Измерительная цепь преобразователя параметров трехэлементных двухполюсников в активные величины

 

ОП ИСАН

ИЗОЬРЕтЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ

Союз Советских

С04иалистицеских

Республик (61)Дополнительное к авт. свид-ву (22) Даявлено14.11.72 (21) 184651 с присоединением заявки Ме— (23) Приоритет—

: Опублнковано25.09. 74 Бюллет

Дата опубликования описания

Государственный номнтет

Совета етиннстрев СССР но делам изобретений н аткрытий (72) Автор изобретения

Л.П.Боровских (71) Заявитель Ордена Ленина институт проблем управления (54) ИЗМЕРИТЕЛЪНАЯ 11ЕПЬ ПРЕОБРАЗОВА ТЕЛЯ

ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ

В АКТИВНЫ Е ВЕЛИЧИНЫ

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, занимаюшейся преобразованием и измерением параметров комплексных величин переменного тока и величин, определяемых ими, и может быть использовано, например, при исследовании процессов на границе электрод-электролит в задачах электрохимии, при исследовании процессов в живых тканях и организмах и при контроле и измерении параметров объектов переменного тока с многоэлементной схемой замещения.

Известна измерительная цепь преобразователя параметров трехэлементных двухполюсников, построенная согласно способу преобразования в активные величины параметров многоэлементных двухполюсников. Такая цепь содержит источник двух напряжений (токов) различных частот, питаемые им ветвь, в которую включен исследуемый двухполюсник, и ветвь, содержащую три звена направленного действия (например, операционные усилители) с регулируемыми . коэффициентами передач, и узел алгебраического суммирования выходных величин ветвей.

Одно из звеньев включено в цепь отрицательной обратной связи другого звена, а параллельно им включено третье звено, причем коэффициент передачи каждого звена совпадает по величине фазового угла с иммитансом (т.е. комплексным сопротивлением или проводимостью)

10 соответствуюшего элемента двухполюсника, После регулировки коэффициентов передач звеньев до получения нулевого сигнала в узле суммирования коэффициенть. передач пропорциональны параметрам

15 исследуемого двух-полюсника. Для получения на выходных зажимах звеньев активных величин, пропорциональных параметрам двухполюсника, к их входным зажимам подключается источник сигнала

20 известной величины.

Однако такая измерительная цепь не позволяет получить сигнал, пропорциональный отношению двух параметров двухполюсника, что важно для ряда практических задач (например, при измерении влажл

444 1 15

ar g К =аг у ности материалов диэлькометрическим методом ) .

Бель изобретения — получение сигнала, пропорционального отношению двух параметров двухполюснпка. 5

Эта лель дсстнгаетсп путем определенного включения трех звеньев направленного действия (например, операционных усилителей), причем фазовый угол коэффициента передачи первого звена равен фазовому углу отношения иммитансов двухэлементной части двухполюсника, фазовый угол коэффициента передачи второго звена равен фазовому углу иммитанса одного из элементов двухэлементной части двухполюсника и, 15 ,наконец, фазовый угол коэффициента передачи третьего звена равен фазовому углу иммитанса третьего элемента двухполюсника. Первое звено охвачено отрицательной обратной связью с постоянным коэффициентом лередачн и соединено последовательно со вторым звеном, третье звено включено йараллельно двум первым. После уравновешивания измерительной цепи путем регулировки коэффициентов передач звень25 ев до получения нулевого сигнала в узле суммирования к их входным зажимам подключается источник сигнала известной величины. Это дало возможность на выходных зажимах первого звена получить си30 гнал, пропорциональный отношению параметров двухэлементной части двухполюосника.

Сигнал, пропорциональный одному иэ этих параметров, снимается с выходных зажимов второго звена, а сигнал, пропорцн— о-, нальный третьему параметру двухполюсника — с выхода третьего звена.

На фиг.l изображена структурная схема измерительной цепи; на фиг.2 a","6»- 0 варианты схем трехэлементных двухполюсников; на фиг. 3 — вариант выполнения измерительной пепи для преобразования параметров двухполюсннка фиг.2",б", Источник 1 напряжений /тока/ двух различных частот (фиг.1 ) питает две ветви измерительной цепи. В верхнюю ветвь включен исследуемый двухполюсник 2, а в нижнюю — звенья направленного действия

3-5 с регулируемыми коэффициентами пе- 50 редачи и звено отрицательной обратной связи 6 с действительным постоянным коэффициентом передачи Я. Выходные величины ветвей суммируются в узле 7. Фазовый угол коэффициента передачи К зве- 55 . 1. на 3 .равен фазовому углу отношения параметров двухэлементной части двухполюсника, т.е. равен ИЛ @ . Под двухэлементной частью двухполюсника понимается соединение элементов с иммитансами (60

)т.е. сопротивлениями Ъ, или проводимостями f. ) Ь „и Ь

Фазовый угол коэффициента передачи

К звена 4 равен фазовому углу иммитанса Q или Ь, а фазовый угол коэф2

gÔ фициента передачи К звена 3 — фаэовому, 3 углу иммитанса h, .

