Способ определения параметров комплексного сопротивления с емкостной составляющей

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании измерителей параметров комплексного сопротдаления. Цель изобретения - уменьшение времени преобразования при увеличении емкостной составляющей комплексного сопротивления - достигается тем, что производят заряд и последующий разряд исследуемого комплексного сопротивления через два разных эталонных резистора, причем при заряде сравнивают напряжение на исследуемом комплексном сопротивлении с монотонно нарастающим напряжением, имеющим неубывающую первую производную, а при разряде - с монотонно убьшающим напряжением , имеющим невозрастающую первую производную, фиксируют мом.нты равенства с помощью компаратора и по мгновенным значениям напряжений на исследуемом комплексном сопротивлении в моменты равенства определяют величины составляющих комплексного сопротивления. Для реализации способа в известный преобразователь введены два постоянных запоминающих устройства, включенных в выходные, цепи суммирующего счетчика. 2 ил. (О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (1% 01>

15ц 4 С 01 R 27/00, 27/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛМРЫТИЯМ

11РИ ГИНТ СССР

H A TmcHoMv CmpFrm Tav (21) 4209291/24-21 (22} 12.03.87 (46) .15.03.89.Бюл. У 10 (71) Уфимский авиационный институт им,Серго Орджоникидзе (72) А.И.Заико и В.К.Тимербаев (53) 621.317.73 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 316032, кл. G 01 R 27/00, 1971.

Авторское свидетельство СССР

11 1049827, кл. G 01 R 27/00, 1983. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ С ЕМКОСТНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании измерителей параметров комплексного сопротивления.

Цель изобретения - уменьшение времени преобразования при увеличении емкостной составляющей комплексного

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании измерителей нараметров комплексного сопротивления с большой емкостной составляющей.

Цель изобретения - уменьшение времени определения составляющих комплексного сопротивления лри значении емкостной составляющей >1 мкФ.

На фиг.l приведена функциональная схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг.2— временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства. сопротивления — достигается тем, что производят заряд и последующий разряд исследуемого комплексного сопротивления через два разных эталонных резистора, причем при заряде сравнивают напряжение на исследуемом комплексном сопротивлении с монотонно нарастающим напряжением, имеющим неубывающую первую производную, а при разряде — с монотонно убывающим напряжением, имеющим невозрастающую пер-вую производную, фиксируют моменты равенства с помощью компаратор» и по мгновенным значениям напряжений на исследуемом комплексном сопротивлении в моменты равенства определяют величины составляющих комплексного сопротивления. Для реализация способа в известный преобразова:ель введены два постоянных запоминающих устройства, включенных в выходные цепи суммирующего счетчика. 2 нл.

Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, эталонные резисторы 2 и 3 заряда и разряда, коммутатор 4 режима работы конденсатора, исследуемое комплексное сопротивление 5, компаратор 6, генератор 7 тактовых импульсов, счетчик 8, первое постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 9, цифроаналоговый преобразователь (11АП) 10, фильтр 11 нижних частот (ФНЧ), сумматор 12, триггер

13 пуска, второе ПЗУ 14, амплитудный детектор 15, устройство 16 выборки-хранения (УВХ), линию 17 задерж(4) где

R х (5) 55

3 14658 ки, аналого-цифровой преобразова— тель (АЦП) 18, микроЭВМ 19 и отсчетное устройство 20, Выход источника 1 опорного напря5 жения через эталонный резистор 2 заряда подключен к первому входу коммутатора 4 режима работы конденсатора.

Второй вход коммутатора 4 через эталонный резистор 3 разряда соединен с 10 общим проводом устройства. Выход коммутатора 4 связан с одной клеммой исследуемого комплексного сопротивления 5, другая клемма которого заземлена. Выход коммутатора 4 подключен 15 к первому входу компаратора 6. Выход генератора 7 тактовых импульсов с.оединен со счетным входом С счетчика 8, выходные разряды его подключены к адресным входам ПЗУ 9 и 14, Выходы 20

ПЗУ 9 и 14 объединены по схеме монтажного. ИЛИ и подсоединены к входам

ЦАП 10, Выходное напряжение ЦАП 10 через <НЧ 11 подается на первый вход сумматора 12. Установочный S-вход триггера пуска 13 соединен с входом

R< сброса счетчика 8, à R-вход сброса — с входом R сброса счетчика 8.

