CS211495B1

CS211495B1 - Wiring to measure passive double pole impedance

Info

Publication number: CS211495B1
Application number: CS838878A
Authority: CS
Inventors: Juraj Kubicek; Jozef Dalzuffo; Benedikt Holly
Original assignee: Juraj Kubicek; Jozef Dalzuffo; Benedikt Holly
Priority date: 1978-12-15
Filing date: 1978-12-15
Publication date: 1982-02-26

Abstract

Vynález rieSi automatizované meranie zmien pomerov réálnej a imaginérnej časti impedancie. Jeho podstata je v tom, že pozostáva z oscilátore harmonického napatia, spojeného so zosilnovačom, ktorého výstup je spojený s odporom v sérii s meranou impedanoiou a s fázovým článkom a tiež komparátorom. Výstup fázovacieho článku je spojený s ďalSím komparátorom. Výstupy komparátorov sú spojené so vstupmi derivačných obvodov, ktorých výstupy sú spojené so spínačmi v -sérii s paměťovými kondenzátOrmi. Spoločný bod odporu a meranej impedancie jg spojený so vstupom oddeTovacieho zosilňovača, ktorého výstup je spojený s ovládacími vstupmi. Vynález je znázorněný na priloženom výkrese.The invention solves the automated measurement of changes in the ratios of the real and imaginary parts of the impedance. Its essence is that it consists of a harmonic voltage oscillator connected to an amplifier, the output of which is connected to a resistor in series with the measured impedance and to a phase cell and also a comparator. The output of the phase cell is connected to another comparator. The outputs of the comparators are connected to the inputs of the derivation circuits, the outputs of which are connected to switches in series with storage capacitors. The common point of the resistance and the measured impedance is connected to the input of the isolating amplifier, the output of which is connected to the control inputs. The invention is illustrated in the attached drawing.

Description

Vynález sa týká zapojenia ňa, meranie impedancie pasivných dvojplólov.The invention relates to the connection, measurement of the impedance of passive biplanes.

Doterajšie zariadenia umožňujúce meranie impedanoií neboli dostatočne pružné, čo sa týká dynamiky merania.Pri mostikovýoh metodách, ak sa zmenia poměry v impedanci!, vyžaduje to dodatočné vyváženie, pokial’ nie je daný mostik plnoautomatizovaný. Tak isto merače impedancie, ktoré merajú priamo modul a fázu impedancie, sa vyznačuji! dlhou dobou merania.Current devices enabling impedance measurements are not flexible enough in terms of measurement dynamics. In bridge methods, if the ratios in the impedance change!, this requires additional balancing, unless the given bridge is fully automated. Likewise, impedance meters, which measure directly the module and phase of the impedance, stand out! long measurement time.

Uvedené nedostatky odstraňuje zapojenie na meranie impedancie pasivných dvojpólov podTa vynálezu, ktorého podstata spočívá v tom, že pozostáva z oscilátore harmonického napatia, spojeného so zosilňovačom, ktorého výstup je spojený s odporom v sérii.s meranou impedanciou a s fázovaoím článkom, ktorého výstup je spojený s prvým komparátorom.The mentioned shortcomings are eliminated by the connection for measuring the impedance of passive bipolars according to the invention, the essence of which consists in the fact that it consists of a harmonic voltage oscillator connected to an amplifier whose output is connected to a resistor in series with the measured impedance and to a phasing cell whose output is connected to the first comparator.

Výstup zosilňovača je spojený so vstupom druhého komparátora. Výstupy prvého a druhého komparátora sú spojené so vstupnii derivačnýoh obvodov, ktorých výstupy sú spojené so spí načmi v sérii s paměťovými kondenzátormi.The output of the amplifier is connected to the input of the second comparator. The outputs of the first and second comparators are connected to the inputs of derivative circuits, the outputs of which are connected to sleepers in series with memory capacitors.

Společný bod odporu a meranej impedancie je spojený so vstupom oddeTovaciehd zosilňovača, ktorého výstup je spojený s ovládacími vstupmi spínačov.The common point of the resistance and the measured impedance is connected to the input of the output amplifier, whose output is connected to the control inputs of the switches.

