RU1827646C - Преобразователь комплексных сопротивлений и проводимостей в напр жение - Google Patents

Abstract

Использование: в измерител х параметров комплексных сопротивлений и проводимостей. Он содержит генератор 4 синусоидального напр жени , входные клеммы 1 дл  подключени  измер емого объекта 2, образцовый резистор 3, повторитель 5 напр жени , два переключател  6, 7 и два дифференциальных усилител  8, 9. С целью повышени  точности используетс  коррекци  сигналов в измерительной цепи. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано при контроле параметров конденсаторов и катушек индуктивности в широком диапазоне частот.

Известны устройства дл  преобразовани  комплексных сопротивлений в напр жение , состо щие из генератора синусоидального напр жени , операционного усилител  в инвертирующем включении, содержащего в цепи обратной св зи образцовый резистор и измер емый объект.

Недостатком известных устройств  вл етс  самовозбуждение преобразовател  при измерении параметров качественных катушек индуктивности и конденсаторов, поскольку операционна  схема преобразовател  представл ет собой активный дифференциатор и, как известно, характеризуетс  недоста очным запасом устойчивости.

Наиболее близким по технической реализации к предлагаемому устройству  вл етс  операционный преобразователь.

состо щий из входных зажимов дл  подключени  измер емого объекта, образцового резистора, генератора синусоидального напр жени , двух переключателей и повторител  напр жени .

Недостатками известного устройства  вл етс  низка  точность преобразовани  комплексного сопротивлени  или проводимости в напр жение. Функци  преобразовани  в режиме измерени  параметров комплексных сопротивлений Zx и комплексных проводимостей YX имеет вид

Ё

|

Ro + ZxKo

1

1 +RO YX

О)

Ur YxRoUr, (2)

где Ro сопротивление образцового резистора .

Приближенные равенства в уравнени х (1) и (2) представл ют собой функцию преобразовани  идеальных преобразователей сопротивлени  и проводимости и выполн ютс  соответственно при услови х

и R0«1/Yx.

Однако выполнение указанных условий приводит к резкому снижению чувствительности преобразовател . Следовательно, относительные погрешности преобразовани  известным устройством комплексных сопротивлений и проводимостей оцениваютс  выражени ми

dz

Zx/Rc

1 + ZX/RO

dv Yx/Rc

1 +YX/RO

(3) (4)

Дл  обеспечени  необходимой чувствительности на каждом из поддиапазонов измерени  требуетс , чтобы IZxl Ro и 1 / I Yx I RO. Поэтому в известном устройстве погрешность преобразовани  комплексных сопротивлений и проводимостей достигает 50%.

Цель изобретени  - повышение точности преобразовани  комплексных сопротивлений и проводимостей.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в операционный преобразователь, содержащий два входных зажима дл  подключени  измер емого объекта, образцовый резистор, генератор синусоидального напр жени , повторитель напр жени  и два переключател , общий контакт первого переключател  соединен с первым входным зажимом преобразовател , а второй входной зажим одновременно соединен со входом повторител  напр жени  и с первым выводом образцового резистора, второй вывод которого подключен к общему контакту второго переключател , нормально разомкнутый контакт первого и нормально замкнутый контакт второго переключателей , а также генератор синусоидального напр жени  соединены с общей шиной, введены два дифференциальных усилител , причем выход генератора синусоидального напр жени  подключен к неинвертирующему входу первого дифференциального усилител , выход которого соединен одновременно с нормально замкнутым контактом первого и нормально разомкнутым контактом второго переключателей, а также с неинвертирующим входом второго дифференциального усилител , выход повторител  напр жени  соединен с инвертирующими входами первого и второго дифференциальных усилителей, выход второго дифференциального усилител   вл етс  выходом устройства.

Существенным отличием  вл етс 

коррекци  сигналов в операционном преобразователе по алгоритму разработанному автором путем использовани  известных устройств (дифференциальных усилителей).

Это позвол ет, как показано ниже, на несколько пор дков повысить точность преобразовани  параметров комплексных сопротивлений и проводимостей. Использование предлагаемого устройства в приборостроительной промышленности позволит создать дешевые портативные измерители параметров CLR.

На фиг.1 показана структурна  схема устройства; на фиг.2 - варианты построени 

дифференциальных усилителей.

