Частотный преобразователь комплексного сопротивления

Частотный преобразователь комплексного сопротивления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ, содержащий измерительную цепь, выполненную на операционном усилителе, входная цепь которого содержит клеммы для подключения исследуемой цепи, в цепЬ отрицательной обратной связи включен конденсатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введеныгенератор гармонических колебаний, состоящий из LC -генератора с параллельным колебательн№1 контуром и повторителя напряжения, трансформатор, формирователь импульса, переключатель, конденсатор, интегратор, управляемое сопротивление, резистор и неинвертирующий усилитель, причем выход генератора гармонических колебаний подсоединен к первичной обнотке трансформатора , первому входу формирователя импульса и к входу измерительной цепи, выход которой подсоединен к второму входу формирователя импульса и первому входу.переключателя, выход которого через конденсатор подсоединен к колебательному контуру LC -генератора, а выход формирователя импульса подсоединен к интегратору , выход которого соединен с управW ляющим входом управляемого сопротивления , один вынод которого соединен с вторичной обмоткой трансформатора, а другой вывод - с входом неинвертирующего усилителя, выход коЬорого соединен с вторым входом переключателя , и через резистор - с инвертирующим вкоцон операционного усилите ел ля измерительной цепи. 00 о с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 4(51) G 01 R 27/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОтнРытий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 3667256/24-2 1 (22) 29.11.83 (46) 15.03.85. Бюл. В 10 (72) 10.À.Èíöèí (71) Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени авиационный институт нм. акад. С.П.Королева (53) 621.317.33(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N - 779916, кл. G 01 R 27/02, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 919889, кл. С 01 R 27/26, 1982 (прототип). (54)(57) ЧАСТОТНЬЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

КОИПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ, содержащий измерительную цепь, выполненную на операционном усилителе, входная цепь которого содержит клеммы для подключения исследуемой цепи, в цепЬ отрицательной обратной связи включен конденсатор, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены генератор гармонических колебаний, состоя- щий из .С -генератора с параллельным колебательньн(контуром и повторителя напряжения, трансформатор, формирователь импульса, переключатель, конденсатор, интегратор, управляемое сопротивление, резистор и неинвертирующий усилитель, причем выход генератора гармонических колебаний подсоединен к первичной обмотке трансформатора, первому входу формирова° теля импульса и к входу измерительной цепи, выход которой подсоединен к второму входу формирователя импульса и первому входу. переключателя, выход которого через конденсатор подсоединен к колебательному контуру „С -генератора, а выход формировате.ля импульса подсоединен к интеграто- - ру, выход которого соединен с управляющим входом управляемого сопротивления, один вывод которого соединен с вторичной обмоткой трансформатора, а другой вывод — с входом неинвертирующего усилителя, выход которого соединен с вторым входом переключателя, и через резистор — с инвертирующим входом операционного усилителя измерительной цепи.

t 145302

Изобретение относится к электроиэме ительной технике и может быть использовано для, измерения составляющих комплексного сопротивления, а также при измерении неэлектрических величин с помощью емкостных первичных преобразователей.

Известно устройство прямого преобразования емкости и активной проводимости в напряжение постоянного 10 тока, содержащее генератор, фазовращатель, линейный преобразователь, сосгоящий иэ операционного усилителя( на входе которого включено измеряемое сопротивление, а в цепи обратной связи включено образцовое сопротивление, фазовый детектор и вольтметр 1.13

Недостаток этого устройства— зависимость результата измерения реактивной составляющей от частоты и напряжения генератора синусоидальных колебаний, а активной составляющей — от напряжения генератора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь параметров Р!.— и RC -цепей в период электрических колебаний, содержащий компаратор, соединенный с входом интегратора и измерительной цепи, выполненной на операционном усилителе, во входной цепи и цепи отрицательной обратной связи которой включены соответственно исследуемая цепь и опорный элемент, а выход измерительной цепи соединен с входом, сумматор, переключатель рода работ, делитель, генератор коротких импульсов и запоминающий блок (2 J.

Недостатком данного устройства является невозможность градуировки

40 измерительного прибора (вольтметра) в единицах измеряемой величины, так как необходимо измерять приращение напряжения на фиксированном интервале времени и линейном участке возрас тания или уменьшения напряжения (1 JR 4),а также наличие методической к погрешности, зависящей от отноше ния t„(R„C„, где 1„ - длительность $0 короткого импульса; R„ и С„ - параметры исследуемой gc -цепи. Эта погрешность возрастает при-простран- ственном разделении исследуемой цепи и преобразователя, так как имеет. у вместо задержка в линии связи, определяющая минимально допустимую длительность импульса „.

