Измеритель параметров комплексных сопротивлений

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении измерителей параметров комплексных сопротивлений. Целью изобретения является расширение диапазона измерений и повышение точности при измерении низкоимпедансных обьектов. Изобретение позволяет также снизить до минимума погрешности, обусловленные порогом чувствительности аналого-цифрового преобразователя, используемого в измерителе , устранить влияние сопротивления подводящих проводов и цепей коммутации на результаты измерения. Аппаратурный состав предложенного измерителя с указанием дополнительно введенных схемных элементов и функциональных связей между ними приводится в описании изобретения. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (м)5 G 01 R 27/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР .

$g<$Ù ú ",)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4492226/21 (22) 12.07.88 (46) 23.10.91. Бюл. %39 (72) М.Н.Сурду, Г.Ф.Гордиенко, А.А,Вдовин, В,В.Козьменко, И,В.Третяк и Г.Д.Тучин (53) 621.317 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1473550, кл. G 01 R 27/26, 23.06.87. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении измерителей параметров комплексных сопротивлений. Целью изобретеИзобретение относится к области электроизмерительной технике v. может быть использовано при построении измерителей параметров комплексных сопротивлений, Цель изобретения — повышение точности измерения и расширение диапазона измерения.

На фиг.1 и 2 изображена структурная схема измерителя параметров комплексного сопротивления.

Измеритель содержит источник 1 питания (генератор синусоидального напряжения), измерительную цепь 2, имеющую выход 3 и состоящую из дискретно-регулируемой меры 4, объекта 5 измерения и усилителя 6, измерительный преобразователь

7, включающий в себя. последовательно соединенные усилитель 8 с регулируемым коэффициентом усиления, синхронный детектор 9 и аналого-цифровой преобразо,, Ы Ä 1686387 А1 ния является расширение диапазона измерений и повышение точности при измерении низкоимпедансных объектов, Изобретение позволяет также снизить до минимума погрешности, обусловленные порогом чувствительности аналого-цифрового преобразователя, используемого в измерителе, устранить влияние сопротивления подводящих проводов и цепей коммутации на результаты измерения. Аппаратурный состав предложенного измерителя с указанием дополнительно введенных схемных элементов и функциональных связей между ними приводится в описании изобретения, 1 э.п.ф-лы, 2 ил. ватель 10 (АЦП), переключатель 11, имеющий перекидной контакт 12, соединенный с входом усилителя 8 с регулируемым коэффициентом усиления и два неподвижных контакта — нормально разомкнутый 13 и нормально замкнутый 14, первый управляемый делитель 15 напряжения, вход которого соединен с выходом 3 измерительной цепи, а выход —. с нормально замкнутыми контактом 14 переключателя 11, управляемый делитель 16 частоты и генератор 17 прямоугольных импульсов, причем выход генератора 17 прямоугольных импульсов соединен с сигнальным входом управляемого делителя 16 частоты, выход которого соединен с опорным (импульсным) входом АЦП

10, блок 18 цифрового отсчета (6ЦО) первый вход которого соединен с выходом АЦП 10. блок 19 автоматического выбора предела измерения, включающий в себя счетчик 20

1686387 коэффициента деления, выход которого соединен с входами управления улравляемога делителя 15 напряжения и управляемого делителя 16 частоты, счетчик 21 поддиапазонов, выход которого соединен с входами управления дискретно регулируемой меры

4 и цепями управления индикацией запятой и символами разрядности измеряемой величины БЦО 18, блок 22 сравнения верхней границы и блок 23 сравнения нижней границы, первые входы которых соединены с выходами АЦП 10, а вторые е выходами

38+3Tчика 24 Ko+3 Be",i)xHeé и задатчика 25 кода нижней грани LI сОответстВеннО, Выходы блоков 22 и 23 сравнения подключены к входам первого элеменга ИЛИ 26 и элемента ИСКЛ ЮЧАЮЩЕ = ИЛИ 27, блок 28 сравнения верхнего и блок 29 сравнения нижнего крайних состояний счетчика 20 коэффициента деления, первые входы которых соединены с выходом счетчика 20 коэффициента деления, вторые входы блоков

28 и 29 сравнения =оединены соответственна с выходами эадатчиKа 30 верхнего кода и задатчика 31 нижнего кода крайних состояний счетчика 20 коэффициента деления, выхода блоков 28 и 29 сравнения соединены соответственно с первыми входами первого элемента И 32 и Второго элемента И 33, выход первого элемента ИЛИ 26 соединен с вторым входом nep!3oI о элемента И 32, входами реверса счетчиков О и 21 и входом первого инвертора 34, выход которого сое-" динен с вторым Входом второго элемента И

33, выходы первого 32 и второго 33 элементов И соединены = входами второго элемента ИЛИ 35, ВыхОД которОго сОВДинен с первым входом третьего элемента ИЛИ 36, выход которого соединен с входом разрешения счета счетчика 20 коэффициента деления и входом второго инвертора 37, вь хад которого соединен с первь: м входом четвертого элемента ИЛИ 38, Выход ко карого соединен с ВхОдОм разрешениу счета счетчика 21 лоддиапаэонов, вторые входы третьего 3Ь и четвертого 38 элемен. Ов ИЛИ соединены с

