Преобразователь параметров трех-элементных двухполюсников

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ ф

/»:— (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07.05 ° 79 (21) 27б2б55/18-21 (51)

G 01 R 27/02 с присоединением заявки Йо

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 300381. Бюллетень Hо 12 (53) УДК б 2 1 . 317 . 7 3 (088.8) Дата опубликования описания 30. 03. 81 (72) Авторы изобретения

В.П. Маланин и К.Н. Чернецов

)

-,Я ! ЬИ)>ЛИ(>;>"Е>„>, >

Пензенский политехнический институт г (71) 3а яв итель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ

ДВУХПОЛЮСНИКОВ

ИзобретЕние относится к электроизмерительной технике, а именно к измерению составляющих комплексных величин сопротивлений переменному

5 току, и может быть использовано при измерении информативных параметров датчиков.

Известно устройствж для измерения параметров нерезонансных пассивных трехэлементных двухполюсников, содержащее источник ЭДС, выход которого соединен с первичной обмоткой первого трансформатора, вторичные обмотки которого соединены с исследуемым двухполюсником, а также с образцовыми проводимостями, подключенными ко второму и третьему трансформаторам, ко вторичным обмоткам которых подключены три усилителя, в цепях обратной связи которых включены резисторы, выход первого усили.теля подключен к указателю равновесия, выходы второго и третьего усилителей подключены к амплитудно-дифференциальному усилителю, выход треть.25 его усилителя также подключен к амплитудному детектору огибающей E1J .

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие за счет того, что результат измерения 30 получается путем последовательного приведения измерительной цепи в два состояния квазиравновесия и последующего преобразования параметров двухэлементной цепи, высокая сложность за счет наличия четырех регулируемых элементов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь параметров нерезонансных пассивных трехэлементных двухполюсников, содержащий источник частотно-модулированного сигнала, выходы которого подключены к первичной обмотке трансформатора, первая вторичная обмотка которого подключена к входной клемме преобразователя, один конец второй вторичной обмотки подключен к входам первого управляемого делителя напряжения и первого логометрического преобразователя, другой конец к входам второго и третьего логометрических преобразователей и фазочувствительного индикатора, вторая входная клемма преобразователя подключена к входу первого усилителя, к которому также подключен первый образцовый конденсатор, второй вывод которого соединен с вы- . ходом первого управляемого делителя

817608

5 !

О

2S напряжения, со вторым входом первого логометрического преобразователя и со вторь„м образцовым конденсатором, второй вывод которого соединен с выходом первого логометрического преобразователя, с образцовым резистором и со входом второго усилителя, ,в обратную цепь которого включен третий образцовый конденсатор, выход второго усилителя соединен со входами второго управляемого делителя напряжения, фаэочувствительного индикатора и третьего логометрического преобразователя, выход которого подключен к амплитудному детектору огибающей 123.

Недостатком известного преобразователя является то, что он имеет низкую точность или ограниченные функциональные возможности вследствие наличия в цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя, в прямой цепи которого включен исследуемый двухполюсник с изменяющимися в широких пределах параметрами элементов, управляемого делителя напряжения с регулируемым в широких пределах коэффициентом передачи. Максимальное изменение коэффициента передачи Я цепи отрицательной обратной связи, зависящего как от параметров исследуемого двухполюсника, так и от коэффициента передачи управляемого делителя напряжения, ограничено критическим значением петлевого усилителя Р при котором усилитель самовозбуждается (теряет устойчивость работы). Поэтому приходится илн уменьшить значение коэффициента передачи цепи обратной связи /3, что снижает функциональные возможности преобразователя,или уменьшить коэффициент усиления усилителя k, что снижает точность преобразования.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников, содержащий источник частотно-модулированного сигнала, первый усилитель, вход которого соединен с входной клеммой преобразователя и с первым образцовым конденсатором, а выход со входом логометрического преобразователя и с первым входом первого управляемого делителя напряжения, выход которого соединен со вторым входом логометрического преобразователя, второй образцовый конденсатор, первый вывод которого соединен с первыми выводами образцового резистора и третьего образцового конденсатора и с входом второго усилителя, выход которого соединен cd вторым выводом третьего образцового конденсатора и со входами второго управляемого делителя напряжения, фазочув30