Цель изобретения — повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в частотный преобразователь комплексного сопротивления, содержащий измерительную цепь, выполненную на операционном усилителе, входная цепь которого содержит клеммы. для подключения исследуемой цепи, в цепь отрицательной обратной связи включен конденсатор, введены генератор гармонических колебаний, состоящий из LC — генератора с параллель ным колебательным контуром и повторителя напряжения, трансформатор, формирователь импульса, переключатель, конденсатор, интегратор, управляемое сопротивление, реэистор-и неинвертирующий усилитель, причем выход генератора гармонических колебаний подсоединен к первичной обмотке трансформатора, первому входу формирователя импульса и к входу измерительной цепи, выход которой подсоединен к второму входу формирователя импульса и первому входу переключателя, выход которого через конденсатор подсоединен к колебательному контуру LC -генератора, а выход формирователя импульса подсоединен к интегратору, выход которого соединен с управляющим входом управляемого сопротивления, один вывод которого соединен с вторичной обмоткой трансформатора, а другой вывод — с входом неинвертирующего усилителя, выход которого соединен с вторым входом переключателя, и через резистор — с инвертирующим входом операционного усилителя измерительной цепи.

На фиг. 1 представлена структурная схема частотного преобразователя комплексного сопротивления, на фиг. 2 — временные диаграммы формирования управляющвго напряжения на выходе интегратора.

Преобразователь содержит генератор 1 гармонических колебаний, состоящий из 1,С -генератора с параллельньи колебательным контуром и повторителя напряжения, трансформатор 2, формирователь 3 импульса, измерительную цепь 4, переключатель 5, конденсатор 6, интегратор 7, управляемое сопротивление 8, неинвертирующий усилитель 9 и резистор tO.

Выход генератора 1 соединен с первичной обмоткой трансформатора 2, с первым входом формирователя им— пульса 3, входом измерительной цепи 4, выход которой соединен с вторым входом формирователя 3 импульса, и первым входом переключателя 5, выход которого через конденсатор 6 соединен с колебательным контуром

LC -генератора; а выход формирова- теля 3 импульса соединен с интегратором 7, выход которого соединен с управляющим входом управляемого сопротивления 8, один вывод которого соединен с вторичной обмоткой трансформатора 2, а другой вывод — с входом неинвертирующего усилителя 9, выход которого соединен с вторым входом переключателя 5 и через резистор 10 — с инвертирующим входом операционного усилителя измерительной цепи .4.

Устройство работает следующим образом.

Конденсатор 6 через переключа— тель 5 соединен с выходом измерительной цепи 4. При 0„„ = О управляемое сопротивление 8 имеет максимальную величину и ток через резистор 1О равен нулю. ос õ где U и 0 — комплексные амплитуды г напряжения, 2ос (2 „— комплексный коэффициент передачи измерительной цепи.

При этом напряжение U„ запаздывает по фазе относительно u . Формироваг тель, на вход которого поступают напряжения U и Ог, формирует в каж1 дом периоде колебаний импульс напряжения постоянной амплитуды н длитель ностью Ф= /ш, где «ы — рабочая частота генератора 1; 9 — сдвиг фаз между U и 0„. За время действия этого импульса интегратор интегрирует его, что показано на фиг. 2. Результатом интегрирования является напряжение Ugnp под действием которо го изменяется управляемое сопротивле ние, оно уменьшается с увеличением 0 „ . При этом под действием напря жения 0 увеличивается ток через резистор 10 и сопротивление 8. Уве- личение О „ и т< ка происходит до тех пор, пока сдвиг фаз « не станет

145302 4 равным нулю. В этом случае длительность импульса на выходе формирователя станет равной нулю, а напряжение на выходе интегратора будет сохраняться неизменным.

Этому состоянию соответствует равенство нулю суммы токов через резисторы на входе операционного усилителя измерительной цепи 4. Оозначив

10 напряжение на вторичной обмотке транU

r сформатора через U<--- —, где н— и коэффициент трансформации, получим

0 0

15 -О х "(+ «I

При этом напряжение 0 содержит только синфазную составляющую „.

С .с„

Это напряжение подается на конденсатор 6. На резонансной частоте сумма токов ветвей колебательной системы l„, С„, С равна нулю и, .,„, +,j Co+(U„-U ) ы С=о, I откуда период колебаний Т равен

30 что подтверждает зависимость периода колебаний от емкости измерительной цепи 4 С„.

При замкнутом втором входе переключателя 5 на его выход на конденсатор 6 поступает напряжение 0 с выхода неинвертирующего усйлителя 9.

После сведения к нулю квадратурной

40 составляющей напряжения и напряжение 0 равно ц

Rê

u e- — Rk, где К вЂ” коэффициент усиления усили- теля 9.

В этом случае для нахождения резонансной частоты (период колебаний) в уравнение для суммы токов ветвей колебательной системы необходимо . подставить значение напряжения U вместо U, откуда получим

1 «

Т=2Г(L СОФс 1+

Таким образом, измеряемым пара5. метром генератора 1 является период колебаний, зависящий от Сх или от

«IR» что определяется положением переключателя 5.

Использование предлагаемой схемы преобразователя в информационно-измерительной системе позволяет сни1145302 6 зить погрешность преобразователя емкости измерительной цепи 4 С„ до

0,27. при Сх à c50 пФ и йкЪ1 10 Ом.

ВНЮЗПИ Заказ 1166/34 ТиРаж 748 Поппксное

Фадин ППП Ч3атеат, г.Уагород, ул.Проектная, 4