Устройство для измерения относительных отклонений составляющих cg-двухполюсников от номинальных значений

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения эквивалентных параметров CG-дву.хполюсников. По сигналу Пуск блока 14 управления управляемый ключ 3 подключает к измерительной цепи источник 1 переменного напряжения с частотой ul,, управляемый ключ 4 подключает эталонный конденсатор 9, управляемый ключ 5 подключает измеряемый двухполюсник - сопротивление 8 и конденсатор 11. ПреоПразователь 12 напряжение - код преобразует в код амплитуду напряжения на входе эталонного конденсатора 9, значение которой заносится в память вычислительного блока 15, сигнал об окончании записи с вычислительного блока 15 поступает в блок 14 управления. С задержкой с SS ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (i1) с 01 R 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ fHHT СССР

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4705247/21 (22) 14.06.89 (46) 30.10.91 ° Бюл. М 40

:(71) Научно-исследовательский институт фотоэлектроники (72) Т.Б. Рзаев (53) 621.317.333 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 924616, кл. G Ul R 27/00, 1982, Авторское свидетельство СССР 1599807, кл. G 01 R 27/26, 21.04.89. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНИХ ОТКЛОНЕНИЙ СОСТАВЛЯЮЩИХ

CG-ДВУХПОЛЮСНИКОВ ОТ НОИИНАЛЬНЫХ

ЗНАЧЕНИИ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть ис„,SU„„1688196 А 1

2 пользовано для измерения эквивалентных параметров CG-двухполюсников. По сигналу "Пуск" блока 14 управления управляемый ключ 3 подключает к измерительной цепи источник 1 переменного напряжения с частотой од„, управляемый ключ 4 подключает эталонный конденсатор 9, управляемый ключ

5 подключает измеряемый двухполюсник — сопротивление 8 и конденсатор 11. Преобразователь 12 напряжение — код преобразует в код амплитуду напряжения на входе эталонного конденсатора 9, значение которой заносится в память вычислительного блока 15, сигнал об окончании записи с вычислительного блока 15. поступает в блок 14 управления. С задержкой

3 1688196

d по времени, формируемой двоичными счетчиками и элементами задержки блока 14 управления, подается сигнал на преобразователь 13 напряжение код. Управляемый ключ 3 подключает к измерительной цепи также источник. 2 переменного напряжения с частотой (Л .. Эталонные сопротивления 7 и коненсатор 10 подключаются к изме - 1О рительной цепи через управляемый !

Изобретение относится к изме;рительной технике и предназначено для измерения эквивалентных парамет-, рое CG-двухполюсников с большими потерями, в частности в системах ди- 20 злькометрического контроля технологических параметров дисперсных материалов и веществ с повышенной проводимостью.

Цель изобретения -- расширение функциональных возможностей устрой-. ства.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства„ на фиг.2а = блок-схема измеряемых двухполюснико ь„, ЗО на фиг.3 — блок-схема блока управления; на фиг.4а,б - блок-схема преобразователей напряжение-код.

Устройство для измерения относительных отклонений составляющих CG35 двухполюсников от номинальных значе— ний (фиг.1) содержит источники 1 и

2 переменного напряжения, управляе:„мые ключи 3-5, эталонные сопротивления 6 (Ки) и 7 ((К )„. измеряемое сопротивление 8 (R<)„ эталонные конденсаторы 9 (c„) и 1О (С ), измерительный конденсатор 11 (c„), преобразователи 12 и 13 напряжение45 код, блок 14 управления и вычислительный блок 15.

Блок 14 управления (фиг.3) содержит ключи 16 и 17.„ двоичные счетчики

18-2О, триггеры 21-2",>, элементы 24

О и 25 задержки.

Преобразователи 12 и 13 напряжение-код (фиг.4a,б) идентичны и содержат амплитудные детекторы 26. Аналого-цифровой преобразователь 27, ампли-55 тудный детектор 28 и аналого-цифровой преобразователь 29.

В каждом из аналого-цифровых преобразователей 27, 29 имеются клемключ 5. При включении ключа в блоке

14 управления подается положительное напряжение на входы триггеров. В блоке 14 управления содержится также ключ. Устройство содержит также эталонное сопротивление 6. Каждый из преобразователей 12 и 13 напряжениекод содержит амплитудные детекторы, аналого-цифровые преобразователи.

