Преобразователь комплексных сопротивлений и проводимостей в напряжение

 

Использование: в измерителях параметров комплексных сопротивлений и проводимостей. Он содержит генератор 4 синусоидального напряжения, входные клеммы 1 для подключения измеряемого объекта 2, образцовый резистор 3, повторитель 5 напряжения, два переключателя 6, 7 и два дифференциальных усилителя 8, 9. С целью повышения точности используется коррекция сигналов в измерительной цепи. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 27/26

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4946825/21 (22) 21.06.91 (46) 15.07.93. Бюл. ¹ 26 (71) Львовский политехнический институт (72) В.B.Xîìà (56) Гаврилюк М,А. Соголовский Е.П.Электронные измерители С. Львов, Вища школа, 1978, рис. 2, 7, с. 35, Волгин Л.И. Аналоговые операционные преобразователи для измерительных приборов и систем. M., Энергоатомиздат, 1983, рис, 14, а, с.45, Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при контроле параметров конденсаторов и катушек индуктивности в широком диапазоне частот.

Известны устройства для преобразования комплексных сопротивлений в напряжение, состоящие из генератора синусоидального напряжения, операционного усилителя в инвертирующем включении, содержащего в цепи обратной связи образцовый резистор и измеряемый объект.

Недостатком известных устройств является самовозбуждение преобразователя при измерении параметров качественных катушек индуктивности и конденсаторов, поскольку операционная схема преобразователя представляет собой активный дифференциатор и, как известно, характеризуется недоста очным запасом устойчивости.

Наиболее близким по технической реализации к предлагаемому устройству является операционный преобразователь.

„, Я2„„1827646 А1 (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОМПЛЕКСНЫХ

СОПРОТИВЛЕНИЙ И ПРОВОДИМОСТЕЙ

B НАПРЯЖЕНИЕ (57) Использование: в измерителях параметров комплексных сопротивлений и проводимостей, Он содержит генератор 4 синусоидального напряжения, входные клеммы 1 для подключения измеряемого объекта 2, образцовый резистор 3, повторитель 5 напряжения, два переключателя 6, 7 и двэ дифференциальных усилителя 8, 9. С целью повышения точности используется коррекция сигналов в измерительной цепи.

2 ил. состоящий из входных зажимов для подключения измеряемого объекта, образцового резистора, генератора синусоидального напряжения, двух переключателей и повторителя напряжения, Недостатками известного устройства является низкая точность преобразования комплексного сопротивления или проводимости в напряжение. Функция преобразования в режиме измерения параметров комплексных сопротивлений Zx и комплексных проводимостей Ух имеет вид

1 Zx

Uz=Zx Up = — Ьг

Ro+Zx Ro и

Uv=YxRo „Ur = YxRoU, (2)

+ o тХ где Ro — сопротивление образцового резистора.

Приближенные равенства в уравнениях (1) и (2) представляют собой функцию преоб1827646

Ro»Zx и Ro«1/Yx. д . =—

1 + ZxiRo (3) Yx/Ro

+ YxiRo (4), разования идеальных преобразователей сопротивления и проводимости и выполняются соответственно при условиях

Однако выполнение указанных условий приводит к резкому снижению чувствительности преобразователя. Следовательно, относительные погрешности преобразования известным устройством комплексных сопротивлений и проводимостей оцениваются выражениями

Для обеспечения необходимой чувствительности на каждом из поддиапазонов измерения требуется, чтобы I Zx I = Ro u

1/ I Yx I = Ro. Поэтому в известном устройстве погрешность преобразования комплексных сопротивлений и проводимостей достигает 50 .

Цель изобретения — повышение точности преобразования комплексных сопротивлений и проводимостей, Поставленная цель достигается тем, что в операционный преобразователь, содержащий два входных зажима для подключения измеряемого объекта, образцовый резистор, генератор синусоидального напряжения; повторитель напряжения и два переключателя, общий контакт первого переключателя соединен с первым входным зажимом преобразователя, а второй входной зажим одновременно соединен со входом повторителя напряжения и с первым выводом образцового резистора, второй вывод которого подключен к общему контакту второго переключателя, нормально разомкнутый контакт первого и нормально замкнутый контакт второго переключателей, а также генератор синусоидального напряжения соединены с общей шиной, введены два дифференциальных усилителя, причем выход генератора синусоидального напряжения подключен к неинвертирующему входу первого дифференциального усилителя, выход которого соединен одновременно с нормально замкнутым контактом первого и нормально разомкнутым контактом второго переключателей, а также с неинвертирующим входом второго дифференциального усилителя, выход повторителя напряжения соединен с инверти5

55 рующими входами первого и второго дифференциальных усилителей, выход второго дифференциального усилителя является выходом устройства.

Существенным отличием является коррекция сигналов в операционном преобразователе по алгоритму разработанному автором путем использования известных устройств (дифференциальных усилителей).