Pokrok zapojenia podTa vynálezu spočívá predovšetkým v plnej automatizácii merania.The progress of the connection according to the invention consists primarily in the full automation of the measurement.

V případe zmien pomerov v impedancii máme priamo prehTad o změnách jednotlivých častí impedancie, lebo vyhodnocovanie reálnej a imaginárnej časti impedancie prebieha súčasne.In the case of changes in impedance ratios, we have a direct overview of the changes in the individual parts of the impedance, because the evaluation of the real and imaginary part of the impedance takes place simultaneously.

Bloková sehéma zapojenia podTa vynálezu je znázorněná na obrázku.The block diagram of the connection according to the invention is shown in the figure.

Zapojenie podTa vynálezu je tvořené oscilátorom 0 harmonického napatia, spojeným so zosilňovačom Z. Výstup zosilňovača Z je spojený s odporom R v sérii s meranou impedanciou ŽThe connection according to the invention is formed by an oscillator 0 harmonic naptia, connected to the amplifier Z. The output of the amplifier Z is connected to the resistor R in series with the measured impedance Ž

Na výstup zosilňovača Z je áalej připojený druhý komparátor K2 priamo a prvý komparátor Kl cez fázovací článok fS . Výstupy komparátorov Kl . K2 sú spojené so vstupmi derivačnýeh obvodov DPI. D02. Ich výstupy sú spojené cez spínače St_, S2 s paměťovými kondenzátormi C1 . C2.The second comparator K2 is connected directly to the output of the amplifier Z and the first comparator Kl via the phasing element fS. Outputs of comparators Kl. K2 are connected to the inputs of the DPI derivative circuits. D02. Their outputs are connected via switches St_, S2 with memory capacitors C1. C2.

Spínače S1 . S2 sú svojimi ovládacími vstupmi připojené na výstup oddeTovacieho zosilňovača OdZ. ktorého vstup je spojený so spoločným bodom odporu R a meranej impedancie Z.Switches S1. S2 are connected with their control inputs to the output of the decoupling amplifier OdZ. whose input is connected to the common point of the resistance R and the measured impedance Z.

Oscilátor 0 generuje harmonické napatie, ktoré sa v nasledujúcom zosilňovač! Z zosilnuje na potrebnú úroveň. Nech je časový priebeh napatia na výstupe zosilňovača popísaný následovně:Oscillator 0 generates harmonic voltages which are amplified in the following! Z amplifies to the required level. Let the time course of the naptia at the output of the amplifier be described as follows:

u_Q - U_Q sin ω t (1)u _Q - U _Q sin ω t (1)

Ak hodnota odporu R spíňa podmienku kde Z_max je maximálně impedancie, w je uhlová rýchlosť a t je čas, potom mSžeme povedať, že hodnota amplitúdy prúdu pretekajúceho impedanciou Z je přibližné konštantná (I = konšt.) v celom rozsahu hodnčt meranej impedancie.If the value of the resistance R switches the condition where Z _max is the maximum impedance, w is the angular velocity and at is the time, then mS can be said that the value of the amplitude of the current flowing through the impedance Z is approximately constant (I = constant) in the entire range of measured impedance values.

Okamžitá hodnota prúdu pretekajúoeho cez impedanciu Z je teda:The instantaneous value of the current flowing through the impedance Z is therefore:

i = I sin ω t, (2)i = I sin ω t, (2)

kde where I I Je It is absolútna hodnota prúdu absolute value of current je is uhlová rýchlosť angular velocity t t je is čas. time.

Na' hodnota impedanci! Z vznikne v ddsledku pretekania prúdu úbytok napátia, ktorého okamžitá u = U sin (wt i , kdeNa' value impedance! As a result of the flow of current, there will be a drop in voltage, whose instantaneous u = U sin (wt i , where

U je absolútna hodnota napátia γ je uhol vektore U.U is the absolute value of the voltage γ is the angle of the vector U.

Pre impedaneiu Z můžeme písať:For impedance Z we can write:

i = y, kde ^I i = y, where ^I

U je vektorová hodnota napátiaU is the vector value of the voltage

I je vektorová hodnota prúduI is the vector value of the current

Z je vektorová hodnota impedanoie.Z is the impedance vector value.

