либо К „ и Õ4, либо И и

Мф», а затем к делению этих величин

25 в блоке 9 деления так, что,получается код, пропорциональйий тангенсу. угла потерь: .

Предлагаеьый измеритель имеет погрешность измерений менее 0,01% и частотный диапазон измерений вплоть

35 до нулевых значений.