Измеритель частотных характеристик сложных двухполюсников

 

ОП ИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (Iп 530273

Союз Советских

Соииалистичесиих

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.01.75 (21) 2103739/21 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.09.76. Бюллетень № 36

Дата опубликования описания 25.01.77 (51) М. Кл G OIR 27, 28

Государственный комитат

Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 621.317.757 (088.8) (72) Авторы изобретения

С. П. Новицкий, К. М. Соболевский и В. А. Мезенцев (71) Заявитель

Институт физико-химических основ переработки минерального сырья Сибирского отделения АН СССР (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛОЖНЫХ

ДВУХПОЛ ЮСН И КО В

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть преимущественно использовано в электрохимии и биологии для изучения природы электрохимических и биологических систем.

Известно устройство для измерения сложных комплексных сопротивлений с помощью мостовой схемы, причем плечо сравнения моста выполнено из магазинов сопротивлений и магазина емкости по схеме, идентичной схеме исследуемого объекта, в плечи отношения включены омические сопротивления. Мост питают от источника суммарного постоянного и переменного напряжения, а баланс моста определяют по нуль-индикатору (1).

Этот измеритель сложных комплексных сопротивлений имеет низкое быстродействие, так как частотнонезависимый баланс мостовой цепи достигается путем последовательного многократного регулирования элементов плеча сравнения.

Кроме того, этот измеритель может быть использован только для узкого класса сложных двухполюсников, схема замещения которых совпадает со схемой замещения плеча сравнения.

Наиболее близким техническим решением является измеритель комплексных сопротивлений, который содержит генератор синусоидальных колебаний, выход которого соединен с выходом источника программно-изменяющегося напряжения и входом одного операционного усилителя, а выход операционного усилителя через образцовый резистор и двухэкранньш кабель соединен с одним из зажимов для подключения объекта измерения и одним из повторителей напряжения, соединенным с суммирующим операционным усилителем. Выход суммирующего операционного усилителя под10 ключен к выходу источника программно-изменяющегося напряжения, кроме того параллельно соединенные фазочувствительный детектор и другой повторитель напряжения через двухэкранный кабель соединены с другим зажимом

15 для подключения объекта измерения (2).

Недостатком этого измерителя комплексного сопротивления является невысокая точность определения отдельных параметров схемы замещения исследуемого двухполюсника вслед20 ствие того, что в нем снимается частотная характеристика всего исследуемого двухполюсника.

Целью изобретения является повышение точности измерения параметров сложных двухпо25 люсии ков.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель амплитуда-частотных характеристик сложных двухполюсников, содержащий генератор синусоидальных колебаний, фазо30 чувствительный детектор, сумматор, операци530273

25 оппый усилитель, выход которого через двух3rrparrrrriri> кабе.rrri coerrrrrrerl c одп rior из зажимов для подключения исследуемого двухполюсника и с выходом измерительного усилителя, который через двухэкранный кабель соединен с другим зажимом для подключения исследуемого двухполюсника, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения параметров сложных двухполюсников в него введены дополнительный генератор сипусоидальных колебаний, коммутатор, три индуктивных делителя напряжения, фазоинвертор, три ключа, блок сравнения, причем генератор синусо. идальных колебаний соединен с коммутатором, другой вход которого соединен с дополнительным генератором синусоидальных колебаний, выход коммутатора соединен со входами индуктивных делителей напряжения, один из которых соединен с одним ключом, другой непосредственно и через фазоинвертор соединен с другим ключом, третий индуктивный делитель напряжения подключен к операционному усилителю, выходы ключей подключены к соответствующим входам сумматора, выход которого подключен к фазочувствительному детектору, соединенному с одним из ключей и с измерительным усилителем, а также выход сумматора подключен к блоку сравнения, а выход блока сравнения соединен с одним из входов каждого ключа и с одним из входов коммутатора.

На чертеже приведена схема измерителя частотных характеристик сложных двухполюсников.

Амплитудные генераторы 1 и 2 синусоидальных колебаний через коммутатор 3 подключены к индуктивным делителям 4 — 6 напряжения, выполненным на ферромагнитных сердечниках с тесной индуктивной связью обмоток.

Выход индуктивного делителя напряжения 4 подключен к одному входу сумматора 7 через ключ 8. Выход индуктивного делителя напряжения 5 подсоединен к другому входу сумматора 7 через ключ 9 непосредственно или через фазоинвертор 10, делитель 6 подключен ко входу операционного усилителя 11, к выходу которого через двухэкранный кабель 12 подключен исследуемый двухполюсник 13, вырождающийся в определенной области частот в трехэлементный двухполюсник, состоящий из последовательно соединенных резистора Rr u из параллельно включенных резистора R> и конденсатора С>. Исследуемый двухполюсник

13 через двухэкранный кабель 14 подключен к измерительному усилителю 15, выход которого через ключ 16 соединен с входом сумматора 7, к выходу которого подключен фазочувствительный детектор 17 и блок сравнения

18, формирующий сигналы управления для коммутатора 3 и ключей 8, 9 и 16.

