MD790Z

MD790Z - Method for measurement of impedance components

Info

Publication number: MD790Z
Application number: MDS20140027A
Authority: MD
Inventors: Виталие НАСТАС
Original assignee: Технический университет Молдовы
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2015-01-31
Also published as: MD790Y

Abstract

The invention relates to the field of electrical and electronic measuring and can be used for high-precision measurement of impedance components.The method for measurement of impedance components consists in the formation of a resonant measuring circuit of the object to be measured and a comparison element, reproducing an impedance with virtual character, power supply of the resonant circuit with the measuring signal, formation of disequilibrium signal as a result of interaction of the measuring signal with the resonant circuit and control of this signal, regulation of impedance comparison element to the attainment of the resonance state between the measured components of the unknown impedance and the corresponding components of the comparison element impedance, as well as determination of values of the measured impedance components from their known dependence on the values of the comparison element impedance components in the equilibrium state of the measuring circuit. The measuring signal of the resonance circuit is regulated to a value ensuring the lack of signal distortion in the comparison element.

Description

Invenţia se referă la domeniul măsurărilor electrice şi electronice şi poate fi utilizată pentru măsurarea cu precizie înaltă a componentelor impedanţei. The invention relates to the field of electrical and electronic measurements and can be used for high-precision measurement of impedance components.

Cea mai apropiată soluţie este metoda de măsurare a componentelor impedanţei, care constă în formarea unui circuit rezonant de măsurare din obiectul măsurat şi un element de referinţă, alimentarea circuitului rezonant cu semnal de măsurare, controlul semnalului de dezechilibru, obţinut în urma interacţiunii circuitului rezonant cu semnalul de măsurare, echilibrarea circuitului de măsurare prin reglarea impedanţei elementului de referinţă până la obţinerea stării de rezonanţă şi determinarea componentelor impedanţei măsurate din dependenţa lor de componentele impedanţei elementului de referinţă [1]. The closest solution is the impedance component measurement method, which consists of forming a resonant measurement circuit from the measured object and a reference element, feeding the resonant circuit with a measurement signal, controlling the imbalance signal, obtained from the interaction of the resonant circuit with the measurement signal, balancing the measurement circuit by adjusting the impedance of the reference element until the resonance state is obtained, and determining the measured impedance components from their dependence on the impedance components of the reference element [1].

Dezavantajul acestei metode constă în posibilitatea apariţiei unor erori considerabile la unele valori ale impedanţei măsurate, cauzate de distorsiunile semnalului de măsurare în circuitul elementului de referinţă. Apariţia acestor distorsiuni este cauzată de valoarea constantă a semnalului de măsurare. The disadvantage of this method is the possibility of considerable errors in some values of the measured impedance, caused by distortions of the measurement signal in the reference element circuit. The appearance of these distortions is caused by the constant value of the measurement signal.

Problema pe care o rezolvă prezenta invenţie constă în asigurarea unei precizii înalte de măsurare pentru orice valoare a impedanţei măsurate. The problem solved by the present invention consists in ensuring high measurement accuracy for any value of the measured impedance.

Metoda, conform invenţiei, înlătură dezavantajul menţionat mai sus prin aceea că constă în formarea unui circuit rezonant de măsurare din obiectul măsurat şi un element de referinţă, care reproduce o impedanţă cu caracter virtual; alimentarea circuitului rezonant cu semnal de măsurare; formarea unui semnal de dezechilibru ca rezultat al interacţiunii semnalului de măsurare cu circuitul rezonant şi controlul acestui semnal; reglarea impedanţei elementului de referinţă până la obţinerea stării de rezonanţă între componentele măsurate ale impedanţei necunoscute şi componentele respective ale impedanţei elementului de referinţă, precum şi determinarea valorilor componentelor măsurate ale impedanţei din dependenţa cunoscută a acestora de valorile componentelor impedanţei elementului de referinţă în starea de echilibru a circuitului de măsurare. Semnalul de măsurare al circuitului rezonant se reglează până la valoarea, care asigură lipsa distorsiunilor semnalului în elementul de referinţă. The method, according to the invention, eliminates the above-mentioned disadvantage by consisting in forming a resonant measuring circuit from the measured object and a reference element, which reproduces a virtual impedance; feeding the resonant circuit with a measurement signal; forming an imbalance signal as a result of the interaction of the measurement signal with the resonant circuit and controlling this signal; adjusting the impedance of the reference element until the resonance state is obtained between the measured components of the unknown impedance and the respective components of the impedance of the reference element, as well as determining the values of the measured impedance components from their known dependence on the values of the impedance components of the reference element in the equilibrium state of the measuring circuit. The measuring signal of the resonant circuit is adjusted to the value that ensures the absence of signal distortions in the reference element.