65 ствительного индикатора, амплитудного детектора огибающей, выход которого соединен со вторым входом первого управляемого делителя напряжения, выход фазочувствительного индикатора подключен ко второму входу второго управляемого делителя напряжения, выход которого соединен со вторым выводом образцового резистора, введен сумматор напряжений, первый вход которого соединен с выходом источника частотно-модулированного сигнала и с другой входной клеммой преобразователя, второй вход соединен с выходом первого управляемого делителя напряжения, а выход — со вторым входом фазочувствительного индикатора и с управляющим входом источника частотно-модулированного сигнала, вторые выводы первого и второго образцовых конденсаторов подключены к выходу первого усилителя.

На чертеже приведена функциональная схема преобразователя параметров трехэлементных двухполюсников, состоящих, например, иэ последовательного соединения емкости и комплексного сопротивления, представляющего собой параллельное соединение активной проводимости (сопротивления) и емкости. Ф

Преобразователь содержит управляемый по амплитуде источник 1 частотномодулированного сигнала, подключенный через исследуемый двухполюсник 2, содержащий элементы 3 (С ), 4 (С,) и 5 (R ), K xd cM HTe 6, а цепи обратной связи которого включен образцовый конденсатор 7. Выход усилителя 6 через образцовый конденсатор 8 соединен со входом усилителя

9, в цепях обратной связи которого включены соответственно образцовый конденсатор 10 и цепочка из второго управляемого делителя 11 напряжения и образцового резистора 12. Выход усилителя 9 соединен через амплитудный детектор огибающей 13 с управляющим входом первого управляемого делителя 14 напряжения, а также с входом фазочувствительного индика" тора 15, выход которого соединен с управляющим входом второго управляемого делителя 11 напряжения, выход сумматора 16 напряжений соединен .с другим входом фазочувствительного индикатора и управляющим входом источника 1 частотно-модулированного сигнала. Один вход сумматора 16 напряжений соединен с выходом источника 1 частотно-модулированного сигнала, а другой вход с входом логометрического преобразователя 17 и выходом первого управляемого делителя 14 напряжениЯ, вход которого соединен с другим входом логометрического преобразователя

17 и выходом усилителя 6.

Преобразователь работает следующим образом.

817608

> " С7

u4, =-u,, (4)

" /j(DC y + "/("/Rg + j Q C 4)

5 где 0„ -напряжение на выходе источника 1 частотно-модулированного сигнала.

При большом коэффициенте усиления К - усилителя 6 ток I npog 1 текакх ий через исследуемый двухполюс- 10 ник 2, равный току I, протекающему

1 через емкость, равен току Iz, протекающему через конденсатор 7, т.е. т=7З (2) О+ 11 /" 1Ь

К /Я 1С4 = /R 5 С 10

15 откуда

4 9 ° 12.

Ц C4Rg

Подставляя (11) в (10), получим (3) В

UH = U6 К

30

35 менением К, получаем С -- — H)

С7

Кц

Напряжение U<> на выходе сумматора 40

16 напряжений равно напряжению 04в

I приложенному к лараллельному соединению элементов 4 и 5 двухполюсника 2. о 45

"/(""45 + jUC4 ц 1ь = о . (о) "/)(DCy + "/("/я ) 4) Напряжение U на выходе усилителя

9 равно 50 где К вЂ” коэффициент передачи упУФ равляемого делителя 11 на- 55 пряжения, Подставляя выражения (1) в (7), получим ц 0 В Ф (4 !ЯС (®Rg+)4) С411(,)(дС К1 Цй ) 60

При выполнении условия синфазности напряжения U> и напряжения U<< т.е.