В основу работы измерителя положен следующий принцип, В исходном состоянии, изображенном на чертеже, второй вход сумматора 7 с помощью ключа 9 подключен к земле, а на первый и третий входы сумматора через клю и 8 и 16 поступают напряжения U, и U(g с индуктивного делителя напряжения 4 и измерительного усилителя 15, равные:

U = U0(à) С4; 15 1 О () В К 1 К15 )3 где К4, К, Кп и К 5 — коэффициенты передачи

10 соответствующих узлов измерителя;

Up(Cp) — значение напряжения генератора синусоидальных колебаний;

Zra — комплексное сопротивление исследуемого двухполюсника.

Рабочая частота напряжения U4 и UrÄ изменЯетсЯ по законУ 4вr, rP, rP> и т. Д. с помоЩью коммутатора 3, поочередно подключающего генераторы синусоидальных колебаний 1 и 2

2о к индуктивным делителям 4 — 6. Изменяя коэффициент передачи индуктивного делителя напряжения 4, добиваются равенства модулей сигналов

U, = (U„(,) — U(,))К и

U, = (U„(,) — u,("")1 К. где К; — коэффициент передачи сумматора 7.

Достижение этого равенства фиксируется блоком сравнения 18.

После установления равенства модулей сигналов Ur и U> коммутация генераторов 1 и 2 прекращается, коммутатор 3 возвращается в исходное состояние. Управляющие сигналы блока сравнения 18 в первый такт коммутации поступают на ключи 8 и 16, а во второй такт коммутации — на ключ 9, подсоединяющий при этом второй вход сумматора к выходу фазоинвертора 10. В отсутствие сигналов управ4О ления эти ключи подсоединяют соответствующие входы сумматора 7 к земле. Напряжения, поступающие на вход блока сравнения 18 в первый и второй такты коммутации, соответственно равны:

07 — К (У (а„) — U (а,));

Ug — KUp (+r) (Kg K äi где К5 — коэффициент передачи индуктивного делителя напряжения 5;

I 11

U7 и Uz — выходные напряжения сумматора 7.

Регулируя коэффициент передачи индуктивного делителя напряжения 5, добиваются раР О венства модулей сигналов Uz u Uz. При этом имеем следующее уравнение:

О,(ю,) К,.К, К„К„R,=0,(,) К К ; из которого получаем

>о Б

1 кк.к

После достижения рассмотрешгого измерительного состояния управляющие сигналы с блока

65 сравнения 18 не поступают. Входы сумматора

530273

7 через ключи 8, 9, 16 соответственно подключены: к земле, к выходу индуктивного делителя напряжения 5 и к выходу измерительного усилителя 15. Изменяя частоту генератора 1, снимают частотную характеристику нескомпенсированной части исследуемого двухполюсника (в приведенном примере цепи из элементов R и С ), которая в виде действительной

Re+ a(а) — R } и мнимой 1„{Л з(а) — R>} составляющих измеряется и регистрируется блоком фазочувствительных детектора 17.

Предлагаемое устройство может быть использовано для определения и компенсации параметра Ri и снятия частотной характеристики пескомпенсированной части любых сложных диухполюсников, вырождающихся в определешюй области частот в указанный выше трехэлементный двухполюсник.

Использование предложенного измерителя для изучения свойств электрохимических систем позволяет повысить не менее чем на порядок точность определения частотной характеристики двойного электрического слоя, а следовательно, расширить не менее чем на порядок диапазон скоростей изучаемых электродных процессов.

Формула изобретения

Измеритель частотных характеристик сложных двухполюсников, содержащий генератор синусоидальных колебаний, фазочувствительный детектор, сумматор, операционный усилитель, выход которого через двухэкранный кабель соединен с одним из зажимов для под иючения исследуемого двухполюсника и с выходом измерительного усилителя, который через двухэкранный кабель соединен с другим зажимом для подключения исследуемого дьухполюсника, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения параметров сложных двухполюсников, в него введены дополнительный генератор синусоидальных колебаний, коммутатор, три индуктивных делителя напряжения, фазоинвертор, три ключа, блок сравнения, причем генератор синусоидальных колебаний соединен с коммутатором, другой вход которого соединен с дополнительным генератором синусоидальных колебаний, выход коммутатора соединен со входами ин15 дуктивных делителей напряжения, один из которых соединен с одним ключом, другой непосредственно и через фазоинвертор соединен с другим ключом, третий индуктивный делитель напряжения подключен к операционному уси20 лителю, выходы ключей подключены к соответствующим входам сумматора, выход которого соединен с фазочувствительным детектором, соединенным с одним из ключей и с измерительным усилителем, а также выход сум25 матора подключен к блоку сравнения, а выход блока сравнения соединен с одним из входов каждого ключа и с одним из входов коммутатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе изобретения:

1. Авт. св. № 200662, Кл. G 01M 17/10, 31.07.65.

35 2. Лвт. св. ¹ 424080, Кл. G 018 19/00, 28.02.72.

530273

Г !

1

Составитель С, Новицкий

Техред М. Семенов

Корректор Л. Котова

Редактор Е. Дайч

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 132/!0 Изд. ¹ 1760 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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