MD873Z

MD873Z - Impedance meter

Info

Publication number: MD873Z
Application number: MDS20140117A
Authority: MD
Inventors: Виталие НАСТАС; Павел НИКОЛАЕВ
Original assignee: Технический университет Молдовы
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2015-08-31
Also published as: MD873Y

Abstract

The invention relates to the electrical and electronic measuring technology and can be used for high-precision measurement of impedance components.The impedance meter comprises a signal generator (1), a resistor (2), connected with one pole to one output of the generator (1), two terminals (3, 4) for connecting the measured object, one (3) of which is connected to the second pole of the resistor (2), an impedance converter (5) with two outputs, two inputs for regulating the components of the reproduced impedance and a reference point, an amplifier (6), having one input connected to the terminal (3), two comparators (7, 8), having their inputs connected respectively to the output of the amplifier (6) and to the reference point of the converter (5), as well as a control unit (9) with two outputs, connected to the inputs of the converter (5), and two inputs, connected to the outputs of the comparators (7 and 8). One of the outputs of the converter (5) is connected to the terminal (4). The second output of the generator (1), the second input of the amplifier (6) and the second output of the converter (5) are connected to the common wire. Impedance meter also comprises a signal forming unit (10), having its input connected to the reference point of the converter (5), and the generator (1) is provided with an output voltage control input, to which is connected the output of the signal forming unit (10).

Description

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

Este cunoscut impedanţmetrul, care conţine un generator, un comutator, un bloc de rezistoare, două cleme, un convertor de impedanţă, un amplificator, două comparatoare, precum şi un bloc de comandă. Impedanţmetrul asigură măsurarea componentelor impedanţei într-o bandă largă de valori cu păstrarea constantă a sensibilităţii circuitului de măsurare [1]. The impedance meter is known, which contains a generator, a switch, a resistor block, two clamps, an impedance converter, an amplifier, two comparators, as well as a control block. The impedance meter ensures the measurement of impedance components in a wide range of values while maintaining the constant sensitivity of the measurement circuit [1].

Dezavantajele acestui impedanţmetru constau în structura complicată şi procesul complicat de măsurare. The disadvantages of this impedance meter are its complicated structure and complicated measurement process.

Cea mai apropiată soluţie este impedanţmetrul, care conţine un generator de semnal, un rezistor, două cleme pentru conectarea obiectului măsurat, precum şi un convertor de impedanţă, toate conectate în serie. Impedanţmetrul de asemenea mai conţine un amplificator, conectat cu intrarea la punctul comun al rezistorului şi unei cleme, două comparatoare, conectate cu intrările respectiv la ieşirea amplificatorului şi la un punct de referinţă al convertorului, precum şi un bloc de comandă, conectat cu ieşirile la intrările convertorului, iar cu intrările - la ieşirile comparatoarelor. Impedanţmetrul asigură măsurarea componentelor impedanţei în coordonate carteziene [2]. The closest solution is the impedance meter, which contains a signal generator, a resistor, two terminals for connecting the measured object, as well as an impedance converter, all connected in series. The impedance meter also contains an amplifier, connected with the input to the common point of the resistor and a terminal, two comparators, connected with the inputs respectively to the output of the amplifier and to a reference point of the converter, as well as a control block, connected with the outputs to the inputs of the converter, and with the inputs - to the outputs of the comparators. The impedance meter provides measurement of impedance components in Cartesian coordinates [2].

Dezavantajul acestui impedanţmetru constă în variaţia sensibilităţii în dependenţă de valoarea impedanţei măsurate, cauzată de valoarea constantă a curentului prin conturul de măsurare, ceea ce duce la variaţia preciziei de măsurare. The disadvantage of this impedance meter is the variation of sensitivity depending on the measured impedance value, caused by the constant value of the current through the measurement contour, which leads to variation of measurement accuracy.

Problema pe care o rezolvă invenţia constă în asigurarea preciziei înalte de măsurare în toată banda de valori a impedanţei măsurate. The problem solved by the invention consists in ensuring high measurement accuracy throughout the range of measured impedance values.