Эу Чч =01

I .I Ut6/ = const (15) Как видно из выражения 12, напряжение (при выполнении условий (15), (9) и (5) не зависит от частоты. Условия (15) и (9) автоматически выполняются применением соответственно автоматической стабилизаI ции напряжения U по модулю (связь с выхода сумматора 16 напряжений на управляющий вход источника 1 частотно-модулированного сигнала>

Ф и фазочувствительного индикатора

Напряжение на выходе усилителя 6 равно

Напряжение 0< на выходе первого управляемого делителя напряжения

14 равно где K 4, — коэффициент передачи первого уйравляемого делителя 14 напряжения.

Напряжение 0 6 на выходе сумматора 16 напряжений с учетом предыдущих выражений равно

1 I

Ui6= O+ i4=t)O+"О КИ= г lj()cl + /(/R51. j c41+ /1 су к14 /) .) С, + "/( + g u c 4 ) Как видно из выражения (4), при выполнении условия 1 С =1 1СДСт МИ д< достигаемого изменением коэффициента передачи К управляемого делителя

11 напряжения сигналом с выхода фазочувствительного индикатора 15, находим

Ug к tсю+к "/й (4)R5 gg "IRq2+ с4с ь йи 4 8 (д)с4 "IR5) <+ (10) При выполнении условия (9) находим

09 0ц6 С ° С 4 (12) C 8 ю

I а напряжение U на выходе управляемого делителя напряжения 11 с уче;том (11) равно

R 1 (1 3)

"9 м - " б С, RÕ

Величина A > отношения напряжений

U< и U „,измеряемая логометрическим преобразователем 17 с учетом (3, и (5), равна

А

Ua Сз (14)

17 0,4 С, Как видно из выражений 12-14, напряжения 0 U ä и выходной сигнал А 7 логометрического преобразователя 17 пропорциональны соответственно параметрам С, R и

С исследуемого двухполюсника 2. При этом для того, чтобы исключить влияние изменения напряжения 0 на результат измерения при изменении параметров исследуемого двухполюсника 2; необходимо застабилизировать напряжение U по модулю, используя управляемый йо амплитуде источник

1 частотно-модулированного сигнала путем изменения его выходного напряжения 0 до выполнения условия

817608

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 1432/60 Тираж 732 Подписное

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

15), если не выполняется условие (5), то напряжение И зависит от частоты и амплитудный детектор огибающей 13 частотно-модулированного сигнала своим выходным сигналом автоматически изменяет коэффи5 циент передачи К,„управляемого делителя 14 напряжения до выполнения условия (5), когда справедливы соотношения 12-14.

Преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников, содержащий источник частотно-модулированного сигнала, первый усилитель, вход которого соединен с входной клеммой преобразователя и с первым образцовым конденсатором, а выход — со входом логометрического преобразователя и с первым входом первого управляемого делителя напряжения, выход которого соединен со вторым входом логометрического преобразователя, второй образцовый конденсатор, первый вывод которого соединен с первыми выводами образцового резистора и третьего образцового конденсатора и с входом второго усилителя, выход которого соединен со вторым выводом третьего образцового конденсатора и со входами второго управляемого делителя напряжения, фаз очувствительного индикатора, амплитудного детектора огибающей, выход которого соединен со вторым входом первого управляемого делителя напряжения, выход фазочувствительного индикатора подключен ко второму входу второго управляемого делителя напряжения, выход которого соединен со вторым выводом образцового резистора отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, введен сумматор напряжений, первый вход которого соединен с выходом источника частотномодулированного сигнала и с другой входной клеммой преобразователя, второй вход соединен с выходом первого управляемого делителя напряжения, а выход - со вторым входом фазочувствительного индикатора и с управляющим входом источника частотно-модулированного сигнала, вторые выводы первого и второго образцовых конденсаторов подключены к выходу первого усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 248065, кл, G 01 R 27/02, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 536437, кл. G 01 R 17/06, 1974 (прототип).