RU2100813C1 - Method for measurement of resistance, inductance and capacity - Google Patents

Method for measurement of resistance, inductance and capacity Download PDF

Info

Publication number
RU2100813C1
RU2100813C1 RU95104389/09A RU95104389A RU2100813C1 RU 2100813 C1 RU2100813 C1 RU 2100813C1 RU 95104389/09 A RU95104389/09 A RU 95104389/09A RU 95104389 A RU95104389 A RU 95104389A RU 2100813 C1 RU2100813 C1 RU 2100813C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
linear
voltage
measuring
pair
sections
Prior art date
Application number
RU95104389/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU95104389A (en
Inventor
Николай Дмитриевич Куликов
Original Assignee
Николай Дмитриевич Куликов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Дмитриевич Куликов filed Critical Николай Дмитриевич Куликов
Priority to RU95104389/09A priority Critical patent/RU2100813C1/en
Publication of RU95104389A publication Critical patent/RU95104389A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2100813C1 publication Critical patent/RU2100813C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

FIELD: instruments, in particular, measurement of non-electric characteristics using resistance, inductance and capacitance detectors. SUBSTANCE: method involves measurement of duration of transient processes in resistor-capacitor or resistor-inductance circuit by means of application of exciting voltage to measuring circuit, alternation of exciting voltage using function which has at least two identical pieces each of which has two linear measuring circuits with zero curvature and two exciting pieces. Simultaneously method involves generation of reference alternating voltage which corresponds to these two pieces and has linear reference pieces with zero curvature each of which is defined for time of corresponding linear measuring piece of pair. Voltage at measuring circuit element during first and second linear measuring pieces of pair is compared to reference voltage. Additional time interval is added between moments when voltage levels are equal. Then these voltage levels are compared during time intervals of third and fourth linear measuring pieces of pair. Additional second time interval is added between moments when voltage levels are equal. Generated time intervals or their equivalents are subjected to subtraction which provides information about characteristic to be measured. EFFECT: increased precision of measurements due to decreased error caused by instability of delay in signal transmission. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в приборах для измерения неэлектрических физических величин посредством емкостных, индуктивных или резистивных датчиков. The invention relates to measuring technique and may find application in devices for measuring non-electrical physical quantities by means of capacitive, inductive or resistive sensors.

Широко известен способ время-импульсного измерения RLC-параметров (Измерения в электронике: справочник. М: Энергоатомиздат, 19897, с. 205). Согласно этому способу измеряемый параметр сначала преобразуют в пропорциональный интервал времени, который затем измеряют при помощи импульсов калиброванной частоты. Преобразование параметра в интервал основано на использовании переходных процессов в RC- или RL-цепях, в которых один элемент образцовый, а другой измеряемый, при подаче на вход измерительной цепи единичной функции напряжения. The method of time-pulse measurement of RLC parameters is widely known (Measurements in Electronics: Reference. M: Energoatomizdat, 19897, p. 205). According to this method, the measured parameter is first converted into a proportional time interval, which is then measured using calibrated frequency pulses. The conversion of the parameter to the interval is based on the use of transients in RC or RL circuits in which one element is exemplary and the other is measured, when a single voltage function is applied to the input of the measuring circuit.

Недостатком известного способа является низкая точность измерения, обусловленная наличием погрешности формирования интервала времени вследствие нестабильности временных задержек прохождения сигналов через блок сравнения напряжений. The disadvantage of this method is the low accuracy of the measurement, due to the presence of an error in the formation of the time interval due to the instability of the time delays in the passage of signals through the voltage comparison unit.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения RLC-параметров, основанный на измерении длительностей переходных процессов в резистивно-емкостной или резистивно-индуктивной измерительной цепи. Способ характеризуется тем, что производят циклический перезаряд реактивного элемента измерительной цепи путем подачи на измерительную цепь калиброванного напряжения, сравнивают напряжение переходного процесса с частью калиброванного напряжения, в момент равенства изменяют полярности указанных напряжений, измеряют интервал времени известного числа циклов перезаряда реактивного элемента цепи. Этот способ выбран в качестве прототипа. The closest in technical essence is a method of measuring RLC parameters, based on measuring the duration of transients in a resistive-capacitive or resistive-inductive measuring circuit. The method is characterized in that the reactive element of the measuring circuit is cyclic recharged by supplying a calibrated voltage to the measuring circuit, the transient voltage is compared with a part of the calibrated voltage, the polarity of the indicated voltages is changed at the time of equality, the time interval of the known number of recharging cycles of the reactive element of the circuit is measured. This method is selected as a prototype.

Недостатком способа является наличие нескомпенсированной погрешности, обусловленной нестабильностью временных задержек прохождения сигналов в процессе сравнения напряжений. The disadvantage of this method is the presence of an uncompensated error due to the instability of the time delays in the passage of signals during the comparison of voltages.

Технический результат состоит в повышении точности измерения RLC-параметров за счет уменьшения погрешности, обусловленной нестабильностью временных задержек прохождения сигналов в процессе измерения длительностей переходных процессов. The technical result consists in increasing the accuracy of measuring RLC parameters by reducing the error due to the instability of the time delays in the passage of signals during the measurement of transient durations.

