CS239647B1

CS239647B1 - Connexion for derivative measuring

Info

Publication number: CS239647B1
Application number: CS845799A
Authority: CS
Inventors: Pavel Mattausch
Original assignee: Pavel Mattausch
Priority date: 1984-07-27
Filing date: 1984-07-27
Publication date: 1986-01-16
Also published as: CS579984A1

Abstract

Podstatou zapojení je to, že kapacita je napájena zdrojem s lineárním přírůstkem napětí. Velikost proudu je přímo úměrná naměřené kapacitě. Výsledná hodnota měřeného proudu je stanovena rozdílem ze dvou měření pro dvě různé hodnoty přírůstku napětí na kapacitě.The essence of engagement is that capacity it is powered by a source with a linear increment Tension. The magnitude of the current is proportional measured capacity. The resulting measured value current is determined by the difference of two measurements for two different voltage increments on capacity.

Description

Vynález se týká zapojení pro derivační měření, u něhož se využívá pro měření zdroje s lineárním přírůstkem (konstantní derivací) napětí. Zapojení je určeno pro měření kapacity a indukčnosti.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a derivative measurement circuit in which a linear voltage increment (constant derivative) source is used to measure a source. The wiring is designed for measuring capacitance and inductance.

Dnešní stav techniky je tento:The state of the art is as follows:

Budeme-li mít multimetr, jehož funkce budeme chtít rozšířit o měření kapacity, můžeme do jeho systému zabudovat obvod pro měření kapacity jejím nabíjením konstantním proudem a měřením času od počátku nabíjeni do okamžiku dosažení určitého, předem stanoveného napětí na kapacitě. Chybu při tomto měřeni může tvořit i zbytkový náboj na kapacitě. Navíc, využívá-li se v multimetru pro měření integrační analogočíslicový převodník, nebudeme ho moci pro takovéto měření kapacity jednoduše využít. Můžeme se rozhodnout i pro střídavé měření kapacity pomocí zdroje sinusového signálu. To však vyžaduje zabudovat do multimetru přesný sinusový generátor.If we have a multimeter whose function we want to extend with capacity measurement, we can incorporate a capacity measurement circuit into its system by charging it with a constant current and measuring the time from the start of charging to the point of reaching a predetermined voltage on the capacity. The residual charge on the capacity may also be an error in this measurement. In addition, if an integrated analog-to-digital converter is used in a multimeter for measurement, we will not be able to simply use it for such capacity measurement. We can also opt for alternate capacity measurement using a sine wave source. However, this requires the installation of a precision sine wave generator in the multimeter.

