Устройство для раздельного измерения параметров комплексного сопротивления

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„80„„66949 (S1) 4 Ь 01 R 27/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3911514/24-21 (22) 11.06.85 (46) 15.01.88. Бюл. Р 2 (72) В.Д.Гительсон (53) 621.317.333 (088.8) (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЬНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при раздельном измерении или допусковом контроле параметров комплексного сопротивления при последовательной схеме замещения. индуктивности или емкости, сопротивления потерь, модуля или фазы, добротности или тангенса угла потерь. Цель изобретения — расширение области применения устройства, а также устранение погрешности измерения или контроля индуктивности и емкости. Для этого в устройство дополнительно введены повторитель 8 напряжения, два вычитателя 2 и 5 и сумматор 4. Кроме того, устройство содержит блок 1 сравнения, выполненный в виде указателя квадратуры, фазосдвигатель 3, переключатели 6, 9 и 10, источник 7, образцовый резистор 11 и измерительное комплексное сопротивление 12. Изменяя сопротивление образцового резистора и параметры фазосдвигателя, можно привести выходное напряжение указателя квадратуры к нулю, получив при этом в измерительной схеме состояние квазиравновесия, 2 ил. (2) 15 где R — сопротивление образцового резистора 11, r — сопротивление потерь измеряемого комплексного сопротив20 ления 12; х — реактивное сопротивление, j =Г-1; х = u)L при измерении сопротивлений индуктивного характера, х =

25 = -1/ыС при измерении сопротивлений емкостного характера.

На выходе-повторителя 8 также напряжение (2), а на выходе вычитателя 5 — напряжение

30 (3) 1 13669

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при раздепьном измерении или допусковом контроле параметров комплексного

r сопротивления при последовательной схеме замещения, индуктивности или емкости, сопротивления потерь, модуля и фазы (добротности или тангенса угла потерь), 10

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей .устройства путем измерения индуктив,ности, добротности и модуля и устранение частотной погрешности измерения или контроля индуктивности и емкости.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства (вариант) с блоком сравнения в виде указателя квадратуры; на фиг. 2 — схема фазосдвигателя для него.

Устройство (фиг. 1) содержит блок сравнения, выполненный в виде указателя 1 квадратуры, второй вычитатель

2 имеет единичное усиление, фазосдвига. тель 3 — другую схему. Один вход сумматора 4 подключен к выходу первого вычитателя 5, другой — к вы- ходу фазосдвигателя 3. Прямой вход второго вычитателя 2 подключен к выходу первого вычитателя 5, а инверсный — к выходу фазосдвигателя 3. Переключатель 6 подключает вход фазосдвигателя. 3 к источнику 7 (при измерениях индуктивности, емкости и сопротивления потерь) или к выходу повторителя 8 (при других измерениях).

Один вход указателя 1 переключателем

9 подключен к выходу первого вычитателя 5 (при измерении модуля) или к выходу второго вычитателя 2 (при других измерениях), другой вход указателя 1 переключателем 10 подключен к выходу фазосдвигателя 3 (при измерениях фазы) или к выходу сумматора 4 (при других измерениях), Устройство содержит также образцовый резистор 1, измеряемое комплексное сопротивление 12.

Замыканием ключей 13, 14 (фиг. 2) образуется схема для измерения индуктивности с помощью резистора 15 и конденсатора 16, при измерении емкости ключами 17 и 18 включаются элементы 19 и 20, при измерении сопротивления потерь и модуля ключами

13 и 18 подключаются резисторы 15 и

20, при измерении добротности замы49: 2 кается ключ 18, а при измерении тангенса угла потерь — ключи 13, 14, 18. Позицией 21 обозначен операционный усилитель, . Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.

Источник 7 вырабатывает напряжение Е с угловой частотой ы, на резисторе 11 образуется напряжение

0 = Е R/(R+r+j х), (1) а на сопротивлении 12 — напряжение

Б z = Е(r+j х)/(R+r+j х) Uz = КЦ,=ККК/(R+r+jx) Сумматор 4 складывает напряжения с выхода вычитателя 5 и фазосдвигателя 3. Бычитатель 2 с единичным усилением от напряжения (3) вычитает выходное напряжение фазосдвигателя, вход которого подключен к источнику 7 (при измерениях индуктивности, емкости и сопротивления потерь) или к вьгходу повторителя 8 (при измерениях модуля и фазы) при срабатывании переключателя 6. Переключатель 9 подключает вход указателя 1 квадратуры к выходу вычитателя 2 (при измерениях модуля) или к выходу вычитателя 5 (при других измерениях). Переключатель 10 подключает другой вход указателя 1 к выходу фазосдвигателя 3 (при измерениях фазы) или к выходу сумматора 4 (при других измерениях). Указатель 1 квадратуры имеет выходное напряжение, равное нулю, если разность фаз входньгх напряжений равна и/2 (90 ), и меняет знак при отклонении ее в ту или иную сторону.

