Преобразователь параметров пассивных двухполюсников

Преобразователь параметров пассивных двухполюсников

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ (j

/б =-=.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6i) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28p78p (21) 2960275/18-21 (5 1 1 М. Кл э с присоединением заявки ¹

G 01 R 27/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 3004,82, Бюллетень ¹ 16

Дата опубликования описания 300482

f 3l УДК 621. 317..33(088.8) (t Ф!

Б (1

Пензенский политехнический институт- .....» (72) Авторы изобретения

Е.Д.Абросимов, A.È.|4àðòÿøèí, В.Ф.Рыжов, А.В.Светлов и Б.В.Цыпин (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ПАССИВНЫХ

ДВУХПОЛЮСНИКОВ

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано при построении преобразователей параметров сложных пассивных двухполюсников, напри— мер, при измерении параметров МДПструктур, в диэлькометрии или кондуктометрии при измерении параметров бесконтактных датчиков. В указанных и во 1р многих других случаях необходимо осуществлять преобразование параметров пассивных двухполюсных цепей со сложными многоэлементными схемами. замещения, которые могут быть приведены к трехэлементным эквивалентным схемам, состоящим из отдельного элемента Z и комплексного сопротивления

Е остальной (как угодно сложной) части двухполюсника с эквивалентными активной Re (Е) и реактивной Im(Z) составляющими.

Известен преобразователь параметров нерезонансных трехэлементных двухполюсников в напряжении, содержащий формирователь опорного напряжения, задатчик интервалов времени, усилитель постоянного тока в цепь отрицательной обратной связи которого включен исследуемый двухполюсник, представляющий собой последовательное соединение конденсатора и параллельной цепи, состоящий из конденсатора и резистора, дифференциаторы, ограничитель напряжения, интеграторы, ключ, инвертирующий масштабный преобразователь, вычитатель напряжения, сумматор напряжений 1) .

Недостатком указанного устройства являются ограниченные функциональные возможности, так как оно позволяет преобразовывать в напряжение параметры только трехэлементных двухполюсников, имеющих вполне конкретную трехэлементную схему замещения.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь параметров комплексных сопротивлений, который содержит генератор синусоидального напряжения, выход которого через трансформатор напряжения с первичной и двумя вторичными обмотками соединен с преобразуемым комплексным сопротивлением, состоящим из последовательно соединенных измеряемой емкости и измеряемого сопротивления. Образцовый элемент включен в цепь обратной связи усилителя, выход которого соединен с входом управляемого делителя напряжения. Вторичная обмотка трансформатора напряжения и выход

924617 управляемого делителя напряжения соединс ны с входами сумматора, выход котор->го соединен с входом фазочувствительного индикатора ) 2) .

Недостатком известного устройства является ограниченность функциональных возможностей, так как измеряемое комплексное сопротивление может иметь только двухэлементную эквивалентную схему и невозможно измерение параметров сложных двухполюсных цепей по )p трехэлементной эквивалентной схеме.

Иель изобретения — расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь параметров пас- 5 сивных двухполюсников, содержащий генератор синусоидального напряжения, операционный усилитель с опорным резистором на входе и исследуемым двухполюсником в цепи отрицательной обратной связи, управляемый делитель

О напряжения, сумматор, фаэочувствительный индикатор „введены ключ, нульиндикатор, интегратор, амплитудный детектор, блок сравнения, фильтр нижних частот, разделительный конденсатор, блок вычитания, причем выход генератора сину соидал ь ного н ап ряжен и я соединен с входом нуль-индикатора и через ключ, управляющий вход которого подключен к выходу нуль-индикатора, сдруги,м вы во- 0 дом опорного резистора, выход операционного усилителя соединен с одним из входов сумматора, другой вход которого и выход интегратора соединены с входом амплитудного детектора, выход -35 последнего подключен к одному из входов блока сравнения, другой вход которого подключен к выхоцу фильтра нижних частот, выход блока сравнения соединен с управляюцим входом интег- 4() ратора, выход суглглатора соединен с входом фильтра нижних частот и через разделительный конденсатор с входом управляемого делителя напряжения и с одним из входов фаэочувствительного индикатора, выход последнего соединен с управляющим входом управляемого делителя напряжения, выход которого соединен с одним иэ входов вычитаюцего блока, другой вход которого и вход интегратора поцключены к выходу генератора синусоидального напряжения, выход вычитаюцего блока соединен с вторым входом фаэочувствительного индикатора.

