Итерационный преобразователь rlc - параметров

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения RLC-параметров. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей - достигается за счет того, что обеспечивается возможность измерения емкости и индуктивности. В режиме измерения емкости переключатели 25, 26, 27 режима работы устанавливаются в такие положения, при которых напряжения логического "0" подаются на соответствующие входы элементов И 22, 23 и логической "1" - на вход элемента И 21. На выходе формирователя 19 такта интегрирования устанавливается напряжение логической "1", на выходе инвертора 20 - напряжение логического "0". Начальное напряжение блока 14 выборки и хранения в течение всего первого такта интегрирования переписывается в блок 15 выборки и хранения, аналоговый ключ 3 замкнут, переключатель 16 находится в положении а, аналоговые ключи 4, 5 и 6 разомкнуты. К входу операционного усилителя 11 подключается преобразуемая емкость C<SB POS="POST">X</SB>, на входы умножителя 2 двух напряжений одновременно поступают два сигнала: напряжение с выхода генератора 1 синусоидального напряжения и постоянные напряжения с выхода переключателя 16 - источника 17 опорного напряжения и выходное напряжение с выхода блока 15 выборки и хранения. Напряжение с выхода интегратора 13 записывается в блок 14 выборки и хранения в течение всего второго такта преобразования. Измерение сопротивления и индуктивности осуществляется аналогично, но при иных положениях переключателя 16 и переключателей 25, 26 и 27 режима работы. Преобразователь содержит также образцовые резистор 8, индуктивность 9, емкость 10, емкость 12 обратной связи, логический элемент ЗИ-2-ИЛИ 24, входные зажимы 28 и 29. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ае и»

А1 (gg)g G 01 R 27/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4684060/21 (22) 25.04,89 (46) 07.07.9 1. Бюл, 9 25 (71) Азербайджанский институт нефти и химии им. M,Àçèçáåêîâà (72) Т.M.Алиев, Х,А,Исмайлов, Д,И.Дамиров, С,Б.Салимов и Г.Б.Шахновский (53) 621.317.333 (088.8) .(56) Авторское свидетельство СССР

9 1183919, кл. G 01 R 27/02, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N - 1046707, кл. G 01 R 27/02, 1983, (54) ИТЕРАЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

К1.С-ПАРАМЕТРОВ (57) Изобретение относится к .элект,роизмерительной технике и предназначено для измерения RLC-параметров. ,Цель изобретения — расширение функциональных возможностей — достигается за счет того, что обеспечивается возможность измерения емкости и индуктивности. В режиме измерения емкости переключатели 25, 26, 27 режима работы устанавливаются в такие положения, при которых напряжения логического "0" подаются на соответствующие входы элементов И 22, 23 и логической " 1" — на вход элемента

И 21. На выходе формирователя 19 такта интегрирования устанавливается напряжение логической 1", на выходе инвертора 20 — напряжение логического "0". Начальное напряжение блока 14 выборки и хранения в течение всего первого такта интегрирования переписывается в блок 15 выборки и хранения, аналоговый ключ

1661673

3 замкнут, переключатель 16 находится в положении а, аналоговые ключи 4, 5 и 6 разомкнуты. К входу операционного усилителя 11 подключается

5 преобразуемая емкость С, на входы умножителя 2 двух напряжений одновременно поступают два сигнала: напряжение с выхода генератора 1 синуаоидального напряжения и постоян- 0

ые напряжения с выхода переключаеля 16 — источника 17 опорного наряжения и выходное напряжение с выода блока 15 выборки и хранения, Изобретение относится к электРо измерительной технике и предназна-! чено для измерения RLC-параметров с высокой точностью.

Целью изобретения является расши-! рение функциональных возможностей преобразователя на переменном токе.

На чертеже представлена схема итерационного преобразователя RLC-параметров.