Технический результат достигается тем, что на измерительную цепь подают возмущающее напряжение, изменяющееся в функции времени, имеющей по меньшей мере одну пару участков с одинаковыми характеристиками, каждый из которых содержит два линейных измерительных участка с нулевой крутизной и два возмущающих участка, расположенных соответственно перед началами линейных измерительных участков и обеспечивающих ненулевые неустановившиеся напряжения на элементе измерительной цепи к моментам начал линейных измерительных участков, одновременно формируют соответствующее паре опорное напряжение, изменяющееся в функции времени, имеющей линейные опорные участки с нулевой крутизной, каждый из которых определен в течение времени соответствующего линейного измерительного участка пары и имеет соответствующую для каждого участка характеристику, обеспечивающую во всем расчетном диапазоне измерений разные знаки разностей напряжений напряжения на элементе измерительной цепи и опорного напряжения в моменты времени начала и конца соответствующего линейного измерительного участка. Напряжение на элементе измерительной цепи в рамках интервалов времени первого и второго линейных измерительных участков пары сравнивают с опорным напряжением, при этом между моментами равенства напряжений формируют интервал времени, затем напряжения сравнивают в рамках интервалов времени третьего и четвертого линейных измерительных участков пары, при этом формируют второй интервал времени, определенный между моментами равенства сравниваемых напряжений. Для сформированных интервалов времени или их эквивалентов, выраженных в форме другой физической величины и полученных путем линейного однообразного преобразования интервалов, находят разность, которую используют для определения величины измеряемого параметра. The technical result is achieved by the fact that a disturbing voltage is applied to the measuring circuit, which varies as a function of time, which has at least one pair of sections with the same characteristics, each of which contains two linear measuring sections with zero slope and two disturbing sections located respectively before the linear measuring sections and providing non-zero transient voltages on the element of the measuring circuit to the moments of the beginning of linear measuring sections, simultaneously but they form a reference voltage corresponding to the pair, which varies as a function of time, having linear reference sections with zero slope, each of which is determined during the time of the corresponding linear measuring section of the pair and has a characteristic for each section that provides different signs of voltage differences in the entire calculation range of measurements voltage on the element of the measuring circuit and the reference voltage at the time of the beginning and end of the corresponding linear measuring section . The voltage on the element of the measuring circuit within the time intervals of the first and second linear measuring sections of the pair is compared with the reference voltage, while a time interval is formed between the moments of equal voltage, then the voltages are compared within the time intervals of the third and fourth linear measuring sections of the pair, and the second the time interval defined between the moments of equality of the compared voltages. For the formed time intervals or their equivalents, expressed in the form of a different physical quantity and obtained by linear monotonous transformation of the intervals, find the difference that is used to determine the value of the measured parameter.

Вариант способа измерения RLC-параметров характеризуется тем, что пары с идентичными участками группируют по две, при этом для второй пары каждой группы характеристику линейного опорного участка, соответствующего первому линейному измерительному участку, выбирают равной характеристике линейного опорного участка, соответствующего третьему линейному измерительному участку первой пары, характеристику линейного опорного участка, соответствующего второму линейному измерительному участку, выбирают равной характеристике линейного опорного участка, соответствующего четвертому линейному измерительному участку первой пары, характеристику линейного опорного участка, соответствующего третьему линейному измерительному участку, выбирают равной характеристике линейного опорного участка, соответствующего первому линейному измерительному участку первой пары, а характеристику линейного опорного участка, соответствующего четвертому линейному измерительному участку, выбирают равной характеристике линейного опорного участка, соответствующего второму линейному измерительному участку первой пары, при этом для каждой группы находят разность разностей интервалов или их эквивалентов первой и второй пар. A variant of the method for measuring RLC parameters is characterized in that pairs with identical sections are grouped in two, while for the second pair of each group, the characteristic of the linear reference section corresponding to the first linear measuring section is chosen equal to the characteristic of the linear reference section corresponding to the third linear measuring section of the first pair , the characteristic of the linear reference section corresponding to the second linear measuring section is chosen equal to the characteristic of the linear reference of the first section corresponding to the fourth linear measuring section of the first pair, the characteristic of the linear reference section corresponding to the third linear measuring section is chosen equal to the characteristic of the linear reference section corresponding to the first linear measuring section of the first pair, and the characteristic of the linear reference section corresponding to the fourth linear measuring section is selected equal to the characteristic of the linear reference section corresponding to the second linear measure nomu portion of the first pair, wherein for each group of intervals of the differences are difference or their equivalents first and second pairs.

Положительный эффект этого варианта выражается в увеличении точности измерения параметра элемента измерительной цепи, величина которого изменяется во времени. The positive effect of this option is expressed in increasing the accuracy of the measurement of the parameter of the element of the measuring circuit, the value of which varies with time.

Согласно следующему варианту способа измерения RLC-параметров образуют группу из двух пар, характеризующуюся полным совмещением во времени соответствующих участков пар, для первой и второй пары группы выбирают не одинаковые наборы характеристик линейных опорных участков, находят разность разностей интервалов или их эквивалентов первой и второй пар группы. According to the next variant of the method of measuring RLC parameters, a group of two pairs is formed, characterized by full matching in time of the corresponding sections of the pairs, for the first and second pairs of the group, unequal sets of characteristics of the linear reference sections are selected, the difference in the differences of the intervals or their equivalents of the first and second pairs of the group is found .

Положительный эффект этого варианта выражается в уменьшении времени и в увеличении точности измерения параметра элемента измерительной цепи, величина которого изменяется во времени. The positive effect of this option is expressed in a decrease in time and in an increase in the accuracy of the measurement of a parameter of a measuring circuit element, the value of which varies with time.

На фиг. 1 показаны графики возмущающего напряжения и совмещенный график напряжений напряжения на элементе измерительной цепи и опорного напряжения; на фиг. 2 графики напряжений, иллюстрирующие пример варианта способа; на фиг. 3 структурная схема устройства, реализующего способ; на фиг. 4 - структурная схема варианта устройства. In FIG. 1 shows graphs of the disturbing voltage and a combined graph of voltage voltages on the element of the measuring circuit and the reference voltage; in FIG. 2 voltage plots illustrating an example of a variant of the method; in FIG. 3 is a structural diagram of a device that implements the method; in FIG. 4 is a structural diagram of a variant of the device.

Сущность изобретения рассмотрена на примерах вариантов способа. The invention is considered in the examples of variants of the method.