4 ил. мы 10-разрядного цифрового выхода, готовности данных, начала преобразования, а также питания и аналогового входа. Выходы источников и 2 переменного напряжения соединены соответственно с первым и вторым выводами управляемого ключа 3, третий вывод (переключающий контакт) которого подключен к первому входу преобразователя 12 напряжение - код, первый выход (разрядные выходы кода) которого соединен с первым входом (первой шиной данным) вычислительного блока 15.

Второй выход (гатовности данных) преобразователя !2 напряжение - код соединен с вторым входом (первым входом разрешения записи в память) вычислительного блока 15. Третий вывод (переключающий контакт) управляемого ключа 3 подключен к третьему выводу (переключающему контакту) управляемого ключа 4, первый вывод которого через эталонное сопротивление 6 соединен с третьим выводом (переключающим контактом) управляемого ключа

5, вторым входом преобразователя 13 напряжение-код и первым выводом эта.лонного конденсатора 9, второй вывод которого соединен с вторым выводом управляемого ключа 4.

Первый выход {разрядные выходы када) преобразователя 13 напряжениекод соединен с третьим входом (второй шиной данных) вычислительного блока 15, четвертый вход (второй вход разрешения записи в память) соединен с вторым выходом (готавнасти данных) преобразователя 13 напряжение-код.

Первый вывод управляемого ключа

5 через измеряемый конденсатор 11 подключен к общей шине, которая че рез измеряемое сопротивление 8 под= ключена к первому выводу управляемаго ключа 5, второй вывод которого

16>! 8 через эталонный конденсатор 10 подключен к общей шине, которая через эталонное сопротивление 7 подключена к второму выводу управляемого ключа 5.

Выход вычислительного блока 15 соединен с входом блока 14 управления, первый, второй, третий и пятый выходы которого соединены соответственно с управляющими входами управляемых ключей 3 и 4, первым (управляющим) входом преобразователя 13 напряжение - код, управляющим входом управляемого ключа 5 и вторым (управляющим) входом преобразователя 12 напряжение-код.

Выход вычислительного блока 15 через ключ 16 соединен с двоичным счетчиком 18, через триггер 21 - с. управляющим входом управляемого ключа 3 и - через элементы 24 и 25 задержки - соответственно с управляющи;ми входами (начала .преобразования) .преобразователей 12 и 13 напряжениекод. Средняя точка между двоичным счетчиком 18 и триггером 21 через двоичный счетчик 19 соединена с вторым входом триггера 21, с первым входом триггера 22, выход которого соединен с управляющим входом управляемого клоча 5, и - через двоичный счетчик 20 и первый вход триггера

23 - с управляющим входом управляемого ключа 4 и вторым входом триггера

23. Шина положительного напряжения через ключ 17 соединен с вторым входом триггера 21, первым входом триггера 22 и . вторым входом триггера 23.

Устройство для измерения относительных отклонений составляющих CGдвухполюсников от номинальныи значе ний.работает следующии образом.

По сигналу "Пуск" блока 14 управления ключ 3 подключает к измерительной цепи источник 1 переменного нап ряжения с частотой Я,, ключ 4 под ключает эталонный конденсатор 9 (Си), а ключ 5 подключает изиеряемый двухполюсник-сопротивление 8 (R<) и конденсатор 11 (С„). По сигналу блока

14 управления преобразователь 12 напряжение-код преобразует в код . амплитуду напряжения U « на входе эталонного конденсатора 9, значение которой заносится в память вычислительного блока 15, а сигнал об окончании записи с вычислительного блока 15 поступает в блок 14 управления.

1"5

С задеРжкой по времени по сравнении с сигналом блока 14 управления на преобразователь 12 с блока 14 управления подается сигнал на преобразователь 13, который преобразует амплитуду напряжения U< на измеряемом двухО / I И полюснике-сопротивлении 8 (R и конденсаторе 11 (С ) в код, значение которого заносится в память вычислительного блока 15. По окончанию эапи-! си сигнала в память на блок 14 уп1 ц равления с вычислительного блока 5 поступает второй сигнал, от которого в блоке 14 управления вырабатывается сигнал, подключающий через ключ 3 к измерительной цепи источник 2 переменного напряжения с частотой сигнала Я . По аналогичной схеме послеZ

