Преобразователь параметров пятиэлементных двухполюсников в напряжение

 

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ПЯТИЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ В НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий задающий генератор , два операционных усилителя, выход первого из которых соединен с первым входом вычитающего блока, два образцовых резистора, два элемента выборки и хранения, ключ и настраиваемую модель исследуемого двухполюсника , отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены формирователь задержки, три элемента выборки и хранения, шесть делительных звеньев, пять сдвоенных ключей и пять генераторов импульсов, выходные напряжения каждого из которых являются степенной функцией с показателем степени О, 1, 2, 3 и 4 соответственно, при этом выходы последних через соответствзтощие первые контакты сдвоенных ключей соединены с входом настраиваемой модели и первой клеммой для подключения исследуемого двухполюсника, йходы указанных генераторов подключены к выходу задающего генератора и к входу формирователя задержки, выход которого через вторые контакты сдвоенных ключей соединен с управляющими входами элементов выборки и хранения, вторая клемма для подключения исследуемого двухполюсника соединена с входом первого операционного усилителя , выход которого через первый образцовый резистор соединен с его входом, выход настраиваемой модели исследуемого двухполюсника соединен с входом второго операционного уси-лителя , выход которого непосредственно через второй образцовый резис (Л тор соединен с его входом и через ключ - с вторым входом вычитающего блока, выход которого подключен к информационлым входам элементов выборки и хранения, выход первого из которых является выходом преобразователя , а выход второго соединен с первыми входами первого и второго делительных звеньев и является вторым выходом преобразователя, выход первого делительного звена подключен к второму входу второго делительного э к звена, выход третьего элемента выборки и хранения соединен с вторым входом первого звена и первым входом третьего делительного звена, выход которого соединен с вторым входом четвертого звена, первый вход последнего подключен к выходу второго дели- . тельного звена и является третьим выходом преобразователя, выход четвертого элемента выборки и хранения соединен с вторым входом третьего делительного звена и первым входом пятого делительного звена, второй вход

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО14ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (! L) (51)4 С 01 К 27/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ИЙ И OTHPbITMA (21) 3741087/24-21 (22) 16.05.84 (46) 23. 10.85. Бюл. )) 39 (72) Г.И. Передельский и А.Н. Сапрыкин (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при

Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (53) 621.317.363(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 938199, кл. G 01 R 27/02, 1980.

Авторское свидетельство СССР

9 800899, кл. G 01 R 27/02, 1978. (54) (57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ПЯТИЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛ10СНИКОВ В

НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий задающий генератор, два операционных усилителя, выход первого из которых соединен с первым входом вычитающего блока, два образцовых резистора, два элемента выборки и хранения, ключ и настраиваемую модель исследуемого двухполюсника, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены формирователь задержки, три элемента выборки и хранения, шесть делительных звеньев, пять сдвоенных ключей и пять генераторов импульсов, выходные напряжения каждого из которых являются степенной функцией с показателем степени О, 1, 2, 3 и 4 соответственно, при этом выходы последних через соответствующие первые контакты сдвоенных ключей соединены с входом настраиваемой модели и первой клеммой для подключения исследуемого двухполюсника, входы указанных генераторов подключены к выходу задающего генератора и к входу формирователя .задержки, выход которого через вторые контакты сдвоенных ключей соединен с управляющими входами элементов выборки и хранения, вторая клемма для подключения исследуемого двухполюсника соединена с входом первого операционного усилителя, выход которого через первый образцовый резистор соединен с его входом, выход настраиваемой модели исследуемого двухполюсника соединен с входом второго операционного усилителя, выход которого непосредстФ венно через второй образцовый резистор соединен с его входом и через ключ — с вторым входом вычитающего блока, выход которого подключен к информационным входам элементов вы- р борки и хранения, выход первого из которых является выходом преобразователя, а выход второго соединен с первыми входами первого и второго делительных звеньев и является вторым выходом преобразователя, выход первого делительного звена подключен к второму входу второго делительного звена, выход третьего элемента выборки и хранения соединен с вторым входом первого звена и первым входом третьего делительного звена, выход которого соединен с вторым входом чет- В вертого звена, первый вход последнего подключен к выходу второго делительного звена и является третьим выходом преобразователя, выход четвертого элемента выборки и хранения соединен с вторым входом третьего делительного звена и первым входом пятого делительного звена, второй вход,1187 которого подключен к выходу пятого элемента выборки и хранения, а выход— . соединен с вторым входом шестого делительного звена, первый вход которого подключен к выходу четвертого делительного звена и является четвертым выходом преобразователя, а выход шестого делительного звена является пятым выходом преобразователя.

2. Преобразователь о п.1, о т:— л и ч а ю шийся тем, что наст102 раиваемая модель исследуемого двухполюсника выполнена s виде подборочного резистора, параллельно которому подключены последовательно соединен: ные первый ключ, первый подборочный

1 конденсатор и второй подборочный резистор, параллельно которому включены второй ключ и последовательно соединенные третий ключ и второй подборочный конденсатор.

