Измеритель параметров пассивных двухполюсников

Измеритель параметров пассивных двухполюсников

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ПАССИВНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ, содержащий формирователь напряжения внешнего воздействия, образцовый элемент, операционный усилитель, первый и второй элементы выборки и хранения, первый и второй вычитатели напряжет ния, дифференциатор, интегратор и блок управления, причем один входной зажим соединен с образцовым элементом и входом операционного усилителя , выход которого соединен с входом второго элемента выборки и хранения и первым входом первого вычи тателя напряжения, выход которого соединен с дифференциатором, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей , в него введены сумматор, управляемый интегратор, функциональный преобразователь, пиковый детектор, масштабирующий преобразователь, причем выход формирователя напряжения внешнего воздействия соединен с первым входом масштабирукяцего преобразователя , а через сумматор - с вторым входом блока управления, выход операционного усилителя соединен с первым и седьмым входами блока управ-, ления и вторым входом масштабирующего преобразователя, выход второго элемента выборки и хранения через функциональный преобразователь соединен с первым входом второго вычитателя напряжения, второй вход которого соединен с третьим выходом масштабирующего преобразователя, вход дифференциатора соединен с входом пикового детектора, через пер вый элемент выборки и хранения - с третьим входом второго вычитателя напряжения, а через интегратор соединен с пятым входом блока управления , первый выход масшта:бирукхцего преобразователя соединен с воськадм входом блока управления, выход дифференциатора соединен с шестым входом блока управления, первый выход блока управления соединен с вторым i выводом образцового элемента, второй выход блока управления соединен с (Л вторым входным зажимом, третий выход блока управления через управляемый интегратор соединен с третьим входом блока управления, четвертый выход блока управления соединен с вторым входом первого вычитателя на-; пряжения, второй выход Масштабирующего преобразователя соединен с четвертым входом блока управления, пя:о втый и шестой выходы блока управления соединены с вторым и третьим входа:о ми сумматора соответственно, неин:о :о вертирукяций вход операционного усилителя соединен с земляной клеммой, выходы второго вычитателя напряжений , пикового детектора и седьмой, девятый и восьмой выходы блока управления соединены с первым, вторым , третьим, четвертым .и пятым вы ходными зажимаМи устройства. 2. Измеритель по п.1, о т л и чающийся тем, что блок управления содержит четыре переключателя и три ключа, причем первый вход блока управления соединен с первым входом четвертого переключателя , второй вход - с вторым входом четвертого переключателя, третий

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (191 (11) 3(511 Ci 01 R 27/02 л (с (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3571306/18-21 (22) 30.03.83 (46, 23.05.84. Бюл. Р 19 (72) A.И.Мартяшин „ Б.B.Цыпин, В.М.Чайковский и А.A.Áóëþòèí (71) Пензенский политехнический институт (53) 621. 317. 322 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 493021, кй. Q 01 R 27/02, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 938199, кл. С; 01 R 27/02, 1982 (прототип). (54) (57) 1. ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ

ПАССИВНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ, содержащий формирователь напряжения внешнего воздействия, образцовый элемент, операционный усилитель, первый и второй элементы выборки и хранения, первый и второй вычитатели напряже-, ния, дифференциатор, интегратор и блок управления, причем один входной зажим соединен с образцовым элементом и входом операционного усилителя, выход которого соединен с входом второго элемента выборки и хранения и первым входом первого вычитателя напряжения, выход которого соединен с дифференциатором, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены сумматор, управляемый интегратор, функциональный преобразователь, пиковый детектор, масштабирующий преобразователь, причем выход формирователя напряжения внешнего воздействия соединен с первым входом масштабирующего преобразователя, а через сумматор — с вторым входом блока управления, выход операционного усилителя соединен с первым и седьмым входами блока управ-. ления и вторым входом масштабирующего преобразователя, выход второго элемента выборки и хранения через функциональный преобразователь соединен с первым входом второго вычитателя напряжения, второй вход которого соединен с третьим выходом масштабирующего преобразователя, вход дифференциатора соединен с входом пикового детектора, через пер вый элемент выборки и хранения - с третьим входом второго вычитателя напряжения, а через интегратор соединен с пятым входом блока управления, первый выход масштабирующего преобразователя соединен с восьмым входом блока управления, выход дифференциатора соединен с шестым входом блока управления, первый выход блока управления соединен с вторым выводом образцового элемента, второй ! выход блока управления соединен с вторым входным зажимом, третий выход блока управления через управляемый интегратор соединен с третьим входом блока управления, четвертый выход блока управления соединен с вторым входом первого вычитателя на-.: пряжения, второй выход Масштабирующего преобразователя соединен с четвертым входом блока управления, пяотый и шестой выходы блока управления соединены с вторым и третьим входами сумматора соответственно, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с земляной клеммой, выходы второго вычитателя напряжений, пикового детектора и седьмой, девятый и восьмой выходы блока управления соединены с первым, вторым, третьим, четвертым .и пятым вы ходными зажимаьГи устройства.

