Преобразователь параметров параллельных rc-цепей в напряжение

 

Изобретение относится к области электроизмерений и может быть использовано в преобразователях для емкостных датчиков. Цель изобретения - расширение области применения. Преобразователь содержит генератор 1, исследуемую RC-цепь 2, разделительные конденсаторы 3 и 4, вспомогательный резистор 5, опорные конденсатор 6 и резистор 7, операционные усилители 8 и 9, амплитудный детектор 10, выпрямитель 11. Использование в качестве опорного напряжения меандра позволяет измерять активную составляющую на переменном токе, что расширяет область применения преобразователя. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 G 01 R 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 439 1765/24-21 (22) 10.03.88 (46) 07.10.90. Бюл. № 37 (71) Пензенский политехнический институт (72) В. Г. Путилов, Ю. М. Крысин, Ю. И. Петров, Л. М. Дубовый и В. В. Торгашин (53) 621.317.738 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1018048, кл. G 01 R 27/26, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 1322197, кл. G 01 R 27/26, 1987.

ÄÄSUÄÄ 1597781 А1

2 (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ

ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ RC-ЦЕПЕЙ В НАПРЯЖЕНИЕ (57) Изобретение относится к области электроизмерений и может быть использовано в преобразователях для емкостных датчиков.

Цель изобретения — расширение области применения. Преобразователь содержит генератор 1, исследуемую RC-цепь 2, разделительные конденсаторы 3 и 4, вспомогательный резистор 5, опорные конденсатор 6 и резистор 7, операционные усилители 8 и 9, амплитудный детектор 10, выпрямитель 1!.

Использование в качестве опорного напряжения меандра позволяет измерять активную составляющую на переменном токе. что расширяет область применения преобразователя. 2 ил.

1597781

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано в преобразователях для емкостных датчиков.

Цель изобретения — расширение области применения устройства за счет измерения активной составляющей на переменном токе.

На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг. 2 — временные диаграммы его работы.

Преобразователь содержит генератор 1 прямоугольного напряжения (ППН), исследуемую RC-цепь 2, первый и второй разделительные конденсаторы 3 и 4, вспомогательный резистор 5, опорный конденсатор 6, опорный резистор 7, первый и второй операционные усилители (ОУ) 8 и 9, амплитудный детектор (АД) 10, выпрямитель (В) 11, зажимы 12 и 13 для подключения

RC-цепи, первый из которых соединен с выходом генератора 1 прямоугольного напряжения, а второй зажим 13 соединен через первый и второй разделительные конденса торы 3 и 4 соответственно с инвертирующими входами операционных усилителей 8 и 9, неинвертирующие входы которых подключены к общей шине. Опорные конденсатор 6 и резистор 7 подключены между выходными и инвертирующими входами операционных усилителей 8 и 9 соответственно.

Вспомогательный резистор 5 подключен параллельно опорному конденсатору 6, выходы операционных усилителей 8 и 9 подключены соответственно к входам амплитудного детектора 10 и выпрямителя 11.

Преобразователь работает следующим образом.

В связи с тем, что потенциалы суммирующих точек ОУ3 и 9 равны нулю, а емкости разделительных конденсаторов 3 и 4, значительно больше С„, то при поступлении на измеряемую R,C,-цепь опорного прямоугольного напряжения периодом 2То, скважностью 2 и амплитудой +-2 Ео, через нее течет ток, определяемый значениями С, и R„. Этот ток расщепляется на два равных тока, протекающих через разделительные конденсаторы 3 и 4 к ОУ 8 и 9.

При этом, напряжение на выходе ОУ 8 будет в комплексной форме описываться выражением

Ба,(Р)= — — -- UI (P), Zo(P)

Z„(P) где Zn(P) — комплексное сопротивление цепи обратной связи ОУ 8, определяемое конденсатором Со и сопротивлением Rs, Z„(P) — комплексное сопротивление измеряемой цепи С,R„;

1Лвх(Р) — опорное напряжение ГПН.

