Измеритель комплексных сопротивлений

 

Сущность изобретения: устройство содержит генератор 1 напряжения, измерительную цепь 2, синхронный детектор 3, интегратор 4, компараторы 5 и 9, источник 6 разрядного напряжения , фильтр 7, переключатели 8 и 13 схему 10 совпадения, счетчик 11, индикатор 12, тактовый генератор 14, делитель 15 частоты. 5 ил. о Ј Ё

СО103 COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1

09) (13) (51)5 < 01 R 1 10 (.» 1 (I о о 2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОВРЕТЕНИНМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 ,: (21) 4846016/21 (22) 29. 05 ° 90 (46) 07.06.92. Бюл. г 21 (71) Институт электродинамики

АН УССР (72) И.H.Ñóðäó, B.Ã,Мельник, Б.А.Кромпляс и H.E.Èçâoëåíñêàÿ (53) 621,317(088,8) (56) Козлов Ю.В., Иайданский М.Е.

Измерение параметров цепей с сосредоточенными постоянными.- Радиоизмерительная техника; Проспект по примене-. нию. Центральный отраслевой орган научно-технической информации "ЭКОС", 1986.

Прибор ПИЭ.КДА-0,2. Паспорт ПГПИ

2.675.006.ПС.

2 (54) ИЙЙЕРИТЕЛЬ КОМПЛЕКСНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ (57) Сущность изобретения: устройство содержит генератор. 1 напряжения, измерительную цепь 2, синхронный детектор 3, интегратор 4, компараторы

5 и 9, источник 6 разрядного напряжения, фильтр 7, переключатели 8 и

13, схему 10 совпадения, счетчик 11, индикатор 12, тактовый генератор 14, делитель 15 частоты, 5 ил. вход компаратора подключен к общей шине, причем вход разряда интегратора соединен с источником 10 разрядного напряжения.

Известный измеритель работает следующим образом.

Выходной сигнал Г подается на ИЦ, которая, в частном случае, представ-. ляет собой операционный усилитель, во входную цепь которого включается из" меряемый импеданс, а в цепи обратной связи » образцовая мера. Сигнал на выходе измерительной цепи пропорцио" нален току через объект измерения.

С помощью СД выделяется необходимая составляющая сигнала - синфазная от или квадратурная U<>, что определя-. ется фазой его опорного сигнала Uz„,.

С помощью логометра, включающего

Инт, К, СС, Сч, ГТ, ИРН, определяется отношение этой составляющей к величине разрядного напряжения. Интегратор содержит две цепи - цепь заряда, подключенную к выходу СД, и цепь раз« ряда, подключенную к источнику опорного напряжения. Процесс определения отношения указанных напряжений состоит иэ двух полутактов. В первом полутакте замыкается переключатель 1 или 3 и происходит в течение некоторого времени интегрирования Т эа" ряд конденсатора С1. Напряжение на выходе интегратора в конце интервала интегрирования пропорционально на пряжению на выходе измерительной цепи. Во втором полутакте размыкается переключатель 1{3) и замыкается переключатель 2. Начинается разряд интегратора источником разрядного 11 напряжения. Поскольку в результате интегрирования напряжение на выходе интегратора больше нуля, то срабаты; вает К и с момента начала разряда интегратора через СС на Сч начинают

45 поступать импульсы от ТГ. После достижения сигналом на выходе интегратора нулевого значения выключается К и закрывает CC. Поступление тактовых импульсов на Сч прекращается, SO при этом код, зафиксированный в Сч пропорционален времени разряда интегратора, а следовательно, и вели чине измеряемой составляющей выходного сигнала ИЦ. Аналогичным образом у измеряются составляющие всех напряжений, снимаемых с ИЦ. Путем математической обработки результатов этих измерений определяются требуемые па- . раметры объекта Т . Например, состав3 1739305 4

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в приборах для измерения параметров комплексных сопротивлений.

Известны измерители комплексных сопротивлений, в основу которых положены уравновешиваемые мостовые це.пи переменного тока.

Их недостатком является низкое быстродействие, особенно при низкой рабочей частоте.