Tyto nevýhody odstraňuje zapojeni podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že svorky měřené kapacity jsou připojeny mezi prvý výstup bloku výstupních obvodů a prvý vstup nulového obvodu, zatímco k přepínači referencí je připojen výstup bloku první reference a k přepínači referencí je připojen výstup bloku druhé reference, přičemž přepínač referencí je připojen k prvému vstupu nulovaného integrátoru, který je připojen k prvému vstupu regulovaného zdroje napětí, do jehož druhého vstupu je zapojen výstup měřiče napětí se svým prvým vstupem zapojeným do druhého výstupu bloku výstupních obvodů, přičemž regulovaný zdroj napětí je připojen ke vstupu měřiče proudu, jehož prvý výstup je připojen ke vstupu bloku výstupních obvodů, jejichž třetí výstup je zapojen do druhého vstupu nulových obvodů, jejichž výstup je spojen s druhým vstupem měřiče napětí, zatímco druhý výstup měřiče proudu je zapojen do prvého vstupu zesilovače s logicky ovládaným ziskem, jehož výstup je propojen do prvého vstupu bloku referenčního přepínače, jehož výstup je zapojen do prvého vstupu integračního analogočíslicového převodníku se svým prvým sběrnicovým výstupem zapojeným do sběrnicového vstupu bloku vyhodnocovacích obvodů, přičemž druhý výstup integračního analogočíslioového převodníku je propojen na druhý vstup bloku referenčního přepínače, zatímco prvý výstup bloku hodinových pulsů je zapojen do vstupu řídicích obvodů a druhý výstup bloku hodinových pulsů je zapojen do integračního analogočíslicového převodníku, zatímco řídicí obvody mají zapojen prvý výstup do třetího vstupu přepínače referenci, druhý výstup do druhého vstupu nulovaného integrátoru, třetí výstup do třetího vstupu nulového obvodu, čtvrtý výstup do druhého vstupu zesilovače s logicky ovládaným ziskem a pátý výstup do třetího vstupu bloku referenčního přepínače.These disadvantages are eliminated by the circuit according to the invention, which is characterized in that the measured capacitance terminals are connected between the first output of the output circuit block and the first neutral input, while the reference switch output is connected to the first reference block and the reference switch outputs the second reference block. wherein the reference switch is connected to a first input of a zero integrator that is connected to a first input of a regulated voltage source, the second input of which is connected to a voltage meter output with its first input connected to a second output of the output circuit block; a current meter input whose first output is connected to an input of a block of output circuits, the third output of which is connected to a second input of the neutral circuits, the output of which is connected to a second voltage meter input, while a second current meter output it is connected to the first logic gain gain amplifier, the output of which is connected to the first input of the reference switch block, the output of which is connected to the first input of the A / D converter with its first bus output connected to the bus input of the evaluation circuit block; the converter is connected to the second input of the reference switch block, while the first output of the clock pulse block is connected to the input of the control circuits and the second output of the clock pulse block is connected to the integration analog / digital converter. to the second input of the zero integrator, the third output to the third input of the zero circuit, the fourth output to the second input of the amplifier with logically controlled gain, and the fifth output to the three the third input of the reference switch block.

Podstatou vynálezu dále je, že výstup nulovaného integrátoru je zapojen do prvého vstupu regulovaného zdroje proudu, jehož výstup je zapojen do vstupu měřiče proudu, přičemž do druhého vstupu regulovaného zdroje proudu je zapojen druhý výstup měřiče proudu, zatímco do prvého vstupu zesilovače s logicky ovládaným ziskem je propojen výstup měřiče napětí.The invention further provides that the zero integrator output is connected to a first input of the regulated current source, the output of which is connected to the input of the current meter, wherein the second input of the regulated current source is connected to the second output of the current meter. the output of the voltage meter is connected.

V zapojení podle vynálezu je kapacita měřena tak, že je napájena zdrojem s lineárním 'přírůstkem napětí a měřen je proud kapacitou. Velikost proudu je přímo úměrná měřené kapacitě.In the circuit according to the invention, capacitance is measured by being supplied by a linear voltage increment source and current measured by capacitance. The magnitude of the current is proportional to the measured capacity.

Výsledná hodnota měřeného proudu je stanovena rozdílem ze dvou měření pro dvě různé hodnoty přírůstku napětí na kapacitě. Měření probíhá v periodách, ve kterých je zařazena i doba pro snulování napětí na měřené kapacitě. Doba trvání periody měření je závislá na rychlosti zvoleného přírůstku napětí na kapacitě z hlediska překročení maximálního napětí výstupu zdroje s lineárním přírůstkem napětí. Pro konečné vyhodnocení se využívá integračního převodu, jehož doba integrace je celočíselným násobkem doby trvání periody měření.The resulting value of the measured current is determined by the difference of two measurements for two different voltage increments on capacitance. The measurement takes place in periods in which the time to zero the voltage on the measured capacity is included. The duration of the measurement period depends on the speed of the selected voltage increment on the capacity in terms of exceeding the maximum voltage of the output of the linear voltage increment source. For the final evaluation, the integration conversion is used, the integration time of which is an integer multiple of the duration of the measurement period.

Na přiloženém výkresu je znázorněn příklad zapojení podle vynálezu.An example of a circuit according to the invention is shown in the attached drawing.