Изобретение относится к технике измерений и предназначено для измере-. ния сопротивлений и емкостей элементов пятиэлементных нерезонансных двухполюсников, выполненных в вйце резистора, параллельно которому включены последовательно соединенные первый конденсатор и второй резистор, параллельно которому подключены Ilo следовательно соединенные второй кон- 1О денсатор и третий резистор, и соответствующих физическим объектам при их исследовании в медицине методами плетизмографии, в биологии — методами кондуктометрии, при химическом анализе — методами диэлектрометрии и т.д.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет измерения каждого из параметров пятиэлементного двухполюсника раздельно.

На чертеже приведена структурная схема. предлагаемого устройства.

Преобразователь содержит задаю- 25 щий генератор 1, выход которого соединен с входом формирователя 2 saдержки и входами генераторов 3-7 импульсов, напряжение каждого из которых является степенной функцией с 30 показателями степени О, 1,2,3 и 4 соответственно, сдвоенные ключи 8-12, первый и второй операционные усилители 13 и 14, в цепи отрицательной обратной связи которых включены иден- З тичные образцовые резисторы 15 и 16, исследуемый двухполюсник (ИД) 17, включающий в себя первый резистор 18 (К ), параллельно которому включены последовательно соединенные первый конденсатор 19 (С ) и второй реэис рор 20 (R>), параллельно которому подключены последовательно соединенные второй конденсатор 21 (С,) и третий резистор 22 (R ),:настраиваемая модель (M) 23, включающая в себя первый подборочный резистор 24 (r ), параллельно которому подключены последовательно соединенные первый ключ 25, первый подборочный конденсатор 26 (С ) и второй подборочный резистор 27 (r,), параллельно которому включены второй ключ 28 и последовательно соединенные третий ключ 29 и второй подборочный конденсатор 30 (С+), ключ 31, вычитающий блок 32, выход которого подключен к информационным входам элементов

33-37 выборки и хранения, делительные звенья 38-43, и первая и вторая клеммы 44 и 45 для подключения исследуемого двухполюсника.

Задающий генератор 1 и формирователь 2 задержки реализованы на микросхемах серии К 218, операционные усилители 13 и 14, вычитающий блок 32 и элементы 33-37 выборки и хранения †.на микросхемах серии

К 140 делительные звенья 38-43 — на

Р микросхеме 140 MAIS.

Преобразователь работает следую- щим образом.

В исхоцном состоянии ключи 9-12 и 31 разомкнуты, сдвоенный ключ 8 замкнут, положение остальных ключей произвольное. Тактовые импульсы с выхода задающего генератора 1 поступают на входы генераторов 3-7, ра187102 4

" ет на информационный вход элемента

33 выборки и хранения, на управляющий вход которого через вторые контакты сдвоенного ключа 8 поступают задержанные формирователем 2 задержки на время t тактовые импульсы, Затем ключ 31 устанавливается в замкнутое, а ключ 25 — в разомкнутое положение. Тогда выходное напряжение

10 U> (t) вычитающего блока 32 определя ется разностью выходных напряжений усилителей 13 и 14

"о "о

W (p) а — х

»г<Р) Ri

1 Р(йгС, Ягсг»Й Сг) Р Я Я С,Сг 15 (i) где P — оператор Лапласа;

R - сопротивление образцовых резисторов 15 и 16;

Z (Р) — полное сопротивление иссле20

17 дуемого двухполюсника 17 в операторной форме;

R1»1 г»

R С з» 1» Z5

С вЂ” параметры исследуемого двух. полюсника 17.

Выходное напряжение U< (P) усилителя 13 в операторной форме с учетом (1) имеет вид

Аналогично, передаточная функция усилителя 14 а операторной форме име- З ет вид

И (P)— (3) (4) 14 6Х!4 () 1ф где Е (Р) — полное сопротивление модели 23 в оператор45 г4,гг,СЗ,С4. — паРаметРы модели 23.

Выходное напряжение усилителя 13 после окончания переходных процессов (при длительности входного импульса

tö много больше длительности переходных процессов) определяется, как следует иэ (2), параметром R, т.е. выполняется равенство

) (9) 1» ()»» Во

4 (5) 55

3 1 . ботающих в ждущем режиме. Выходные импульсы прямоугольной формы U,(t)=

=U t U длительностью й11 генерато»»»»П ра 3 через первые контакты ключа 8 поступают во входные цепи усилителей

13 и 14: Передаточная функция усилителя 13 W1 (P) определяется следующим выражением (» 1 г- » 11гС2 11 Сг)+ Р С Сг(Й Яг+ Я В» 1 1Р

11 (Р) Ъх1ъ (Р) 1» 1з (Р) Это напряжение через вычитающий блок 32 (ключ 31 разомкнут) поступаU (t) =U R (— - — ). (6)

1 1

R4 г

Изменением величины переменного сопротивления г» напряжение U (t) приводится к нулю, при этом, как следует из (6)

RÔ = r4 ° (7) Затем ключ 8 размыкается, а ключ

9 замыкается. Тогда на входы усилителей 13 и 14 через первую клемму 44 для подключения исследуемого двухполюсника, его модель 23 и первые контакты ключа 9 поступают. линейноизменяющиеся импульсы с выхода генератора 4 вида

U+(t)=U — .

t » м

В соответствии с. (2) и (4) выходное напряжение U>z(t) вычитающего блока 32 после окончания переходных процессов с учетом (7) определяется параметром С 1, т.е. выполняется соотношение вида

v (t)- =" (— +с- — ) =

11мВ о t

Зг

4 (8)"

Это напряжение фиксируется элементом 34 выборки и хранения.