Это позволяет, как показано ниже, на несколько порядков повысить точность преобразования параметров комплексных сопротивлений и проводимостей. Использование предлагаемого устройства в приборостроительной промышленности позволит создать дешевые портативные измерители параметров CLR.

На фиг,1 показана структурная схема устройства; на фиг.2 — варианты построения дифференциальных усилителей.

Преобразователь комплексных сопротивлений и проводимостей в напряжение содержит входные клеммы 1 для подключения измеряемого объекта 2, образцовый резистор 3, генератор 4 синусоидального напряжения, повторитель 5 напряжения, первый 6 и второй 7 переключатели, первый 8 и второй 9 дифференциальные усилители.

Выход генератора 4 подключен к неинвертирующему входу первого дифференциального усилителя 8, выход которого связан одновременно с неинвертирующим входом второго дифференциального усилителя 9, с нормально замкнутым контактом первого

6 и нормально разомкнутым контактом второго 7 переключателей, общие контакты первого 6 и второго переключателей соединены с одними из выводов соответственно измеряемого объекта 2 и образцового резистора 3, вторые выводы которых связаны между собой и через повторитель 5 подключены к инвертирующим входам первого

8 и второго 9 дифференциальных усилителей, нормально разомкнутый контакт первого 6 и нормально замкнутый контакт второго

7 переключателей, а также генератор 4— заземлены, выход второго дифференциального усилителя 9 является выходом устройства.

Рассмотрим вначале работу преобразователя в режиме измерения параметров комплексного сопротивления. В этом случае переключатели 6 и 7 находятся в положении

"Z". К делителю напряжения, образованному из измеряемого сопротивления Zx и образцового резистора Ro, подключено выходное напряжение 01 первого дифференциального усилителя. Через измеряемый объект протекает ток

1827646

1 U2

Zx+Ro Ro (5) 10

U 1-U2=IzZx= — Zx.

U2

Ro (6) 15

01=(1+ К) О)-К02 (7) (8) 0х=U 1-U2.

Zx 1 й= ——

Rî "+K (10) (12) U 1-02=) Уйо. где U2 — напряжение в общей точке соединения измеряемого объекта и образцового резистора.

Падение напряжения на измеряемом объекте равно

Связь выходного U> и входных напряжений 0г и U2 первого дифференциального усилителя 8, схема которого представлена на фиг.2, а, описывается выражением где К вЂ” коэффициент усиления.

Выходное напряжение преобразователя соответствует разности напряжений на входах второго дифференциального усилителя 9 (См. схему на фиг. 2,б) Решая систему четырех уравнений (5), (6), (7), (8) с четырьмя неизвестными Ох, U>, U2, Iz, получим уравнение преобразования

Ux= — Ur/(1 + — ) (9)

Zx Zx 1

Ro (Ro 1+К

Погрешность преобразования комплексного сопротивления предложенным устройством равна

Для измерения параметров комплексной проводимости переключатели 6 и 7 переводятся в положение "Y". К делителю напряжения, образованному из образцового сопротивления Rg и измеряемой проводимости Ух, приложено напряжение U<, при этом измеряемый объект находится под напряжением U2

Iv=U> + 1 U2Yx, 1 где IY — ток через измеряемый объект.

Падение напряжения на образцовом резисторе равно

Уравнение преобразования может быть получено путем решения системы уравнений (7), (8), (11), (12) Ux=YxRoUr((1 «-"," "„ ) (13) Погрешность преобразования комплексной проводимости предложенным устройством равна дУ = YxRo/(1+K) (14) Как следует из выражений (10) и (14), при коэффициенте передачи К=1000 погрешности преобразования комплексных сопротивлений и проводимостей не превышают

0,1 . Таким образом, использование предложенного устройства позволяет на несколько порядков повысить точность измерения.

Формула изобретения

Преобразователь комплексных сопротивлений и проводимостей в напряжение, содержащий два входных зажима для подключения измеряемого объекта, образцовый резистор, генератор синусоидального напряжения, повторитель напряжения и два переключателя, общий контакт первого переключателя соединен с первым входным зажимом преобразователя, а второй входной зажим одновременно соединен с входом повторителя напряжения и с первым выводом образцового резистора, второй вывод которого подключен к общему контакту второго переключателя, нормально разомкнутый контакт первого и нормально замкнутый контакт второго переключателей, а также генератор синусоидального напряжения соединены с общей шиной, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразования комплексных сопротивлений и проводимостей, в него введены два дифференциальных усилителя, причем выход генератора синусоидального напряжения подключен к неинвертирующему входу первого дифференциального усилителя, выход которого одновременно соединен с нормально замкнутым контактом первого и нормально разомкнутым контактом второго переключателей, а также с неинвертирующим входом второго дифференциального усилителя, выход повторителя напряжения соединен с инвертирующими входами первого и второго дифференциальных усилителей, выход второго дифференциального усилителя является выходом устройства. i827646

8!

J Ы2. 2 Q

I

I !

Составитель В, Хома

Техред М.Моргентал

Корректор E. Папп

Редактор

Заказ 2358 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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