Изменяя сопротивление образцового резистора 11 и параметры фазосдвигателя, можно привести выходное напря6949 фаза которого—

136

V = j/мС.К,, (12) где С, — емкость конденсатора -16;

R, — сопротивление резистора 15.

Замкнув ключи 17 и 18, получим инвертирующий дифференциатор (сдвиг по фазе -90 ), усиление которого определено выражением (13) (4) 3 С1 Rî о Rî/R (15) U = — Е)аС, R (/4 =агс Сдц С, Ко(К+г)/(КК +

45 + >С„В. х) (18) жение указателя к нулю, т.е. получить в измерительной схеме состояние квазиравновесия.

Фазосдвигатель (фиг, 2) работает следующим образом.

Замкнув ключи 13 и 14, получим инвертирующий интегратор, усиление которого определяется равенством где С, — емкость конденсатора 19, R. — сопротивление 20.

Используем его при измерениях емкости, Замкнув ключи 13 и 18, получим инвертирующий усилитель, усиление которого определено равенством

Используем его при измерениях со— противления потерь и модуля.

Замкнув ключ 18, получим каскад с комплексным усилением

1о= -)ыС, R,/(1+juC„R,), (6) который позволяет изменять фазу напряжения от 0 до -90 изменением сопротивления резистора 15. Используем его при измерениях добротности.

Замкнув ключи 13, 14 и 18, получим каскад с усилением

M = -R /R„(1+juC,R,), (7) который позволяет изменять фазу его ( выходного напряжения от — Г до /2.

Используем его при измерениях тангенса угла потерь.

Итак, при измерении индуктивности вход фазосдвигателя 3 подключен к источнику 7 и напряжение на его выходе определено равенством

U = j Е/ оСо R (8)

Напряжение на выходе сумматора 4 равно сумме напряжений (3) с выхода вычитателя 5 и (8) и определяется равенством

U = E(K КыСо R -x+j (R+r)/ыСоR„(R+

+r+j х), (9) arctg(R+r) /KRu>C,R, -x)

-arctg х/(R+r) (10)

Это напряжение поступает на один вход указателя 1, на другой его вход идет напряжение (3) с фазой

= -arctg х/(R+r) о

Разность фаз (11) и (12)

М - =arctg(R+r)/(ККиС,R, -х) равна о/2, если

i5 х =4)C R KRs откуда при х =ы . получим условие квазиравновесия по индуктивности

1. = С ККК „, (14) откуда видно, что уравновешивание можно вести, например, с помощью резистора 15, изменяя пределы измерения с помощью резистора 11.

При измерении емкости выходное напряжение фазосдвигателя 3 опреде,ляется выражением

30,Оно складывается в сумматоре 4 с напряжением (3), в результате чего получается напряжение

U< =Е(КК+ оС1Кох-j(dC> Ко(К+") /

/ (R+r+j х) (16)

35 фаза которого

P<=arc tg С,R, (R+r) /КК +

+юС,R,х) -агс tg х/(R+r) (17) 40 Это напряжение поступает на вход указателя 1, на другой вход которого идет напряжение (3) с фазой (11).

Разность фаз (17) и (11) равна о/2, если КК+ыС,R,õ=0, откуда при х = -1/мС получим условие квази- равновесия по емкости

50 C=C R/KR (19) откуда видно, что уравновешивание можно вести, изменяя сопротивление резистора 20 и меняя пределы изме55 рения с помощью резистора 11.