ВыхаДам элемента Y!C Vf i I i ")ÀÈÇ ЩЕ Е ИЛИ

27, тактовые входы счетчиков 20 и 21 соединены с выходом ис- ачника 1 питания, второй управляемый делитель 39 напряжения, включенный между источником 1 литания и измерительной целью 2, третий управляемый делитель 40 напряжен ля, вход которого соединен с выходом втОрого улравляемагo делителя 39 напряжения, а выход с нормально разомкнутым контактом 13 лерекл очателя 11, входы управления второго и третьего управляемых делителей 39 и 40 напряжения, усилителя 8 с регулируемым коэффициентом усиления соединены с выZx Ux K3 (1)

Zo U3

25 гдв Zx — сопротивления объекта измерения;

Zî — сопротивление образцовой меры

СОПРОТИВЛЕНИЯ;

Ux — напряжение на выходе измерительной цепи;

30 U3 — напряжение на выходе третьего управляемого делителя напряжения;

К3 — коэффициент передачи третьего делителя напряжения;

К вЂ” коэффициент передачи первого де35 лителя напряжения, Преобразовав выражение (1), можно получить

Ux Zо Кз x = —

U3 (2) Из выражения (2) видно, что Zx пропорционально не только Z0, но и К3. Это обстоятельство позволяет повысить точность и расширить диапазон измерения, Рассмотрим порядок переключения поддиапазонов измерения в предлагаемом устройстве, При больших импедансах объекта измерения коэффициенты передачи второго делителя 39 напряжения и усилителя 8 устанавливаются минимальные, а коэффициент передачи третье-о делителя 40 напряжения — максимальным (например, равным единице), Изменение поддиапазонов измерения осуществляется переключением образцовой меры Zo.

По мере снижения импеданса Z снижается ступенями и имледанс образцовой меходом счетчика 21 поддиапазоиов. вход управления синхронного детектора 9 соединен с выходами источника 1 питания, второй делитель 41 частоты, третий элемент И 42

5 первый вход которого соединен с выходом второго делителя 41 частоты, второй вход— с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

27, а выход — с входом управления переключателя 11, вход второго делителя 41 соеди10 нен с выходом источника 1 питания.

Работа измерителя на любом из диапазонов измерения проходит в два этапа: сначала измеряется напряжение на выходе измерительной цепи (замкнутые контакты

15 12 и 14 переключателя 11), затем измеряется напряжение образцовой ветви (замкнуты контакты 12 и 13 переключателя

1I1). По соотношению этих двух измеренных величин определяется импеданс объекта 5

20 измерения, Это можно выразить в следующих соотношениях:

Znp ры Zo до тех пор, пока отношение не о перестанет удовлетворять условию п

Р < ддоп где Zop — сопротивление соедиZo нительных проводов и переключающих элементов, а @on — допустимая погрешность измерения.

При достижении этого граничного значения Zo дальнейшее переключение диапазонов производится за счет уменьшения коэффициента передачи делителя напряжения 40 и синхронного повышения коэффициента передачи делителя 39 напряжения или усилителя 8, Из равенства (2) следует, что на точность измерения влияет лишь погрешность коэффициента передачи делителя 40 напряжения, Погрешности коэффициента передачи делителя 39 и усилителя 8 на результат измерения не влияют.

Наиболее рационально их величины выбирать из условия постоянства чувствительности цепи измерения на различных поддиапазонах.

Последнее достигается в случае, когда выполняется условие

К2 Кз Ку =- сопм, где Ку — коэффициент усиления усилителя.

Выполнение последнего условия позволяет снизить до минимума погрешности, обусловленные порогом чувствительности

АЦП.

Процесс измерения производится в следующей последовательности.

При подключении источника 1к :измерительной цепи 2 (через делитель 39 напряжения) на ее выходе 3 возникает напряжение, пропорциональное импедансу обьекта 5 измерения. Это напряжение подается на управляемый делитель 15 напряжения, с выхода которого через нормально замкнутые контакты 14 и 12 переключателя 11 поступает на вход усилителя 8 с управляемым коэффициентом усиления. С выхода усилителя 8 сигнал поступает на вход синхронного детектора 9. Детектированное напряжение с выхода синхронного детектора 9 подается на вход АЦП 10 и преобразуется в цифровой код А, пропорциональный импедансу объекта 5. Управляемый делитель 15 напряжения, переключатель 11, усилитель 8, синхронный детектор 9, АЦП 10, а также управляемый делитель 16 частоты и генератором импульсов 17 составляют измерительный преобразователь.