Пусть например, двухполюсник 2 имеет схему фиг.2 "а" и

У

aq К,=аГУ вЂ”. ; АУ К = а1 У,;

1 е

Тогда сигнал ь U на выходе узла суммирования пропорционален на каждой частоте напряжения питания величине

К К а +К

1+КЗр 5 х где - проводимость исследуемого двухполюсника, ц некоторый постоянный

4 коэффициент.

После уравновешивания измерительной цепи до получения нулевого сигнала на выходе суммирующего узла путем регулировки коэффициентов передач К -К., последние оказываются пропорциональными соответствующим параметрам исследуемого двухполюсиика, а именно K -(1 Ъ, 3 (3 (записав условие равновесия цепи hU=O в скалярном виде на каждой частоте напряжения питаний и решив полученную ! систему уравнений относительно К1,К

К, полагая, Р =1 ). После уравновешива3 ния ко входам звеньев 3-5 путем одновременного срабатывания переключателей

П -П присоединяется источник 8 сигнала известной величины 5. При этом с их выходов снимаются активные величины

Е„л (, лг(,у ° Я и (у

Наличие источника 8 не является обязательным, поскольку для получения сигналов, пропорциональных параметрам двухполюсника, можно испольэовать источник 1.

Возможный вариант выполнения изме- рительной цепи для преобразования пара .метров трехэлементного двухполюсника показан на фиг. 3. Генераторы напряжения двух частот И и С0> через трансфор: матор напряжения Т1 питают две ветви ,измерительной цепи. В нижнюю ветвь через операционный усилитель 9 включен

444115 исследуемый двухполюсник 2. B верхнюю ветвь включены усилители 3-5, коэффициенты передач которых регулируются при помощи управляемых резисторов R — Й .

Усилитель 3 охвачен отрицательной обратной связью с P= 1; напряжение обратной связи через трансформатор Т2 подается на вход усилителя 3. Фазовый угол коэффициента передачи К усилителя 3 равен (И а К ф. т.е. g фазовые углы коэффициентов передач К и К, усилителей

4 и 5 равны аргументам, соответственно, Z и, т.е. и данном случае равны нулю. Вйходные величины ветвей суммируются на входе усилителя 10 и усилитель

1 1 используется как инвертор. После регулировки резисгоров Ц -Р, до сведения к нулю имеют место соотношения:

° °

1 Е 1 "2 1 3 3

Исто чник си гнала известной вели чины и цепи его коммутации на чертеже»е показаны.

Описанная измерительная цепь может быть использована для построения преобразователей параметров, т.е. сопротивлений, проводимостей элементов, а также добротности и тангенса угла потерь двухэлементной части многоэлементного двухполюсника, в активные величины.

Предмет изобретения

Измерительная цепь преобразователя б параметров трехэлементных двухполюсников в активные величины, содержащая .. источник двух напряжений различных частот, подключенные к нему ветвь с исследуемым трехэлементным двухполюсником и ветвь образцовых величин, содержащую три звена направленного действия с регулируемыми коэффициентами передачи, и узел суммирования выходных величин ветвей, отли чающаясятем, 15 что, с целью получения сигнала, пропорционального отношению параметров двухэлементной части двухполюсника, ветвь образцовых величин содержит звено с коэффициентом передачи, совпадающим по величине фазового угла с этим отношением, охваченное отрицательной обратной связью с постоянным коэффициентом пере-, дачи и соединенное последовательно с звеном, коэффициент передачи которого совпа» дает по величине фазового сдвига с иммитансом одного из элементов двухэлементной части двухполюсника, а параллельно этим звеньям включено звено с коэффициентом передачи, совпадающим по величине фазового угла с иммитансом третьего элемента.

444115

«..

Составитель В.Г коробогетове ц Б б

Текред О лутовеи Корректор НЛебедева

Редак ор ддинчук

Предприятие «Патент>, Москва, Г-59, Бережковская наб., 24

Заказ g g фф Изд. М В Тираж 678 Подписное

ЫНИИ11И Государственного комитета Совета Министров СССР но делам изобретений и открытий

Москва, 113035, Раушская наб., 4