20 довательно во времени поступают сигналы с блока 14 управления на преобразователи 12 и 13 напряжение-код, которые преобразуют амплитуды напряжений U u U на входе и выходе ох я Х2

25 эталонного конденсатора 9 — (С ), значения которых заносятся в память вычислительного блока 15. После передачи последовательно двух сигналов окончания записи в память с вычисли30 тельного блока 15 в блок 14 управления (по счету двух сигналов от записи результатов измерения на частоте

63 и двух сигналов на частоте С0, а

1 всего четырех сигналов), где вырабатываются сигналы, которые подключают через ключ 3 к измерительной цепи источник 1 переменного напряжения с частотой CQI, а также - через ключ 5 - эталонный двухполюсник-соп40 ротивление 7 (R>) и конденсатор 10 (С ). Аналогичнйм образом преобразу" ются в код и отношения напряжен и

З и" на двух делителях напряжения на двух частотах Я и М< входных сигналов.

Далее процесс измерения составля45 ющих CG-двухполюсника повторяется до появления в блоке 14 управления (Фиг.3) сигнала "Останов".

При включении ключа 17 подается

50 положительное напряжение на входы триггеров 21-23, которое через управ ляемый ключ 3 подключает источник 1 переменного напряжения частотой Я, к измерительной цепи, через управляемый ключ 4 подключает к цепи эталонный конденсатор 9 (С„), через управляеиый ключ 5 - измеряемый двухполюсник, составленный из параллельно соединенных сопротивления 8 (1:,) и

16Р>Р196 к1нденсатора 11 (Г„), а через элементы 24 и 25 задержки последовательно во времени запускает преобразователь сигналов на делителе напряжения (<<>иг,2à) в преобразователях 12 и 13 соответственно„На вход блока

14 управления поступает первый сиг,нал об окончании записи в память вычислительного блока 15 значения амплитуды напряжения Uox, на входе делителя напряжения (фиг.2а), а затем второй сигнал об окончании за— писи Ц < на измеряемом двухполюснике (фиг.".а), от которого срабатывает двоичный счетчик 18., а затем триггер

21, который-подключает управляемым ключом 3 источник 2 переменного напряжения частотой Я2 к цепи, а также через элементы 24 и 25 задержки запускает процесс преобразования сигналов в преобразователях 12 и 13.

На вход блока 14 управления поступает третий сигнал об окончании записи Цон2, а затем четвертый сигнал 25 об окончании записи Ux2, срабатывает двоичный счетчик 1Р>„ затем двоичный счетчик 19, триггер 21, который через управляемый ключ 3 подключает к цепи источник 1 переменного напряже- Ц ния частотой Я< и триггер 22, который через управляемый ключ 5 подключает к цепи эталонный двухполюсник„ состоящий из соединенных параллельно эталонного сопротивления 7 (R>) и эталонного конденсатора 1Ц (С ), 35

Аналогичным образом осуществляется второй цикл двухтактовых измерений амплитуд напряжений Ug>< и Ug и Ugg l10 окончании которых осущест, вляется вычисление значения измеряемого сопротивления 8 (Rx) в вычислительном блоке 15. После поступления на вход блока 14 управления четвертого сигнала срабатывают триггеры

21-23, триггер 21 через управляемый клоч 3 подключает к цепи источник 1 переменного напрях<ения. Аналогично преобразуются в код и заносятся значения амплитуд напряжений Ц,< < и Ц, на

50 входе и выходе эталонного конденсатора

9 (С ) соответственно. После поступления

И двух последовательных сигналов оконча— ния записи в память с вычислительного блока 15 в блок 14 управления, где вырабатывается управляющий сигнал 55 на первый ключ 3, который подключает . к цепи источник 2 переменного напряжения с частотой 63<,, аналогичным образом преобразуются и заносятся в память вычислительного блока 1> последовательно во времени значения

Цо и U>2 амплитуд напряжений на входе и выходе эталонного конденсатора 9 (С ) соответственно. По завершении второго цикла двухтактовых измерений на вход блока 14 управления поступают два сигнала об окончании записи, в вычислительном блоке 15 рассчитывается относительное значение измеряемого сопротивления Rx

Цоэ< где K < цэ< )

U<>ez

К = - - — отношения амплитуд 2 U э2 напряжений при измерении значения эталонного сопротивления R на двух часто" тах Сд, и Q2

Uox<, К х<.