Затем ключи 25 и 28 устанавливаются в замкнутое, а ключ 29 — в разомкнутое положение. Напряжение

V5 (t) вычитающего блока 32 после окончания переходных процессов определяется следующим выражением

Изменением величины переменного конденсатора С это напряжение при1187102 (10) Ci C3 (14) Rÿ, ==r, е

2R с, ty

U9â() С2 Сз (17) водится к нулю, при этом, как следует из (9) Затем ключ 9 устанавливается в разомкнутое, а ключ 10 — в замкнутое положение. Тогда на входы усилителей 13 и 14 через первую клемму 44 10 для подключения исследуемого двухполюсника, его модель и первые контакты ключа 10 поступают импульсы с изменением напряжения по закону квадратичной параболы с выхода генератора 5 вйда 2

5 ч

В соответствии с (2) и (4) выход- 20 ное напряжение Н (t) после оконча-,. ния переходных процессов с учетом (7) и (10> равно Ь2 1 ацеRo 2 (и1 и

Это напряжение фиксируется элементом 35 выборки и хранения и пос30 тупает на вторые входы делительных звеньев 38 и 40. Выходное напряжение

U 8(t) делительного звена 38, на первый вход которого поступает напряжение (8) с выхода элемента 34 вы-35 борки и хранения, определяется выражением

Аналогично можно определить напряжение на выходе делительного звена 39

И» (й) - = — —, (12)

Use (t) 2 Кя

ЦМ tF Uтко

Затем ключ 28 устанавливается в разомкнутое положение. Напряжение

U < (t) вычитающего блока 32 после окончания переходных процессов с 50 учетом (7) и (10).имеет вид

20в о

55 х С 1-Г С =- — С (г,-ха 1. (13) з з з g2

Ч

Изменением величины переменного рези".тора r это напряжение приводится к нулю, при этом, как следует из (13) Затем ключ 10 устанавливается в разомкнутое, а ключ 11 — замкнутое положение. Тогда на выходы усилителей 13 и 14 через первую клемму 44 для подключения исследуемого двухполюсника, его модель и первые контакты ключа 11 поступают импульсы с изменением напряжения по закону кубичной параболы с выхода генератора 6 вида з

U<(t) =Ц

Ц

В соответствии с (2) и (4) выходное напряжение U> (t) вычитающего блока 32, после окончания переходных процессов, с учетом (7), (10) и (14) равно

Это напряжение фиксируется элементом 36 выборки и хранения. Выходное напряжение делительного звена 41 с учетом напряжений НИ 036 и 1 з9 определяется параметром С, и имеет вид

Н36 (t)

" " и-тао — ты

Ю >9 в о C (16)

2tu

Затем замыкается ключ 29 и изменением величины переменного конден- . сатора С выходное напряжение U„ (t) вычитающего блока 32 приводится к нулю

Ц (t)= К Сз (С,-С )= 0

6Нт о ч при этом выполняется равенство

Затем ключ 11 устанавливается в разомкнутое, а ключ 12 — замкнутое положение. Тогда на входы усилителей 13 и 14 через первую клемму 44 для подключения исследуемого двухполюсника, его модель и первые кон1187102 т акты ключа 12 поступают импульсы с изменением напряжения по закону степенной функции с покаеателем степени.4 с выхода генератора 7 вида

Ф

U (с) = V

t " t+ н

В соответствии с (2) и (4) выходное напряжение 0 (t) вычитающего 1О блока 32, после окончания переходных процессов, с учетом (7), (10), (14) и (17) равно

<< в о

"и@ ф о <<Ä + 6 С - < Р С + аС,+ и 1 е у„ 6Сь г С (г С ар CyC4)4 . ГаС Ф2гдС,С + г С С4ц + КаgÇÑ,С,()8}

4 Ъ 3 g 2 1Л 1а "о 2 2 и

Напряжение (18) фиксируется элементом 37 выборки.и хранения. Выходное напряжение делительного звена 43 с учетом напряжений U > и U4< определяется параметром R, и имеет вид

U „(t)

"° " в — твъ — пт эб 4

8R

3 UmR о (19) Таким образом, выходные напряже-. ния (S) и (8) элементов 33 и 34 выборки и хранения (12), (16) и (19) делительных звеньев 39, 41 и 43 однозначно определяют искомые параметРы R< С, R, С Rç исследуемого двухполюсника 17. Эти напряжения измеряются цифровым вольтметром.

1187102 цщщПИ Заказ 6545/51 тираж 747 Поднионое

Филиал ППП "Патент", r.Óëòîðîä, ул.Проектная, 4