Цифровой измеритель @ -параметров

 

1ДИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ CLRПАРАМЕТРОВ , содержащий источник гармонического сигнала, фазовращатель;, на базе операционного усилителя в режиме интегратора, линейный преобразователь комплексного сопротивления в напряжение на базе операционного усилителя с измеряемым объектом и образцовым активным элементом сопротивления , переключатель, нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты которого соответственно соединены с вьосодом и входом фазовращателя , фазочувствительный и амплитудный детекторы, выходы которых соответственно соединены с входа -т первого и второго фильтров нижних частот, формирователь опорного сигнала рабочей частоты, выход которого соединен с управляющим входом фазочувствительного детектора, и интегрирующий аналого-цифровой преобразователь , вьшолненный в виде последовательного соединения управляемого ключа, интегратора, блока совпадения , первого формирователя интервала времени, ключевого блока, счетчика, а также генератора счетных импульсов, выход которого соединен с вторым входом ключевого блока и входом второго формирователя интервала времени, выход последнего соединен с вторым входом первого формирователя и управляющим входом ключа, сигнальные входы которого подключены к выходам О) первого и второго фильтров нижних частот, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности измерения, выход источника переменного сигнала соединен с входом фазовращателя , вход преобразователя - с входом амплитудного детектора и общим контактом переключателя, а stiiход - с измерительным входом фазочувствительного детектора, управляющий вход которого соединен с входом источника гармонического сигнала, а вход формирователя опорного сигнала рабочей частоты - с выходом генератора счетных импульсов.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СИ

РЕСПУБЛИН

0% (Н),ш С 01 R 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬПЪЙ (21) 3565335/18-21 (22) 21.03.83 (46) 23. 10.84. Бюл. У 39 (72) E.В.Походыло и В.В.Хома (71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола (53) 621.3 17.33(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 702317, кл. G 01 R 27/26, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 748286, кл. G 01 R 27/26, 1978 (прототип). (54) (57) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СЬКПАРАМЕТРОВ, содержащий источник гармонического сигнала, фаэовращатель,. на базе операционного усилителя в режиме интегратора, линейный преобразователь комплексного сопротивления в напряжение на базе операционного усилителя с измеряемым объектом и образцовым активным элементом сопротивления, переключатель, нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты которого соответственно соединены с выходом и входом фазовращателя, фаэочувствительный и амплитудный детекторы, выходы которых соответственно соединены с входами первого и второго фильтров нижних частот, формирователь опорного сигнала рабочей частоты, выход которого соединен с управляющим входом фаэо" чувствительного детектора, и интегрирующий аналого-цифровой преобразо. ватель, выполненный в виде последовательного соединения управляемого ключа, интегратора, блока совпадения, первого формирователя интервала времени, ключевого блока, счетчика, а также генератора счетных импульсов, выход которого соединен с вторым входом ключевого блока и входом второго формирователя интервала времени, выход последнего соединен с вторым входом первого формирователя и управляющим входом ключа, сигнальные вхо- g ды которого подключены к выходам первого и второго фильтров нижних частот, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, выход источника перемен- Я ного сигнала соединен с входом фазовращателя, вход преобразователя — с входом амплитудного детектора и общим контактом переключателя, а выход — с измерительным входом фаэочувствительного детектора, управляющий вход которого соединен с входом источника гармонического сигнала, а вход формирователя опорного сигна- гфь ла рабочей частоты — с выходом генератора счетных импульсов.

1 1120

Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров комплексных сопротивлений (ПКС) емкостного и индуктивного характера, Известен цифровой измеритель CLR-. параметров, содержащий переключатель, интегратор, блок сравнения, генератор синусоидального напряжения, измеряеМый элемент, источник опорного напря- >0 жения, генератор импульсов, селектор, цифровой делитель, цифровой отсчетНый блок, ключ, блок образцовых элеМентов, блок управления, интегратор, блок сравнения, формирователь времен- 15