2. Измеритель по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок управления содержит четыре переключателя и три ключа, причем первый вход блока управления соединен с

:первым входом четвертого переключателя, второй вход - с вторым входом четвертого переключателя, третий

1093991 вход - с первыми входами первого и второго переключателей, четвертый вход — с входом третьего переключателя, пятый, шестой и седьмой входы блока управления - соответственно с входами первого, третьего и второго ключей, восьмой вход — с вторым входом второго переключателя, первый, второй и третий выходы четвертого переключателя являются первым, вторым и третьим выходами блока управления, выходы первого, второго и третьего переключателей соединены с пятым, четвертым и шестым выходами блока управления, а выходы первого,третьего и второго ключей соединены соответственно с,седьмым, восьмыми девятым выходами блока управления.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров пятиэлементных двухполюсников, а также для измерения параметров процессов в гальванотехнике и влагометрии.

Известен преобразователь параметров нерезонансных трехэлементных двухполюсников в напряжение, содержащий образцовый элемент и элемент сравнения (1) .

Недостатком преобразователя является невозможность измерения параметров пятиэлементных двухполюсников.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является пре образователь параметров четырехэлементных двухполюсников в напряжение, содержащий формирователь опорного напряжения, исследуемый двухполюсник, операционный усилитель, образцовый элемент, первый элемент выборки и хранения, первый вычитатель напряжения, дифференциатор, второй вычитающий усилитель, второй и третий элементы выборки и хранения, задатчик интервала времени, ключ, интегратор и третий вычитатель напряжений (2) .

Недостатком известного преобразователя является, невозможность измерения параметров пятиэлементного двухполюсника, который, например, может представлять собой схему замещения гигрометрического первичного преобразователя влажности, где элементы К;С и В 8>, С2 определяют соответственно параметры барьерного и пористого слоев. Причем по3. Измеритель по пп. 1 и 2, о т— л и ч а ю шийся тем, что формирователь внешнего воздействия содержит генератор тактовых импульсов.

4. Измеритель по пп.1 — 3, о т— л и ч а ю шийся тем, что масштабирующий преобразователь состоит из трех каналов, причем первый вход масштабируЮщего преобразователя соединен с входами первого и второго каналов, второй вход — с входом третьего канала, а выходы первого, второго и третьего каналов соединены соответственно с первым, третьим .и вторым выходами масштабирующего преобразователя. ристый слой является источником полезного сигнала, а барьерный — источником помех, в связи с чем возникает необходимость раздельного из5 мерения параметров пористого слоя независимо от параметров R< и С, значение которых в процессе преобразования остается неизменным. цель изобретения — расширение

Щ функциональных возможностей измерителя параметров пассивных двухполюсников.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель параметров

15 пассивных двухполюсников, содержащий Формирователь напряжения внешнего воздействия, образцовый элемент, операционный усилитель, первый и второй элементы выборки и хранения, о.первый и второй,вычитатели напряжения, дифференциатор, интегратор и блок управления, причем один входной зажим соединен с образцовым элементом и входом операционного усилитеg5 ля, выход которого соединен с входом второго элемента выборки и хранения и первым входом первого вычита теля напряжения, выход которого соединен с дифференциатором, введены сумматор, управляемый интегратор,,функциональный преобразователь, пиковый детектор, масштабирующий преобразователь, причЕм выход формирователя напряжения внешнего воздействия соединен с первым входом масштабирующего преобразователя, а через сумматор - с вторым входом блока управления, выход операционного усилителя соединен с первым и седьмым входами блока управления и вто40 рым входом масштабирующего преобра1093991 зователя, выход второго элемента выборки и хранения через функциональный преобразователь соединен с первым входом второго вычитателя напря. жения, второй вход которого соединен с третьим выходом масштабирующего преобразователя, вход дифференциатора соединен с входом пикового детектора, через первый элемент выборки и хранения — с третьим входом второго вычитателя напряжения, а 10 через интегратор соединен с пятым входом блока управления, первый выход масштабирующего преобразователя соединен с восьмым входом блока управления, выход дешифратора сое- 15 динен с шестым входом блока управления, первый выход блока управления соединен с вторым выводом образ-цового элемента, второй выход блока управления соединен с вторым вход- 2О ным зажимом, третий выход блока управления через управляемый интегратор соединен с третьим входом бло а управления, четвертый выход бло а управления соединен с вторым 25 рходом первого вычитателя напряжения, рторой выход масштабирующего преобразователя соединен с четвертым входом блока управления, пятый и шестой выходы блока управления соедине- ЗО ны с вторым и третьим входами сумматора соответственно, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с земляной клеммой, выходы второго вычитателя напряжений, пикового детектора и седьмой, девятый и восьмой выходы блока управления