Итерационный преобразователь Р1.Сцараметров содержит генератор 1 синусоидального напряжения, умножитель 2 (вух напряжений, аналоговые ключи 3, 4, 5 и 6, измерительный блок 7, содержащий образцовые опорные элемен35 ты — резистор (R ) 8, индуктивность (Ьц) 9 и емкость (Со) 10, операцион ьй усилитель 11 с емкостью (С с) 12

Ц его обратной связи. Итерационный

Преобразователь Ю.С-параметров со40

Держит также интегратор 13; блоки 14 и 15 выборки и хранения, переключаа"eëü 16, источник 17 опорного напряжения и блок 18 управления, содержащий формирователь 19 такта ин- 45 тегрирования, инвертор 20, логические элементы И 21, 22 и 23, логический элемент ЗИ-2-ИЛИ 24, переключатели 25, 26 и 27 режима работы, зажимы 28 и 29 для подключения преоб50 раз уемых пассивных величин R» L» C .

Выход источника 17 опорного напряжения соединен с первым неподвижным контактом переключателя 16, второй неподвижный контакт которого соединен с выходом итерационного преобразователя RLC-параметров и выходом блока 15 выборки и хранения. Первый вывод образцового резистора 8 соедиНапряжение с выхода интегратора 13 записывается в блок 14 выборки и хранения в течение всего второго такта преобразования. Измерение сопротивления и индуктивности осуществляется аналогично, но при иных положениях переключателя 16 и переключателей 25, 26 и 27 режима работы. Преобразователь содержит также образцовые резистор 8, индуктивность

9, емкость 10, емкость 12 обратной связи, логический элемент ЗИ"2-ИЛИ

24, входные зажимы 28 и 29. 1 ил. нен с инвертирующим входом операционного усилителя 11, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной преобразователя.

Выход генератора t синусоидального напряжения соединен с входом формирователя 19 такта интегрирования и первым входом умножителя 2, второй вход которого соединен с подвижным контактом переключателя 16, а выход— с подвижными контактами аналоговых ключей 3, 4, 5 и 6, Неподвижный контакт аналогового ключа 3 соединен с зажимом 28, первые выводы образцовой индуктивности 9 и образцовой емкости 10 соединены с инвертирующим входом операционногоуусилителя 11 и зажимом 29, неподвижные контакты аналоговых ключей 4, 5 и 6 соединены соответственно с вторыми выводами образцового резистора 8, образцовой индуктивности 9 и образцовой емкости 10. Зажим 29 соединен с первым выводом емкости 12 обратной связи, второй вывод которой соединен с выходом операционного .усилителя 11 и входом интегратора 13. Выход последнего соединен с входом блока 14 выборки и хранения, выход которого соединен с входом блока 15 выборки и хранения, Выход формирователя 19 такта интегрирования соединен с управляющим входом переключателя 16, входом инвертора 20, первыми входами элементов И 22 и 23 и управляющим входом блока 15 выборки и хранения. Управляющий вход блока 14 выборки и хранения соединен с выходом инвертора 20 и с первым входом элемента И 21, Вторые входы элементов

1661673

И 21, 22 и 23 соединены соответственно с выходами переключателей 25, 26 и 27 режима работы, а выходы— с управляющими входами аналоговых ключей 6, 4 и 5 соответственно, Управляющий вход аналогового ключа 3 соединен с выходом элемента ЗИ-2-ИЛИ

24, первый и второй входы которого соединены с выходами формирователя

19 такта интегрирования и переключателя 25 режима работы, третий и четвертый — с выходами инвертора 20 и переключателя 26 режима работы, . пятый и шестой — с выходами инвертора 20 и переключателя 27 режима работы. Входы переключателей 25, 26 и 27 режима работы соединены с общей шиной преобразователя.

Итерационный преобразователь RLCпараметров работает следующим образом.

В основу принципа действия преобразователя положен итерационный метод коррекции погрешностей. Сущность метода состоит в такой организации процедуры преобразования, при которой (в случае преобразования С ) результат определяется иэ равенства произведений значения источника опорного напряжения Uo на электрическое сопротивление измеряемой емкости С>, полученное при заданной частоте.(Q синусоидального питающего напряжения, и значения U выходного напряжения преобразовайия на электрическое сопротивление опорной емкости С полученное при той же частоте Я:

1/1ЯCoc "1/160Со.с

U о 1/jCOC< h 1/)ЫС, 1СЗСх 1ЫС

U - — — — = U о j(DCас 3 яС с

В случае преобразования R„(L„) результат определяется из равенства произведений значения U на образцовое опорное Ro(To) и значения Ug на измеряемое R (I- х), т. е.