Согласно основному варианту способа на измерительную цепь подают возмущающее напряжение, изменяющееся в функции времени. График возможной функции возмущающего напряжения Ub(t) показан на фиг. 1. Функция имеет пару участков с одинаковыми характеристиками. Интервалы времени первого и второго участков пары обозначены соответственно τ1уч и τ2уч. Каждый из участков пары содержит два линейных измерительных участка, имеющих нулевую крутизну. Интервал времени первого линейного измерительного участка пары обозначен τ1л, второго τ2л, третьего τ3л, четвертого τ4л. Дополнительно каждый участок пары содержит расположенные перед соответствующими линейными измерительными участками возмущающие участки, которые предназначены для формирования ненулевых неустановившихся напряжений на элементе измерительной цепи к моментам начал линейных измерительных участков, т.е. напряжений, изменение которых характеризует переходные процессы установления напряжений и которые в сумме с некоторыми постоянными составляющими образуют полные напряжения на элементе измерительной цепи. В данном случае неустановившиеся напряжения формируются за счет быстрого смещения уровней возмущающего напряжения перед линейными измерительными участками, при этом перед моментами смещения уровней имеются относительно длительные линейные участки. Необходимо отметить, что возмущающий участок включает в себя весь участок от начала участка пары до момента начала соответствующего линейного измерительного участка, так как любое изменение напряжения на этом участке влияет на начальное напряжение на элементе цепи к моменту начала линейного участка. В то же время определяющая часть возмущающего участка расположена непосредственно перед линейным измерительным участком, поскольку влияние предшествующих изменений возмущающего напряжения уменьшается в степени функции от разделяющего интервала времени. Длительность каждого возмущающего участка выбирают большей, чем пятикратная величина постоянной времени измерительной цепи. Одновременно с возмущающим напряжением формируют соответствующее паре опорное напряжение, изменяющееся в функции времени, имеющей линейные опорные участки с нулевой крутизной, каждый из которых определен в течение времени соответствующего линейного измерительного участка пары и имеет характеристику, обеспечивающую гарантированное для всего расчетного диапазона измерений изменение знака разности напряжений напряжения переходного процесса на элементе измерительной цепи и опорного напряжения при их сравнении в пределах интервалов времени соответствующих линейных измерительных участков. Совмещенный график опорного напряжения Uоп1(t) и напряжения Uc(t) переходных процессов на емкостном элементе резистивно-емкостной измерительной цепи показан ниже графика возмущающего напряжения. Напряжение переходных процессов на элементе измерительной цепи во время линейных измерительных участков сравнивают с опорным напряжением, при этом между моментами равенства во время первого участка пары формируют первый τ1ир, а во время второго участка пары второй τ2ир интервалы времени. Для сформированных интервалов времени или их эквивалентов находят разность. Полученную разность используют для определения измеряемого параметра.According to the main variant of the method, a disturbing voltage is applied to the measuring circuit, which varies as a function of time. A graph of the possible function of the disturbing voltage U b (t) is shown in FIG. 1. The function has a pair of sections with the same characteristics. The time intervals of the first and second sections of the pair are indicated respectively τ 1uch and τ 2uch . Each of the sections of the pair contains two linear measuring sections having zero slope. The time interval of the first linear measuring section of the pair is designated τ 1l , second τ 2l , third τ 3l , fourth τ 4l . In addition, each section of the pair contains perturbing sections located in front of the corresponding linear measuring sections, which are designed to generate non-zero transient voltages on the element of the measuring circuit to the moments of the beginning of the linear measuring sections, i.e. voltages, the change of which characterizes the transient processes of the establishment of stresses and which, together with some constant components, form the full stresses on the element of the measuring circuit. In this case, unsteady voltages are formed due to the rapid shift of the disturbing voltage levels in front of the linear measuring sections, while there are relatively long linear sections before the moments of level shift. It should be noted that the disturbing section includes the entire section from the beginning of the pair section to the start of the corresponding linear measuring section, since any change in voltage in this section affects the initial voltage on the circuit element by the time the linear section begins. At the same time, the determining part of the disturbing section is located directly in front of the linear measuring section, since the influence of previous changes in the disturbing voltage decreases in the degree of function of the dividing time interval. The duration of each disturbing section is chosen to be greater than five times the time constant of the measuring circuit. Simultaneously with the disturbing voltage, a reference voltage corresponding to the pair is formed, which varies as a function of time, having linear reference sections with zero slope, each of which is determined during the time of the corresponding linear measuring section of the pair and has a characteristic that ensures a change in the sign of the voltage difference guaranteed for the entire calculation range of measurements voltage transient on the element of the measuring circuit and the reference voltage when comparing them within the intervals time of the corresponding linear measuring sections. The combined graph of the reference voltage U op1 (t) and transient voltage U c (t) on the capacitive element of the resistive-capacitive measuring circuit is shown below the disturbing voltage graph. The voltage of the transients on the element of the measuring circuit during linear measuring sections is compared with the reference voltage, while between the moments of equality during the first section of the pair, the first τ 1ir is formed , and during the second section of the pair the second τ 2ir time intervals. For the formed time intervals or their equivalents, the difference is found. The resulting difference is used to determine the measured parameter.

Необходимо отметить, что если разность сформированных интервалов времени или их эквивалентов используют для определения величины измеряемого параметра непосредственно, то чувствительность разности интервалов к изменению параметра необходимо выбрать максимально. Это может быть осуществлено путем выбора соответствующих характеристик участков возмущающего напряжения и характеристик участков опорного напряжения. В то же время, например, с целью компенсации дополнительной погрешности согласно описанных ниже вариантов способа не исключен вариант формирования разности интервалов для отдельных пар с близкой к нулю чувствительностью. It should be noted that if the difference between the formed time intervals or their equivalents is used to determine the value of the measured parameter directly, then the sensitivity of the difference of the intervals to the parameter change must be selected as much as possible. This can be done by selecting the appropriate characteristics of the disturbing voltage sections and the characteristics of the voltage reference sections. At the same time, for example, in order to compensate for the additional error according to the variants of the method described below, the option of forming the difference of the intervals for individual pairs with a sensitivity close to zero is not excluded.

Можно предположить, что во время пары дополнительно формируют второе напряжение Uоп2(t), характеристика первого линейного опорного участка равна характеристике третьего линейного опорного участка первого опорного напряжения, характеристика второго линейного опорного участка равна характеристике четвертого, характеристика третьего опорного линейного участка равна характеристике первого, а характеристика четвертого линейного опорного участка равна характеристике второго линейного опорного участка первого опорного напряжения. При этом формируют первый условный интервал времени τ1иу во время первого участка пары и второй условный интервал времени τ2иу во время второго участка пары.It can be assumed that during the pair, a second voltage U op2 (t) is additionally formed, the characteristic of the first linear reference portion is equal to the characteristic of the third linear reference portion of the first voltage reference, the characteristic of the second linear reference portion is equal to the fourth, the characteristic of the third linear reference portion is equal to the characteristic of the first, and the characteristic of the fourth linear reference portion is equal to the characteristic of the second linear reference portion of the first reference voltage. This forms the first conditional time interval τ 1iu during the first section of the pair and the second conditional time interval τ 2iu during the second section of the pair.

Для длительностей интервалов справедливо равенство

Figure 00000002

где τ1ир длительность первого (реального) интервала времени;
τ2ир длительность второго (реального) интервала времени;
τ1иу длительность первого условного интервала времени;
τ2иу длительность второго условного интервала времени;
τ1п, τ2п, τ3п, τ4п длительности переходных процессов в границах между первым и вторым опорными напряжениями во время первого, второго, третьего и четвертого линейных измерительных участков соответственно.For the durations of the intervals, the equality
Figure 00000002

where τ 1ir is the duration of the first (real) time interval;
τ 2ir the duration of the second (real) time interval;
τ 1iu the duration of the first conditional time interval;
τ 2iu the duration of the second conditional time interval;
τ 1p , τ 2p , τ 3p , τ 4p duration of transients in the boundaries between the first and second reference voltages during the first, second, third and fourth linear measuring sections, respectively.

