Устройство для раздельного измерения параметров комплексного сопротивления

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (111 (51) 4 G 01 R 27/02

Э(, ()(Ц м НьЗ1bg f J ® а

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H Д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 39) 1514/24-2) (22) ) 1 . 06.85 (46) 15.01.88. Вюл. ¹ 2 (72) В.Д.Гительсон (53) 621.317.333 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 411390, кл. G 0) К 27/02, !973. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЬНОГО

ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНОГО

СОПРОТИВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при раздельном измерении или допусковом контроле параметров комплексного сЬпротивления при последовательной схеме замещения: ин- дуктивности или емкости, сопротивления потерь, модуля и фазы, добротности или тангенса угла потерь. Цель. изобретения — расширение функцио" нальных возможностей устройства (достигается за счет возможности измерения индуктивности, добротности и модуля), а также устранение погрешности измерения или контроля .индуктивности и емкости. Для этого в устройство дополнительно введены повторитель 4 напряжения, два вычитателя 5 и 8 и сумматор 7. Кроме того, устройство содержит источник 1 синусоидального напряжения, образцовый резистор 2, резистор 3, фазосдвигатель 6, блок 9 сравнения модулей, переключатели 10-14. Предложенное устройство по сравнению с прототипом является более компактным и потребляет меньше энергетической мощности. 2 ил.

1366969

Изобретение относится к электротехнике (электрическим измерениям) и может быть использовано при раздельном измерении иди допусковом контроле параметров комплексного сопротивления при последовательной схеме замещения: индуктивности или емкости, сопротивления потерь, модуля и фазы (добротности или тангенса угла потерь).

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

На фиг.l приведена схема варианта устройства с блоком сравнения в виде указателя (индикатора ) равенства модулей напряжений; на фиг..2— схема фазосдвигателя для этого варианта в виде указателя квадратуры.

В устройстве по первому варианту (фиг.l) источник 1 синусоидального напряжения, образцовый резистор 2, и измеряемое комплексное сопротивление 3 соединены последовательно, повторитель 4 напряжения подключен к сопротивлению 3, прямой вход вычитателя 5 с усилением К подключен к источнику 1, а инверсный — к выходу повторителя 4, вход фазосдвигателя 6 переключателем подключается к выходу повторителя 4 (при измерениях модуля) или к источнику 1 (при других измерениях); сумматор 7 имеет единичное усиление, один его вход переключателем подключен к выходу повторителя 4 (при измерениях фазы) или к выходу вычитателя 5 (при других измерениях); второй вычитатель 8 имеет усиление 0,5, его прямой вход подключен к выходу фазосдвигателя 6, а инверсный — к источнику 1; второй вход сумматора 7 переключателем подключен к выходу вычитателя 8 (при измерениях фазы) или к выходу фазосдвигателя 6 (при других измерениях).

Блок 9 сравнения модулей переключателем подключен к выходу вычитателя 5 или к выходу сумматора 7 (переключатели 10, 11, 12, 13).

Второй вход блока 9 переключателем

14 подключен к выходу вычитателя 8 или фазосдвигателя 6.

Фазосдвигатель 6 (фиг.2) построен на операционном усилителе 15, ER/(R+r+jх), а на сопротивлении 3 — напряжение

U = E(r+jx) (R+r+jx), 25 (2) где R — сопротивление образцового резистора 2;

r — сопротивление потерь изме30 ряемого сопротивления 3; х — его реактивное сопротивление; =Г:1;

x =uJ L при измерении сопротивле35 ний индук тив ног о характера и х=-1/ыС, при измерении сопротивлений емкостного характера.

На выходе повторителя 4 получается

40 напряжение (2), а на выходе вычитателя 5 — напряжение .(1), усиленное в К раз:

= K П, = EKR/(R+r+jx) (3)

При измерении модуля и сопротивления потерь передаточная функция фазосдвигателя определяется резисторами 16 и 19:

50 (4) о о/ т где К и К вЂ” сопротивления резисторов 19 и 16 соот- ветственно.