Rezultatul invenţiei reprezintă o metodă de măsurare cu precizie înaltă a componentelor impedanţei într-o bandă largă de valori. The result of the invention is a method for measuring with high precision the impedance components in a wide range of values.

Invenţia se explică prin desenul din figură, care reprezintă diagrama vectorială a procesului de măsurare. The invention is explained by the drawing in the figure, which represents the vector diagram of the measurement process.

Obiectul măsurat şi elementul de referinţă, în calitate de element de referinţă utilizându-se un convertor de impedanţă, formează un circuit rezonant de măsurare, de exemplu, în serie, alimentat de curentul I de la un generator de semnal. Semnalul de dezechilibru Ude reprezintă suma căderilor de tensiune UZx pe impedanţa măsurată şi UZr pe impedanţa de referinţă Zr reprodusă de convertor: The measured object and the reference element, as a reference element using an impedance converter, form a resonant measuring circuit, for example, in series, powered by the current I from a signal generator. The unbalance signal Ude represents the sum of the voltage drops UZx on the measured impedance and UZr on the reference impedance Zr reproduced by the converter:

Ude = UZx + UZr = I(ZX+Zr) (1) Ude = UZx + UZr = I(ZX+Zr) (1)

Condiţia de terminare a procesului de măsurare este: The condition for terminating the measurement process is:

U°de = 0, (2) U°de = 0, (2)

care se obţine în urma echilibrării circuitului de măsurare prin intermediul reglării componentelor impedanţei Zr. Atunci valoarea impedanţei măsurate se exprimă prin valoarea impedanţei de referinţă în stare de echilibru: which is obtained after balancing the measurement circuit by adjusting the impedance components Zr. Then the measured impedance value is expressed by the reference impedance value in equilibrium:

UZx = U°Zr => ZX = Z°r , (3) UZx = U°Zr => ZX = Z°r , (3)

ceea ce prezintă rezultatul măsurării. which presents the measurement result.

În unele cazuri, la anumite valori ale impedanţelor ZX, Zr în circuitul convertorului pot apărea distorsiuni ale semnalului, ceea ce duce la abaterea tensiunii UZr de la valoarea U°Zr (valoarea U1 Zr în fig. 1). Ca rezultat, la echilibrarea circuitului de măsurare apare o eroare considerabilă a rezultatului. In some cases, at certain values of the impedances ZX, Zr in the converter circuit, signal distortions may occur, which leads to the deviation of the voltage UZr from the value U°Zr (the value U1 Zr in Fig. 1). As a result, when balancing the measuring circuit, a considerable error in the result appears.

Pentru înlăturarea acestei erori se reglează tensiunea generatorului până la o valoare, care exclude apariţia distorsiunilor şi, ca rezultat, se asigură o precizie înaltă de măsurare la variaţia impedanţei măsurate într-o bandă largă de valori. To eliminate this error, the generator voltage is adjusted to a value that excludes the occurrence of distortions and, as a result, ensures high measurement accuracy when the measured impedance varies over a wide range of values.

Ca exemplu de implementare poate servi cazul măsurării unei impedanţe cu valoarea ZX = 100 KΩ. La valoarea curentului generatorului I = 1 mA căderea de tensiune pe impedanţa de referinţă în stare de echilibru trebuie să constituie: U°Zr = 1 mA · 100 KΩ = 100 V, ceea ce va duce la distorsiunea semnalului în circuitul convertorului. La micşorarea curentului generatorului până la valoarea I = 0,01 mA, această cădere de tensiune va constitui: U°Zr = 0,01 mA · 100 KΩ = 1 V, ceea ce exclude distorsiunea semnalului şi asigură o precizie înaltă a măsurării. As an example of implementation, the case of measuring an impedance with the value ZX = 100 KΩ can serve. At the generator current value I = 1 mA, the voltage drop across the reference impedance in the equilibrium state must be: U°Zr = 1 mA · 100 KΩ = 100 V, which will lead to signal distortion in the converter circuit. When the generator current decreases to the value I = 0.01 mA, this voltage drop will be: U°Zr = 0.01 mA · 100 KΩ = 1 V, which excludes signal distortion and ensures high measurement accuracy.

1. MD 2086 G2 2003.01.31 1. MD 2086 G2 2003.01.31

Claims

Method for measuring impedance components, which consists in forming a resonant measuring circuit from the measured object and a reference element, which reproduces a virtual impedance; feeding the resonant circuit with a measurement signal; forming an imbalance signal as a result of the interaction of the measurement signal with the resonant circuit and controlling this signal; adjusting the impedance of the reference element until the resonance state is obtained between the measured components of the unknown impedance and the respective components of the impedance of the reference element, as well as determining the values of the measured impedance components from their known dependence on the values of the impedance components of the reference element in the equilibrium state of the measuring circuit, characterized in that the measurement signal of the resonant circuit is adjusted to the value that ensures the absence of signal distortions in the reference element.