Известны измерители комплексных сопротивлений, основанные на преобразовании пассивной электрической величины (иммитанс объекта измерения) в активную (напряжение).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является измеритель комплексных сопротивлений, 2р содержащий генератор переменного напряжения, последовательно подключенные к первому выходу генератора из- .. мерительную цепь и синхронный де тектор, к входу опорного напряжения д которого подключен второй выход гене" Р ратора, источник разрядного напряже- ния, интегратор, имеющий вход заряда, подключенный к выходу детекто-. ра, и вход ра зряда, подключенный к источнику разрядного напряжения, тактовый генератор, первый компаратор, последовательно соединенные счетчик и устройство. индикации, схему совпа-, дения, первый вход которой соединен:" с выходом компаратора, а выход под- И ключен к входу счетчика, при этом первый вход компаратора подключен к общей шине.

На фиг; 1 показана функциональ-. ная схема известного измерителя на фиг.2-4 - схемы для иллюстрации работы измерителя; на фиг.5 - функ, циональная схема предлагаемого измерителя.

Известный измеритель (фиг. 1) содержит генератор I напряжения (Г), последовательно подключенные к нему измерительную цепь (ИЦ} 2, синхронный детектор (СД) 3, интегратор (Инт}

4; причем второй выход генератора ппр- 1 ключен к входу опорного напряжения CP., ) компаратор (К) 5, один из входов кото- рого подключен к выходу Инт, а выход

K соединен с одним из входов схемы 6 совпадения (СС), второй вход которой подключен к тактовому генератору (ГТ) 7, выход СС подключен к последо. вательно соединенным счетчику (Сч) 8 и устройству 9 индикации (УИ) . Второй

5 1 ляющие . Y> g > + jb< в схеме, приведенной на фиг.1, определяются по формуле

1 Т . Т.

Ue ð - „ кь

s„- -- - ь„= --„-, Ucrp . кь

l где U -. синфазная составляющая выходного напряжения ИЦ при замыкании переключателя П1 (напряжения, пропорционального току через Y );

U„z — квадратурная составляющая этого напряжения, иср и

U " - соответственно синфазная кв и квадратурная составляющие выходного напряжения

ИЦ при замыкании П3 (напряжения, приложенного к Yx) °

Недостатком известного измерителя является низкая точность измерения, обусловленная его недостаточной помехоустойчивостью.

На результат измерения оказывают влияние помехи двух видов - помехи, воздействующие на ИЦ, СД и входные цепи интеграторов, которые приводят к искажению сигнала У (изменяется входной ток интегратора), и помехи, воздействующие на выходную цепь Инт. и вход К. Последние приводят к из-менению момента срабатывания К, в результате чего сосчитанное число импульсов изменяется,. что искажает . результат измерения (фиг.2). Уменьшение влияния помех первого вида qo" " стигается увеличением постоянной . времени. интегрирования (фиг.4).

Помехи второго вира, воздействующие непосредственно на вход К, не подвергаются никакой фильтрации. Их величина может быть соизмерима с помехами первого вида, что существенно влияет на результат измерения.

Увеличением времени интегрирования (фиг.4) можно увеличить соотношение сигнал/помеха на выходе интегратора, при этом вариации ЬМ с„ числа сосчитанных импульсов за счет вариаций проинтегрированного сигнала уменьшаются, а вариации йМс, от воздействия помех, действующих на входе К, остаются неизменными, что ограничивает точность измерения.

Цель изобретения - повышение точ-. ности устройства за счет уменьшения

7393О5 воздействия помех на входе компаратора.

Поставленная цель достигается тем

5 что в измеритель комплексных сопро-! тивлений, содержащий генератор переменного напряжения, послеловательно подключенные.к первому выходу генератора измерительную цепь и синхрон1О ный детектор, к входу опорного напряжения которого подключен второй выход генератора, источник разрядного напряжения, интегратор, вход заряда которого соединен с выходом синхронного детектора, а вход Разряда - с источником разрядного напряжения, тактовый генератор, первый компаратор, последовательно соединенные схему совпадения, счетчик и устройрр ство индикации, первый вход схемы совпадения соединен с выходом первого компаратора, при этом первый вход компаратора подключен к общей вине, введены. второй компаратор, первый вход которого подключен к выходу интегратора, делитель разрядного напряжения, включенный между вторым входом компаратора и источником разрядного напряжения, фильтр, делитель часто30 " два переключателя при этом вто рой вход первого компаратора через первый переключатель подключен к выходу интегратора либо непосредственно, л эо через фильтр, второй вход схемы совпадения подключен к выходу

35 тактового генератора через второй переключатель либо непосредственно, . либо через делитель частоты,-интегратор выполнен с переменной постоян-. ной времени разряда, причем. вход уп"© равления постоянной времени разряда интегратора и входы управления переключателей подключены к выходу второго компаратора.