Taktiež pre absolútne hodnoty:Also for absolute values:

z = · kde ¹ z = · where ¹

U je absolútna hodnota napátiaU is the absolute value of the voltage

I je absolútna hodnota prúdu.I is the absolute value of the current.

Rovnicu (3) můžeme rozpísať následovně:Equation (3) can be written as follows:

u = U (sin ω t cos Φ i cos ω t sin)u = U (sin ω t cos Φ i cos ω t sin)

Ak dosadíme z'rovnice (5) do rovnice (6), dostáváme u = I (Z cos Φ sin ω t i.Z sin Φ cos ω t), kdeIf we substitute z' of equation (5) into equation (6), we get u = I (Z cos Φ sin ω t i.Z sin Φ cos ω t), where

Z je absolútna hodnota impedanoie.Z is the absolute value of the impedance.

(3) (4) (5) (6) (7)(3) (4) (5) (6) (7)

Vidíme, že okamžitú hodnotu napátia u na impedancii Ž můžeme rozdělit na dve časti:We see that the instantaneous value of the voltage u across the impedance Ž can be divided into two parts:

u = (Z cos Φ sin ω t ± IZ sin Φ cos ω t) (8)u = (Z cos Φ sin ω t ± IZ sin Φ cos ω t) (8)

Sálej platí:Sale applies:

Re(Ž) = Z cos Φ Im (Ž) = Z sin Φ, (9) kdeRe(Ž) = Z cos Φ Im (Ž) = Z sin Φ, (9) where

Re(Z) je reálna zložka impedanoie,Re(Z) is the real impedance component,

Im(Z) je imaginárna zložka impedanoie.Im(Z) is the imaginary component of the impedance.

Teda v rovnici (8) máme obsiahnuté obidve časti impedanoie Ž. Ak využijeme taký vhodný čas tj, v ktorom platí:Thus, in equation (8) we have both parts of the impedance Ž. If we use such a convenient time, i.e. in which:

sin ω t, = 0; cos ω t, = i 1, potom rovnice (8) v čase t₁ nadobúda tvar:sin ω t, = 0; cos ω t, = i 1, then equation (8) takes the form at time t ₁ :

u, = ± IZ sin (10)u, = ± IZ sin (10)

Hodnota napátia v čase t,, (u,) je priamoúmerná hodnotě imaginárnej časti impedanoie Z, ak si uvědomíme, že I = konSt. DalSí vhodný čas je t₂, v ktorom platí:The value of the voltage at time t,, (u,) is directly proportional to the value of the imaginary part of the impedance Z, if we realize that I = conSt. Another suitable time is t ₂ , in which:

cos to t₂ — Oj sin to t₂ — — 1cos to t ₂ — Oj sin to t ₂ — — 1

Rovnice (8) v čase t₂ nadobúda tvar:Equation (8) at time t ₂ takes the form:

u₂ = í IZ cos (11)u ₂ = í IZ cos (11)

Z toho vyplývá, že. hodnota napatia u₂ v Sase t₂ je priamoúmerná hodnotě reálnej časti impedancie Ž, ak I = konSt. Harmonické napětie, ktorého časový priebeh je nasledovný:It follows that. the value of napatia u ₂ in Sase t ₂ is directly proportional to the value of the real part of the impedance Ž, if I = conSt. A harmonic voltage whose time course is as follows:

< Ug = Ug cos ω t = Uo K cos ω t (12)< Ug = Ug cos ω t = Uo K cos ω t (12)

1’ahko získáme zo základného priebehu napatia pomocou fázovacieho článku FČ_>napr. RC článku. Fázový posun článku je 90°. Končtanta K v rovnici (12) je absolátna hodnota přenosu fázovacieho článku:We can easily obtain the voltage from the basic waveform using a FČ phasing cell _> e.g. an RC cell. The phase shift of the cell is 90°. The constant K in equation (12) is the absolute value of the transmission of the phasing cell:

Harmonické napětie u_Q a Ug privádzame na vstupy napěťových komparátorov Kl . K2. ktoré určujú časy, kedy tieto napatia nadobúdajú nulová hodnotu. Na výstupoch komparátorov Kl. K2 dostáváme pravoúhlé impulzy, ktoré sú privádzané na vstup derivačných obvodov DPI. D02.Harmonic voltages at _Q and Ug are supplied to the inputs of voltage comparators Kl. K2. which determine the times when these napatias acquire a zero value. At the outputs of the comparators Kl. K2 receives rectangular pulses that are fed to the input of the DPI derivative circuits. D02.