К = --- — отношения амплитуд

Uàx2

xz напряжений при измерении значения измеряемого сопротивления

К,< надвух частотах (Д,и Я

Одновременно вырабатываются сигна лы в блоке 14 управления на переключение ключей 3-5, в результате чего происходит измерение сигналов (Цов< Ц < э Цоэ, и Цэ2э "ox< и Пх< э Uaxz

Ц>< на делителях напряжения R« — R> ,и .С, R > — Rx и С><, которые ос»ушест вляются по аналогичной схеме и заканчиваются вычислением относительного значения емкости измеряемого конден,сатораа

С>< Кх — K < г

С 1

Сэ Кэг- Кэ<

Цоэ<, Цож где К = — — K

Р< Ц 32 Ц )

У<

ЦОЯ

Кх< ц >

<<<

К = — — — отношения напряжении

Uoxz

Х2 Ц на двух делителях нап1»j

1688196 ряжения на двух частотах я» и И вход ных сигналов.

Через ключ 17 на второй вход

5 триггера 21, первый вход триггера

22 и второй вход триггера 23 подается положительное напряжение. Триггеры 21-?2 через ключ 3 подключают источник 1 переменного напряжения частотой Я, . Триггер 22 через управляемый ключ 5 подключает к цепи двухполюсник из параллельно соединенных измеряемых сопротивления 8 (ЕХ) и конденсатора 11 (С ), а триггер 23 через управляемый ключ 4 подключает к измерительной цепи эталонное сопротивление 6 (R ). Осуществляются два

К аналогичных цикла двухтактных измерений амплитуд напряжений на двух

ДелителЯх напРЯжениЯ Бох1 и U<<, ОХ2 Х2 ОЭ1 91 ОЭ2 92 окончании которых осуществпяется вычисление значения измеряемои емкости конденсатора 11 (СХ) и повторя- 25 ются двухцикловые измерения вновь измеряемого сопротивления 8 (Rx), а затем емкости конденсатора 11 (С„) до тех пор, пока ключом 16 не будет остановлена работа блока 14 управления.

При поступлении сигнала с блока

14 управления на аналого-цифровые преобразователи 27 и 29 в течение

35 мкс осуществляется преобразование аналогового сигнала в код и после передачи сигнала "Готовность" на вход "Разрешение записи" осуществляется запись разрядного кода в память вычислительного блока 15.

Вычислительный блок 15 реализует операции занесения данных наблюдений считывания, вычисления конечного результата измерения в память. В качестве»вычислительного .блока 15 могут быть использованы стандартные микропроцессорные наборы, которые могут реализовать функции выполнения предлагаемого решения с выдачей конечного результата измерения сопротивления

R и емкости С„ конденсатора в разХ н личном виде (печатном, дисплеином, на мониторе).

При измерении активного сопротивления R измеряемого двухполюсника (фиг.2а комплексное напряеение в цепи

U CI, 0 = (1 + ) +

1» ьых

U u U - комплексные напряжео BbI X ния на входе и выходе делителя напряжения.

1О Модули комплексного напряжения есть наблюдаемые амплитуды напряжений соответственно.

Квадрат модуля (2) 30 где K и К вЂ” отношения амплитуд

1 напряжений на частотах

Q и () соответствен1 но.

Решение (4): (s) Ю, С„

При измерении сигналов на делите— ле напряжения с эталонным двухполюс ником С -C> и R> получим

45 1

6УМ С„

1 где К и К - отношения амплитуд напряжений на частотах Я, ГДе 91 и Q2 на делителе Сн-С и R соответственно.

Разделив (5) и (6), получим э1ачение активного сопротивления Rx измеряемого двухполюсника, которое

55 зависит от частоты и емкости входного эталонного конденсатора Сн

Rx

I e

1+1ЫСхКХ

-"U +U о Ьых Bb»x ЯСР„

От»»ОШЕН»»Я КОМПЛЕКСНЫХ Н ПО,"" "»»

Сх2 1

К вЂ” (1 + — ) + r (3) С Н Я С2 R2 где К = --- — отношение амплитуд напЦ ряжений входа к выходу делителя напряжений.

