Цифровой стробоскопический импедансметр

 

Союз Советскими

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

<"i 788035

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 150578 (21) 2615077/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 151280 Бюллетень М 46

Дата опубликования описания 15.1280 (51)М. Кл.

G 01 R 27/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621 317.. 333 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В В Волокин В И Губарь и Ю М Туэ

Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ

ИМПЕДАНСМЕТР

Изобретение относится к электроизмерительнои технике и может быть использовано при определении составляющих комплексного сопротивления исследуемых двух и четырехполюсников. 5

Известен измеритель комплексных сопротивлений, в котором напряжение с высокочастотного генератора подается через первичную обмотку измерительного трансформатора на измеряемый 10 импеданс. Затем напряжения, снимаемые с первичной и вторичной обмоток измерительного трансформатора преобразуются стробоскопическим преобразователем на промежуточную часто- 15 ту и дальнейшее измерение импеданса производится на фиксированной низкой частоте (1).

При этом на результат измерения неизвестного импеданса влияет часто- з0 та генератора и индуктивность измерительного трансформатора.. Причем выполнить,обе измерительные обмотки трансформатора идентичными по электрическим параметрам в LIHpoKoM частотном35 диапазоне затруднительно. Суммарная приведенная ко всей шкале погрешность этого измерителя для случая, если f = 100 Mt"ö и Е = 100 кОм, составляет величину = 11,7 Ъ. 30

Известен измеритель активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления, содержаций опорный генератор, включенныи последовательно с эталонным резистором и внешними зажимами, дифференциальный усилитель, выходной сигнал которого пропорционален току, проходящему через эталонное сопротивление, усилители-ограничители, фазочувствительные, стробированные усилители и индикаторы активной и реактивной составляющих импеданса (21, Существенным его недостатком является большая погрешность измерения в широком частотном диапазоне из-за шунтирования измеряемого импеданса собственным сопротивлением входных блоков, а также возникновение частотных погрешностей отдельных блоков.

Отсутствует возможность автоматического выбора пределов измерения импеданса.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является устройство для измерения импеданса, содержащее задающий высокочастотный генератор, подключенный через эталонный первый резистор к внешним зажимам, к которым подключается измеряемый

788035 импеданс, стробоскопический преобразователь, состоящий из опорного канала с системой фазовой автоподстройки частоты и сигнального канала, причем вход первого смесителя опорного канала подключен к эталонному первому резистору, а выход соединен последовательно с фазовым детектором, усилителем постоянного тока, перестраиваемым генератором и со своим вторым входом, опорный генератор подключен ко входу фазового детектора, индикатор подключен к нуль-органу, первый вход которого соединен с выходом смесителя,,а второй с управляющим сопротивлением и через второй эталонный резистор с выходом смесителя.

В основе работы этого устройства лежит метод стробоскопического преобразования амплитудно-фазовых соотношений высокочастотного напряжения опорного генератора и напряжения, выделенного на измеряемом импедансе на промежуточную, фиксированную низкую частоту опорного генератора (например 12,5 кГц), с последующим измерением модуля и аргумента с помощью дополнительной цепочки, состоящей из эталонного резистора и сопротивления уравновешивания (3).

Недостатками этого измерителя являются отсутствие возможности автоматического выбора пределов измерения импеданса при работе устройства в составе информационноиэмерительных систем, что обуславливается трудностями переключения пределов (эталонных резисторов) на высокой частоте 1-100 МГц в выносном пробнике, большая погрешность измерения, достигающая 10%, существенной долей которой являются погрешность коэффициента передачи сигнально го канала стробоскопического преобразователя при изменении измеряемого сопротивления в широком динамическом диапазоне (погрешность обуславливается тем, что при изменении измеряемого сопротивления в широком диапазоне изменяется постоянная цепи заряда конденсатора стробоскопического преобразователя, например при изменении в диапазоне 100 Омl0 кОм погрешность достигает = 5Ъ), мультипликативная погрешность стробоскопического преобразователя вхо-дит в результат измерения и может

- достигать 2-3.

Цель изобретения — автоматизация переключения пределов и повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель импеданса, со» держащий задающий генератор, двухканальный стробоскопический преобразователь и внешние клеммы, введены два управляемых резистора, цифровой омметр, управляемый источник опорного постоянного напряжения, резистивный делитель, два видеоусилителя, два детектора, два фильтра низших частот, два вычитающих блока, дифференциальный усилитель, два усилителя постоянного тока, цифровой низкочастотный фазометр, вычислительный блок, цифровой отсчетный блок, шесть конденсаторов и четыре индуктивности, причем выход задающего генератора подключен последовательно

® через первый управляемый резистор, первый конденсатор, второй управляемый резистор, второй конденсатор к внешней клемме, выход источника опорного постоянного напряжения подклю15 чен через первую индуктивность ко входу опорного канала стробоскопического преобразователя и через третий конденсатор к выходу первого управляемого резистора, а через pegg зистивный делитель и вторую индуктивность ко входу сигнального канала стробоскопического преобразователя, соединенного через четвертый конденсатор с внешней клеммой, вьход опорного канала через первый .видеоусилитель, соединен с одним из входов первого вычитающего блока через пятый конденсатор и первый детектор, а с другим — через первый фильтр нижних частот, выход первого вычитающего

