Преобразователь параметров двухэлементных нерезонансных электрических цепей в унифицированные сигналы
-ол коте„;-.,;ф д.
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
00 534032
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к а|вт. свид-ву (22) Заявлено 23.01.75 (21) 2099081/21 с присоединением заявки № (23) Приоритет
Опубликовано 30.10.76. Бюллетень № 40
Дата опубликования описания 16.12.76 (51) М. Кл. Н ОЗК 13/02
Государственный комитет
Совета Министров СССР (53) УДК 681.325(088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения
Е. С. Ерм1тна, А. И. Мартяшин, В. К. Носков, П. П. Чураков и В. М. Шляндин
Пензенский политехнический институт (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ ПАРАМЕТРОВ ДВУХЭЛЕМЕНТНЫХ
НЕРЕЗОНАНСНЪ|Х ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ В
УНИФИЦИРОВАННЫЕ СИГНАЛЫ
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может использоваться для измерения значений параметров параллельных и последовательных RC- u RL-цепей.
Наиболее широкое распространение для измерения параметров комплексных цепей нашли равновесные мосты переменного тока с аналоговым и дискретным уравновешиванием, но они сложны и имеют низкое быстродействие.
Известен преобразователь параметров комплексных электрических цепей в интервал времени, который позволяет преобразовывать каждый из параметров двухэлементной электрической цепи в частотно-временной сигнал
I1).
Однако точность его преобразования низкая, кроме того, получается раздельный во времени отсчет по двум измеряемым параметрам.
Известен преобразователь параметров комплексных электрических цепей в унифицированные сигналы, содержащий усилитель постоянного тока, к входу которого подключена измеряемая цепь, а в цепь отрицательной обратной связи включен опорный элемент, выход усилителя постоянного тока подключен к одному входу аналогового сумматора, второй вход которого подключен к выходу дискретно управляемого делителя, управляющие входы последнего соединены с выходами счетчика, а аналоговый вход — с выходом усилителя— ограничителя и с входом усилителя постоянного тока через измеряемую цепь; выход аналогового сумматора подключен одновременно
5 к одному из входов усилителя — ограничителя и к входу дифференциатора, другой вход усилителя — ограничителя соединен с его же выходом и с одним входом логической схемы; выход дифференциатора через пороговый эле10 мент подсоединен к второму входу логической схемы, выход которой подключен к входу счетчика (2).
Работа преобразователя в случае преобразования параметров последовательных RC- u
15 RL-цепей и параллельной RL-цепи аналогична.
Низкое быстродействие такого преобразователя объясняется изменением кода дискретно управляемого делителя лишь один раз за период генерируемых прямоугольных импульсов.
20 Цель изобретения — повышение быстродействия преобразователя параметров двухэлементных нерезонансных электрических цепей в унифицированные сигналы.
Это достигается тем, что в предлагаемый
25 преобразователь параметров двухэлементных нерезонансных электрических цепей в унифицированные сигналы введены интегратор, усилитель, генератор тактирующих импульсов и логическая схема, причем выход дифференци30 ального усилителя-ограничителя через интег534032 ратор соединен с аналоговым входом дискретно управляемого делителя, первый вход логической схемы через усилитель подключен к выходу дифференциатора, второй — к выходу генератора тактирующих импульсов, третий— к выходу,дифференциального усилителя-ограничителя, а выходы логической схемы соединены с суммирующей и,вычитающей шинами реверсивного счетчика.
На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 — временные диаграммы напряжений в характерных точках схемы.
Преобразователь содержит усилитель постоянного тока 1, измеряемую цепь 2, опорный элемент 3, аналоговый сумматор 4, дискретно управляемый делитель 5, реверсивный счетчик
6. дифференциальный усилитель-ограничитель
7, интегратор 8, дифференциатор 9, усилитель
10, генератор тактирующих импульсов 11 и логическую схему 12, при этом выход усилителя постоянного тока 1, в цепь отрицательной обратной связи которого включен опорный элемент 3, подключен к одному входу аналогового сумматора 4, второй вход которого подключен к делителю 5, управляющие входы последнего соединены с выходами счетчика 6, а аналоговый вход — с выходом интегратора 8 и с одним входом усилителя-ограничителя; выход сумматора 4 подключен одновременно через дифференциатор 9 к входу усилителя 10 и к второму входу усилителя 7, выход которого соединен через измеряемую цепь 2 с входом усилителя 1 и с входом интегратора 8; выход усилителя 10, генератора 11 и усилителя-ограничителя 7 подключены к соответствующим входам схемы 12, два выхода которой подключены к суммирующей и вычитающей шинам реверсивного счетчика 6.