Выражение (1) можно записать в виде

Figure 00000003

где ε = 0,5(τ1ир+ τ1иу- τ2ир- τ2иу). (3)
Величина ε определяет дополнительную погрешность способа.Expression (1) can be written as
Figure 00000003

where ε = 0.5 (τ 1ir + τ 1iu - τ 2ir - τ 2iu ). (3)
The value of ε determines the additional error of the method.

В случае, если параметры элементов измерительной цепи за время измерения практически не изменяются, кривая напряжения на элементе измерительной цепи во время первого и второго линейных измерительных участков существенно не отличается от кривой во время третьего и четвертого линейных измерительных участков. Следовательно, первый интервал времени равен второму условному интервалу t1ир = τ2иу, а второй интервал времени равен первому условному интервалу τ2ир = τ1иу. Поэтому разность первого и второго интервалов равна
τ1ир - τ2иу = 0,5(τ1п+ τ2п+ τ3п+ τ4п). (4)
В случае измерения интервала времени переходного процесса, определенного между моментами равенства напряжения на элементе измерительной цепи с двумя постоянными (фиксированными) напряжениями, при поддержании во время сравнения на измерительной цепи постоянного напряжения, зависимость интервала времени от величины параметра одного из элементов резистивно-емкостной или резистивно-индуктивной измерительной цепи является линейной. Для резистивно-индуктивной цепи линейная зависимость обеспечивается между интервалом времени и индуктивностью или интервалом и проводимостью резистивного элемента, а для резистивно-емкостной цепи линейность обеспечивается между интервалом и сопротивлением или интервалом и емкостью, причем сравнение напряжения переходных процессов с фиксированными напряжениями можно осуществлять на любом из элементов измерительной цепи. Поскольку разность сформированных согласно способу интервалов времени эквивалентна полусумме четырех интервалов (4), каждый из которых сформирован между моментами равенства напряжения на элементе измерительной цепи с первым и вторым опорными напряжениями, которые во время сравнения зафиксированы, при подаче на измерительную цепь неизменяющегося во время сравнения возмущающегося напряжения, то разность интервалов линейно связана с величиной параметра одного из элементов измерительной цепи.If the parameters of the elements of the measuring circuit during the measurement practically do not change, the voltage curve on the element of the measuring circuit during the first and second linear measuring sections does not significantly differ from the curve during the third and fourth linear measuring sections. Therefore, the first time interval is equal to the second conditional interval t 1yr = τ 2iu , and the second time interval is equal to the first conditional interval τ 2yr = τ 1iu . Therefore, the difference between the first and second intervals is
τ 1ir - τ 2iu = 0.5 (τ 1p + τ 2p + τ 3p + τ 4p ). (4)
In the case of measuring the time interval of the transient process, determined between the moments of equality of voltage on the element of the measuring circuit with two constant (fixed) voltages, while maintaining a constant voltage during the comparison on the measuring circuit, the dependence of the time interval on the value of the parameter of one of the elements is resistive-capacitive or resistive -inductive measuring circuit is linear. For a resistive-inductive circuit, a linear relationship is provided between the time interval and the inductance or interval and conductivity of the resistive element, and for a resistive-capacitive circuit, linearity is provided between the interval and resistance or interval and capacitance, and the comparison of transient voltage with fixed voltages can be performed at any of elements of the measuring circuit. Since the difference of the time intervals formed according to the method is equivalent to a half-sum of four intervals (4), each of which is formed between the moments of equal voltage on the element of the measuring circuit with the first and second reference voltages, which are fixed during comparison, when the disturbing signal that is unchanged during comparison is applied to the measuring circuit voltage, then the difference in intervals is linearly related to the parameter value of one of the elements of the measuring circuit.

Нахождение разности интервалов или их эквивалентов согласно способу может быть осуществлено путем формирования сигнала напряжения, суммарная длительность импульсов которого линейно связана с разностью интервалов или путем линейного преобразования интервалов в их эквиваленты, выраженные в виде другой физической величины, например в виде цифрового кода, для которых затем находят разность. В первом случае сигнал напряжения формируют, например, исходя из условия положительного логического уровня напряжения в интервале между моментами равенства сравниваемых напряжений на отрезке времени, покрывающем первый и второй линейные измерительные участки, а на отрезке времени, покрывающем третий и четвертый линейные измерительные участки пары
из условия положительного логического уровня вне интервала времени между моментами равенства сравниваемых напряжений.The determination of the difference of the intervals or their equivalents according to the method can be carried out by generating a voltage signal whose total pulse duration is linearly related to the difference of the intervals or by linearly converting the intervals to their equivalents, expressed as another physical quantity, for example, as a digital code, for which then find the difference. In the first case, the voltage signal is generated, for example, based on the condition of a positive logical voltage level in the interval between the moments of equality of the compared voltages on the time span covering the first and second linear measuring sections, and on the time span covering the third and fourth linear measuring sections
from the condition of a positive logical level outside the time interval between the moments of equality of the compared voltages.

Интервалы времени могут быть преобразованы в цифровой код, напряжение или ток с помощью известных методов. Например, путем заполнения интервалов импульсами калиброванной частоты и подсчета количества импульсов. The time intervals can be converted to digital code, voltage or current using known methods. For example, by filling the intervals with pulses of a calibrated frequency and counting the number of pulses.

При непрерывном режиме измерения периодически повторяющийся результирующий интервал времени в форме импульсного сигнала удобно использовать в качестве промежуточного сигнала в измерительном тракте различных датчиков, где применяется несколько каналов преобразования "C(LR)-параметр интервал времени", а для нахождения измеряемой физической величины требуется производить несложные арифметические вычисления. По этой причине способ предлагается использовать преимущественно в приборах (датчиках) для измерения неэлектрических физических величин посредством емкостных, индуктивных или резистивных датчиков, например в приборе для измерения давления на основе датчика, использующего дифференциальный конденсатор. In the continuous measurement mode, the periodically repeated resulting time interval in the form of a pulse signal can be conveniently used as an intermediate signal in the measuring path of various sensors, where several “C (LR) -parameter time interval” transformation channels are used, and to find the measured physical quantity, simple arithmetic calculations. For this reason, the method is proposed to be used mainly in devices (sensors) for measuring non-electric physical quantities by means of capacitive, inductive or resistive sensors, for example, in a pressure measuring device based on a sensor using a differential capacitor.