Входы R< и R счетчика 8 объединены по логике ИЛИ. Прямой выход триг- 30 ( гера 13 подключен к третьему входу коммутатора 4 и входу "Выбор кристалла" (ВК} ПЗУ 9. Инверсный выход триггера 13 связан с входом ВК ПЗУ

14 ° Информационный вход амплитуда,ого детектора 15 соединен с выходом коммутатора 4 и информационным входом УВХ 16. Вход сброса детектора 15. подключен к установочному S-входу триггера 13, Выход амплитудного 40 детектора связан с вторым входом сумматора 12. Выход сумматора подсоединен к второму входу компаратора 6. Выход УВХ 16 связан с информационным входом АЦГ(18. Информаци- 45 онные выходы и выходы готовности

-(АЦП 18 соединены с разрядами общей шины g-BUS микроЭВМ 19, с которыми соединено также отсчетное устройство 20. Выход компаратора 6 лодклю- 50 чен к R-входу сброса триггера 13,, стробирующему входу УВХ 16 и через линию задержки 17 к входу запуска

АЦП 18.

Устройство работает следующим образом.

В качестве монотонно-нарастающего напряжения, имеющего неубывающую первую производную, в устройст17 4 ве формируется показательная функция

U1(t) = k — 1 при . 0

1 где k — основание показательной функции, аргумент (время).

Тогда в процессе заряда исследуемого комплексного сопротивления 5 при t=t соблюдается равенство

+ "х

UoRx gRyC„ с с R+R

У (2) где Б — напряжение на комплексном с сопротивлении 5 в момент срабатывания компаратора 6 (фиг . 2в, г); напряжение источника 1;

R C " составляющие комплексного

Х> х сопротивления 5;

R — сопротивление резистора 2; — время заряда (фиг.2 в)

Коэффициент k выбирают из соотноФ шений

4l

UoRx Ъ

1+ — — — — (1-e ) (3) R)+ й„

=(R К„С„)/(R>+ RÄ); х max Rx пасв

2 Xenon p

С

Сх max Ск m< - + С ° ° (6) х 2 >< >in (R„ „ R„ ;n ) — диапазон измерения по R„; (Cxcnax C ; ) — диапазон измерения по С„.

В качестве монотонно убывающего напряжения, имеющего невозрастающую первую производную, устройство формирует показательную функцию

1-1

U (t) = (-1) k > +U +1 2. су при t Ъ (7)

Тогда в процессе разряда комплексного сопротивления 5 при t = t собР людается равенство

Rp+ Кх

U = U ехр(- — —.--(t -t )) =

Ч с RВфà 3 -1 (-1)k +U +1 су

1465817

1 РНхС х

" + Rx где (10) 5 где U — напряжение на комплексю ном сопротивлении 5 B момент срабатывания компаратора 6 (фиг.2в);

К вЂ . сопротивление резистора 3.

Коэд@ициент Е выбирается из соотношений е — основание натурального логарифма.

Функция напряжения, соответствуюv:,ая выражению (I), прошивается в виде двоичных кодов в ПЗУ 9. Функция напряжения

I -1

U (e) =(-1) ° 1с +1 при и

Х (11) пропивается в ПЗУ l4. Функция

Ц (t) отличается от П (e), так как перед измерением напряжение U яв" ляется неизвестным.

B исходном состоянии триггер пуска 13 сброшен, коммутатор 4.обеспечивает подключение комплексного сопротивления 5 к резистору 3 и, таким образом, оно полностью разряжено.

Импульсы с генератора 7 поступают на счетный С-вход счетчика 8. С инверсного выхода триггера 13 "1" поступает на вход ВК ПЗУ 14. Таким образом, выходы ПЗУ 14 подключаются к входам ЦАП 1О. На адресные входы

ПЗУ поступает циклически изменяющийся параллельный двоичный .код с выходов счетчика 8. Напряжение с выхода ЦАП 10 фильтруется ФНЧ ll и поступает на первый вход сумматора 12, где складывается с напряжением U, Так как комплексное сопротивление 5 разряжено, то 11„ О. На выходе сумматора 12 формируется напряжение

U(t} = — k "+ 1 при е » t (12)

3) которое всегда отрицательное относительно общего провода устройства, поэтому компаратор 6 не срабатывает.

При поступлении короткого импульса "Пуск" íà S-вход триггера 13. Ок переходит в единичное состояние.

Этот же импульс поступает на входы сброса счетчика 8 и амплитудного детектора 15. Коммутатор 14 подключа ет комплексное сопротивление 5 через резистор 2 к выходу источника 1.