ЗО блока через первый усилитель постоянного тока подключен к управляющему входу первого управляемого резистора, выход сигнального канала через второй видеоусилитель соединен с одним из

35 входов второго вычитающего блока через шестой конденсатор и второй детектор, а с другим — через второй фильтр нижних частот, выход второго вычитаыщего блока подключен через второй усилитель постоянного тока к управляющему входу второго управляемого резистора, два входа цифрового омметра через третью и четвертый индуктивности подключены к второму управляемому резистору, первый иэ

45 входов цичрового низкочастотного фа зометра через дифференциальный усилитель подключен к выходу опорного канала стробоскопического преобразователя, à его второй вход, который " соединен с другим входом дифференциального усилителя, подключен к выходу сигнального канала стробоскопического преобразователя, входы вычислительного блока подключены к

55 выходам цифровых омметра и низкочастотного фаэометра, а выходы соединены с цифровым отсчетным блоком, На чертеже представлена блок-схема цифрового стробоскойического

40 импедансметра.

Цифровой стробоскопический импендансметр содержит задающий гвнератор 1, подключенный последовательно через первый управляемый резистор

2, первый конденсатор 3, второй управ788035

65 ляемыи резистор 4, второй конденсатор 5 к внешней клемме для подключения неизвестного импеданса б, источник опорного постоянного напряжения 7, подключенный через первую индуктивность 8 ко входу опорного канала стробоскопического преобразователя 9 и через третий конденсатор 10 к выходу первого управляемого резистора 2, а через делитель, состоящий из высокочастотных резисторов

11, 12, и вторую индуктивность 13 ко входу сигнального канала стробоскопического преобразователя 9, соединенного через четвертый конденсатор

14 с внешней клеммой, первый 15 и второй 16 видеоусилители, входы которых подключены соответственно к выходам опорного и сигнального каналов стробоскопического преобразователя 9, а выходы также соответственно соединены с одним иэ входов первого 17 и второго 18 вычитающего блока через пятый 19 и шестой 20 конденсаторы и первый 21 и второй 22 детекторы, а с другим — через первый 23 и второй 24 фильтры нижних частот, выход первого 17 и второго

18 вычитающих блоков подключены через первый 25 и второй 26 усилители постоянного тока соответственно к управляющим входам первого 2 и второго 4 управляемых резисторов, цифровой омметр 27, два входа которого через индуктивности 28, 29 подключены ко второму управляемому резистору 4, цифровой низкочастотный фазометр 30, первый иэ входов которого через дифференциальный усилительный усилитель 31 подключен к выходу опорного канала преобразователя 9, а его второй вход, соединенный с другим входом дифференциального усилителя 31, подключен к выходу сигнального канала преобразователя 9, вычислительный блок 32, подключенный к выходам цифрового омметра 27, цифрового низкочастотного фазометра 30 и ко входу цифрового отсчетного блока 33.

Цифровой стробоскопический импедансметр работает следующим образом.

Высокочастотное напряжение, снимаемое с задающего генератора 1, поступает на первый управляемый ре зистор 2. С выхода управляемого резистора 2 высокочастотное напряжение

U поступает через конденсатор 10 на вход опорного канала стробоскопического преобразователя 9 и одновременно смешивается с постоянным напряжением U снимаемым с управляемого источника опорного напряжения 7. Конденсатор 10 и индуктивность

8 предназначены для того, чтобы напряжение постоянного тока не пропустить в высокочастотную цепь а напряжение переменного тока 1„ не пропустить к делителю, состоящему из резисторов 11 и 12, В опорном канале стробоскопического преобраэо вателя 9 происходит преобразование высокочастотного напряжения U в ниэ.

1 кочастотное фиксированной частоты, одновременно преобразуется постоянное напряжение. Таким образом, на выходе опорного канала стробоскопического преобразователя снимается напряжение, содержащее постоянную составляющую, пропорциональную U u о переменную составляющую, пропорциональную U и видеоусилителем 15 усиливаются. Постоянная составляющая проходит без потерь через фильтр нижних частот 23 на вычитающий блок 17.

15 Переменная составляющая преобразуется в детекторе 21 с закрытым входом з постоянное напряжение (преобразователь амплитудных, средних или эффективных значений) и на вычитающем блощ ке 17 сравнивается с постоянным напряжением, снимаемым с выхода фильтра 23. Разностное напряжение усиливается усилителем постоянного тока 25 и воздействует на управляющий зле25 мент первого управляемого резистора

2 (оптрон, диод-фотосопротивление, лампочка-фотосопротивление). Величина управляемого резистора 2 изменяется. до тех пор, пока напряженке по среднему,,действующему или амплитудному значению не будет равно постоянному напряжению.U заданного источника опорного постоянного напряжения 7.

j. àêèM образом, происходит стабилизация высокочастотного напряжения.