Снижение погрешности измерения объясняется следующим. The decrease in measurement error is explained by the following.

Погрешности формирования первого и второго интервалов времени, обусловленные задержками прохождения сигналов в процессе сравнения напряжения переходных процессов на элементе измерительной цепи с изменяющимся опорным напряжением имеют одинаковую величину и знак, так как сравнение напряжения может осуществляться с помощью одного устройства сравнения, что возможно в результате разделения во времени процессов сравнения, а характеристики устройства сравнения во время первого и второго участков пары существенно не отличаются друг от друга. Вследствие того, что результат измерения формируется путем вычитания этих двух интервалов или их эквивалентов, погрешности компенсируются. The errors in the formation of the first and second time intervals due to delays in the passage of signals during the comparison of transient voltage on the element of the measuring circuit with a changing reference voltage have the same magnitude and sign, since the voltage comparison can be performed using one comparison device, which is possible as a result of separation in time of the comparison processes, and the characteristics of the comparison device during the first and second sections of the pair do not differ significantly from others uga. Due to the fact that the measurement result is formed by subtracting these two intervals or their equivalents, the errors are compensated.

Участки функции опорного напряжения вблизи моментов сравнения напряжений имеют одинаковую (нулевую) крутизну, а напряжение переходных процессов для первого и второго участков пары во время соответствующих возмущающих участков пары изменяется с близкими скоростями за счет того, что первый и второй участки пары имеют одинаковые характеристики. Поэтому условия сравнения напряжений во время первого и второго участков пары существенно не отличаются, что обеспечивает максимальную степень компенсации указанной погрешности. The sections of the voltage reference function near the moments of voltage comparison have the same (zero) slope, and the voltage of the transients for the first and second sections of the pair during the corresponding disturbing sections of the pair changes with close speeds due to the fact that the first and second sections of the pair have the same characteristics. Therefore, the conditions for comparing stresses during the first and second sections of the pair do not differ significantly, which ensures the maximum degree of compensation for the specified error.

Следствием компенсации погрешности формирования разности интервалов времени является уменьшение электропотребления, так как для реализации функции сравнения напряжений могут быть использованы микромощные радиоэлектронные компоненты, характеризующиеся большими задержками прохождения сигналов, а также нестабильностью этих задержек. The consequence of the compensation of the error in the formation of the difference in time intervals is a decrease in power consumption, since micropower electronic components can be used to implement the voltage comparison function, which are characterized by large delays in the passage of signals, as well as the instability of these delays.

Для предложенного варианта способа характерна погрешность, которая может быть определена через интервалы времени согласно выражению (3). Эта погрешность обозначена как дополнительная и имеет две составляющие. Первая составляющая погрешность вызвана предшествующими первому и второму участку пары неодинаковыми изменениями возмущающего напряжения, так как эти изменения могут неодинаково для первого и второго участков пары влиять на начальные напряжения на элементе измерительной цепи к моментам начал соответствующих линейных измерительных участков. Вторая составляющая зависит от скорости изменения измеряемого параметра. The proposed method variant is characterized by an error that can be determined at time intervals according to expression (3). This error is indicated as additional and has two components. The first component error is caused by the previous changes in the disturbing voltage, which are not equal for the first and second sections of the pair, since the changes in the first and second sections of the pair affect the initial voltages on the element of the measuring circuit at the moments of the start of the corresponding linear measuring sections. The second component depends on the rate of change of the measured parameter.

Первая составляющая погрешности может быть уменьшена до несущественной величины за счет увеличения длительности возмущающих участков перед ближайшими к началам первого и второго участков пары линейными измерительными участками, например, до пятикратной величины постоянной времени измерительной цепи, как это предложено в рассмотренном варианте способа. В случае, если необходимо отслеживать быстро изменяющиеся параметры, для измерения которых увеличение длительности возмущающего участка становится препятствием использования способа, предлагается использовать дополнительные варианты способа. The first component of the error can be reduced to an insignificant value by increasing the duration of the disturbing sections in front of the linear measuring sections closest to the beginnings of the first and second sections of the pair, for example, up to five times the time constant of the measuring circuit, as proposed in the considered method variant. If it is necessary to monitor rapidly changing parameters, for the measurement of which the increase in the duration of the disturbing section becomes an obstacle to using the method, it is proposed to use additional variants of the method.

Вторая составляющая погрешности, обусловленная изменением измеряемого параметра, может быть уменьшена или полностью исключена за счет суммирования разностей интервалов для нескольких пар. При непрерывном режиме измерения влияние этой погрешности на результат измерения среднего значения измеряемого параметра уменьшается с увеличением количества отсчетов. The second component of the error, due to a change in the measured parameter, can be reduced or completely eliminated by summing the differences of the intervals for several pairs. In a continuous measurement mode, the influence of this error on the measurement result of the average value of the measured parameter decreases with an increase in the number of samples.

Для доказательства рассмотрим непрерывный процесс измерения параметра элемента измерительной цепи, при котором функция возмущающего напряжения содержит серию периодически повторяющихся пар идентичных участков. Предположим, что функция изменения параметра во времени является случайной по отношению к функции возмущающего напряжения, что является справедливым для большинства практических случаев. Для того чтобы это было справедливо всегда, предлагается формировать случайные интервалы между идентичными участками функции возмущающего напряжения. Поскольку условия формирования первых (реальных) интервалов не отличаются от условий формирования вторых условных интервалов, то сумма первых (реальных) интервалов стремится к сумме вторых условных интервалов. То же самое справедливо для первых условных и вторых (реальных) интервалов. Из этого следует, что вторая составляющая дополнительной погрешности, рассчитанная для среднего значения измеряемого параметра, с увеличением количества пар стремится к нулю. To prove this, we consider the continuous process of measuring the parameter of a measuring circuit element, in which the disturbing voltage function contains a series of periodically repeating pairs of identical sections. Suppose that the function of the change in the parameter in time is random with respect to the function of the disturbing voltage, which is true for most practical cases. In order for this to be always true, it is proposed to form random intervals between identical sections of the disturbing voltage function. Since the conditions for the formation of the first (real) intervals do not differ from the conditions for the formation of the second conditional intervals, the sum of the first (real) intervals tends to the sum of the second conditional intervals. The same is true for the first conditional and second (real) intervals. It follows from this that the second component of the additional error calculated for the average value of the measured parameter tends to zero with an increase in the number of pairs.