Начинается заряд исследуемого комплексного сопротивления. К вхсдам

1IAII 10 подключается ПЗУ 9. Сброшенный импульсом пуска счетчик 8 начинает подсчитывать тактовые импульсы с генератора, на его выходах начн10 нают появляться комбинации параллельного двоичного кода. Этот код поступает на адресные входы ПЗУ, на выходах которого появляются коды, . соответствующие:функции (1), ЦАЦ 10 и ФНЧ ll преобразуют этн коды в напряжение, которое поступает на первый вход сумматора 12. Так как на втором его входе нулевое напряжение, то на второй вход компаратора 6 пос20 тупает напряжение функции (1). Как только напряжение на втором входе компаратора 6 превышает напряжение на его первом входе, на выходе компаратора появляется напряжение "1".

Это напряжение сбрасывает триггер

13 и счетчик 8, вызывает запоминание в УВХ 16 значения напряжения на комплексном сопротивлении 5 и, через время, равное постоянной времени линии задержки 17, запускает АЦП 18.

Постоянная времени линии задержки 17 должна быть больше, чем время окончания переходных процессов в УВХ 16.

После окончания преобразования АЦП

18 выставит бит готовности на общую пину g-BUS микроЭВМ 19, которая по специальной программе вводит его показания U< .

4g Как только сигнал с компаратора

6 сбрасывает триггер 13, коммутатор

4 переходит в исходное состояние и начинается разряд исследуемого комплексного сопротивления 5 через

4r резистор 3 ° В амплитудном детекторе

15 остается зафиксированным напряже", ние U, Теперь к входам ЦАП 10 подключается ПЗУ 14, так как на его вход ВК подается "1" с триггера 13.

jg Счетчик 8 начинает подсчитывать так-.. товые импульсы с генератора 7, на вывыходах которого начинают появляться комбинации параллельного двоичного кода. Этот код подается на адрес55 ные входы ПЗУ 14, в котором пропиты коды, реализующие функцию (11).

После преобразования в.напряжение

ЦАП 10 и фильтрации ФНЧ 11 напряжение (11) поступает на первый вход

7 14658 сумматора 12, на второй вход которого поступает напряжение U g c BbMQда амплитудного детектора 1 5. Таким образом, на выходе сумматора формируется напряжение, реализующее функцию (7). Как только напряжение с выхода сумматора 12 становится рав-! ным напряжению на комплексном сопротивлении 5,компаратор Ь выдает импульс (фиг.2в,г),который вызывает запоминание в УВХ 16 напряжения П и через время, равное постоянной времени линии 17 задержки, запускает

AIQI 18. По окончании преобразования 15

АЦП 18 выставляет бит готовности на общую шину q-BUS микроЭВМ, которая вводит код, соответствующий напряжению 11 по специальной программе. После этого микроЭВМ 19 рас- 20 считывает составляющие комплексного сопротивления R„H С q путем совместного решения нелинейных уравнений (2) и (8). Решение этой системы уравнений осуществляется численными методами с применением любого известного алгоритма решения систем нелинейных уравнений. По окончании pemeния микроЭВМ 19 выдает на отсчетное устройство 20 результаты работы. 30

17 8

Формулаизобретения

Способ определения параметров комплексного сопротивления с емкостной составляющей, заключающейся в том, что производят заряд и последующий разряд исследуемого комплексного сопротивления через два разных эталонных резистора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения времени определения составляющих комплексного сопротивления при значении емкостной составляющей 1 мк@, cpBBHHBBNT при заряде напряжение на исследуемом комплексном сопротивлении с экспоненциально убывающим напряженнем, а при разряде— с экспоненциально убывающим напряжением, фиксируют моменты равенства и по мгновенным значениям напряжений на исследуемом комплексном сопротивлении в моменты равенстве определяют величины составляющих комплексного сопротивления, при этом значения оснований экспоненциально изменяющихся напряжений определяют исходя из заданного диапазона измерения емкостной и активной составляющей исследуемого комплексного сопротивления и величины эталонных резисторов.

1465817

Г

Составитель И.Козлов

Редактор Л.Пчолинская Техред А.Кравчук Корректор М.Поко

Заказ 941/46 Тирак 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного коюютвта ио изобретениям и открытиям при и ГЕНТ СССР

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

Производственно-издательский койбинат "Патент, г. Уигород» У ° р

»» о л. Гагарина 101