Impedanţmetrul, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate prin aceea că conţine un generator de semnal, un rezistor, conectat cu un pol la o ieşire a generatorului, două cleme pentru conectarea obiectului măsurat, una dintre care este conectată la cel de-al doilea pol al rezistorului, un convertor de impedanţă cu două ieşiri, două intrări pentru reglarea componentelor impedanţei reproduse şi un punct de referinţă, un amplificator, conectat cu o intrare la clemă, două comparatoare, conectate cu intrările respectiv la ieşirea amplificatorului şi la punctul de referinţă al convertorului, precum şi un bloc de comandă cu două ieşiri, conectate la intrările convertorului, şi cu două intrări, conectate la ieşirile comparatoarelor. O ieşire a convertorului este conectată la clemă. A doua ieşire a generatorului, a doua intrare a amplificatorului şi a doua ieşire a convertorului sunt conectate la masă. Impedanţmetrul mai conţine un bloc de formare a semnalului, conectat cu intrarea la punctul de referinţă al convertorului, iar generatorul este dotat cu o intrare de reglare a tensiunii de ieşire, la care este conectată ieşirea blocului de formare a semnalului. The impedance meter, according to the invention, eliminates the aforementioned disadvantages by containing a signal generator, a resistor, connected with one pole to an output of the generator, two terminals for connecting the measured object, one of which is connected to the second pole of the resistor, an impedance converter with two outputs, two inputs for adjusting the reproduced impedance components and a reference point, an amplifier, connected with one input to the terminal, two comparators, connected with their inputs to the amplifier output and to the converter reference point, as well as a control block with two outputs, connected to the converter inputs, and with two inputs, connected to the comparator outputs. One output of the converter is connected to the terminal. The second output of the generator, the second input of the amplifier and the second output of the converter are connected to ground. The impedance meter also contains a signal shaping block, connected to the input at the converter's reference point, and the generator is equipped with an output voltage adjustment input, to which the output of the signal shaping block is connected.

Rezultatul tehnic al invenţiei constă în posibilitatea măsurării cu precizie înaltă şi constantă a componentelor impedanţei într-o bandă largă de valori. The technical result of the invention consists in the possibility of measuring with high and constant precision the impedance components in a wide range of values.

Invenţia se explică prin desenul din figură, care reprezintă structura impedanţmetrului. The invention is explained by the drawing in the figure, which represents the structure of the impedance meter.

Impedanţmetrul conţine generatorul de semnal 1, rezistorul 2, clemele 3 şi 4 pentru conectarea obiectului măsurat, precum şi convertorul de impedanţă 5 cu două ieşiri, toate conectate în serie. Impedanţmetrul mai conţine amplificatorul 6, conectat cu o intrare la punctul comun al rezistorului 2 şi clemei 3, comparatoarele 7 şi 8, conectate cu intrările respectiv la ieşirea amplificatorului 6 şi la punctul de referinţă al convertorului 5, blocul de comandă 9 cu două intrări, conectate la ieşirile comparatoarelor 7 şi 8, şi cu două ieşiri, conectate la intrările convertorului 5, precum şi blocul de formare a semnalului 10, conectat cu intrarea la punctul de referinţă al convertorului 5, iar generatorul 1 este conectat cu intrarea a de reglare a tensiunii la ieşirea blocului 10. Celelalte contacte ale generatorului 1, convertorului 5 şi amplificatorului 6 sunt conectate la masă. The impedance meter contains the signal generator 1, the resistor 2, the terminals 3 and 4 for connecting the measured object, as well as the impedance converter 5 with two outputs, all connected in series. The impedance meter also contains the amplifier 6, connected with one input to the common point of the resistor 2 and terminal 3, the comparators 7 and 8, connected with their inputs to the output of the amplifier 6 and to the reference point of the converter 5, the control block 9 with two inputs, connected to the outputs of the comparators 7 and 8, and with two outputs, connected to the inputs of the converter 5, as well as the signal formation block 10, connected with the input to the reference point of the converter 5, and the generator 1 is connected with the voltage regulation input a to the output of the block 10. The other contacts of the generator 1, the converter 5 and the amplifier 6 are connected to ground.

