Измеритель @ -параметров

 

1. ИЗМЕРИТЕЛЬ CL.R -ПАРАМЕТРОВ , содержащий два входных зажима, генератор синусоидального напряжения , преобразователь ток - напряжение , два фазочувствительных детектора , два фильтра нижних частот, переключатель , цифровой интегрирующий логометр, причем первый вход,преобразователя соединен с первым входным зажимом измерителя, выходы первого и второго фазочувствительных детекторов через соответствующие фильтры нижних частот подключены к первому и третьему входам логомётра, о т л ичающийся тем, что, с цепью повышения точности.измеренияCUR -параметров в широком диапазоне частот, первый выход генератора соединен с вторым входным зажимом измерителя и с информационным входом второго фазочувствительного детектора, второй выход генератора соединен с вторыми входами преобразователя и логомётра, управлякщим входом второго фазочувствительного детектора и нормально замкнутым контактом переключателя, третий выход генератора подключен к третьему входу преобразователя и к нормально разомкнутому контакту переключателя , общий контакт которого подсоединен к управляющему входу первого фазочувствительного детектора , четвертый и пятый выходы генератора подключены, к соответствующим входам преобразователя, выход которого подключен к информационному входу первого фазочувствительного детектора, первый и второй входы генератора являются соответствующий ми управляющими входами измерителя. 2. Измеритель поп.1,о т л и (Л чающийся тем, что преобразователь ток - напряжение содержит блок сравнения токов, первьА вход которого является первым входом преобразователя , а выход через каскад преобразования тока в напряжение соединен с информационными входами первого и второго фазовых детекторов , управляюпще входы которых являются вторым и третьим входами преобел разователя, выходы первого и второго 00 фазовых детекторов через соответствующие аналого-цифровые преобразователи соединены с первыми входами соответствующих перемножителей) выходы которых через соответствующие цифроаналоговые преобразователи подключены к входам сумматора, выход которого соединен с выходом преобразователя и через образцовый резистор со вторым входом блока сравнения токов вторые входы первого и второго перемножителей являются соответственно

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4(sl) С 01 R 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЦ7ИЙ (21) 3592863/24-21 (22) 19.05.83 (46) 15.02.85. Бюл. У 6 (72) М.А.Гаврилюк, Е.В.Походило, Е.П.Соголовский и В.В.Хома (71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола (53) 621.317.73(088 ° 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 779916, кл. С 01 R 27/02, 31.03.78.

2. Авторское свидетельствд СССР

9 748286, кл. G 01 R 27/26., 02 ° 06.78 (прототип) ° (54) (57) 1. ИЗМЕРИТЕЛЬ CLR -ПАРАМЕТРОВ, содержащий два входных зажима, генератор синусоидального напряжения, преобразователь ток — напряжение, два фазочувствительных детектора, два фильтра нижних частот, переключатель, цифровой интегрирующий логометр, причем первый вход преобразователя соединен с первым входным зажимом измерителя, выходы первого и второго фазочувствительных детекторов через соответствующие фильтры нижних частот подключены к первому и третьему входам логометра, о т л ич а ю щ н и с я тем, что, с целью повышения точности, измерения С4Я -параметров в широком диапазоне частот, первый выход генератора соединен с вторым входным зажимом измерителя и с информационным входом второго фазочувствительного детектора, второй выход генератора соединен с вторыми входами преобразователя и логометра, управляющим входом второго фазочув„„Я0„„1140058 ствительного детектора и нормально замкнутым контактом переключателя, третий выход генератора подключен к третьему входу преобразователя и к нормально разомкнутому контакту переключателя, общий контакт которого подсоединен к управляющему входу первого фазочувствительного детектора, четвертый и пятый выходы генератора подключены. к соответствующим входам преобразователя, выход которого подключен к информационному входу первого фазочувствительного детектора, первый и второй входы генератора являются соответствующи.

L ми управляющими входами измерителя.

2. Измеритель по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что преобразо- MJ ватель ток — напряжение содержит блок сравнения токов, первый вход которого является первым входом преобразователя, а выход через каскад преобразования тока в напряжение соединен с информационными входами первого и второго фазовых детекторов, управляющие входы которых являются вторым и третьим входами преобразователя; выходы первого и второго © фазовых детекторов через соответсмву- (б ющие аналого-цифровые преобразователи соединены с первыми входами соответствующих перемножителей, выходы которых через соответствующие цифроаналоговые преобразователи подключе- 6 ны к входам сумматора, выход которого соединен r. выходом преобразовате- . ля и через образцовый резистор со вторым входом блока сравнения токов, вторые входы первого и второго перемножителей являются соответственно

11400S8 четвертым и пятым входами преобразователя.