35 соединены с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым выходными зажима-. ми устройства.

40 дом второго переключателя, первый, второй и третий выходы четвертого переключателя являются первым, вторым и третьим выходами блока управления, выходы первого, второго и третьего переключателей соединены с пятым, четвертым и шестым выходами блока управления, а выходы перво. го, третьего и второго ключей соединены соответственно с седьмым, восьмым и девятым выходами блока управления.

Блок управления содержит четыре переключателя и три ключа, причем первый вход блока управления соединен с первым входом четвертого переключателя, второй вход — с вторым 45 входом четвертого переключателя, третий вход — с первыми входами первого и второго переключателей, четвертый вход — с входом третьего переключателя, пятый и седЬмой входы 50 блока управления — соответственно с входами первого, третьего и второго ключей, восьмой вход — с вторым вхоФормирователь внешнего воздейстия содержит генератор тактовых имульсов.

Масштабирующий преобразователь состоит из трех каналов, причем первый вход масштабирующего преобразователя соединен с входами первого и второго каналов, второй вход — с входом третьего канала, а выходы первого, второго и третьего каналов сое-. динены соответственно с первым, третьим и вторым выходами масштабирующего преобразователя.

На чертеже приведена структурная схема измерителя параметров пассивных двухполюсников.

Измеритель. содержит тактовый ге-нератор 1, формирователь 2 напряжения внешнего воздействия, сумматор

3, первый 4, второй 5, третий б и четвертый 7 переключатели, клемм для подключения исследуемого двухполюсника 8, образцовый элемент 9, операционный усилитель 10, первый

11 и второй 12 каналы масштабирую.щего преобразователя, управляемый интегратор 13, первый вычитатель 14 напряжений, дифференциатор 15, первый 1б и второй 17 элементы выборки и хранения, функциональный преобразователь 18, второй вычитатель 19 напряжений, интегратор 20,первый 21, второй 22 и третий 23 ключи, пиковый детектор 24, третий канал 25 масштабирующего преобразователя, масштабирующий преобразователь 26 и блок управления (не показан).

Одна из клемм для подключения исследуемого двухполюсника 8 и один иэ выводов образцового элемента 9 соединены с входом операционного усилителя 10, выход которого соединен с входом второго элемента 17 выборки и хранения, а также с одним из входов первого вычитателя 14 напряжений, выход которого. соединен с дифференциатором 15.

Выход тактового генератора 1 соединен с входом формирователя 2 напряжения внешнего воздействия, выход которого через второй канал 12 масштабирующего преобразователя 25 соединен с вторым входом второго переключателя. 5 блока управления, а также - с первым входом сумматора

3, выход которого соединен с вторым вхбдом четвертого переключателя 7 блока управления, первый вход которого соединен с выходом операционноzo усилителя 10 °

Первый выход четвертого переключателя 7 соединен с вторым выводом образцового элемента 9, второй — с другой клеммой для подключения исследуемого двухполюсника 8, третий— с входом управляемого интегратора 13,. выход которого соединен с входом

1093991 первого переключателя 4 и с первым входом второго переключателя 5 блока управления, четвертый выход которого соединен с другим входом первого вычитателя 14 напряжений.

Выход операционного усилителя 10 соединен с входом второго ключа 22 блока управления и через последовательно соединенные первый канал 11 рласштабирующего преобразователя 26 и третий переключатель 6 — с вторым входом сумматора 3, третий выход первого вычитателя 14 напряжений со единен с входом пикового детектора

24, через интегратор 20 — с входом . первого ключа 21 блока управления, l5 а через первый элемент 16 выборки и хранения - с первым входом второго вычитателя 19 напряжений, второй вход которого соединен с выходом функционального преобразователя 18, 20 вход которого соединен с выходом первого элемента 16 выборки и хранения. третий вход второго вычитателя 19 напряжений соединен с выходом третье- 25 го канала 25 масштабирующего преобразователя 2ф, первый вход которого соединен с выходом формирователя 2 напряжения внешнего воздействия.