Impedanţmetrul funcţionează în modul următor. The impedance meter operates in the following mode.

Obiectul măsurat cu impedanţa Zx se conectează la clemele 3 şi 4. Convertorul de impedanţă 5 (de exemplu, MD 3154 G2 2006.09.30) reproduce la ieşiri o impedanţă de referinţă ZR, care împreună cu impedanţa măsurată Zx formează un circuit rezonant în serie, alimentat cu curent de generatorul 1 prin rezistorul 2. Amplificatorul 6 amplifică semnalul de dezechilibru al circuitului rezonant, iar comparatorul 7 îl transformă în impulsuri dreptunghiulare, care servesc ca semnal de dezechilibru Ude pentru blocul de comandă 9. Tensiunea în punctul de referinţă al convertorului 5, transformată în impulsuri dreptunghiulare de către comparatorul 8, constituie semnalul de referinţă Uref pentru blocul de comandă 9, care efectuează echilibrarea circuitului rezonant prin intermediul reglării componentelor activă RR şi reactivă XR ale impedanţei ZR reproduse de convertorul 5. Blocul de formare a semnalului 10 formează la ieşire un semnal de comandă cu tensiunea generatorului 1, care asigură o mărime constantă a semnalului de referinţă Uref. Aceasta asigură căderi de tensiune constante pe impedanţa măsurată şi pe cea reprodusă de convertor la variaţia impedanţei măsurate şi, ca urmare, sensibilitate şi precizie constante. The measured object with impedance Zx is connected to terminals 3 and 4. The impedance converter 5 (for example, MD 3154 G2 2006.09.30) reproduces at the outputs a reference impedance ZR, which together with the measured impedance Zx forms a series resonant circuit, supplied with current by the generator 1 through the resistor 2. The amplifier 6 amplifies the unbalance signal of the resonant circuit, and the comparator 7 transforms it into rectangular pulses, which serve as the unbalance signal Ude for the control block 9. The voltage at the reference point of the converter 5, transformed into rectangular pulses by the comparator 8, constitutes the reference signal Uref for the control block 9, which performs the balancing of the resonant circuit by means of adjusting the active components RR and reactive XR of the impedance ZR reproduced by the converter 5. The signal formation block 10 forms at output a control signal with the voltage of generator 1, which ensures a constant magnitude of the reference signal Uref. This ensures constant voltage drops on the measured impedance and on that reproduced by the converter when the measured impedance varies and, as a result, constant sensitivity and accuracy.

Procesul de măsurare se efectuează conform metodei cunoscute (de exemplu, MD 3577 G2 2008.04.30). În stare iniţială convertorul asigură o valoare arbitrară preinstalată a componentei reactive XR. La prima etapă de echilibrare blocul 9 reglează lin componenta activă RR până la obţinerea unui defazaj de 0° sau 180° între semnalele Ude şi Uref. La etapa a doua se reglează lin componenta reactivă XR până la trecerea defazajului sus-numit de la valoarea 0° la valoarea 180° sau de la valoarea 180° la valoarea 0°. La finalizarea procesului de măsurare, blocul de comandă 9 determină valorile componentei active RX=-RR şi componentei reactive XX=-XR ale impedanţei măsurate. Independent de valoarea impedanţei măsurate, blocul 10 reglează tensiunea generatorului şi menţine o valoare constantă a căderii de tensiune pe impedanţa Zx, ceea ce asigură sensibilitate constantă a circuitului de măsurare şi, ca urmare, precizie constantă de măsurare. The measurement process is carried out according to the known method (for example, MD 3577 G2 2008.04.30). In the initial state, the converter provides an arbitrary pre-installed value of the reactive component XR. At the first balancing stage, block 9 smoothly adjusts the active component RR until a phase shift of 0° or 180° is obtained between the signals Ude and Uref. At the second stage, the reactive component XR is smoothly adjusted until the above-mentioned phase shift passes from the value 0° to the value 180° or from the value 180° to the value 0°. Upon completion of the measurement process, control block 9 determines the values of the active component RX=-RR and the reactive component XX=-XR of the measured impedance. Independently of the measured impedance value, block 10 regulates the generator voltage and maintains a constant value of the voltage drop across the impedance Zx, which ensures constant sensitivity of the measurement circuit and, as a result, constant measurement accuracy.