Работа преобразователя описывается на примере преобразования параметров параллельной RC-цепи; в качестве опорного элемента в этом случае в цепь отрицательной обратной связи УПТ1 включается конденсатор емкостью С,, При включении преобразователя дифференциальный усилитель-ограничитель 7 из-за большого значения коэффициента усиления находится в насыщенном состоянии и с его выхода снимается напряжение +Е,. С выхода
t интегратора 8 снимается напряжение +Е,—
-и (где т„— размер постоянной времени интегратора 8;,t — текущее время) . Это напряжение поступает на инвертирующий вход усилителяограничителя 7 и на вход делителя 5, напря1 жение на выходе которого имеет вид +Е,ц,— и (где у; — коэффициент передачи делителя 5) .
Одновременно напряжение с выхода усилителя-ограничителя 7 через измеряемую цепь 2 поступает на вход усилителя 1, охваченного параллельной емкостной отрицательной обратной связью через опорный элемент 3; на выходе УПТ1 напряжение изменяется во времени по следующему закону — Ео — — Ep {1) Cp RCp где С и Я вЂ” размеры емкости и сопротивление измеряемой цепи 2;
Cp — размер емкости опорного элемента 3.
Напряжение с выхода усилителя 1 поступа10 ет на один вход сумматора 4, на второй вход которого поступает напряжение с выхода делителя 5. С выхода сумматора 4 снимается напряжение — Plop — + о — + Ep (2) С t
"и о R o
С
35 4 о
1 1
+— аео
Импульсы с выхода усилителя-ограничителя
40 7 подаются на вход интегратора 8 и через измеряемую цепь 2 на вход усилителя 1.
Напряжение на выходе интегратора 8:
U, {<) =- y — t =р —
"и и
Напряжение на выходе усилителя 1 в каждом полупериоде входного сигнала представляет собой сумму постоянной составляющей, определяемой значением измеряемой емкости
С, и линейно изменяющейся составляющей, определяемой значением измеряемого сопротивления Л:
® ЕдС Ео г (5)
Напряжение U<(t) подается на аналоговый вход делителя 5, с выхода которого в такте тактирующих импульсов с генератора 11 снимается напряжение
60 () = =Е Ы. (6) 55
Напряжение U>(t) подается на один из входов сумматора 4, на другой вход которого подается в противофазе с линейно изменяющейкоторое поступает на неинвертирующий вход усилителя-ограничителя 7 и держит его в насыщенном состоянии.
20 В момент смены знака разности напряжений на входах усилителя-ограничителя 7 напряжение на его выходе скачком изменяется до величины в Е, (меняет знак) за счет глубокой положительной обратной связи по цепи: выход
25 усилителя-ограничителя 7, измеряемая цепь
2, усилитель 1, сумматор 4, неинвертирующий вход усилителя-ограничителя 7, и описанный выше процесс повторяется.
Период генерируемых на выходе усилителяЗ0 ограничителя 7 прямоугольных импульсов можно определить, приравняв к нулю разность напряжений на входах усилителя-ограничителя 7.
534032
5 ся составляющей, определяемой значением измеряемого сопротивления R, пилообразное напряжение U>(t) с выхода делителя 5, крутизна которого изменяется каждый период тактирующих импульсов с выхода генератора 11. 5
N,=
RCo (12) 10
Работа преобразователя в случае преобразования параметров последовательных RC- u
RL-цепей и параллельной RL-цепи аналогич15 на.
При преобразовании параметров последовательно" RC-цепи последняя включается в цепь отрицательной обратной связи усилителя 1, вход которого подключен к опорному резистору с сопротивлением R„. Число импульсов, записанных при этом в счетчике 6, пропорционально измеряемой емкости:
N (13) 25
Ro а период импульсов на выходе усилителя-ограничителя 7 пропорционален значению измеряемого сопротивления:
Т=4 "R
Ro (14) Зо (9) 40 а период импульсов на выходе усилителя-ограничителя 7 пропорционален значению измеряемого сопротивления:
Т=4 0 т„.
