Цифровой измеритель -пара-metpob

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик оц808977 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16. 04. 79 (21) 2751634/18-21 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Опубликовано280281 Бюллетень М 8

Дата опубликованияописания 280281 (я)м. к.з

G 01 R 27/02 (/ G 01 R 27/26

1осударственный комитет

СССР ио делам изобретениЯ и открытий (з) УДК 621. 317. 73 (088. 8) A.A.Áàáèé, Н.И.Грибок, С.С.Обозовский, С и С.Е.Соколов еИЖ

1 Г

I (72) Авторы изобретения орский .

Ч;;„;;. ; тиснут

Всесоюзный научно-исследовательский и ко институт радиоэлектронной медицинской ап и Львовский ордена Ленина политехнически (П) Заявители (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ RLC-ПАРАМЕТРОВ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может найти применение при измерении RLC-параметров в широком частотном диапазоне.

Известен цифровой измеритель сопротивления, емкости,индуктивности, содержащий управляемый генератор синусоидального напряжения, преобразователь изменения параметров цепи в напряжение, измеритель отношения временных интервалов, цифровой измеритель периода, два коммутатора, источник напряжения постоянного тока $1) .

Несмотря на введение существенных технических усложнений, это устройство обеспечивает измерение только на фиксированных частотах со сравнительно низкой точностью, так как результат измерения зависит от значения напряжения источника постоянного тока, коэффициента пропорциональности преобразователя временного интервала, чувствительности формиро.вателя раэностных временных интервалов.

Наиболее близким к предлагаемому является цифровой измеритель RLC-параметров, содержащий генератор синусоидального сигнала, последовательно соединенные переключатель, интегратор, блок сравнения, селектор, цифровой делительный блок, цифровой отсчеъ ный блок, причем второй вход блока сравнения соединен с общей шиной, к другому входу селектора подключены последовательно соединенные второй переключатель, второй интегратор, второй блок сравнения, а третий вход селектора связан с выходом генератора импульсов, блок управления, источник опорного напряжения, управляющий вход которого соединен с выходами

15 первого и второго интеграторов, а выход - c сигнальными входами первого и второго переключателей, а также блок образцовых элементов, другой выход которого соединен с сигнальным

20 входом ключа общей шиной и одним из входных зажимов устройства, второй входной зажим которого связан с полюсом генератора синусоидального напряжения, второй полюс которого

25 подключен ко входу резистора и второму входу формирователя временных интервалов, выход которого соединен с выходом первого интегратора, а соответствующие выходы блока управ30,,ления связаны с управляющими входами

808977 элемента, второй полюс источника си- где z — модуль комплексного сопронусоидального напряжения подключен тивления 2 (полное сопроко входу формирователя временных ин- тивление) цепи; тервалов, выход которого подсоединен 2$ f — разность фаз напряжения и ко входу блока управления, выходы тока. которого связаны с управляющими вхо- Падение напряжения дами первого, второго и третьего пе- 0 реключателей, формирователя времен- Lix(<} = 2, 5jn(t-q (р j i (2) Т) ных интервалов, образцового элемента, З0

М rz М х селектора, цифрового делительного бло- снимаемое с исследуемого элемента 2, обладающего в общем случае комплексным сопротивлением Z.),, через переключатели 3 и 9 подается на вход перемножителя 5. Комплексным характером сопротивления Z q модуль которого z <, обусловлен угол сдвига ф х напряжения uÄ(t ) относительно тока i (t) .

С учетом (1) и (2) напряжение на

40 выходе перемножителя 5 определяется выражением

$0 где k - коэффициент передачи перемножителя 5.

В течение промежутка времени

T„=nT, который устанавливается формирователем 6 временных интервалов по частоте f -- —, напряжение (3)

1 через переключатель 10 поступает на вход интегратора 12, на выходе которого в конце первого такта ин40 тегрирования напряжение

Й ( ",} Оп (t}t}g — п) и > (4)

UД ,}

О

Ял 2 х

I ключа, блока образцовых элементов, переключателей, селектора, цифрового делительногО блока, цифрового отсчетного блока и формирователя временных интервалов (2 .

Недостатком этого устройства является снижение точности измерения при расширении частотного диапазона, обусловленное зависимостью уровня выходного напряжения интегратора от периода исследуемых колебаний.