При измерении индуктивности и добротности усиление фазосдвигателя

M = j/ ûcîR > (5) входная цепь которого состоит из резистора 16 и конденсатора 17, а цепь обратной связи — иэ конденсатора 18 и резистора 19 (переключатели

20, 21). При измерении индуктивности и добротности включены резистор

16 и коденсатор 18, емкости и тангенса угла потерь — конденсатор 17 и резистор 19, сопротивления потерь и модуля — резисторы 16 и 19.

Напряжение на выходе блока 9 сравнения равно нулю при равенстве модулей входных напряжений.

1. Устройство (фиг.l) работает следующим образом.

Источник 1 вырабатывает напряжение Е с угловой частотой О, на резисторе 2 образуется напряжение

EKо (13) W = — СР„ (6) 10 (14) получим 20

U = EKR/(R+r) + х ; (8) U = jE/ûCК д (17) 30

= ЕК,Z/ (9) (10) Z = KR/Ko= ККК /К (18) модуль которого

Е

U =

1 (19) 45

E/ CîRã °

50 (20) U,-- -Е К

Ь О

2х = ККыс К (21) - ККСОКд/2 ф+г+j х) (22) (12) 13669 где С, — емкость конденсатора )8;

Rz — сопротивление резистора 16.

При измерении емкости и тангенса угла потерь переключатели 20 и 21

5 подключают к усилителю 15 конденса— тор 17 и резистор 19. Тогда усиление фазосдвигателягде С вЂ” емкость конденсатора 17.

При измерении модуля вход фазосдвигателя 6 подключен к выходу повторителя 4, при этом напряжение на 15 выходе фазосдвигателя получается умножением (2) на (4):

U<= -ЕК, (r+jx) /(R+r+jx) (7) Это напряжение подается на один из входов блока 9 сравнения, на другой вход которого поступает напряжение с выхода вычитателя 5. Модули этих напряжений:

U,. EK, r+x / ll (R+r) +x = сравниваются блоком 9 и при их равенстве модуль что является условием квазиравновесия по модулю. Из (10) видно, что можно, например, с помощью К производить переключение пределов измерения, а с помощью R z или R о уравновешивание по модулю.

При измерении сопротивления потерь усиление фазосдвигателя определяется выражением (4 ), вход его подключен к источнику 1 переключателем 10, напряжением на его выходе

Один вход сумматора подключен к выходу вычитателя 5, другой — к выходу фазосдвигателя 6. На выходе сумматора получается сумма входных напряжений

U1 KU EKî E (KR Ko/R+r) 3Kоx) /

69

4 которая переключателем 13 подается на на один из входов блока 9, на другой

его вход поступает напряжение (11).

При равенстве модулей напряжений

r = R(K/2K-д)=К.(КК /2R -I), (15) напряжение на выходе блока 9 срав-нения равно нулю. Из (15) видно, что переключение пределов измерения можно производить, например, изменением R, a уравновешивание — изменением К или R

При измерении индуктивности усиление фазосдвигателя определяется выражением (5 1, вход его подключен к источнику l, поэтому напряжение на его выходе

На входы сумматора, 7 поступают напряжения (3) с вычитателя 5 и (17).

На его выходе получается напряжение

U„= Е(ККыС К -x+j (R+r)) Р

/ассR z(R+r+jx), Это напряжение поступает на вход блока 9 сравнения, на другой вход его поступает напряжение х (17), модуль которого

При равенстве модулей (19) и (20) напряжение на выходе блока 9 сравнения равно нулю. Получаем: откуда, поскольку х = д1L, получим!

366969

U6 (28) а его модуль

1О

U =, ЕИС R

I o (29) 20, /(R+rtgх) (30) модуль которого модуль которого

U - =E ч

ы С,В.. (24) U-=E

31) /ЬС, Rz (R+r+j х), (25) модуль которого х = : -KR/2èC R

Е

U == --------- -х

ы2СоВ (26) (33) (R + г)2+ х2 (27) х = (dC 3. r откуда добротность (34) U> = 0y5E(I+j(dCzRp), 55 модуль которого — 0,5Е (35) Из (22) видно, что уравновешива ние по индуктивности можно вести изменением R а пределы измерения менять с помощью R.

При измерении добротности усиление фазосдвигателя также определяется выражением (5), а напряжение на его выходе — выражением (17) . Переключатель 11 подключает вход сумматора к выходу повторителя (4) с выходным напряжением (2), переключатель 12 — к выходу вычитателя 8. На прямой вход вычитателя 8 поступает напряжение (17) с выхода фазосдвигателя, а на инверсный — с источника 1.