Svorky měřené kapacity jsou připojeny mezi prvý výstup 51 laloku 15 výstupních obvodů a prvý vstup 81 nulového obvodu ji, zatímco k přepínači 2 referencí je připojen výstup 31 bloku 2 první reference a k přepínači 2 referencí je připojen výstup 32 bloku 2 druhé reference, přičemž přepínač’2 referencí je připojen k prvému vstupu 43 nulovaného integrátoru 4, který je připojen k prvému vstupu 54 regulovaného zdroje 2 napětí, do jehož druhého vstupu je zapojen výstup 57 měřiče 7 napětí se svým prvým vstupem zapojeným do druhého výstupu 75 bloku 15 výstupních obvodů, přičemž regulovaný zdroj 2 napětí je připojen ke vstupu 65 měřiče _6 proudu, jehož prvý výstup je připojen ke vstupu 61 bloku 15 výstupních obvodů, jejichž třetí výstup je zapojen do druhého vstupu 18 nulových obvodů 2# jejichž výstup je spojen s druhým vstupem 78 měřiče Ί_ napětí, zatímco druhý výstup měřiče 2 proudu je zapojen do prvého vstupu 96 zesilovače 2 ^s logicky ovládaným ziskem, jehož výstup je propojen do prvého vstupu 91 bloku 10 referenčního přepínače, jehož výstup je zapojen do prvého vstupu 20 integračního analogočíslicového převodníku 11 se svým prvým sběrnicovým výstupem zapojeným do sběrnicového vstupu 21 bloku 12 vyhodnocovacích obvodů, přičemž druhý výstup integračního analogočíslicového převodníku 11 je propojen na druhý vstup 22 bloku 10 referenčního přepínače, zatímco prvý výstup bloku 14 hodinových pulsů je zapojen do vstupu 40 řídicích obvodů 13 a druhý výstup bloku 14 hodinových pulsů je zapojen do integračního analogočíslicového převodníku 11, zatímco řídící obvody 13 mají zapojen prvý výstup do třetího vstupu 33 přepínače 2 referencí, druhý výstup do druhého vstupu 34 nulovaného integrátoru třetí výstup do třetího vstupu 32 nulového obvodu 2< čtvrtý výstup do druhého vstupu 39 zesilovače 2 ^s logicky ovládaným ziskem a. pátý výstup do třetího vstupu 31 bloku 10 referenčního přepínače.The terminals of the measured capacity are connected between the first output 51 of the output circuit lobe 15 and the first neutral input 81 thereof, while the output switch 31 of the first reference block 2 is connected to the reference switch 2 and the output 32 of the second reference block 2 is connected. 2 by reference, it is connected to the first input 43 of the zero integrator 4, which is connected to the first input 54 of the regulated voltage source 2, to the second input of which the output 57 of the voltage meter 7 is connected with its first input connected to the second output 75 of the output circuit 15; the regulated voltage source 2 is connected to the input 65 of the current meter 6, the first output of which is connected to the input 61 of the output circuit block 15, the third output of which is connected to the second input 18 of the neutral circuits 2 while the second output of the current meter 2 is connected to a first input 96 of ^a logically controlled gain amplifier whose output is coupled to the first input 91 of the reference switch block 10, the output of which is connected to the first input 20 of the integration analog-to-digital converter 11 with its first bus output connected to the bus input 21 of the evaluation circuit block 12; wherein the second output of the integration analog-to-digital converter 11 is coupled to the second input 22 of the reference switch block 10, while the first output of the 14-hour pulse block is connected to the input 40 of the control circuits 13 and the circuits 13 have the first output connected to the third input 33 of the reference switch 2, the second output to the second input 34 of the zero integrator the third output to the third input 32 of the neutral circuit 2 <the fourth output to the second input 39 of the amplifier 2 ^{with a} logically controlled gain a. A fifth output to the third input 31 of the reference switch block 10.

Funkce zapojení podle vynálezu spočívá v tom, že velikost měřené kapacity je určena v bloku 12 vyhodnocovacích obvodů z výsledku integrace integračního analogočíslicového převodníku 21, který integruje periodický napěřový signál o známé periodě po dobu celočíselného násobku doby trvání jedné .periody. Perioda integrovaného napětí se skládá z pěti dob.The circuitry function of the invention is that the magnitude of the measured capacitance is determined in block 12 of the evaluation circuitry as a result of integrating an integration analog-to-digital converter 21 that integrates a periodic voltage signal of a known period for an integer multiple of one period. The integrated voltage period consists of five periods.