Ного интервала

Недостатком указанного устройства является наличие образцовых реактивных элементов как емкостного, так индуктивного характера, нестабиль- 20 ность которых увеличивает погрешность измерения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является измеритель емкости проводимости конденсаторов, индуктивности и сопротивления катушек индуктивнасти, содержащий источник синусаидальнога сигча-ла, преобразователь параметров комплексного сопротивления в напряжение на базе операционного усилителя и.,э меряемым объектом и образцовым актив ным элементом сопротивления, фаэовращатель в виде операционного усилителя в режиме интегратора, переключатель, фазочувствительный детектор, управляющий вход которого через формирователь соединен с выходом источника синусаидального сигнала и фильтр нижних частот, а также канал формирования опорного напряжения, выполненный в виде последовательного соединения амплитудного детектора и фильтра нижних частот, логометр, выполненный в виде последовательного соединения управляемого ключа, интегратора, блока совпадения, формирова теля измеряемого интервала времени, ключевого блока счетчика, а также генератора счетных импульсов, выход которого соединен с вторым входом ключевой схемы, а через формирователь опорного интервала времени с вторым входом формирователя измеряемого интервала времени и управляемым входом ключа, входы которого являются входами АЦП. Таким образам, на первый вход АЦП (измерительный) 254 поступает напряжение с выхода канала преобраэова.ния, а на второй вход AUII (опорный) с. выхода канала опорного напряжения

Недостаток известного устройства зависимость вьмоднаго сигнала при измерении реактивной составляющей ат параметров (RC) фазовращателя, нестабильность которых приводит к погрешности измерения.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Цель достигается тем, что в цифровом измерителе CLR-параметров, содержащем источник гармонического сигнала, фазовращатель на базе операционного усилителя в режиме интегратора, линейный преобразователь комплексного сопротивления в напряжение на базе операционного усилителя с измеряемым объектом и образцовым активным элементом сопротивления, переключатель, нормально замкнутый и нормально разомкнутый, контакты которого соответственно соединены с выходом и входом фазовращателя, фазачувствительный и амплитудный детекторы, выходы которых соответственно соединены с входами первого и второго фильтров нижних частот, формирователь опорного сигнала рабочей частоты, выход которого соединен с управляющим входом фазочувствительного детектора, и интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, выполненный в виде последовательного соединения управляемого ключа, интегратора, блока совпадения, первого формирователя интервала времени, ключевого блока, счетчика, а также генератора счетных импульсов, выход которого соединен с вторым входом ключевого блока и входом второго формирователя интервала времени, выход последнега соединен с вторым входам первого формирователя и управляющим входом ключа, сигнальные входы которого подключены к выходам первого и второго фильтров нижних частот„ выход источника переменного сигнала соединен с входом фаэовращателя, вход преобразователя — с входом амплитудного детектора и общим контактом переключателя, а выход— с измеритеJIbHblM входом фазочувствитсльного детектора, управляющий вход которого соединен с входом источника гармонического сигнала, а з 1120 вход формирователя опорного сигнала рабочей частоты — с вьмодом генератора счетных импульсов.

На чертеже приведена структурная схема устройства. 5

Цифровой измеритель CLR-параметров содержит источник 1 гармонического сигнала, фазовращатель 2 на базе операционного усилителя 3 в режиме интегратора с элементами 4 и 5, 1О переключатель 6, линейный преобразователь 7 комплексного сопротивления в напряжение на базе операционного усилителя с измеряемым объектом 8 и образцовым активным элементом 9, 15 амплитудный и фазочувствительный детекторы 10 и 11, фильтры 12 и 13 нижних частот, формирователь 14 опорного сигнала рабочей частоты и интегрирующий АЦП 15, в который входят 20 управляемый ключ 16, интегратор 17, блок 18 совпадения, формирователи 19 и 20 интервала времени, ключевой блок 21, счетчик 22 и генератор 23 счетных импульсов. 25

Входы преобразователя 7 и амплитудного детектора 10 переключаются через переключатель 6 к генератору синусоидального сигнала либо прямо (измерение активных параметров), ли- ЗО бо через фаэовращатель 2 (измерение реактивных параметров), а выход соединен с измерительным входом фаэочувствительного детектора 11. Выходы амплитудного и фазочувствительного

35 детекторов 10 и 11 через фильтры 12 и 13 соединены соответственно с измерительным и опорным входами АЦП 15.