Преобразователь комплексных сопротивлений и проводимостей в напр жение содержит входные клеммы 1 дл  подключени  измер емого объекта 2, образцовый

резистор 3, генератор 4 синусоидального напр жени , повторитель 5 напр жени , первый 6 и второй 7 переключатели, первый 8 и второй 9 дифференциальные усилители. Выход генератора 4 подключен к неинвертирующему входу первого дифференциального усилител  8, выход которого св зан одновременно с неинвертирующим входом второго дифференциального усилител  9, с нормально замкнутым контактом первого

б и нормально разомкнутым контактом второго 7 переключателей, общие контакты первого 6 и второго переключателей соединены с одними из выводов соответственно измер емого объекта 2 и образцового

резистора 3, вторые выводы которых св заны между собой и через повторитель 5 подключены к инвертирующим входам первого 8 и второго 9 дифференциальных усилителей , нормально разомкнутый контакт первого 6 и нормально замкнутый контакт второго 7 переключателей, а также генератор 4 - заземлены, выход второго дифференциального усилител  9  вл етс  выходом устройства .

Рассмотрим вначале работу преобразовател  в режиме измерени  параметров комплексного сопротивлени . В этом случае переключатели 6 и 7 наход тс  в положении Z. К делителю напр жени , образованному из измер емого сопротивлени  Zx и образцового резистора R0, подключено выходное напр жение От первого дифференциального усилител . Через измер емый объект протекает ток

1 L)2 Zx + Ro Ro

(5)

где 1)2 - напр жение в общей точке соединени  измер емого объекта и образцового резистора.

Падение напр жени  на измер емом объекте равно

Ui-U2 lzZx .

Ко

(6)

Св зь выходного U1 и входных напр жений Ur и U2 первого дифференциального усилител  8, схема которого представлена на фиг.2, а, описываетс  выражением

Ui(1+K)UrKU2 (

(7)

где К - коэффициент усилени .

Выходное напр жение преобразовател  соответствует разности напр жений на входах второго дифференциального усилител  9 (См. схему на фиг. 2,6)

Ux Ui-U2.

(8)

Реша  систему четырех уравнений (5), (6), (7), (8) с четырьм  неизвестными Ux, Ui, U2, Iz, получим уравнение преобразовани 

и( +ГтТк)

(9)

Погрешность преобразовани  комплек сного сопротивлени  предложенным уст ройством равна

--

1

Ro 1 +К

(10)

Дл  измерени  параметров комплексной проводимости переключатели 6 и 7 перевод тс  в положение Y. К делителю напр жени , образованному из образцового сопротивлени  Ro. и измер емой проводимости Yx, приложено напр жение Ui, при этом измер емый объект находитс  под напр жением U2

1

Ro+1/Yx

U2YX,

(11)

где IY - ток через измер емый объект.

Падение напр жени  на образцовом резисторе равно

Ui-U2 lYRo.

(12)

Уравнение преобразовани  может быть получено путем решени  системы уравне- ний (7), (8), (11). 02)

+

YxRo 1 +Ю

(13)

10

Погрешность преобразовани  комплексной проводимости предложенным устройством равна

(5Y«-YxRo/(1+K)

(14)

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Как следует из выражений (10) и (14), при коэффициенте передачи погрешности преобразовани  комплексных сопротивлений и проводимостей не превышают 0,1%. Таким образом, использование предложенного устройства позвол ет на несколько пор дков повысить точность измерени .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Преобразователь комплексных сопротивлений и проводимостей в напр жение, содержащий два входных зажима дл  подключени  измер емого объекта, образцовый резистор, генератор синусоидального напр жени , повторитель напр жени  и два переключател , общий контакт первого переключател  соединен с первым входным зажимом преобразовател , а второй входной зажим одновременно соединен с входом повторител  напр жени  и с первым выводом образцового резистора, второй вывод которого подключен к общему контакту второго переключател , нормально разомкнутый контакт первого и нормально замкнутый контакт второго переключателей, а также генератор синусоидального напр жени  соединены с общей шиной, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности преобразовани  комплексных сопротивлений и проводимостей, в него введены два дифференциальных усилител , причем выход генератора синусоидального напр жени  подключен к неинвертирующему входу первого дифференциального усилител , выход которого одновременно соединен с нормально замкнутым контактом первого и нормально разомкнутым контактом второго переключателей, а также с неинвертирующим входом второго дифференциального усилител , выход повторител  напр жени  соединен с инвертирующими входами первого и второго дифференциальных усилителей, выход второго дифференциального усилител   вл етс  выходом устройства.

   Г

   Ur

   R

   I

   a

   UФиг . 2. 5

   Редактор

   Составитель В. Хома Техред М.Моргентал

   3

   и.

   к К

   Ux

   Корректор Е. Папп