На фиг.1 изображена схема исследу емого двухполюсникау на фиг.2 — структурная схема преобразователя для случая, когда исследуемый двухполюсник имеет вид, изображенный на фиг.1, и в качестве, отдельно стоящего элемен- 60 та выделена емкость С.

Преобразователь параметров пассивных двухполюсников.содержит генератор 1 синусоидального напряжения, ключ 2, нуль-индикатор 3, опорный 65 элемент 4, операционный усилитель 5, исследуегый двухполюсник 6, сумматор 7, интегратор 8, амплитудный детектор 9, блок 10 сравнения, фильтр

11 нижних частот, разделительный конденсатор 12, управляемый делитель 13 напряжения, вычитающий блок 14, фаэочувствительный индикатор 15.

Выход генератора 1 синусоидального напряжения соединен с входами ключа

2 и нуль-индикатора 3, причем выход последнего подключен к управляюцему входу ключа 2. Выход ключа 2 через опорный элемент 4 подключен к входу операционного усилителя 5, в цепи отрицательной обратной связи которого включен исследуемый двухполюсник 6.

Выход операционного усилителя 5 соединен с одним из входов сумматора 7, другой вход которого соединен с выходом интегратора 8 и с входом амплитудного детектора 9. Выход интегратора 8 соединен с выходом генератора 1 синусоидального напряжения. Выход амплитудного детектора 9 соединен с одним иэ входов блока 10 сравнения, другой вход которого подключен к выходу фильтра 11 нижних частот. Выход блока 10 сравнения соединен с управляюдим входом интегратора 8.

Выход сумматора 7 соединен с входом фильтра 11 нижних частот и через разделительный конденсатор 12 с входом управляемого делителя 13 напряжения. Выход последнего соединен с одним из входов вычитаюцего блока 14, другой вход которого подключен к выходу генератора 1 синусоидального напряжения. Выход вычитающего блока 14 соединен с одним из входов фазочувствительного индикатора

15, другой вход которого подключен к входу управляемого делителя 13 напряжения. Выход фазочувствительного индикатора 15 соединен с управляющим входом управляемого делителя 13 напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим работу преобразователя на примере преобразования параметров исследуемого двухполюсника 6 (фиг.1) для случая, когда в качестве отдельно стоящего элемента выделена емкость

С1 à B качестве опорного элемента

4 используется резистор R (фиг.2).

Синусоидальное напряжение питания

U,(t) =U-sinuzt с выхода генератора 1 синусоидального напряжения через ключ 2 открываюцийся по сигналу нуль-индикатора 3 в момент перехода напряжения О „ через нулевой уровень, подключается к опорному элементу 4 (R ), включенному на входе операционного усилителя 5.

В дальнейшем ключ 2 остается открытым. Операционный усилитель 6 ocv924617 подается через разделительный конденсатор 12 на вход управляемого делителя 13 напряжения, выходное напряжение которого

Uy (t) = kt1U4 (t), где k< — коэффициент передачи делителя 13 напряжения, поступает на один из входов вычитающего блока 14. На другой вход вычитающего блока подается напряжение питания с выхода ге10 нератора 1.

Выходное напряжение вычитающего блока 14

0 15 гдеч 1)= — cosw 6 составляющая напряpwС, 0 0 i жения U, пропорциональная параметру

C„ исследуемого

Чо двухполюсника 6;

It

Vq(t)= „ — постоянная сосТВН

"0 o " ляющая напряжен ия

111, обусловЛенная ийтегрированием напряжения U, и равная по значению 25 а1лплитуде составляющей напряжеV SinuI t ния U,.

Ч ()= - составляющая напряо — жения U,ïðîïîðöèî- 30 нальная сопротивлению Z остальной части исследуемого двухполюсника б.

С выхода операционного усилителя 35

5 напряжение Utt подается на один из входов сумматора 7. На др1 roA вход сумматора 7 поступает сдвинутое по о фазе на 90 относительно напряжения питания Й1 выходное напряжение ин — 40 тегратора 8

Ug(t) = k,1Jpcos iJpt, где k — коэффициент передачи интегратора 8.