Поскольку усиление вычитателя 8 равно 0,5, то на его выходе получим напряжение

Бя= Е()- ыСрВд) /2ьСоКд (23) Сумматор 7 складывает напряжения (2 ) и (23), на его выходе получим напряжение

U„= Е(иС, К, (r-R)-x+j (R+r+u)C,R,х) /

g(dC oR rgr-В.) -х1 +Я+г+ыС oRrx) Напряжения (23) и (25) через переключатели 13 и 14 поступают на входы блока 9. Если модули (24) и (26) равны, то на выходе блока 9 напряжение равно нулю и выполняется равенство

Из (27) видно, что уравновешивание по добротности можно вести изменением R д, а переключать пределы— с помощью Со.

При измерении емкости вход фазосдвигателя 6 подключен к источнику 1 усиление его определяется выражением (6), поэтому напряжение на его выходе

На вход сумматора 7 поступают напряжения (3 ) с вычитателя 5 и (281.

15 На выходе сумматора получим напряжение

U E(KR+4)CzRox-jvC

Напряжение (28) и (30) через переключатели 13 и 14 поступают на

30 входы блока 9 сравнения, Если модули (29) и (31) равны, то на выходе блока 9 сравнения напряжение равно нулю, имеет место равенство (32)

Поскольку для конденсаторов х= -t/ciiC, то емкость

С = 2сдRО/Кк °

Отсюда видно, что уравновешивание по емкости можно вести, например, изменением R,, а пределы измерения

1 переключать изменением R.

45. При измерении тангенса угла потерь конденсаторов усиление фазосдви гателя определяется равенством (6 ), вход его подключен к источнику 1, поэтому на его выходе будет напряжение.(28), поступающее на вход вычитателя 8. На выходе этого вычитателя получим напряжение

1366969

На один вход сумматора 7 через переключатель 11 поступает напряжение (2) с выхода повторителя 4, . а на другой — напряжение (34) с выхода вычитателя 8. На выходу сумматора 7 получаем напряжение

U,= 0,5Е (ыС, К, x+r-R-)ыС,К, (К r)+ (36) + jx) /(R+r+jx) > модуль которого х-MCzRo(R+r)) U =

7 1+ х2 (37) Напряжение (34) и (36) поступают на входы блока 9 сравнения через переключатели 13 и 14 с выходов сумма", тора 7 и вычитателя 8. При равенстве модулей (35) и (37) напряжение на выходе блока 9 равно нулю . и имеет место равенство (38) которое возможно только при измерении конденсаторов, т. е. при х=-1 АОС, следов а тельно, танг енс угла потерь (39) tgd = 43Cr = ыСРО °

Из (39 ) видно, что уравновешивание по тангенсу угла потерь можно вести . изменением К„переключая пределы изменением С

Формула изобретения

Устройство для раздельного нзмере5 ния параметров комплексного сопротивления, содержащее источник синусоидального напряжения, образцовый резистор и клеммы для подключения измеряемого комплексного сопротивления, 10 соединенные последовательно, переключатели, фазосдвигатель и блок сравнения модулей напряжений, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных

I возможностей и исключения частотной погрешности. в него введены повторитель напряжения, два вычитателя и сумматор, один вход которого через первый переключатель подключен к

20 выходу повторителя напряжения и к выходу первого вычитателя, другой вход которого через первый переключатель соединен с источником сину" соидального напряжения и с выходом повторителя напряжения, один вход указателя квадратуры через второй переключатель соединен с выходом второго вычитателя и с выходом первог го вычитателя, а другой вход — через третий переключатель — с выходом фазосдвигателя и выходом сумматора, вход повторителя напряжения соединен с одной из клемм для подключения измеряемого сопротивления, З5 другая клемма заземлена, прямой вход первого вычитателя соединен с источником синусоидального напряжения, а инверсный — с выходом повторителя напряжения.

1366969

Составитель Л. Сорокина

Редактор А.Маковская Техред Л.Сердюкова Корректор А.Тяско

Заказ 6836/46 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.Óæãoðîä, ул. Проектная, 4