Цель изобретения — повышение точности измерения в расширенном частотном диапазоне.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель RLCпараметров, содержащий источник синусоидальногр напряжения, первый полюс которого подключен к сигнальному входу первого переключателя и первому входному зажиму устройства, второй входной зажим которого соединен с общей шиной и входом образцового ка и цифрового отсчетного блока, второй сигнальный вход второго переключателя подсоединен к выходу источника опорного напряжения, а выход его связан с последовательно соединенными интегратором, блоком сравнения, селектором, цифровым делительным блоком и цифровым отсчетным блоком, причем третий вход селектора подключен к выходу генератора импульсов, второй вход блока сравнения соединен с общей шиной, а выход интегратора связан со входом блока управления, введены квадратурный фазовращатель и перемножитель мгновенных значений напряжения и тока, первый выход которого соединен со входом формирова теля временных интервалов, а первый вход перемножителя подключен к выходу образцового элемента и второму сигнальному входу первого переключателя, выход которого соединен со входом квадратурного фазовращателя и первым сигнальным входом третьего переключателя, второй сигнальный вход которого соединен с выходом квадратурного фазовращателя, а выход его подключен ко второму входу перемножителя мгновенных значений напряжения и тока, второй выход которого связан с первым сигнальным входом

:второго переключателя, управляк)щий вход источника опорного напряжения соединен с выходом блока управления, На чертеже представлена блок-схе. ма цифрового измерителя.

Измеритель RLC-параметров содержит источник 1 синусоидального на ряжения, исследуемый объект 2,первый переключатель 3, образцовый элемент 4, перемножитель 5 мгновенных значений напряжения и тока, формирователь 6 временных интервалов, блок

7 управления, квадратурный фазовращатель 8, третий переключатель 9, второй переключатель 10, источник 0 .11 опорного напряжения, интегратор

12, блок 13 сравнения, селектор 14, цифровой делительный блок 15, цифровой отсчетный блок 16, генератор 17 импульсов.

Измеритель работает следующим образом.

В цепи источника 1 синусоидального напряжения, дающего напряжение

U(t) = 0

20 (1 = 51п(Сд ){)) (1) () .

808977 где — постоянная времени интегрирующей цепи;

Д„ „соб — активная составляющая комплексного сопротивления.

На время длительности второго такта интегрирования открывается се,лектор 14, а через переключатель 10 на вход интегратора 12 поступает с выхода источника 11 опорное напряжение 00„. Интегрирование Поп длится до момента t2 равенства нулю выходного напряжения интегратора 12, который фиксируется блоком 13 сравнения. При

ЭТОМ (2

4 (g Z* х кЧ Ь „д1=0, откуда

К0 пТ к к

Х22И Х

Во втором цикле аналого-цифрового преобразователя на вход перемножителя 5 через переключатель поступает падение напряжения, снимаемое с образцового элемента 4, которое при изменении активной составляющей Ях исследуемого сопротивления 2 выбираХ ется чисто активным.

В первом такте второго цикла преобразования выходное напряжение перемножителя 5

un ltl кtlt)uoltl=x() кк к (ut-<р) интегрируется интегратором 12 в течение времени пТ, а во втором такте это напряжение преобразуется во временной интервал

k0щ пТ 3 gz, (."о

Эа промежуток времени t с выхо3 да селектора 14 на вход цифрового делительного блока 15 поступит число импульсов

f,

N2, -.(î,t3, " = 2 2 2 О Pî, "on

В цифровом делительном блоке 15 выполняется операция деления

О„2 ка,Щ ((s («-q)st«(rat-q-q -)к к, 65

Як Яо

Ng

"2 (8) В цифровом делительном блоке 16 за время t2 зафиксируется код числа

f кц Т й„=1„1, =-, " Ик (5) Z 2и „

Код числа Мд/N2 зафиксированный блоком 15, пропорциональный значению синфазной составляющей исследуемого элемента 2

Измерение квадратурной составляющей комплексного сопротивления Z

Х происходит аналогично измерению активной составляющей R< . При этом в качестве 2К выбирается сопротивление с емкостным или индуктивным характером с постоянным значением известной емкости С или индуктивности Lo.

Адаптация к роду измеряемого сопротивления (индуктивного или емкостного) обеспечивается введением связи с выхода интегратора 12 на вход блока 7 управления.

Переключатель 9 переводится блоком 7 управления во второе положение, при котором сигнал, поступающий на

15 второй вход перемножителя 5, подается через квадратурный фаэовращатель &.

При этом исследуемый сигнал

?О " - " Zt

u,ltl= — к„к,,(„а < z,— "l поступает на вход перемножителя 5, выходное напряжение которого

ПфИ (<р Z, J 4 Х >д" Я(Ч Э П(к ("Ю ЧК+

25 х преобразуется методом двухтактного ) интегрирования. К концу второго такта интегрирования первого цикла преобразования имеем зо

О ф г

З5 х оо5 (х 2 -«»(><-Q)-p 4

1 («а+ u,„в=о

{ о)

40 где k - коэффициент преобразования квадратурного фазовращателя 9.