Отличительными признаками предла<> гаемого измерителя являются введенные делитель опорного напряжения, второй компаратор, фильтр, делитель частоты, два переключателя, наличие регулировки постоянной времени разЯ ряда в интеграторе. Эти элементы ис-пользуются и в известных измерителях. Однако в прерлагаемом измерите-ле связи этих элементов и выполняемые ими функции отличаются от извест55 ных. Так, включение фильтра на входе К позволяет уменьшить уровень помех.и, следовательно,.вариации момента срабатывания последнего. и числа сосчитанных импульсов. Пля того, 7 17 чтобы возросшую инерционность компа-ратора согласовать с тактовой часто-. той счетных импульсоя, введен дополнительный делитель частоты. Чтобы не искажался результат измерения при включении делителя частоты, введен переключатель постоянной времени цепи разряда. Чтобы не происходило су- . щественного увеличения времени разряда, введен дополнительный компаратор, который при своем срабатывании подключает фильтр, делитель частоты и изменяет постоянную времени разряда при приближении к нулю выходного напряжения интегратора. При этом большую.часть времени разряд проходит с прежней большой скоростью, а малую часть времени - с меньшей скоростью, но с увеличением подавления помех на входе компаратора (фиг.3).

Таким образом, при незначительном изменении времени разряда интегратора удается повысить помехозащищенность прибора от помех, действующих на входе компаратора, и соответственно повысить точность измерения.

Предлагаемый измеритель содержит последовательно включенные генератор

l, измерительную цепь 2, синхронный . детектор 3, интегратор 4, выполненный с переменной постоянной разряда, причем второй выхал генератора паклю-t чен к входу опорного напряжения СП, а выход интегратора подсоединен к первому входу компаратора 5 и втором входу компаратора либо через нор-.. мально-замкнутный контакт переклю. чателя 8, либо через Фильтр 7 .и нормально-разомкнутый. контакт этого же переключателя, выход компаратора 9 подключен к первому входу схемы 10 совпадения, выход которой соединен с последовательно подключенными счет чиком 11 и устройством 12 индикации, а второй вход схемы совпадения подключен с помощью переключа еля 13 к тактовому генератору 4 либо непосредственно, либо через делитель

15 частоты. Кроме того, второй вход первого компаратора .5 соединен через делитель 16 напряжения с источником 6 разрядного напряжения {ИРН), второй вход. второго компаратора 9 подключен к общей шине, вход раз. ряда интегратора соединен с ИРН.

Входы управления переключателей и вход управления постоянной времени

39305 .. 8 разряда подключены к выходу первого. компаратора 5

Предлагаемый измеритель работает следующим обРазом.

Сигнал Г 1 подается на ИЦ 2, которая, в частном случае, представля- . ет собой операционный усилитель, во входную цепь которого включается из10 меряемый импеданс, а в цепи обратной . связи - образцовая мера. Сигнал на выходе ИЦ 2 пропорционален току через объект измерения ..С помощью Cfl, 3 выделяется необходимая составляющая

15 сигнала - синфазная Ус Р или квадратурная U„s что определяется фазой его опорного сигнала U> . С помоОй щью логометра, включающего интегратор, схему совпадения, компаратор, 1р счетчик и тактовый генератор, опре" . деляется отношение этой составляющей к величине разрядногонапряжения, фор- мирующегося с помощью ИРН 6, Интегра» тор содержит две цепи - цепь, заряда, д подключенную к выходу синхронного детектора, и цепь разряда, подключенную к источнику 6 разрядного напряжения. Кроме:. того, интегратор выполнен с управляемой постоянной разряда; Процесс определения этого отношения состоит из двух полутактов.

В первом полутакте замыкается ключ во входной цепи синхронного детекто-. ра, на выходе. последнего вырабатывается выпрямленное напряжение, про-

Э порциональное одной из составляющих выходного напряжения измерительной цепи (2) и в.течение некоторого фиксированного времени заряжается конденсатор С 1. Напряжение на выходе интегратора в конце первого такта будет положительным и пропорциональным напряжению на выходе ИЦ 2. Во втором полутакте СД 3 отключается и замыкается ключ П1 интегратора 4. .4» Начинается разряд интегратора .источником разрядного напряжения и одно-.: временно с помощью стробирования разрешается работа компаратора. Поскольку в результате интегрирования напряжение на выходе интегратора больше нуля, срабатывает второй ком-! паратор 9. и с момента начала разряда интегратора через СС 10 на Сч 11 начи- i нают поступать импульсы от ТГ 14. После достижения сигналом на выходе интегратора нулевого значения, выключается К 9 и закрывает СС 10.