În calitate de exemplu de implementare practică poate servi cazul, în care impedanţmetrul se utilizează pentru măsurarea unei impedanţe cu valoarea componentei active RX=7 kΩ şi a componentei reactive XX=5 kΩ. Rezistenţa rezistorului 2 constituie R=106 Ω, tensiunea generatorului UG=10 V. La finalizarea procesului de echilibrare a circuitului de măsurare ZX=- ZR şi valoarea curentului prin circuit constituie I=UG ⁄ R= 10 V ⁄ 106 Ω=10-5 A, ceea ce creează căderi de tensiune pe componentele impedanţei măsurate: UR=I·RX=10-5 A·7 kΩ=7·10-2 V, UX=I·XX=10-5 A·5 kΩ=5·10-2 V. În alt caz de măsurare, când, de exemplu, RX=70 kΩ şi XX=50 kΩ, blocul 10 va instala tensiunea generatorului UG =1 V, valoarea curentului fiind I=1 V ⁄ 106 Ω=10-6 A, iar căderile de tensiune pe impedanţa măsurată vor avea aceleaşi valori: UR=10-6 A ·70 kΩ=7·10-2 V, UX=10-6 A·50 kΩ=5·10-2 V, ceea ce asigură sensibilitate şi precizie de măsurare constante. As an example of practical implementation, the case in which the impedance meter is used to measure an impedance with the value of the active component RX=7 kΩ and the reactive component XX=5 kΩ can serve. The resistance of resistor 2 is R=106 Ω, the generator voltage UG=10 V. At the end of the balancing process of the measuring circuit ZX=- ZR and the value of the current through the circuit is I=UG ⁄ R= 10 V ⁄ 106 Ω=10-5 A, which creates voltage drops on the components of the measured impedance: UR=I·RX=10-5 A·7 kΩ=7·10-2 V, UX=I·XX=10-5 A·5 kΩ=5·10-2 V. In another measurement case, when, for example, RX=70 kΩ and XX=50 kΩ, block 10 will install the generator voltage UG =1 V, the current value being I=1 V ⁄ 106 Ω=10-6 A, and the voltage drops on the measured impedance will have the same values: UR=10-6 A ·70 kΩ=7·10-2 V, UX=10-6 A·50 kΩ=5·10-2 V, which ensures constant measurement sensitivity and accuracy.

1. MD 639 Z 2013.12.31 1. MD 639 Z 2013.12.31

2. MD 279 Z 2010.09.30 2. MD 279 Z 2010.09.30

Claims

Impedance meter, comprising a signal generator (1); a resistor (2), connected with one pole to an output of the generator (1); two terminals (3 and 4) for connecting the measured object, one (3) of which is connected to the second pole of the resistor (2); an impedance converter (5) with two outputs, two inputs for adjusting the reproduced impedance components and a reference point; an amplifier (6), connected with one input to the terminal (3); two comparators (7 and 8), connected with their inputs to the amplifier output (6) and to the reference point of the converter (5), as well as a control block (9) with two outputs, connected to the inputs of the converter (5), and with two inputs, connected to the outputs of the comparators (7 and 8); an output of the converter (5) is connected to the terminal (4); the second output of the generator (1), the second input of the amplifier (6) and the second output of the converter (5) are connected to ground, characterized in that it also contains a signal shaping block (10), connected to the input at the reference point of the converter (5), and the generator (1) is equipped with an output voltage adjustment input, to which the output of the signal shaping block (10) is connected.