Переходя от величины Z к величинам

С„, К„и Co, Ra, это выражение можно переписать в виде (ð) (х х

Rs(C R Ð+1) Е

R» (СоКвр+1) Р

= + - — хЕо (е + — — - - е " ) =

20 Со тх тх

= - — хЕо(е + — (1 — е ")), (2)

Со х

Из выражения (2) видно, что максималь25 ное значение напряжения на выходе ОУ 8 (фиг. 2) принимает в момент времени 1=0.

При этом максимальное значение напряжеС„ ния U = +- —" Eo. Напряжение выхода

Со

30 ОУ 8 подается на вход АД 10, в результате чего на его выходе появляется напряжение со значением

С„

U,= — "Ео. (3)

Со

35 Одновременно под воздействием входного напряжения на .выходе ОУ 9 возникает напряжение

Usia(g= W (— Eo+ RoC„— - ) . (4)

Ro dEo

R„" dt

<11" о

Составляющая выражения (4) RoC,—"dt представляет собой функцию амплитудой Ео и площадью, близкой к нулю, поэтому вы45 ражение (4) можно переписать в следующем виде

Ro G

1 х2=-+ — Eo= —" EoRõ Gî (5) Напряжение с выхода ОУ 9 поступает

50 на выпрямитель 11, в результате чего на его выходе появляется постоянное напряжение со значением

UR = —" Ео.

G„ (6)

Go

55 Из формулы (2) и (5) видно, что напряжения на выходах ОУ 8 и 9 зависят только от реактивной и активной составляющей соответственно.

5 С. Р+ - Е

+( х

Co P+ Р

=-СхЕ (— +

1 1

1 ) (1)

10 — С, р+, р(р+ 1) где тх — постоянная времени R C то — постоянная времени RsCo.

Переходя от комплексной плоскости к действительной, выражение (1) можно преобразовать в следующий вид

11- 1=+- — "Ео(е "+-- (1 — е ))=

1597781

+Д

Вых.

Гпн1

-U

+ Ц

Еььх

8/6, / дь, х z 3

-U Ц

Вых

В11 0

Составитель С. Петров

Редактор Н. Яцола Техред А. Кравчук Корректор М !1(аро пи

Заказ 3052 Тираж о58 По тписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прп KH 1 (.(;(,Ð

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4 5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, х.л. Гагарина. 101

Использование двух каналов измерения позволяет сохранить высокую чувствительность и возможность раздельного выбора пределов по активной и реактивной составляющим путем изменения значений опорных элементов Ro и Со, а использование в качестве опорного напряжения меандра, позвол яет измерять активную соста вляющую на переменном токе, что расширяет функциональные возможности преобразователя, так как предлагаемый преобразователь может использоваться не только для измерения параметров параллельных RC-цепей электронного оборудования, но может работать с различными видами емкостных датчиков, использоваться для измерения параметров конденсаторов и т. д.

Формула изобретения

Преобразователь параметров параллельных RC-цепей в напряжение, содержащий генератор прямоугольного напряжения, два операционных усилителя, амплитудный детектор, зажимы для подключения RC-цепи, разделительный и опорный конденсаторы, опорный резистор, один из выводов которого подключен к выходу второго операционного усилителя, при этом инвертирующий вход первого операционного усилителя соединен через разделительный конденсатор с вторым зажимом для подключения RC-цепи, выход первого операционного усилителя соединен с входом амплитудного детектора и одним из выводов опорного конденсатора, неинвертирующие входы операционных усилителей соединены с общей шиной, отяичающийся тем, что, с целью расширения области применения, в него введены второй разделительны и конденсатор, вспомогател ьный резистор и выпрямитель, вход которого подключен к выходу второго операционного усилителя, второй разделительный конденсатор одним из выводов соединен с вторым зажимом для подключения RC-цепи, а вторым выводом соединен с инвертирую(цим входом второго операционного усилителя и вторым выводом опорного резистора, вспомогательный резистор подключен параллель20 но с опорным конденсатором, второй вывод которого подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя, выход генератора прямоугольного напряжения подключен к первому зажиму для подключения RC-цепи.