1/1ЯСм 1/j G3Coс о R o (2)

1 1 о К j03Coc К )()С

1/ g Ca. 1/ 63cop0

U U или

)ыь, и 1(д1.„

U -- --- — — = U

ИС, Lo и ЬЗСО Ь( (3) Во всех режимах работы процедура измерительного преобразования протекает в два такта, причем первому такту условно соответствует положительная полуволна, а второму такту — отрицательная полуволна питающего синусоидального напряжения, выделяемые при помощи формирователя 19.

Режим преобразования С>. Переключатели 25, 26, 27 устанавливаются в такие положения, при которых напряжения логического "0" подаются .на

20 соответствующие входы элементов И 22, 23, логической "1" — на вход элемента И 21.

В первом такте преобразования устанавливаются следующие режимы: на

25 выходе формирователя 19 — напряжение логической " 12 в соответствии с прохождением положительной полуволны питающего синусоидального напряжения, на выходе инвертора 20 — напряжение

3p логического "0", на выходах элементов И 21; 22, 23 — "0", а на выходе элемента ЗИ-2-ИЛИ вЂ” "1", При этом начальное напряжение блока 14 выборки и хранения U в течение всего первого

35 такта переписывается в блок 15 выборки и хранения, ключ 3 замкнут, переключатель 16 находится в положении а, а ключи 4, 5 и 6 разомкнуты. К входу операционного усилителя 1! подклю40 чается преобразуемая емкость С, На входы умножителя 2 одновременно поступают два сигнала: напряжение с выхода генератора 1 (непрерывно), имеющее фиксированное амплитудное значение и синусоидальную форму, и постоянные напряжения с выхода переключателя 16 — U источника 17 опорО ного напряжения и выходное напряжение U» поступающее с выхода блока 15 выборки и хранения. Напряжения 0 и

U имеют разные уровни, в соответствии с которыми изменяется и уровень амплитуды синусоидального напряжения на выходе умножителя 2. U и U> задают масштаб преобразования. Напряжение далее масштабируется блоком 7 в соответствии со значением измеряемой емкости С (значение емкости 12 постоянно), Напряжение синусоидальной

1661673

П (U (DU - — — +П)

j cgcx

jСаС с

5Î где П и IIA — соответственно мульти55

М пликативная и аддитивная погрешности тракта преобразования, формы на выходе умножителя 2 в те чение действия положительной пол волны питающего синусоидального напряжения интегрируется .при помощи

S интегратора 13 и фиксируется в нем к моменту окончания такта.

Во втором такте преобразования ,устанавливаются следующие режимы: на выходе формирователя 19 — напря11 11

10 ение логического 0 в соответствии с прохождением отрицательной попуволны питающего синусоидального на( пряжения, на выходе инвертора 20— напряжение логической "1", на выходе элемента И 21 — "1", на выходах элементов И 22, 23 и элемента ЗИ-2 1ЛИ 24 — напряжение логического "0".

При этом напряжение с выхода интегратора 13 записывается в блок 14 выбор Ки и хранения в течение всего второго тракта преобразования, ключ 6 замкнут, ключи 3, 4, 5 разомкнуты, переключатель 16 находится в положении б, К входу умножителя 2 подключаются 25 выходное (Б„) напряжение преобразователя, взятое с блока 15 выборки и хранения, а к входу операционного усилителя 11 — образцовая опорная емКость 10. На интеграторе 13 производится интегрирование синусоидальфого напряжения противоположной поЛярности, взятое уже в масштабе значений напряжения U и образцовой ему

Кости С . Полученное к концу второб

35 "о такта напряжение фиксируется в блоке 14 выборки и хранения и приниМается за первое улучшенное приблиЖение к искомой величине. В следующем такте это напряжение перепи- 40

Сывается в память блока 15 выборки и хранения, и в дальнейшем действия, описанные в первом и во втором тактах преобразования, выполняются поочередно1