V první době integruje integrační analogočíslicový převodník 11 nulové napětí a měřená kapacita je napájena napětím s lineárním přírůstkem odpovídajícím první referenci určené v bloku 2 první reference pro regulaci regulovaného zdroje 2 napětí. Vlastní regulační signál pro regulovaný zdroj 2 napětí je vytvořen integrací reference v nulovaném integrátoru 2·In the first time, the integration analog-to-digital converter 11 integrates a zero voltage and the measured capacity is supplied with a linear increment voltage corresponding to the first reference determined in block 2 of the first reference for controlling the regulated voltage source 2. The actual control signal for the regulated voltage source 2 is generated by integrating the reference in the zero integrator 2 ·

Napětí na měřené kapacitě je snímáno měřičem 2 napětí a je určeno pro zpětnou vazbu regulovaného zdroje 2 napětí. Velikost proudu, který prochází přes měřenou kapacitu do nulového obvodu 8, je měřena měřičem 6 proudu, jehož výstupní signál zpracovává zesilovač 2 ^s logicky ovládaným ziskem, který v této první době pracuje jako invertující zesilovač. Po ustálení napětí na výstupu zesilovače 2 ^s logicky ovládaným ziskem nastává druhá doba periody, ve které je toto napětí integrováno v integračním analogočíslicovém převodníku 11.The voltage on the measured capacity is sensed by the voltage meter 2 and is intended for the feedback of the regulated voltage source 2. The amount of current that passes through the measured capacity to the neutral circuit 8 is measured by a current meter 6 whose output signal is processed by an amplifier 2 ^{with a} logically controlled gain, which at this time is acting as an inverting amplifier. After the voltage has stabilized at the output of the amplifier 2 ^with logically controlled gain, the second period of the period in which this voltage is integrated in the integration analog-to-digital converter 11 occurs.

V třetí době integrační analogočíslicový převodník 11 integruje opět nulové napětí, změní se napájení měřené kapacity napětím s lineárním -hárůstem pro nárůst odpovídající druhé referenci určené v bloku 2 druhé reference a velikost měřeného proudu je zpracovávána v zesilovači 2 s logicky ovládaným ziskem, který v této třetí době změní zesílení na neinvertující, opět po ustálení napětí na jeho výstupu nastává čtvrtá doba periody, v níž je toto napětí integrováno v integračním analogočíslicovém převodníku 11♦In the third time, the integration analog-to-digital converter 11 integrates again the zero voltage, the power supply of the measured capacity is changed by the linear-incremental voltage to increase corresponding to the second reference determined in the second reference block 2 and the measured current is processed in the logically controlled gain amplifier. the third time turns the gain to non-inverting, again after the voltage at its output stabilizes, the fourth period of the period in which this voltage is integrated in the integration analog-to-digital converter 11 nast

V páté, poslední době periody, se nuluje nulovaný integrátor integrační analogočíslicový převodník integruje nulové napětí a zbylé napětí na měřené kapacitě je snulováno nulovými obvody 2·In the fifth, most recent period of zero, the zero integrator is zeroed Integral analog-to-digital converter integrates zero voltage and the remaining voltage on the measured capacity is zeroed by zero circuits 2 ·

Přepínání prvé a druhé reference pro regulaci regulovaného zdroje 2 napětí zabezpečuje přepínač 2 referencí, přepínání nulového napětí a měřeného napětí do integračního analogočíslicového převodníku 11 zajišřuje blok 10 referenčního přepínače. Správnou posloupnost _:měření a jednotlivé doby ovládají řídicí obvody 22· Shoda stejných (celočíselně násobných) časových intervalů je zajištěna společným blokem 14 hodinových pulsů pro řídicí obvody 22 a integrační analogočíslicový převodník 11.The switching of the first and second references for the regulation of the regulated voltage source 2 is provided by the reference switch 2, the switching of the zero voltage and the measured voltage to the integration analog-to-digital converter 11 is provided by the reference switch block 10. Correct Sequence _{: The} control circuits 22 control the measurements and the individual times. · The same (integer multiple) time intervals are guaranteed by a common 14 clock pulse block for the control circuits 22 and the integration analog-to-digital converter 11.