С целью увеличения точности измерения изменяющихся параметров с использованием короткой серии пар может быть предложено несколько дополнительных вариантов способа. In order to increase the accuracy of measuring varying parameters using a short series of pairs, several additional process options can be proposed.

Вариант способа заключается в том, что пары с идентичными участками группируют по две, при этом для второй пары каждой группы характеристику линейного опорного участка, соответствующего первому линейному измерительному участку, выбирают равной характеристике линейного опорного участка, соответствующего третьему линейному измерительному участку первой пары, характеристику линейного опорного участка, соответствующего второму линейному измерительному участку, выбирают равной характеристике линейного опорного участка, соответствующего четвертому линейному измерительному участку первой пары, характеристику линейного опорного участка, соответствующего третьему линейному измерительному участку, выбирают равной характеристике линейного опорного участка, соответствующего первому линейному измерительному участку первой пары, а характеристику линейного опорного участка, соответствующего четвертому линейному измерительному участку, выбирают равной характеристике линейного опорного участка, соответствующего второму линейному измерительному участку первой пары, при этом для каждой группы находят разность разностей интервалов или их эквивалентов первой и второй пар. Характеристики участков возмущающего и опорного напряжений выбирают с учетом обеспечения разной чувствительности разностей интервалов или их эквивалентов первых и вторых пар к изменению измеряемого параметра элемента цепи. A variant of the method is that pairs with identical sections are grouped in two, while for the second pair of each group the characteristic of the linear reference section corresponding to the first linear measuring section is chosen equal to the characteristic of the linear reference section corresponding to the third linear measuring section of the first pair, the linear characteristic the reference section corresponding to the second linear measuring section is chosen equal to the characteristic of the linear reference section corresponding to its fourth linear measuring section of the first pair, the characteristic of the linear reference section corresponding to the third linear measuring section, is chosen equal to the characteristic of the linear reference section corresponding to the first linear measuring section of the first pair, and the characteristic of the linear reference section corresponding to the fourth linear measuring section is equal to the linear characteristic a reference portion corresponding to a second linear measuring portion of a first pair, at the same time, for each group, the difference in the differences of the intervals or their equivalents of the first and second pairs is found. The characteristics of the disturbing and supporting voltage sections are selected taking into account the different sensitivity of the difference of the intervals or their equivalents of the first and second pairs to a change in the measured parameter of the circuit element.

Компенсация погрешности объясняется тем, что для второй пары группы вторая составляющая дополнительной погрешности имеет практически ту же величину, что и для первой пары, если в течение интервала времени, покрывающего первую и вторую пару группы, скорость изменения параметра практически не изменяется. Поскольку в результате находят разность разностей интервалов, то эта погрешность компенсируется. The error compensation is explained by the fact that for the second pair of the group, the second component of the additional error is almost the same as for the first pair, if during the time interval covering the first and second pair of the group, the rate of change of the parameter remains almost unchanged. Since the difference between the differences in the intervals is found as a result, this error is compensated.

Это несложно доказать на примере варианта реализации рассматриваемого способа. Вариант способа характеризуется тем, что вторую пару группы выбирают таким образом, что первый ее участок совпадает с вторым участком первой пары, а второй участок совпадает с первым участком первой пары следующей группы и т.д. При этом для вторых пар нет необходимости дополнительно формировать опорное напряжение, поскольку характеристики участков опорного напряжения, сформированного для первой пары, удовлетворяют заданным условиям и в отношении вторых пар. This is easy to prove by the example of an implementation option of the considered method. A variant of the method is characterized in that the second pair of the group is selected in such a way that its first section coincides with the second section of the first pair, and the second section coincides with the first section of the first pair of the next group, etc. Moreover, for the second pairs, there is no need to additionally form a reference voltage, since the characteristics of the sections of the reference voltage generated for the first pair satisfy the given conditions with respect to the second pairs.

Если скорость изменения параметра на участках перовой и второй пар группы практически не изменяется, то малое приращение длительностей второго условного интервала относительно первого (реального) интервала для первой пары группы равно приращению второго (реального) интервала относительно первого условного интервала для второй пары группы. Равенство справедливо также для приращений второго (реального) в отношении первого условного и второго условного в отношении первого (реального) интервалов соответственно для первой и второй пар группы. Поскольку второй условный интервал для первой пары совпадает с первым условным интервалом для второй пары, а второй (реальный) интервал первой пары совпадает с первым (реальным) интервалом для второй пары, то сумма с разными знаками разностей интервалов, сформированная согласно этому варианту способа, практически не содержит составляющей дополнительной погрешности. Необходимо отметить, что возможна неполная компенсация погрешности, обусловленной второй или более высокими производными от изменения параметра, однако эта погрешность имеет более высокую степень малости в сравнении с погрешностью, обусловленной первой производной. If the rate of change of the parameter in the sections of the first and second pairs of the group does not practically change, then a small increment of the durations of the second conditional interval relative to the first (real) interval for the first pair of the group is equal to the increment of the second (real) interval relative to the first conditional interval for the second pair of the group. Equality is also true for increments of the second (real) with respect to the first conditional and second conditional with respect to the first (real) intervals, respectively, for the first and second pairs of the group. Since the second conditional interval for the first pair coincides with the first conditional interval for the second pair, and the second (real) interval of the first pair coincides with the first (real) interval for the second pair, the sum with different signs of the differences of the intervals formed according to this variant of the method is practically does not contain a component of an additional error. It should be noted that incomplete compensation of the error caused by the second or higher derivatives of the parameter change is possible, however, this error has a higher degree of smallness in comparison with the error caused by the first derivative.

Следует отдельно выделить вариант способа измерения RLC-параметров, согласно которому образуют группу из двух пар, характеризующуюся полным совмещением во времени соответствующих участков пар, для первой и второй пары группы выбирают не одинаковые наборы характеристик линейных опорных участков, находят разность разностей интервалов или их эквивалентов первой и второй пар группы. При этом характеристики участков возмущающего и опорного напряжений выбирают с учетом обеспечения разной чувствительности разностей интервалов или их эквивалентов первой и второй пар группы к изменению измеряемого параметра элемента цепи. It is necessary to separately single out a variant of the method for measuring RLC parameters, according to which a group of two pairs is formed, characterized by the complete coincidence in time of the corresponding sections of the pairs; for the first and second pairs of the group, not identical sets of characteristics of linear reference sections are selected, the difference in the differences of the intervals or their equivalents is found and the second pair of the group. In this case, the characteristics of the sections of the disturbing and reference voltages are selected taking into account the different sensitivity of the differences of the intervals or their equivalents of the first and second pairs of the group to a change in the measured parameter of the circuit element.