В р езульт ате после и т актов работы преобразователя в установившемся режиме в соответствии с выражением (1) получают амплитудное значение выходного сигнала генератора 1 синусоидального напряжения

Из выражения (4) следует

U =- — <С

"о

И С

О (5) Режим преобразования R> . Переключатели. устанавливаются в такое положение, когда на соответствующие входы элементов И 21 и 23 подается напряжение логического "0", а на элемент И 22 — напряжение логической

В первом такте преобразования устанавливаются следующие режимы: на выходе формирователя 19 — логическая

"1", на выходе инвертора 20 — логический "0", на выходах элементов И

21 и 23 — логический "0", на выходе элемента И 22 — логическая "1", на выходе элемента ЗИ-2-ИЛИ 24 — логический "0". При этом начальное1 напряжение блока 14 выборки и хранения U в течение всего первого такA та преобразования переписывается в блок 15 выборки и хранения, ключ 4 . замкнут, ключи 3, 5 и 6 разомкнуты, переключатель 16 находится в положении а. К входу умножителя 2 двух напряжений подключается напряжение

U а к входу операционного усилителя 11 — образцовое R опорное сопротивление 8, На интеграторе 13 в течение действия положительной полуволны генератора 1 синусоидального напряжения производится интегрирование напряжения, взятое в масштабе значений U и R . К моменту окончания такта преобразования это на пряжение фиксируется в интеграто ре 13.

Во втором такте преобразования устанавливаются следующие режимы: на выходе формирователя 19 — напряжение логического "0" в соответствии с про хождением отрицательной полуволны питающего синусоидального напряжения, на выходе инвертора 20 — напряжение логической " 1", на выходах элементов И 21, 22 и 23 — логический "0", на выходе элемента ЗИ-2-ИЛИ

24 - логическая "1", При этом напряжение с выхода интегратора 13 записывается в блок 14 выборки и хранения в течение всего второго такта преобразования, ключ 3 замкнут, ключи

4, 5 и 6 разомкнуты, переключатель

166t673

16 находится в положении б, К входу умножителя 2 двух напряжений подключается напряжение U>, а к входу операционного усилителя 11 — преобразуемое сопротивление R . После интегри5 рования на интеграторе 13 напряжение противоположной полярности, полученное к концу второго такта преобразования напряжения, фиксируется блоком

14 выборки и хранения и принимается эа первое улучшенное приближение к искомой величине. В следующем такте преобразования это напряжение переписывается в блок 15 выборки и хранения, и в дальнейшем работа преобразователя протекает аналогично описанному.

В результате после п тактов работы преобразователя, в установившемся режиме в соответствии с выражениями (2) и (4) получают

Uo

Un о (6) 25

Режим преобразования L>. Пере-, ключатели устанавливаются в такое положение, когда на соответствующие входы элементов И 21 и 22 подается напряжение логического "0", а на эле- 30 мент И 23 — напряжение логичесK OH 1, В первом такте преобразования устанавливаются следующие режимы: на выходе формирователя 19 - логическая 1, на выходе инвертора 20 — лоИ II 35 гический "0", на выходах элементов И

21 и 22 — логический "0", на выходе элемента И 23 — логическая "1", на выходе элемента ЗИ-2-ИЛИ 24 — логи40 ческий "О".. При этом начальное напряжение блока 14 выборки и хранения Uä в течение всего первого такта преобразования переписывается в блок

15 выборки и хранения, ключ 5 зам- 45 кнут, ключи 3, 4 и 6 разомкнуты, переключатель 16 находится в поло-. жении а. К входу умножителя 2 подключается напряжение Б, a к входу операционного усилителя 11 — образ50 цовая (L ) опорная индуктивность 9.

В течение действия положительной полуволны генератора 1 синусоидального напряжения напряжение, взятое в масштабе Uo и Lo, интегрируется и фиксируется интегратором 13.