Ro (16)
При преобразовании параметров последовательной RL-цепи последняя включается в цепь
50 отрицательной обратной связи усилителя 1, к входу которого подключается опорная катушка индуктивности со значением индуктивности -о
При таком включении код, зафиксированный
55 в счетчике 6, пропорционален значению измеряемого сопротивления:
N (17)
60 а период импульсов на выходе усилителя-ограничителя 7 пропорционален значению измеряемой индуктивности:
Т=4
Lo
Таким образом, напряжение на выходе сумматора 4 (при равенстве коэффициентов передачи по его входам) в i такте тактирующих импульсо в с генератора 11 определяется выражением
Напряжение U<(t) подается одновременно на один вход усилителя-ограничителя 7 и на вход дифференциатора 9.
С выхода дифференциатора 9 при работе
его в линейном режиме снимается напряжение 5 (t) °
U,(t) = 1- е 1- (— + — р; Eo „(8)
ЕоС:. / 1 1
Со R o и где т„— постоянная времени дифференциатора 9. . 1
Первое слагаемое выражения (8) — результат воздействия на входе дифференциатора 9 перепада напряжения.
Напряжение U5 (t) с выхода дифференциатора 9 подается на вход усилителя 10, с:выхода которого снимается сигнал
Ц () д о д
Со яс =1= где и — коэффициент усиления усилителя 10
Напряжение U<(t) с выхода усилителя 10, тактирующие импульсы с выхода генератора
11 и напряжение tE с выхода усилителя-ограничителя 7 подаются на соответствующие входы схемы 12, сигнал на выходе которой в зависимости от полярности поступающих на ее вход импульсов появляется то на суммирующей, то на вычитающей шинах счетчика 6, Импульсы напряжения, снимаемые с выхода схемы 12, изменяют состояние счетчика 6, а следовательно,-и состояние делителя 5 таким образом, что напряжение на выходе сумматора 4 становится практически постоянным в течение каждого полупериода генерируемых на выходе усилителя-ограничителя 7 прямоугольных импульсов, т. е. при выполнении условия
Р( (10) и R o на выходе сумматора 4 имеется только знакопеременное напряжение прямоугольной формы, амплитуда которого пропорциональна емкости С измеряемой цепи 2, следовательно, на выходе усилителя-ограничителя 7 — знакопеременное напряжение прямоугольной формы, период которого однозначно определяется значением измеряемой емкости С:
Т=4 т„. (11)
Со
Число импульсов, зафиксированных к этому моменту в счетчике 6, однозначно определяется значением измеряемого сопротивления R:
При преобразовании параметров параллельной RL-цепи последняя подсоединяется к входу усилителя 1, в цепь отрицательной обратной связи которого включается опорный резистор с сопротивлением R,.
Код, зафиксированный в счетчике 6, пропорционален измеряемой индуктивности: (15)
534032
Формула изобретения
Преобразователь параметров двухэлементных нерезонансных электрических цепей в унифицированные сигналы, содержащий дифференциальный усилитель-ограничитель, один вход которого через дискретно управляемый делитель подключен к первому входу аналогового сумматора, второй вход аналогового сумматора подключен к выходу усилителя постоянного тока, а выход — к входу дифференциатора и к второму входу дифференциального усилителя-ограничителя, выход последнего соединен через измеряемую цепь с входом усилителя постоянного тока с отрицательной обратной связью, управляющие входы дискретно управляемого делителя соединены с выходами реверсивного счетчика, от л и ч а ю щи и ся тем, что, с целью повышения быстродействия, он содержит интегратор, усилитель, генератор тактирующих импульсов и логическую схему, причем выход дифференциального усилителяограничителя через интегратор соединен с ана5 логовым входом дискретно управляемого делителя, первый вход логической схемы через усилитель подключен к выходу дифференциатора, второй — к выходу генератора тактирующих импульсов, третий — к выходу дифференциаль1п ного усилителя-ограничителя, а выходы логической схемы соединены с суммирующей и вычитающей шинами реверсивного счетчика.
Источники информации, принятые во внима15 ние при экспертизе:
1. Авт. св. СССР № 382232, кл. НОЗК 13 20, 04.02.72.
2. Заявка № 2077696/26-21, 25.11.74.
534032 (а
Bxoo(+) 6ß
Вход(-) б
Фиг. 2
Составитель Д. Голубович
Техред В, Рыбакова
Редактор E. Караулова
Корректор Л. Котова
Заказ 2477/11 Изд. № 1760 Тираж 1029 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2