Этот вариант эквивалентен рассмотренному основному варианту способа при условии, что в этом варианте реально формируют интервалы времени, обозначенные в выражении (1) как условные, а напряжения линейных опорных участков могут быть различны. Несложно показать, что сумма с разными знаками разностей интервалов первой и второй пар в этом случае не содержит дополнительной погрешности. This option is equivalent to the considered main variant of the method, provided that in this option the time intervals are actually formed, which are indicated in the expression (1) as conditional, and the stresses of the linear reference sections can be different. It is easy to show that the sum with different signs of the difference in the intervals of the first and second pairs in this case does not contain an additional error.

Кроме этого, дополнительная погрешность способа может быть практически исключена за счет рационального выбора функции возмущающего напряжения и характеристик линейных опорных участков, как это показано в примере описанного ниже варианта способа. In addition, the additional error of the method can be practically eliminated due to the rational choice of the function of the disturbing voltage and the characteristics of the linear reference sections, as shown in the example of the method variant described below.

На фиг. 2 показаны временные диаграммы для варианта способа. Измерение RLC-параметров согласно варианту способа осуществляют следующим образом. In FIG. 2 shows timing diagrams for an embodiment of the method. Measurement of RLC parameters according to a variant of the method is as follows.

На измерительную цепь подают возмущающее напряжение UB-1(t), изменяющееся в функции времени, имеющей вид серии периодически повторяющихся симметричных относительно среднего уровня прямоугольных импульсов. Из этой функции можно выбрать первый участок пары, включающий N последовательно идущих импульсов, начиная с импульса под номером K, которые перекрывают интервал времени, много больший, чем постоянная времени измерительной цепи. Также можно выбрать второй, идентичный первому участок пары, включающий N последовательно идущих импульсов, начиная с импульса под номером K + 1. На фиг. 2 интервал времени первого участка обозначен τ1уч-1, второго τ2уч-1. Одновременно формируют опорное напряжение UОП1-1(t), изменяющееся в функции времени, состоящей из линейных опорных участков с нулевой крутизной. Во время линейных измерительных участков τ1л-1, τ2л-1, определенных как основание и вершина импульса под номером K + N, напряжения UC-1(t) переходного процесса на элементе измерительной цепи сравнивают с опорным напряжением. При этом между моментами равенства сравниваемых напряжений формируют первый τ1ир-1 интервал времени. Затем во время линейных измерительных участков τ3л-1, τ4л-1, определенных как основание и вершина следующего импульса, таким же образом формируют второй τ2ир-1 интервал времени. Величину напряжения первого линейного опорного участка выбирают равной величине напряжения второго линейного опорного участка, а величину напряжения третьего опорного участка выбирают равной величине напряжения четвертого опорного участка, величину среднего уровня возмущающего напряжения выбирают равной нулю, а величины напряжений опорных участков выбирают больше и меньше нуля на одну и ту же величину. Для сформированных интервалов времени или их эквивалентов находят разность.A disturbing voltage U B-1 (t) is applied to the measuring circuit, which varies as a function of time, which has the form of a series of periodically repeating rectangular pulses symmetrical with respect to the average level. From this function, you can select the first section of the pair, including N consecutive pulses, starting with a pulse at number K, which cover a time interval much longer than the time constant of the measuring circuit. You can also select the second, identical to the first section of the pair, including N consecutive pulses, starting from the pulse under the number K + 1. In FIG. 2 the time interval of the first section is designated τ 1uch-1 , the second τ 2uch-1 . At the same time, the reference voltage U OP1-1 (t) is formed, which varies as a function of time, consisting of linear reference sections with zero slope. During linear measuring sections τ 1l-1 , τ 2l-1 , defined as the base and peak of the pulse under the number K + N, the transient voltage U C-1 (t) on the element of the measuring circuit is compared with the reference voltage. Moreover, between the moments of equality of the compared voltages, the first τ 1ir-1 time interval is formed. Then, during the linear measuring sections, τ 3l-1 , τ 4l-1 , defined as the base and peak of the next pulse, in the same way form a second τ 2l-1 time interval. The voltage value of the first linear reference section is chosen equal to the voltage value of the second linear reference section, and the voltage value of the third reference section is chosen equal to the voltage value of the fourth reference section, the average level of disturbing voltage is chosen to be zero, and the voltage values of the reference sections are selected more and less than zero by one and the same amount. For the formed time intervals or their equivalents, the difference is found.

В этом варианте способа длительность возмущающих участков увеличивается с увеличением порядкового номера импульса в серии, так как возмущающие участки для линейных измерительных участков образованы предыдущими линейными измерительными участками. В результате этого погрешность, обусловленная недостаточно длительными возмущающими участками с увеличением длины серии импульсов стремится к нулю. In this variant of the method, the duration of the disturbing sections increases with increasing serial number of the pulse in the series, since the disturbing sections for linear measuring sections are formed by the previous linear measuring sections. As a result of this, the error due to insufficiently long disturbing sections tends to zero with an increase in the length of a series of pulses.