3. Измеритель по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что генератор синусоидального напряжения содержит последовательно соединенные высоко- . частотный автогенератор, управляемый делитель частоты и адресный счетчик, причем выход счетчика соединен с входом первого и второго запоминающих блоков, первьм и вторым управляющими входами генератора являются управляющие входы высокочастотного автогенератора и управляемого делиI

Изобретение, относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров емкостных и индуктивных объектов. 5

Известны приборы для измерения параметров комплексных сопротивлений, состоящие из.генератора синусоидального напряжения, преобразователя на базе операционного усилите- 10 ля с образцовым и измеряемым сопротивлениями в цепи отрицательной обратной связи, фазового детектора, фаэовращателя, формирователя и вольтметра P1$ !5

Недостатками указанного устройств являются невбэможность измерения CLRпараметров в диапазоне частот, зависимость результатов измерений от нестабильности амплитуды генератора 20 синусоидального напряжения, фазовые сдвиги опорных напряжений фазового детектора.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является изме- 25 ритель Сб g -параметров, содержащий генератор синусоидального напряжения, преобразователь ток — напряжение, переключатель, два фазочувствитель-, ных детектора, два фильтра нижних частот, логометр и два входных зажима. При этом вход преобразователя ток — напряжение связан с первым входным зажимом устройства, выходы фазочувствительных детекторов через фильтры нижних частот соединены теля частоты соответственно, выход первого запоминающего блока соединен с входами первого формирователя и третьего цифроаналогового преобра зователя и является четвертым выходом генератора, выход второго запоминающего блока является пятым выходом генератора и подключен к входу второго формирователя, выход третьего цифроаналогового преобразователя является первым выходом генератора, а вторым и третьим выходами являются соответственно выходы первого и второго формирователей. с первым и третьим входами логометра, сигнальный вход одного из фазочувствительных детекторов соединен с выходом интегратора, а второго — через переключатель с выходом преобразователя ток — напряжение P2).

Недостатком известного устройства является низкая точность при измерении GLR -параметров в широком диапазоне частот, поскольку при этом в преобразователе ток — напряжение возникают параэитные фазовые сдвиги, что не позволяет использовать известное устройство для измерения С .Я

/ параметров в широком непрерывном диапазоне частот.

Цель изобретения — повышение точности измерения CgQ -параметров в . широком диапазоне частот.

Поставленная цель достигается тем, что в измерителе С „к -параметров, содержащем два входных зажима, генератор синусоидального напряжения, преобразователь ток - напряжение, два фаэочувствительных детектора, два фильтра нижних частот, переключатель, цифровой интегрирующий логометр, причем первый вход преобразователя соединен с первым входным зажимом измерителя, выходы первого и второго фазочувствительных детекторов через соответствующие фильтры нижних частот подключены к первбму и третьему входам логометра,первый выход генератора соединен со вторым входным зажимом измерителя и с ин е

1140058 формационным входом второго фазочув-, f ствительного детектора, второй выход генератора соединен с вторыми входами преобразователя и логометра, управляющим входом второго фа- 5 зочувствительного детектора и нормально замкнутым контактом переключателя, третий выход генератора подключен к третьему входу преобразователя и к нормально разомкнутому контакту переключателя, общий контакт которого подсоединен к управляющему входу первого фазочувствительного детектора, четвертый и пятый выходы генератора подключены к соответ- 5 ствующим входам преобразователя, выход которого подключен к информационному входу первого фазочувствительного детектора, первый и второй входы генератора являются соответствую- 20 щими управляющими входами измерителя.

При этом преобразователь ток— напряжение содержит блок сравнения токов, первый вход которого является первым входом преобразователя, а вы- 25 ход через каскад преобразования тока в напряжение соединен с информационными входами первого и второго фазовых детекторов, управляющие входы которьм являются вторым и третьим 30 входами преобразователя, выходы первого и второго фазовых детекторов через соответствующие аналогоцифровые преобразователи соединены с первыми входами соответствующих перемножителей, выходы которых через соответствующие цифроаналоговые преобразователи подключены к входам сумматора, выход которого соединен с выходом преобразователя и через об-щ разцовый резистор со вторым входом .блока сравнения токов, вторые входы первого и второго перемножителей являются соответственно четвертым и пятым входами преобразователя.