Aktívna Sirka impulzu na výstupe derivačného obvodu závisí od časovej konstanty tohto obvodu a je volená tak, že má mengiu hodnotu ako čas odpovedajúci v uhlovej miere 1° priebe hu harmonického napatia oscilátora 0.The active width of the pulse at the output of the derivative circuit depends on the time constant of this circuit and is chosen so that it has a value greater than the time corresponding to the angular rate of 1° of the course of the harmonic voltage of the oscillator 0.

Je zřejmé, že ak budeme v čase, keď u_Q - 0, alebo Ug = 0 snímať vzorky z priebehu napatia na impedancii Z do paměťových kondenzátorov C1 . C2, tak sa tieto nabíjajú na hodnoty napětí v čase snímania vzoriek,It is obvious that if at the time when u _Q - 0 or Ug = 0 we take samples from the course of napatium on the impedance Z into the memory capacitors C1. C2, so these are charged to voltage values at the time of sampling,

Snímanie vzoriek realizujeme pomocou spínačov Sl . S2. ktoré sú ovládané napětím z výstupov derivačných obvodov DPI. DO2. Medzi impedanciou Z a spínačmi Si, S2 je zaradený oddělovací zosilňovač OdZ. Hodnoty jednosměrných napětí na paměťových kondenzátoroch C£, C2 sú teda úměrné reálnej a imaginárnej časti impedancie Z.The sampling is realized using the switches Sl. S2. which are controlled by the voltage from the outputs of the DPI derivative circuits. DO2. Between the impedance Z and the switches Si, S2, a decoupling amplifier OdZ is included. The DC voltage values on the memory capacitors C£, C2 are therefore proportional to the real and imaginary parts of the impedance Z.

Oddělovací zosilňovač OdZ musí mať.velkú hodnotu vstupného odporu, malú hodnotu výstup ného odporu, nulový fázový posun medzi vstupom a výstupom a dostatočná napěťové zosilnenie.The decoupling amplifier OdZ must have a large value of input resistance, a small value of output resistance, zero phase shift between input and output and sufficient voltage gain.

Rozsahy zapojenia podlá vynálezu možno meniť nasledujúcimi spčsobmi:The connection ranges according to the invention can be changed in the following ways:

1. změnou hodnoty odporu R,1. by changing the value of the resistor R,

2. změnou zosilnenia zosilňovača Z,2. by changing the gain of the amplifier Z,

3. změnou rozsahu meracích prístrojov merajúcich napětie na paměťových kondenzátoroch Cl., £2.3. by changing the range of measuring instruments measuring voltages on memory capacitors Cl., £2.

Na začiatku popisu bol spravený předpoklad (1). K tým istým výsledkom by sme dospěli aj za předpokladu:At the beginning of the description, assumption (1) was made. We would reach the same results if:

u„ = U. cos ω t 0 o (14)u„ = U. cos ω t 0 o (14)

Uvedené zapojenie impedancie pasivných dvojpďlov možno použiť při automatizovanom meraní zmien pomerov reálnej a imaginárnej časti impedancie.The indicated connection of the impedance of passive two-parts can be used in the automated measurement of changes in the ratios of the real and imaginary parts of the impedance.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Circuit for measuring the impedance of passive dipoles, characterized in that it consists of a harmonic voltage oscillator (O) connected to an amplifier (Z), the output of which is coupled to an iR resistor in series with the measured impedance (Z) and a 3 phase cell ), the output of which is connected to the first comparator (K1), the output of the amplifier (Z) being also connected to the input of the second comparator (K2), the outputs of the first and second comparators (ΚΙ, K2) and DQ2), the outputs of which are connected to switch 21115 mi (S1, S2) in series with memory capacitors (C ,, C2), while the co-common point of resistance (R) and measured impedance (Z) is connected to the input of isolation amplifier (OdZ) ), the output of which is connected to the control inputs of the switches (St, S2).