Выход дифференциатора 15 соединен 30 с входом третьего ключа 23 блока управления.

Измеритель параметров пассивных двухполюсников работает следующим образом. 35

На первом этапе работы измерителя переключатели 4 и 6 находятся в разомкнутом состоянии, переключатели

5 и 7 — в положении, указанном на чертеже, вследствие чего исследуемый двухполюсник U включен в цепь обратной связи операционного усилителя 10, а образцовый элемент 9 R на входе последнего.

При поступлении на первый вход переключателя 7 напряжения внешнего 45 воздействия цо, представляющего собой импульсное напряжение прямоугольной формы типа "меандр", и выра-. батываемого формирователем 2 напряжения внешнего воздействия, выходное 50 напряжение операционного усилителя

10 равно:

Ц Йzй t Uopz Ц Я„ () = е + — (4-e )+ — о

pî(z о "о ppQ 55

1 где а=---------=C2(Rz+R)

Напряжение Ош(4)через вычитатель

14 напряжений и дифференциатор 15 60 поступает на вход ключа 23, на выходе которого формируется напряжение, пропорциональное 1/С<, последнее измеряется при помощи цифрового вольтметра.

Затем переключатель 5 переводится в среднее положение, при этом на другой вход вычитателя 14 напряжений начинает поступать выходное напряжение управляемого интегратора 13, коэффициент передачи которого описывается выражением К (Р =1/PCné, причем регулировка К > осуществляется путем изменения значения параметра С6.

Регулировка К,> осуществляется до тех пор, пока выходное напряжение дифференциатора Ui не станет равно нулю в установившийся момент времени! 1 ос > 5-6) а/, т.е. после окончания переходного процесса на выходе операционного усилителя 10, обусловленного действием напряжения Оо, необходимо, чтобы о0, =О.

Выделение напряжения hU осуществляется при помощи ключа 23, управляемого тактовым генератором 1. . В результате проведения данной операции компенсации линейно изменяющейся составляющей напряжения U<<(4) коэффициент передачи управляемого интегратора 13 равен

К„(Р 1/РС „и,, Выходное напряжение первого вычитателя 14 напряжений поступает на вход первого элемента 16 выборки и хранения, который по команде тактового генератора 1 в начальный мо- мент 1о действия напряжения Uä фиксирует напряжение о "г оЬ "о "

Ц ф ь R (г и 1 й„ и хранит его в течение всего процесса измерения. далее осуществляется перевод переключателя 7 в положение, обратное приведенному на чертеже, переключатель 5 переводится в нижнее положение, а переключатель 4 замыкается.

В результате. данных коммутаций исследуемый двухполюсник 8 включается на входе операционного усилителя 10, а образцовый элемент 9 В в цепь обратной связи, дополнительно замыкается цепь положительной обратной связи, образуемой управляемым интегратором 13 и переключателем 4.

В результате действия положительной обратной связи выходное напряжение операционного усилителя 10 описывается выражением: ("<о(Z, (p)

"о РС1 "о где

1 Rz(pCzg+q )

z (pj= — t R рС„ рс Я +рсгй

1093991

Тогда

pRoR7ÑZ 2о1 pко С2

RzPRzRyCztPR,RzCz PR1R>cz

0RС 1"Ъ, р,UoRo 1 5

Оо 7 Ь P1d b p+37

RÄ.Е, "а где d —" ° b =cz >293+R1R2+R, Вл)

Ъ г. т.е. напряжение U„o(b) не зависит от параметра Cg .

Во временной области напряжение

01о(Р) имеет вид: оо 2 Ъ р р )8

В момент времени to по команде тактового генератора,„1 напряжение

UoRolRz+ R3)

U1о 1,1о) равное „„„, пери" "Ъл 1 "г Р З 20 одйчески фиксируется-вторым элементом 17 выборки и хранения.