Управляющий вход фазочувствительного детектора 11 связан с выходом форми- О рователя 14 опорного сигнала рабочей частоты и с входом источника 1 гармонического сигнала, вход формирователя 14 соединен с выходом генератора 23 счетных импульсов АЦП 15.

Устройство работает следующим образом.

Формирователь 14 опорного сигнала рабочей частоты формирует из сигнала генератора 23 напряжение вида "ме- 50 андр" частотой f,,,,на которой проводится измерение CLR-параметров. Источник 1 гармонического сигнала преобразует выходное напряжение формирователя 14 в синфазный синусоидаль- 55 ный сигнал частотой 2д п и амплитудой U .

254 4

Фазовращатель 2 осуществляет сДвиг полученного синусоидального

71 сигнала на угол вЂ, которое в режиме измерения реактивных параметров через переключатель 6 прикладывается к входу преобразователя 7 и входу амплитудного детектора 10. В режиме измерения активных параметров на входы прикладывается напряжение источника 1 ° Преобразователь 7 преобразует параметры емкостных объектов по параллельной схеме замещения с составляющими саС„ и G или индук,тивных объектов Ilo последовательной схеме замещения с составляющими. и Н в синфаэные и квадратурные составляющие комплексного напряжения. В первом случае измеряемый объект 8 включается во входную цепь, а в цепи обратной связи включается элемент 9, во втором — объект 8 и элемент 9 меняются местами. Фазочувствительным детектором 11 осуществляется выделение составляющих ком" плексного напряжения, несущих информацию об измеряемом параметре присутствующих на его измерительном входе путем управления его по управляющему входу напряжением, синфаэным с напряжением источника 1. Амплитудный детектор детектирует напряжение на входе преобразователя, Фильтры 12 и !3 выделяют постоянные составляющие Ug и U выходных напряжений.

Напряжение U< прикладывается к из. мерительному входу, а напряжение U к опорному входу АЦП 15. Последний осуществляет преобразование напряже" ния на измерительном входе в цифро" вой код путем двухтактного интегрирования. В первом канале интегрирования, время Т которого задается формирователем 19 в виде импульса, управляющего ключом 16 и формирователем 20, на вход интегратора 17 поступает напряжение U (открыт канал ос ключа 16) .

Во втором такте интегрирования

Рл по истечении времени Т = — на вход

II З, интегратора поступает напряжение U< противоположной первому полярности (открыт канал Ьс ключа 16) .

Начало второго интегрирования фиксируется формирователем 20 по входу R сигналом То, а конец — по входу S сигналом блока 18 совпадения, определяющего нулевое значение интегрированного напряжения

1120256

О 4 п1 0202

m p ДСКБ о 2"i fo о т (1) в виде импульса Т, который разрешает прохождение счетных импульсов частотой Ео от генератора 23 через ключевой блок 21 на вход счетчика 22.

В режиме измерения емкости напряжение 0 равно напряжению

1 (5} ь 2" о

04с U "o —,q

1 к

Прй этом напряжение U paBHo с а

Зу

Составитель В.Стукан

Редактор P.Öèöèêà Техред N.Tenep Корректор О.Луговая

Заказ 7733/32 Тираж 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, ч а в режиме измерения индуктивности напряжению

Если эти значения напряжений подставить a:выражение (1), то получится (6)

Количество импульсов в счетчике 22 при измерении емкости (N ) и индуктивности (N ) равно (М, с о 2" "1) "г о С„; (7)

g " < +xfof x (я)

15 Измерение активных составляющих (Gx и Rx) производится аналогично (переключатель 6 в положении А), а количество импульсов в режимах измерения проводимости (N ) и сопротивс

20 ления (И„) равно

O„„ й,.— й,п„С,„; (9) о, f48 = — — пей„ ог "о

25 т.е. в данном случае результат измерения не зависит от параметров (RC) фазовращателя.