35 Высокочастотное напряжение О„ поступает через конденсатор 3 на вход второго управляемого резистора 4.

С выхода этого резистора 4 напряжение поступает через конденсатор 5 на

4р клемму пробника для подключения измеряемого Е„ импеданса б, а через конденсатор 14 на вход сигнального канала стробоскопического преобразователя 9. На входе сигнального канала преобразования 9 высокочастотное напряжение О смешивается с постоян2х ным напряжением Up„снимаемым с делителя, состоящего из резисторов

11 и 12, поступающим на вход через индуктивность 13. Конденсаторы 3, 5, 14 и индуктивность 13 необходимы для разделения цепей по постоянному и переменному току.

На выходе сигнального канала преобразователя 9 снимается напряжение, содержащее постоянную составляющую, пропорциональную Up, и переменную составляющую, пропорциональную

О, которые в видеоусилителе 16 уси х ливаются. Постоянная составляющая проходит без потерь через Фильтр нижних частот 24 на вход вычитающего блока 18. Переменная составляющая преобразуется в детекторе 22 с закрытым входом (преобразователь амплитудных средних или эффективных значений) 788035 и на вычитаюцем блоке 18 сравнивается с постоянным напряжением, снимаемым с выхода фильтра 24. Разностное напряжение усиливается усилителем постоянного тока 26 и воздействует на упранляющий элемент второго управляемого резистора 4. Величина управляемого резистора 4 изменяется до тех пор, пока напряжение по среднему, действующему или амплитудному значении не будет равно постоянному напряжению.

Если управляемый резистор считать безреактивным, то измерив цифровым омметром 27 резистор, нетрудно определить модуль неиэнестного импеданса.

15

Формула изобретения

Цифровой стробоскопический импедансметр, содержащий задающий ге- 40 нератор, внешние клеммы, двухканальный стробсскопический преобразователь, отличающийся тем, что, с целью автоматизации переключения пределов и повышения точности измерения, в него введены два управляемых резистора, цифровой омметр, управляемый источник опорного постоянного напряжения, реэистивный делитель, два нидеоусилителя, 50 два детектора, два фильтра низких частот, два нычитающих блока, два усилителя постоянного тока, дифференциальный усилитель, цифровой низкочастотный фаэометр, вычислительный блок, цифровой отсчетный блок, шесть

5 конденсаторов и четыре индуктивности, причем выход задающего генератора

Зная коэффициент деления делителя и аргумент, нетрудно в вычислительном блоке 32 определить модуль, а также и составляющие неизвестного импеданса. 20

Индуктивности 28, 29 необходимы для разделения цепей по переменному току.

Цифровой низкочастотный фазометр измеРяет Фазовый сдвиг между напря жениями промежуточной частоты.

В дифференциальном усилителе 31 формируется напряжение, равное по модулю .и совпадающее по фазе с напряжением, приложенным к управляющему резистору 4. Фазовый сдвиг между этим напряжением и напряжением, снимаемым с сигнального канала стробоскопического преобразователя, равен аргументу импеданса.

35 псдключен последовательно через первый управляемый резистор, первый конденсатор, второй управляемый резистор, второй конденсатор к внешней клемме, выход источника опорного постоянного напряжения подключен через первую индуктивность ко входу опорного канала стробоскопического преобразователя и через третий конденсатор к выходу первого управляемого резистора, а через резистивный делитель и вторую индуктивность ко входу сигнального канала стробоскопического преобразователя, соединенного через четвертый конденсатор с внешней клеммой,. выход опорного канала через первый видеоусилитель ,соединен с одним иэ нходов первого вычитаюцего блока через пятый конденсатор и первый детектор, а с другим — через первый фильтр нижних частот, выход первого нычитающего блока через первый усилитель постоянного тока подключен к упранляюцему входу первого управляемого резистора, выход сигнального канала через второй видеоусилитель соединен .с одним из входрв второго вычитающего блока через шестой конденсатор и второй детектор, а с другим — через второй фильтр нижних частот, выход второго нычитаюцего блока подключен через второй усилитель постоянного тока к упранляющему входу второго управляемого резистора, дна входа цифрового омметра подключены через третью и четвертую индуктивности к второму упранляемому резистору, первый из входов цифрового низкочастотного фаэометра через дифференциальный усилитель подключен к выходу опорного канала стробоскопического преобразователя, а его второй вход, который соединен с другим входом дифференциального усилителя, подключен к выходу сигнального канала стробоскопического преобразователя, входы вычислительного блока подключены к выходам цифровых омметра и низкочастотного фазометра, а выходы соединены с цифровым отсчетным блоком.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Векторный импедансметр. Модель

4815. Каталог, 1975, с. 427.

2. Измеритель активной и реактивной составляюцих сопротивление. Патент СНА 3284705, кл. 324-57.

3. Устройство для измерения импеданса. Патент США 3260936, кл. 324-57.

Составитель A. Беляев

Редактор Н. Кеыеля Техред Н.Бабурка Корректор iI. В игула

Заказ 8345/53 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4