Полярность напряжения МЭ„ выбирается во втором такте интегрирования )5 противоположной полярности напряжения (9) на выходе интегратора 12, которая,в свою очередь, зависит от емкостного или индуктивного характера сопротивления Z,„ .

$0 Согласно (1O), эа время t4, открытого состояния селектора 14 в цифровом делительном блоке 15 эафиксируется код числа o < " iР () т п

Ы Ъ о4 Я 2 х о д 2О „ х к

Во втором цикле преобразования (переключатель 3 переведен в нижнее положение) падение напряжения, снимаемое с образцового элемента 4, 60 поступает на второй вход перемножителя 5. Выходное напряжение перемножителя 5

308977 преобразуется аналогично. При этомв конце второго такта интегрирования во втором цикле преобразования выходное напряжение интегратора 12 примет вид А1 — — — 7о соь о- —5

-соф(«pl-ц. — ",))>

Ч .п " г

4 О 5 2 2ц О Vo

2Е "оп где — угол сдвига фаз между веко тором тока i (t) и напряжением на образцовом элементе 4.

В результате выполнения операции деления N3/N4 в блоке 15 зафиксируется значение квадратурной составляющей исследуемого элемента 2

N;

Z х В " Чх= о " q î — (13)

1(4

Поскольку при емкостном характере сопротивлений z q и z справедлиВО z sin(p = 1/45Ск z

Ч4

С =С к о

При индуктивном характере исследуемого элемента 2 Z®sinq > = vLq, zpsiпы,.=(3 Ñî,, тогда, согласно (13), значенйе измеряемой индуктивности определяется выражением

1 (15) о 1

Анализ (3) „(14) и (15) показывает, что на результат измерения значений синфазной и квадратурной составляющих исследуемого элемента 2 не влияют значения параметров с.,k,,0„, ;U...1о элементов, входящих ь цепь аналого-цифрового преобразования. Стабильность этих параметров требуется обеспечить только на время преобразования. При измерении квадратурной составляющей z siп ср„ коэффициент преобразования k фазо- Р вращателя не оказывает влияния на результат измерения. Он должен обеспечить лишь точный сдвиг фаз, равный

90 эл.град.

При увеличении значения частоты

4) число и периодов берется большим для поддЕржания одинаковой чувствительности аналого-цифрового преобразования в диапазоне частот.

Таким образом, перечисленные свойства предлагаемого цифрового измерителя RLC-параметров обеспечивают возможность расширения частотного диапазона и повышения точности измерения по сравнению с известным устройством.

Формула изобретения

Цифровой измеритель RLC-параметров, содержащий источник синусоидального напряжения, первый полюс которо,О го подключен к сигнальному входу первого переключателя и первому входному зажиму устройства, второй входной зажим которого соединен с общей шиной и входом образцового элемента, второй полюс источника синусоидаль($ ного напряжения подключен ко входу формирователя временных интервалов, выход которого подсоединен ко входу блока управления, выходы которого связаны с управляющими входами перЩ вого, второго и третьего переключателей, формирователя временных интервалов, образцового элемента, селектора, цифрового делительного блока и цифрового отсчетного блока, второй р5 сигнальный вход второго переключателя подсоединен к выходу источника опорного напряжения, а выход его связав с последовательно соединенными интегратором, блоком сравнения, селектором, цифровым делительным блоком и цифровым отсчетным блоком, причем третий вход селектора подключен к выходу генератора импульсов, второй вход блока сравнения соединен с общей шиной, а выход интегратора связан со входом блока управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности в расширенном частотном диапазоне, введены квадратурный фазовращатель и пере40 множитель мгновенных значений напряжения и тока, первый выход которого соединен со входом формирователя временных интервалов, а первый вход перемножителя подключен к выходу образцового элемента и второму сигналь45 ному входу первого переключателя, выход которого соединен со входом квадратурного фазовращателя и первым сигнальным входом третьего переключателя, второй сигнальный вход котороЬь

ro соединен с выходом квадратурного фазовращателя, а выход его подключен ко второму входу перемножителя мгновенных значений напряжения и тока, второй выход которого связан с первым сигнальным входом второго переключателя, управляющий вход источника опорного напряжения соединен с выходом блок управления.

Источники информации, 60 принятые во внимание при экспертизе

1. авторское свидетельство СССР

9 467302, кл.G 01 R 27/26, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2518035, 65 кл.б 01 К 27/26, 1977 (прототип).

808977

Составитель Л.Фомина:

Редактор С.Шевченко Техред И.Асталош Корректор О.Вилак

Заказ 405/49 Тираж 743 Подписное иниИпи Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4