Поступление тактовых импульсов на (9

1 ьч 11 прекращается, код, зафиксированный в С«11, будет пропорционален времени разряда интегратора, а следовательно, и величине измеряемой составляющей выходного сигнала. ИЦ.

Аналогичным образом (при другой фазе опорного сигнала Uo„ измеряются другие составляющие напряжения, сни-. маемого с ИЦ 2. Путем математической обработки результатов этих из-. мерений определяются требуемые параметры объекта Ó1l. При уменьшении уровня сигнала на выходе И до некото739305 1О при некоторой потере быстродействия.

Например, при f . = 2 МГц полоса пропускания не должна превышать 0,5мкс.

При введении фильтра с полосой пропускания 20 кГц уменьшение уровня помех будет равно 10. На такую же величину уменьшается случайная составляющая погрешности, связанная с величиной помех, воздействующих на вход компаратора. Обцая случайная погрешность прибора при этом может уменьшаться в два и более раз. рой устанавливаемой величины, несколько большей, чем амплитуда по» мех, срабатывает компаратор 5, выходной сигнал которого переключает переключатели 8 и 13 . Переключатель

8 включает фильтр 7 во входную цепь компаратора, в результате чего возрастает инерционность входной цепи последнего. Для предотвращения возникновения динамических погрешностей (пропуск счетных импульсов) понижается частота счетных импульсов за счет включения ДЧ 15 с помощью переключателя 13. Чтобы за время разряда общее количество импульсов не изменилось, одновременно изменяется постоянная времени разряда в интеграторе (фиг,4). Поскольку разряд с пониженной скоростью роисходит незначительную часть вреени (порядка 13 всего времени раз-. яда) быстродействие прибора прак, ически не изменяется.

По сравнению с известным измерителем уровень помех во входной цепи компаратора может быть понижен в не сколько десятков раз. Выигрыш определяется соотношением полосы про" пускания постоянной времени входной цепи компаратора без наличия фильтра и при включении фильтра. Постоянная времени входной цепи без фильтра не должна превышать величины 1/f>, где

f — величина частоты ГТ (йт, как правило, составляет 1-10 МГц).. Введение фильтра с полосой пропускания несколько десятков килогерц приводит к снижению уровня помех примерно на порядок, а следовательно, к соответствующему уменьшению вариации и по. вышению точности измерения. Дальней шее сужение полосы пропускания входной цепи компаратора позволяет еще больше повысить помехоустойчивость

15 .ф о р м.у л а и з о б р е т е н и я

Измеритель комплексных сопротив- лений, содержащий генератор переменного напряжения, последовательно подЮ ключенные к первому выходу генератора измерительную цепь и синхронный детектор, к входу опорного напря.жения которого подключен второй выход генератора, источник разрядного

25 напряжения, интегратор, вход заряда которого соединен с выходом синхронного детектора, а вход разряда - с источником разрядного напряжения,, та ктовый генератор, первый компараЗ0 тор, последовательно соединенные схе-, му совпадения, счетчик и устройство индикации, первый вход схемы совпадения соединен с выходом первого компаратора, при этом первый вход компаратора подключен к общей шине, 35 отличающийся тем, что, с целью пов«ышения точности, в устройство введены второй компаратор, первый вход которого подключен к выходу интегратора, делитель разрядного напряжения, включенный между вторым входом компаратора и источником разрядного напряжения, фильтр, делитель частоты, два переключателя, при этом

© второй вход первого компаратора через первый переключатель подключен к выходу интегратора либо непосредственно, либо через фильтр, второй вход схемы совпадения подключен к выходу тактового генератора через второй переключатель либо непосредственно, либо через делитель частоты, интегратор выполнен с переменной . постоянной времени разряда, причем вход управления постоянной времени разряда интегратора и входы управления переключателей подключены к выходу второго компаратора . Ъг.

Составитель H. Изволенская

Редактор А.Козориз Техред А,Кравчук Корректор Л.Пилипенко

Заказ 2000 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ао изобретениям и открытиям нри ГЕНТ СССР

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

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