Takto zintegrovaný signál je úměrný procházejícímu proudu měřenou kapacitou napájenou napětím s lineárním nárůstem daným rozdílem dvou referencí a tudíž úměrný měřené kapacitě. Měřením pro dvě hodnoty lineárního nárůstu napětí se odstraní aditivní chyby části měřicího řetězce před rozdílovým členem, určujícím rozdíl obou měření pro další zpracování, jakož se i odstraní případná chyba vlivem zbytkového náboje na měřené kapacitě. Integračním převodem se současně odstraní chyby způsobené případnými šumy.The signal thus integrated is proportional to the current passing through the measured capacitance supplied by the voltage with a linear increase given by the difference of the two references and thus proportional to the measured capacitance. By measuring for two values of linear voltage increase, additive errors of the part of the measuring chain before the differential member determining the difference of the two measurements for further processing are eliminated, as well as any possible error due to residual charge on the measured capacity. The integration conversion also removes errors caused by possible noise.

Zapojení je vhodné využít pro měřeni kapacity multimetry využívající integračního převodu měřené veličiny, kde úpravou režimu jejich činnosti dosáhneme vytčeného cíle při zachovaném integračním charakteru převodu.It is advisable to use the wiring for measuring the capacity of a multimeter using the integration conversion of the measured quantity, where by adjusting the mode of their operation we achieve the set target while maintaining the integration character of the conversion.

Zapojení lze využit také v těch případech, kdy pro měření kapacity nemůžeme z jakýchkoliv důvodů použít zdroj sinusového signálu.The connection can also be used in those cases where the sine wave source cannot be used for any reason.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

1. A derivative measurement circuitry characterized in that the measured capacitance terminals are connected between the first output (51) of the output circuit block (15) and the first input (81) of the neutral circuit (8), while the output switch (3) is connected to the reference switch (3). 31) the first reference block (1) and the output (32) of the second reference block (2), the output of the reference switch (3) being connected to a first input (43) of the zero integrator (4) connected to the first input (54) a regulated voltage source (5), the second input of which is an output (57) of the voltage meter (7) with its first input connected to the second output (75) of the output circuit block (15), the output of the regulated voltage source (5) connected to an input (65) of a current meter (6) the first output of which is connected to an input (61) of the output circuit block (15), the third output of which is connected to the second input (18) of the neutral circuits (8) second input m (78) of the voltage meter (7), while the second output of the current meter (6) is connected to the first input (96) of the logically controlled gain amplifier, whose output is connected to the first input (91) of the reference block (10) a switch whose output is connected to the first input (20) of the integration analog-to-digital converter (11) with its first bus output connected to the bus input (21) of the evaluation circuit block (12), the second output of the integration analog-to-digital converter (11) being connected to the second input (22) of the reference switch block (10), while the first output of the clock pulse block (14) is connected to the input (40) of the control circuits (13) and the second output of the clock pulse block (14) is connected to an integrated analog / digital converter (11), while the control circuits (13) have the first output connected to the third input (33) of the reference switch (3), the second output to the second input (34) nulo integrated output (4), a third output to the third input (38) of the neutral circuits (8), a fourth output to the second input (39) of the logically controlled gain amplifier (9) and a fifth output ⁵ to the third input (31) of the block (10) reference switch.

2. A derivative measurement circuit as claimed in claim 1, wherein the output of the zeroed integrator (4) is connected to a first input (54) of a regulated current source (55), the output of which is connected to an input (65) of the current meter (6). a second output (56) of the current meter (6) is connected to the second input of the regulated source (55), while the output (97) of the voltage meter (7) is connected to the first input of the amplifier (9) with logically controlled gain.