Во втором такте преобразования устанавливаются следующие режимы: на выходе формирователя 19 — логиВ результате после и тактов работы преобразователя, в установившемся режиме в соответствии с выражениями (3) и (4) получают

Uo

Ь т,о х (7) Как видно из выражений (5), (6) и (7), результат преобразования RL- и С-параметров не зависит от частоты питающего синусоидального напряжения, а также от систематических погрешностей узлов и блоков преобразователя за исключением источника 17 опорного напряжения и образцовых элементов 8, 9, 10„ При этом в отличие от прототипа обеспечивается прямое преобразование измеряемых RLCпараметров в заданном частотном диапазоне.

Обеспечение возможности измерения не только сопротивления„но и емкости, и индуктивности на переменном токе расширяет функциональные возможности преобразователя.. ческий "0", на выходе инвертора 20— логическая " 1" в соответствии с прохождением отрицательной полуволны питающего синусоидального напряжения, на выходах элементов И 21, 22 и 23 — напряжение логического "0" на выходе элемента ЗИ-2-ИЛИ 24 логическая " 1", При этом напряжение с выхода интегратора 13 переписывается в блок 14 выборки и хране,ния в течение всего второго такта преобразования, ключ 3 замкнут, ключи 4, 5 и 6 разомкнуты, переключатель 16 находится в положении б, К входу умножителя 2 подключается напряжение U а к входу операционного усилителя — преобразуемая ин-! дуктивность Lo. После интегрирования на интеграторе 13 напряжение противоположной полярности, полученное к концу второго такта преобразования напряжения, фиксируется в блоке 14 выборки и хранения, принимается за первое улучшенное приближение к искомой величине..В следующем такте преобразования это напряжение переписывается в блок 15 выборки и хранения, и в дальнейшем работа преобразователя протекает аналогично описанному.

1661673 формула изобретения

Составитель Ю.Минкин

Редактор Т,Юрчикова Техред С.Мигунова Корректор Н.Ревская

Заказ 2120 Тираж 4.16 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1l3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

Итерационный преобразователь И.Спараметров содержащий источник опор9

5 ного напряжения, выход которого соединен с первым неподвижным контактом

Переключателя, второй неподвижный контакт которого соединен с выходом преобразователя, образцовый резистор, Первый вывод которого соединен с ин5ертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которо-

i o соединен с общей шиной преобразователя, четыре аналоговых ключа, интегратор, первый блок выборки и хранения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены генератор синусоидального напряжения, умножитель двух напряжений, второй лок выборки и хранения, образцовая индуктивность, образцовая емкость; емкость обратной связи и блок управ 1ения, содержащий формирователь такта 25

Интегрирования, инвертор, три логических элемента И, логический элемент

ЗИ-2-ИЛИ и три переключателя режима фаботы, выход генератора синусоидального напряжения соединен с входом формирователя такта интегрирования

И первым входом умножителя, второй вход которого соединен с подвижным контактом переключателя, а выход— с подвижными контактами четырех аналоговых ключей, неподвижный контакт

Ф

Первого аналогового ключа соединен с первым входным зажимом, первые выводы образцовой индуктивности и емКости соединены с инвертирующим входом операционного усилителя и вторым входным зажимом, неподвижные контакты второго, третьего и четвертоra аналоговых ключей соединены соог ветственно с вторыми выводами образ цовых резистора, индуктивности и емкости, второй входной зажим соединен с первым выводом емкости обратной связи, второй вывод которой соединен с выходом операционного усилителя и входом интегратора, выход которого соединен с входом первого блока выборки и хранения, выход формирователя такта интегрирования соединен с управляющим входом переключателя, входом инвертора, первыми входами первого и второго элементов И и управляющим входом второго блока выборки и хранений, выход которого соединен с выходом преобразователя, а вход — с выходом первого блока выборки и хранения, управляющий вход которого соединен с выходом инвертора и с первым входом третьего элемента И, вторые входы первого, второго и третьего элементов И соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего переключателей режима работы, а выходы — с управляющими входами второго, третьего и четвертого аналоговых ключей, управляющий вход первого аналогового ключа соединен с выходом элемента

ЗИ-2-ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами формирователя такта интегрирования и третьего переключателя режима работы, третий и четвертый — с выходами инвертора и первого переключателя режима работы, пятый и шестой — с выходами инвертора и второго переключателя режима работы, входы переключателей .режима работы соединены с общей ши ной преобразователя.