Далее замыкается переключатель 6 и начинается регулировка коэффициента передачи канала 11 масштабирующего преобразователя 26, который описывается выражением К11=Я„/Яо, причем регулировка Кллосуществляется путем изменения значения параметра R

Л1

При этом выходное напряжение one- 30 рационного усилителя 10 описывается выражением

I

,.l)) ° —, 8(Р)

35 где

Aq(PCzRq+ 1) (p) R рС2R>1pCzR +1

Тогда и „ р) =

R, 11

Очевидно, что при выполнении равенства К«=В1/g напряжение U

UoRo p о о p UoRo Ю= + — Ф ъ — 7

R> p+c Rz р1с Я Р С р1с

1 где C=---с,я, или во временной области

U„R„

Uo(Ì= R e

2 т.е. при проведении регулировки К« напряжение, фиксируемое вторым эле- . ментом 17 выборки и хранения, будет изменяться и при равенстве К 1=011/Яо станет равно Ll, Н„(Н +В ) /BzR>, последнее поступает на вход функцио40

55 нального преобразователя 18, выходное напряжение которого, равное поступает на вычитатель 19;

i1 Н R

2 Н Ъ напряжений .

Синхронно с регулировкой К, и зменяется и коэффициент передачи канала 25 масштабирующего преобрабователя 2 6, который описывается выражением К2 =92 /Яо, регулйровка К2 осуществляется изменением значения параметра К26, причем на всех этапах регулировки Kz> =K«.

Напряжение URg, равное 0оК2 поступает на третий вход второго вычитателя

19 напряжений.

Процесс регулировки значения К)и. а следовательно и К26 прекращается. как только выходное напряжение второго вычитателя 19 напряжений 01о

Ua-014-02 =602 будет равно нулю, т. е.

aUz =oДалее начинается изменение коэффициента передачи канала 12 масштабирующего преобразователя 26, выходное напряжение которогоЦ=0 I);1zчерез переключатель 5 поступает на один вход вычитателя 14 напряжений, на другой вход которого поступает напряжением,о (t), при этом контролируется напряжение на выходе ключа 23 ь0л и как толькоа01 =0, процЕсс регулировки К„ прекращается. При этом устраняется наличие постоянной составляющей на выходе вычитателя 14 напряжений, тогда

"о о -Ы о„сц-, е

Напряжение0,л(Ц поступает на вход пикового детектора 24, выходное напряжение которого пропорционально значению 1/н, и на вход интегратора 20, из выходного напряжения которого при помощи ключа 21, управляемого тактовым генератором -1 в момент времени1 о, формируется напряжение, пропорциональное значению параметра

С2.

При помощи ключа 22, управляемого тактовым генератором 1, из напряжения0"о() в момент времени „с формируется напряжение, пропорциональное значению 1/R2.

Ключи 21 — 23 содержат на выходе фильтры низких частот, в результате чего значение их выходных напряжений может быть измерено при помощи цифрового вольтметра постоянного тока.

Таким образом, работа с измерителем параметров пассивных двухполюсников должна вестись в следующей последовательности.

На первом этапе на выходе ключа

)23 измеряется напряжение, обратно пропорциональное параметру Сл.

1093991

10 /ю

Fg

Составитель О.Панчерников

Техред T.Èàòo÷êà Корректор А.Тяско

Редактор A.Êoçoðèç

Заказ 3418/37 Тираж 711

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное филиал.ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Далее переключатель 5 переводит- ся в среднее положение и осуществляется регулировка коэффициента передачи управляемого интегратора 13 до момента равенства нулю выходного напряжения ключа 23.

Затем переключается переключатель

7, замыкаются переключатели 4 и 6, переключатель 5 переводится в нижнее положение, при этом вольтметр подключается к выходу вычитателя 19 напряжений, и добиваются установки равенства нулю его выходного напряжения путем регулировки коэффициентов передачи каналов 11 и 25 масштабирующего преобразователя 26. 15

На завершающем этапе работы вольтметр вновь подключается к выходу ключа 23 и регулировкой коэффициента передачи канала 12 масштабирующего преобразователя 26 добиваются равенства нулю выходного напряжения ключа 23.

Затем вольтметр подключается к любому из выходов измерителя для измерения напряжения, пропорционального тому или иному параметру исследуемого двухполюсника.

В общем случае задача измерения параметров двухполюсников данного вида является некорректной, т.е. данный внд двухполюсника является "избыточным" и его параметры однозначно не определяются.

В предлагаемом измерителе измерение параметров данного двухполюсника стало возможным благодаря использованию метода компенсации элементов, включенных последовательно с основной частью двухполюсника.

Эффект компенсации достигается созданием для каждого компенсируемого элемента своего контура положительной обратной связи, имеющего конкретный коэффициент передачи, установленный определенным образом.. Предлагаемый измеритель путем значительного повышения информативности процесса измерения может найти широкое применение в области контроля параметров пятиэлементных двухполюсников, а также в области гальванотехнических измерений и влагометрии.