При измерении сопротивления потерь напряжение фазосдвигателя 3 определяется равенством

Е1 о в (20) (21) 5

Фаза его— а его фаза

5 13669 а напряжение на выходе сумматора 4— равенством

U =KU{{ EKp=E/KR Ко(R+r)

-jK,х)/(R+r+jx) Ю = -arc tg K,x/(KR-K,(R+r))

-arc tg х/(R+r) (22)

Это напряжение и напряжение (3) поступают на входы указателя 1. Разность фаз (22) и (11) 49

При измерении добротности усиление фазосдвигателя определяется равенством (6), вход его подключен к выходу повторителя 8, поэтому выходное напряжение его

Uз,1шС1RpE(r+jx)/(I+ju>C>R{) (R+

+r+jх), (32) q =are tg х/r- »/2-arc tg x(R+r) з

-arc tg{pС R (33) r — R(K/К, 1)-К(КК /R„1), (24) из которого видно, что уравновешивание можно вести с .помощью Rp, изменяя пределы измерения с помощью R.

При измерении модуля выходное напряжение фазосдвигателя определяется равенством (25) на выходе сумматора получается сумма напряжений (3) и (25) П„ = E(KR-K,(r+jx)) /(R+r+jx) (26) с фазой

Ч = -arc tg К,х/KR-K,r)

-arc tg х/(R+r) (27)

Это напряжение поступает на один из входов указателя 1, на другой вход которого идет напряжение с выхода вычитателя 2, равное разности напряжений (3) и (25):

П2 = E(KR Ко (r+j x) ) / (R+r+j x) фаза которого

g< = arc tg К,х/(KR + К,r)

-arc tg x(R+r) (29) Разность фаз (27) и (29)

Ч{ -М,= -arc tg 2К,xr/(К R—

-K,(x +r )) (30) равна †»/2, если K R =K (x +r ),где сумма в скобках — квадрат модуля комплексного сопротивления, поэтому модуль (31) z = KR/Ê, = KRR /R,, откуда видно, что уравновешивание можно вести с помощью R „ Rp, изменяя пределы измерения с помощью R. р4-{р,= -агс Сц К,х/(KR-К,(R+r)) (23) равна - {{/2, если KR=Kp(R+r), откуда получаем условие квазиравновесия по сопротивлению потерь:

На один вход указателя 1 поступает это напряжение, а на другой — напряжение (3). Разность фаз напряжений (33) и (11) {{ -{ =arc tg х/r- {{/2-агс гд{ { С К равна — {{/2,.если х/г={{С К, т,е. при

x = ыЬ добротность (34) =ыО К откуда видно, что уравновешивание

25 можно вести с помощью R,, изменяя пределы измерения с помощью С,.

При измерении тангенса угла потерь усиление фазосдвигателя определяется выражением (7), вход его подключен к выходу повторителя, и напряжения на его выходе

U = -ER,(ã+jõ)/R (К +

+r+jx)(I+jtoCpR ), (34) з а е.4 = {{ +агс tg х/r-arc tg x(R+r) — arc tg{pCpRо (35) Напряжения (34) и (3) поступают

40 на входы указателя 1, разность фаз

{{ -Mg={{+arc tg х/г-агс tgu)C,Rp= »/2, если I+MCpR,х/r=0 откуда, учитывая, что х = -1/и>С, получим тангенс угла потерь:

tgd = {dCpRp, (36) Формула изобретения

Устройство для раздельного измерения параметров комплексного сопротивления, содержащее источник синусоидального напряжения, образцовый

50 откуда видно, что органами уравновешивания являются С, и R

1366949

Составитель Л.Сорокина

Редактор А.Маковская Техред Л.Олийнык Корректор М.Максимишинец

Заказ 6835/45 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 резистор и клеммы для подключения измеряемого комплексного сопротивления, соединенные последовательно, переключатели фазосдвигатель и укаЭ

5 затель квадратуры, о т л и ч а ю— ш е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и исключения частотной погрешности, в него введены повторитель напряжения, два вычитателя и сумматор, причем первые входы второго вычитателя и сумматора соединены с выходом первого вычитателя, а вторые — с выходом фазосдвигателя, вход через второй переключатель подключен к выходу второго переключателя и к выходу фазосдвигателя, вход которого через третий переключатель подключен к вы ходу повторителя напряжения и к источнику синусоидального напряжения, а входы блока сравнения модулей напряжений через четвертый и пятый переключатели подключены к выходам первого и второго вычитателей, сумматора и фазосдвигателя, вход повторителя напряжения соединен с одной из клемм для подключения измеряемого сопротивления, другая клемма заземлена, прямой вход первого вычитателя подключен к источнику синусоидального напряжения, а инверсный — к выходу повторителя напряжения, прямой вход второго вычитателя соединен с выходом фазосдвигателя, а инверсный — с источником синусоидального напряжения.