Кроме того, генератор синусоидального напряжения содержит последовательно соединенные высокочастотный автогенератор,.управляемый делитель частоты и адресный счетчик, причем вьмод счетчика соедийен с входом первого и второго запоминающих блоков, первым и вторым управляющими входами генератора являются управляющие входы высокочастотного автогенератора и управляемого делителя частоты соответственно, выход первого запоминающего блока соединен с входами первого формирователя и третьего цифроаналогового преобразователя и является четвертым выходом генератора, выход второго запоминающего блока является пятым выходом генератора и подключен к входу второго формирователя, выход третьего цифроаналогового преобразователя является первым выходом генератора, а вторым и третьим выходами являются соответственно выходы первого и второго формирователей.

На чертеже показана блок-схема устройства.

Устройство для измерения CLR -параметров содержит измеряемый элемент 1, преобразователь 2 ток — напряжение, генератор 3 синусоидального .напряжения, первый и второй фазочувствительные детекторы 4 и 5, переключатель 6, первый и второй фильтры нижних частот 7 и 8, цифровой интегрирующий логометр 9, первый и второй входные зажимы 10 и 11.

Преобразователь 2 содержит образцовый элемент-резистор 12, блок 13 сравнения токов, каскад 14 преобразования тока в напряжение, первый и второй фазовые детекторы 15 и 16, первый и второй аналого-цифровые преобразователи 17 и 18, первый и BTQpoH перемножители 19 и 20, сумматор 21, .первый и второй цифроаналоговые преобразователи 22 и 23. Генератор 3 содержит третий цифроана; логовый преобразователь 24,. высокочастотный автогенератор 25, управляе" мый делитель частоты 26, адресный счетчик 27, первый и второй запоминающие блоки 28 и 29, первый и второй формирователи 30 и 31, управляющие входы 32 и 33 генератора 3.

Измеряемый элемент 1 подключен к входным зажимам 10 и 11 измерителя, выход третьего цифроаналогового преобразователя. 24 связан со вторым входным зажимом 11 измерителя, и с информационным входом второго фазочувствительного детектора 5, выход первого формирователя 30 соединен с управляющим входом первого фазового детектора 15, с нормально замкнутым контактом переключателя 6, управляющим входом второго фазочувствительного детектора 5 и вторым входом логометра 9, выход второго формирователя 31 связан с управлявшим входом второго фазового детекто1140058 ра 16 и с нормально разомкнутым контактом переключателя 6, выходы первого и второго фазочувствительных детекторов 4 и 5 через соответствующие фильтры нижних частот 7 и 8 под- 5 ключены к первому и третьему входам . логометра 9, первый управляющий вход измерителя является управляющим входом автогенератора 25, а второй управляющий вход - управляющим входом делителя частоты 26. Выход автогенератара 25 через управляемый делитель частоты 26, адресный счетчик 27 подключен ко входам первого и второго запоминающих блоков 28 и 29. Выход первого запоминающего блока 28 связан со входами первого формирователя 30 и цифроаналогового преобразователя 24, а также со. вторым входам первого перемножителя

19, выход второго запоминающего блока 29 соединен со входом второго формирователя 31 и со вторым входом второго перемножителя. Первый входной зажим 10 связан с первым входом блока сравнения токов 1,3, выход .которого через каскад преобразования тока в напряжение 14 подключен к информационным входам первого и второго фазовых детекторов 15 и 16. Вы- ЗО ходы последних через соответствующие аналого-цифровые преобразователи 17 и 18 соединены с первыми входами соответствующих перемножителей 19 и 20. Выходы первого и второго пере- g5 множителей 19 и 20 через соответствующие цифроаналоговые преобразователи 22 и 23 подключены к соответствующим входам сумматора 21, выход которого связан с информационным 4о входом первого фазочувствительного детектора 4 и через образцовый элемент-резистор 12 со вторым входом блока сравнения токов 13, общий контакт переключателя 6 подключен к 4s управляющему входу первого фазочувствительного детектора 4.

Работает устройство следующим образом.

Высокочастотный автогенератор 50

25 вырабатывает прямоугольные импульсы с номинальной частотой kr, причем первый управляющий вход измерителя позволяет плавно регулировать эту частоту в пределах (0,45-1,55)Ег 55

При помощи второго управляющего входа измерителя задается коэффициент деления N делителя 26. Таким обб разом, на вход адресного счетчика

27 поступают импульсы частотой

1 =(0,45-,55)e<(1c1 (1) где N =2", п =0,1,2,...

Первый и второй запоминающие блоки 28 и 29 соответственно содержат в табличной форме И1-разрядных значений функций в двоичном коде y=cosx и y=sin к в диапазоне от 0 до 360О.