11ри измерениях на двух частотах (Q и Я входных сигналов получим сис1 тему из двух уравнений с двумя неизвестными С> и КХ

Сх 2 1 (1+ --) + - — q-- — = К

Сн 632С R2 1

Н 1 Н Х (4)

С„1 г (1 + --) + - - -. = К2 Р

СН 63,С„В4 2 Р

168319

При измерении емкости С конденсатора измеряемого двухполюсника (фиг.26) комплексное напряжение в цепи делителя 5

Отношение комплексных напряжений

10 — — — = (1 + --) — ЗСдсхкд, (9)

Uo RI»

"еых Rx Х и

Аналогичным образом тему из двух уравнений к (1+ КИ) + 632 С21;Р

К»» 1 получаем сис15

== к !

-Кг

Решение (10) дает

С

Х К„

Кgg — Кх» а 2 г (11)

При измерении сигналов на делителе напряжения с эталонным двухполюсником (В C )

С

Сравнивая (7) и (12), видим, что указанные алгоритмы обратимы по значению.

Величина задержки в блоке 14 уп-равления выбирается,из условия последовательного выполнения операций наблюдения сигналов на делителях нап1 яжений (эталонный элемент - измеря»! ìbI À (эт а лон н ы и ) p B yxn orao < H I» K ) (фиг. l) .

Задержка по времени формируется двоичными счетчиками 18, 19 и 20 и

-элементами 24 и 25 задержки.

В результате математической обработки наблюдаемых сигналов в вычислительном блоке 15 по алгоритмам (7) и (13) определяются значения С> и Rz х т.е. разделение комплексной проводи45

5О

Разделив (11) на (12), получим значение емкости С>< конденсатора измеряемого двухполюсника, которое не зависит от частоты и эталонного сопротивления R> на входе

2 2.

С»» KÊg - К<.» (13)

С9 Кэе К <н 4О мости CG-двухполюсника на действительную и мнимую части реализуется в результате вычислительных операций.

Измерение двух составляющих проводимости CG-двухполюсника расширяет функциональные возможности устройства для измерения относительных отклонений составляющих CG-двухполюсников от номинальных значений. формула .и з обре те н ия

Устройство для измерения относительных отклонений составляющих CGдвухполюсников от номинальных значений, содержащее два источника переменного напряжения, два преобразователя напряжение-код, два управляемых ключа, эталонный и измеряемый конденсаторы, два эталонных и измеряемое сопротивления, блок управления и вычислительный блок, выходы первого и второго источников переменного напряжения соединены соответственно с первым и вторым выводами первого управляемого ключа, третий вывод которого подключен к первому входу первого преобразователя напряжениекод, первый выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, второй выход первого преобразователя напряжение-код соединен с вторым входом вычислительного блока, переключающий контакт перsoI-о управляемого ключа подключен к третьему выводу второго управляемого ключа, первый вывод которого через первое эталонное сопротивление соединен с первым выводом первого эталонного конденсатора, первый выход второго преобразователя напряжение-код соединен с третьим входом вычислительного блока, четвертый вход которого соединен с вторым выходом второго преобразователя напряжение-код, выход которого соединен с входом блока управления, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с управляющими входами первого и второго управляемых ключей и первым входом второго преобразователя напряжение-код, первый вывод измеряемого сопротивления соединен с первым выводом измеряемого конденсатора, первый вывод второго эталонного сопротивления соединен с общей виной, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воз1З

168819 б

14 можностей, в него дополнительно введен третий конденсатор - эталонный и третий управляемый ключ, первый вывод которого соединен с вторымн выводами измеряемого сопротивления и измеряемого конденсатора, первые выводы которых соединены с общей шиной, а второй вывод третьего эталонного ключа соединен с вторым выводом второго эталонного сопротивления, которое через второй эталонный конденсатор соединено с первым выводом второго эталонного сопротивления, третий вывод третьего управляемого ключа соединен с первым выводом первого эталонного конденсатора и вторым входом второго преобразователя напряжение-код, четвертый и пятый выходы блока управления соединены соответственно с управляющим входом третьего управляемого ключа и вторыМ входом первого преобразователя напряжение-код, второй вывод первого эталонного конденсатора соединен с вторым выводом второго управляемого ключа.

Составитель 6. Минкин

Редактор А. Маковская Техред A.Êðàâ÷óê

Корректор Л. Пилипенко

Закаэ 3707 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113 .)35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Гагарина, 191