С выхода АЦП 10 код А поступает на

БЦО 18 и на вход блока 19 автоматического выбора предела измерения, Работа блоков, сравнения верхнего 22 и нижнего 23 пред20

55 елав организована так, что на их выходах появляется логическая "1" в случае, когда значение кода А превышает значения кодов, выданных задатчиками соответственно верхнего 24 и нижнего 25 кодов. Если выходной код АЦП А меньше значений кодов задатчиков верхнего и нижнего кодов, то на выходе блоков 22 и 23 сравнения появляется логический "0", Если код А находится в рабочей зоне АЦП, на выходе блока сравнения верхнего предела логический "0". а на выходе блока сравнения нижнего предела — логическая "1".

Наличие на выходе блоков сравнения верхнего и нижнего пределов двух "0" соответствует положению выходного кода А "ниже" рабочей эоны АЦП, а наличие двух "1" соответствует положению "выше" рабочей эоны АЦП, Выходной сигнал элемента ИСКЛЮЧ/УЮЩЕЕ ИЛИ 27 разрешает или запрещает изменение состояний счетчиков 20 и

21 коэффициента деления и поддиапазонов.

Инвертор 37 обеспечивает одновременно работу только одного из счетчиков. Поиск рабочей зоны АЦП возможен без предварительной установки в "0" счетчиков 20 и 21.

Направление поиска определяется сигналом:-.а выходе элемента ИЛИ 2б.

Поиск начинается с анализа состояния счетчик ка 20 коэффициента деления. Если он не находится в крайнел1 для выбранного напра"лечил поиска состоянии, -o первоначально ".åðåêëþ÷àþòñÿ зоны измерения (управляемый делитель 15 напряжения) до попадания в рабочую зону или до заполне ния счетчика 20 коэффициент-де,ления,,Если счетчик 20 находится в крайнем для выбранного направления поиска положении. то изменение его.состояний запрещается и одновременно разрешается изменение состояний счетчика 21 поддиапазонов, управляющего переключением образцовой меры 4 сопротивления. Счетчик 21 поддиапазонов последовательно изменяет значения дискретно-регулируемой меры 4 сопротивления до попадания в рабочую зону АЦП или до изменения комбинации на выходе блоков 22 и 23 сравнения на противоположную. Это означает, что рабочая зона АЦП пропущена и к ней необходимо возвращаться в обратном направлении, На выходе элемента ИЛИ 2б появляется сигнал, соответствующий поиску в обратном направлении и так как состояние счетчика

20 в этом направлении не является крайним, опять разрешается изменение его состояния, После попадания кода А в рабочую зону сигнал с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 27 фиксирует выбранные зону и диапазон измерения, Элемент И 42 запрещает

1686387 прохождение управляющпх сигналов на вход управления переключателя 11. Сигнал с выхода делителя 41 частоты определяет порядок и время измерения напряжения генератора и обьекта 5 измерения.

Формула изобретения

Измеритель параметров комплексных сопротивлений, содержащий источник питания, последовательно соединенные измерительную цепь, измерительный преобразователь и блок цифрового отсчета, а также блок автоматического выбора предела, первый вход которого соединен с выходом истОчника питания и s»0pblM ВхОдОм измерительного преобразователя, второй вход блока автоматического выбора пре. дела соединен с вь:,ходом измерительного преобразователя, первый выход блока автоматического выбора предела соединен с управляющими входами измерительной цепи, измерительного преобразователя и Втооым входом блока цифрового отсчета, а Второй выход блока автоматического выбора предела соединен с третьим входом измерительного преобразователя, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения и повышения точности при измерении низкоимпедансных объектов, в него введены два управляемь,х делителя напряжения, делитель часготы и элемент И, первый вход которого через делитель частоты соединен " выходом источника питания, второй вход - c третьим выходом блока автоматического выбора предела, а выход элемента И соединен с четвертым входом измерительного преобразователя, при этом первый управляемый делитель напряжения включен между выходом источника питания и входом измерительной цепи, а второй управляющий делитель напряжения включен между выходом первого управляемого делителя напряже5 ния и пятым входом измерительного преобразователя, управляющие входы первого и второго управляемых делителей напряжения соединены с первым выходом блока asтоматического выбора предела, а

10 измерительный преобразователь включает в себя усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, вход которого соединен с выходом коммутатора, а выход — с входом синхронного детектора, выход которого

15 соединен с входом синхронного детектора, выход которого соединен с входом аналогоцифрового преобразователя, вход синхронизации которого через управляемый делитель частоты соединен с выходом

2О генератора, а выход аналого-цифрового преобразователя является выходом измерительного преобразователя, при атом первый вход коммутатора через управляемый делитель напряжения соединен с первым

25 входом измерительного преобразователя, второй вход коммутатора соединен с пятым входом измерительного преобразователя, а управляющий вход коммутатора соединен с четвертым входом измерительного пре3О обраэователя, второй вход синхронного детектора соединен с вторым входом измерительного преобразователя, управляющий вход которого соединен с входом регулировки коэффиЦиента усиления усилителя, уп35 равляющие входы управляемого делителя напряжения и управляемого делителя частоты соединены с третьим входом измерительного преобразователя.

1686387

Составитель А.Шикерун

Техред М.Моргентал Корректор M.Êó÷åðÿâàÿ

Редактор Е.Папп

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

Заказ 3596 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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