Сумматором 7 осуществляется ком- 45 пенсация ссставляющей 1),1напряжения

Uq, пропорциональной параметру С „.

Ппя этого коэффициент передачи интегратора 8 изменяется по сигналу блока 10 сравнения до тех пор, пока амплитуда напряжения U> ° выделенная амплитудным детектором 9, не станет равной постоянной составляющей выходного напряжения сумматора 7, выделенной фильтром 11 нижних частот. При

1 55 этом k а амплитуда компенВ, оас„

Uo сирующего напряжения П,= проВа о С„ порциональна параметру 2„= J . 0С .1

Перемен н а я составляющая выходного напряжения су!матора 7

t J-. sin .со

U л

Р +

)

rm (t ) 65 — 2

Й - Im(t)

6 — j 1 g tt t .

Та1:им образом, предлагаемое устройство позволяет осуществлять преобразование параметров пассивных двухполюсников, имеющих сложную схему замеи.ения, которая может быть представлена трехэлементной эквивалентной схемой при постоянной частоте напряжения питания. При этом сtt tt—

60 ществляет пропорциональное преобра.toвание сопротивления исследуемого двухполюсника 6 в напряжение

Ч,pin W ч() ч а 0ЬМ )34Ч ч ОЗ " 0

Ч Ча sin wo

0 а О)

R0 0С1 1(0 1)et 1 )- М 1 0

V () „„Vаsinw 1.=

0 Е() 1З„,В) а Qo

1 ЕГ ) quent) 1 о)фе(ц Jv tö) ) подает .к на вход фазочувствительного индикатора 15, выходное напряжение которого изменяет коэффициент . передачи k управляемого делителя 13 напряжения до тех пор, пока напряжение tJ, на выходе вычитающего блока 14 не станет в квадратуре с напряжением Ол на входе управляемого делителя 13 напряжения. Это npoucxoR0 дит при ktt= (), тогда напряжение

Ее (t) на выходе вычитающего блока 14

Ч { )= и ) V si1IuJ t

6 1 .1 0 О ЕМ Л1Р1 о сдвинуто по фазе 1:а 90 относительно напряжения О - на выходе управляемого делителя 13 напряжения.

При этом отношение напряжения U4Ä на выходе управляемого делителя 13 напряжения к напряжению tJ на его выходе пропорционально активной составляющей Re(t) комплексного сопротивления Z.

Ug- 1 Re (t)

% ) !) П О. а отношенйе напряжения Ug на выходе управляемого делителя 13 напряжения к напряжению 06 на выходе вычитающе" го блока 14 пропорцис:нально тангенсу угла потерь

924617

Формула изобретения маются ограничения по числу элементов и конфигурации схемы замещения, свойственные известным устройствам, и расширяются функциональные воэможности.

Преобразователь параметров пасcHE Hûõ двухполюсников, содержащий генератор синусоидального напряже- IO ния, операционный усилитель с опорным резистором на входе и исследуемым двухполюсником в цепи отрицательной обратной связи, управляемый делитель напряжения, сумматор, Фазо- 15 чувствительный индикатор, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены ключ, нульиндикатор, интегратор, амплитудный 20 детектор, блок сравнения, фильтр нижних частот, разделительный конденсатор, блок вычитания, причем выход генератора синусоидального напряжения соединен с входом Нуль-,индикатора и через ключ, управляющий вход которого подключен к выходу нульиндикатора, соединен с другим выводом опорного резистора, выход операционного усилителя соединен с одним иэ входов сумматора, другой вход которого и выход интегратора соединены с входом амплитудного детектора, выход последнего подключен к одному иэ входов блока сравнения, другой вход которого подключен к выходу фильтра нижних частот, выход блока сравнения соединен с управляющим вхоДом интегратора, выход сумматора соединен с входом фильтра нижних частот и через разделительный конденсатор с входом управляемого делителя напряжения и с одним иэ входов фаэочувствительного индикатора, выход последнего соединен с управляющим входом управляемого делителя напряжения, выход которого соединен с одним из входов вычитающего блока, другой вход которого и вход интегратора подключены к выходу генератора синусоидального напряжения, выход вычитающего блока соединен с вторым входом фаэочувствительного индикатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 493021, H 03 К 13/20, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

9 523364, кл. С 01 В 27/00, 1974.

ВНИИПИ Заказ 2809/62

Тираж 719 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4