Емкость адресного счетчика 27 поэтому равна щ=1о8 N-1.При опросе адресным счетчиком 27 запоминающих блоков 28 и 29 на их выходах формируются временные последовательности численных значений функций созк и

sin х. Формирователи 30 и 31, улавливая переходы функций cos х и sin x через нули, формируют сигнал типа меандр, причем положительным значениям функций соответствуют импульсы а отрицательным — паузы.

На выходе третьего цифроаналогового преобразователя 24 формируется опорное синусоидальное напряжение Uz, питающее измерительную схему, причем его частота ч плавно регулируется в пределах

2л — f со>42 л fr (2)

-0 45 1,55

rПреобразователь ток — напряжение

2 преобразует величину тока, пропорциональную величине комплексного сопротивления измеряемого элемента 1, в пропорциональное комплексное напряжения U„ .

Работу устройства рассмотрим на примере измерения емкостного объекта с активной С„и реактивной ) С проводимостями. Пусть сопротивление образцового элемента равно В, тогда сигнал на выходе блока сравнения токов 13 можно представить выражением их I = I 6r + j cd С„) 0 — — ä "(3 ) о

Каскад преобразования тока в напряжение 14 преобразует dI в пропорциональное напряжение gU, которое разделяется фазовыми детекторами 15 и 16 на синфазную Б и квадратную U составляющие. Затем в цифровом N и N виде (на выходах аналого-цифровых преобразователей 17 и 18) эти составляющие напряжения подаются на перемножители 19 и 20, где осуществляется их перемножение с числен1140058

04= К1 Gx R, (0,1

7 ными значениями функций созх и sin>> а также "цифровое усилие" (умножение на постоянный большой коэффициент К))1) . Цифроаналоговые преобразователи 22 и 23 преобразуют цифро- 5 вые последовательности KN cos x u

KNxsinx в гармонические напряжения

1)с и Й„, сдвинутые между собой на

У/2. Сумматор 21 осуществляет сложение этих напряжений, в результаге чего получается напряжение U, которое через образцовый элемент-резистор 12 подается на вычитающий вход блока сравнения токов 13, т.е. осуществляется отрицательная обратная связь

Уравнение преобразования прямого канала преобразователя ток — напряжение 2 можно представить в виде

u y (+u 1К iK К + х 21>, с . к/" 211 1+ >а п 1в 1 4

>К К К k k Э„лЦ=К RedT jk"Э а1а

= К(йель Э„ь?) = Ка1, (4 I где К„ — K2 — коэффициенты передачи соответствующих узлов прямого канала преобразователя 2.

Передаточная функция преобразователя согласно (3) и (4) описывается выражением

Ох (Ь„ il0 Cx jk

N(j>R>)= - > (И

1+кФ где 5 = 1I Q — коэффициент передачи звена обратной связи.

Продифференцировав (5) по К, получим

Ы ЯМ 1 dk

N(t») 1+М о К

Следовательно, относительное изменение коэффициента передачи преобразователя (нестабильность .узлов прямого канала) уменьшена в (1+К ) раз. 45

При KQ>71 (глубокая обратная связь) согласно (5) С1 =(, ЮС,)

8 т.е. функция преобразования не зависит от коэффициента передачи k прямого канала.

Первый фазочувствительный детектор 4 выделяет активную составляюI щую 0 напряжения U, если переклюх чатель 6 в положении А и реактивную составляющую U если р > переключатель 6 в положении Р и к„с,„я, о, .

Напряжение на выходе второго фазочувствительного детектора 5 и,=к, u, т.е. оно пропорционально модулю опорного напряжения 11>»l. Цифровой интегрирующий логометр 9 представляет собой аналого-цифровой преобразователь с двухтактным интегрированием, который осуществляет операцию деления напряжений Б и U на к о первом и третьем входах, исключает зависимость результатов измерений от напряжения генератора 3 lull

При этом для обеспечения независимости результатов измерения от рабочей частоты ьо длительность первого такта интегрирования > по второму входу логометра 9 задается крат- ной рабочей частоте Т = P(>>, Пусть суммарная нестабильность узлов прямого канала преобразоватеdK ля 2 =5%„ KG =100, то согласно (6} относительная погрешность выходсБ ного напряжения не зависит от

a„ частоты и составит 0,05%.

Таким образом, в предлагаемом устройстве по сравнению с устройством-прототипом достигнута независимость точности измерения от частоты, на которой производится измерение, т;е. реализуется высокая точность измерения в широкой области частот, 1140058

Составитель В.Стукан

Редактор Т. Колб Техред С.Мигунова КоРРектоР М.Демчик

Заказ 258/35 Тираж 748 Подписное

ВНИКП4 Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, R-35, Раушская набор до 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,