Можно условно выделить уровень напряжения, при котором интервал времени

Figure 00000004
, сформированный между моментами равенства напряжения на элементе цепи с напряжением этого уровня, равен полупериоду следования импульсов. Для неизменяющегося параметра величина напряжения этого уровня в данном случае всегда равна нулю. При изменении величины параметра этот уровень несколько смещается и различен для различных участков кривой напряжения на элементе цепи. Можно подобрать напряжения опорных участков первого опорного напряжения UОП1-1(t) и второго условного опорного напряжения UОП2-1(t), при которых этот уровень не выходит за рамки уровней этих напряжений при заданном максимуме скорости изменения параметра. При этом в отношении соответствующих интервалов, измеренных для не изменяющегося параметра, зафиксированного на момент начала измерения, первый (реальный) интервал τ1ир-1 изменяется практически на ту же величину, на которую изменяется с обратным знаком первый условный интервал τ1иу-1, т.е. сумма этих интервалов практически не изменяется, в то время как разность этих интервалов изменяется на сумму этих изменений. То же самое справедливо и для вторых реального τ2ир-1 и условного τ2иу-1 интервалов. Из этого следует, что изменение разности сумм реально формируемых интервалов и интервалов, обозначенных как условные, меньше удвоенного изменения разности первого и второго реальных интервалов. Следовательно, дополнительная погрешность в данном варианте не будет превышать изменения величины за время единичного измерения.You can conditionally select the voltage level at which the time interval
Figure 00000004
formed between the moments of equal voltage on the circuit element with voltage of this level is equal to the half-cycle of the pulses. For an unchanging parameter, the voltage value of this level in this case is always equal to zero. When the parameter value changes, this level shifts somewhat and is different for different parts of the voltage curve on the circuit element. You can select the voltage of the reference sections of the first reference voltage U OP1-1 (t) and the second conditional reference voltage U OP2-1 (t), at which this level does not go beyond the levels of these voltages at a given maximum rate of change of the parameter. Moreover, in relation to the corresponding intervals measured for a constant parameter recorded at the time of the start of the measurement, the first (real) interval τ 1ir-1 changes almost by the same amount by which the first conditional interval τ 1iu-1 , t changes with the opposite sign .e. the sum of these intervals practically does not change, while the difference of these intervals changes by the sum of these changes. The same is true for the second real τ 2ir-1 and conditional τ 2iu-1 intervals. It follows from this that the change in the difference in the sums of the actually formed intervals and the intervals designated as conditional is less than twice the change in the difference between the first and second real intervals. Therefore, the additional error in this embodiment will not exceed the change in value during a single measurement.

На фиг. 3 показана структурная схема устройства для измерения RLC-параметров, в котором реализован рассмотренный вариант способа. In FIG. 3 shows a structural diagram of a device for measuring RLC parameters, in which the considered method variant is implemented.

Устройство содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, выход которого соединен с входом источника 2 возмущающего напряжения и входом делителя 3 частоты на два. Выход делителя 3 частоты на два подключен к блоку 4 формирования сигнала опорного напряжения, а выход блока 4 связан с первым входом блока 5 сравнения напряжений. Второй вход блока 5 сравнения напряжений подключен к средней точке питающего напряжения. Выход источника 2 возмущающего напряжения связан с первым выводом измерительной цепи 6, второй вывод которой подключен к средней точке питающего напряжения, а третий и четвертый вывод к четвертому и третьему входам блока 5 сравнения напряжений, выход которого соединен с вторым входом логического элемента 7 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Первый вход элемента 7 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к выходу делителя 3 частоты на два, а выход элемента 7 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к блоку 8 измерения интервалов времени. The device contains a generator 1 of rectangular pulses, the output of which is connected to the input of the source 2 of the disturbing voltage and the input of the frequency divider 3 into two. The output of the frequency divider 3 into two is connected to the reference voltage generating unit 4, and the output of unit 4 is connected to the first input of the voltage comparison unit 5. The second input of the voltage comparison unit 5 is connected to the midpoint of the supply voltage. The output of the disturbing voltage source 2 is connected to the first output of the measuring circuit 6, the second output of which is connected to the midpoint of the supply voltage, and the third and fourth output to the fourth and third inputs of the voltage comparison unit 5, the output of which is connected to the second input of the logic element 7 EXCLUSIVE OR. The first input of the EXCLUSIVE OR element 7 is connected to the output of the frequency divider 3 by two, and the output of the EXCLUSIVE OR element 7 is connected to the time interval measuring unit 8.

Совместно с устройством может быть использована измерительная цепь 6 (фиг. 3), состоящая из последовательно соединенных емкостного элемента датчика 9 и образцового резистора 10. Свободный вывод резистора 10 и свободный вывод емкостного элемента датчика 9 связаны соответственно с первым и вторым выводами измерительной цепи. Третий и четвертый выводы измерительной цепи 6 связаны с выводами емкостного элемента датчикам 9, а именно со свободным выводом элемента датчика 9 и с точкой соединения резистора 10 и датчика 9 соответственно. Together with the device can be used measuring circuit 6 (Fig. 3), consisting of series-connected capacitive element of the sensor 9 and an exemplary resistor 10. The free output of the resistor 10 and the free output of the capacitive element of the sensor 9 are connected respectively with the first and second conclusions of the measuring circuit. The third and fourth conclusions of the measuring circuit 6 are connected with the conclusions of the capacitive element to the sensors 9, namely with the free output of the sensor element 9 and with the connection point of the resistor 10 and the sensor 9, respectively.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

На вход источника 2 возмущающего напряжения с генератора 1 поступают импульсы прямоугольного напряжения. В простейшем случае источник 2 возмущающего напряжения представляет собой электронный переключатель, выход которого под управлением сигнала с генератора 1 попеременно подключается к положительному и отрицательному потенциалам напряжения источника питания, генерируя тем самым серию периодически повторяющихся импульсов возмущающего напряжения, крайние уровни напряжения которых симметричны относительно уровня напряжения средней точки. Серия импульсов возбуждает переходные процессы заряда-разряда емкости элемента емкостного датчика 9 в резистивно-емкостной измерительной цепи 6. Напряжение заряда датчика 9, подаваемого на третий и четвертый входы блока 5 сравнения, в блоке 5 сравнения напряжений сравнивается с опорным напряжением, подаваемым на первый и второй входы блока 5 сравнения. На выходе блока 5 сравнения напряжений формируется сигнал напряжения, имеющий положительный логический уровень на интервалах между моментами равенства сравниваемых напряжений. Этот сигнал с выхода блока 5 сравнения поступает на второй вход элемента 7 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, на выходе которого формируется сигнал, равный входному во время линейных участков каждого первого импульса и инверсный входному во время линейных участков каждого второго импульса возмущающего напряжения, т.е. имеющий положительный логический уровень внутри временного интервала во время линейных участков первого импульса и имеющий положительный логический уровень вне временного интервала между моментами равенства сравниваемых напряжений во время линейных участков второго импульса пары. Тем самым реализуется функция вычитания сформированных на выходе блока 5 сравнения временных интервалов. Логический сигнал с выхода элемента 7 подается на вход блока 8 измерения интервалов времени. На выходе блока 8 измерения интервалов времени формируется сигнал, например, в виде цифрового кода, который линейно связан с суммарной за время цикла измерения длительностью импульсов положительного логического уровня, поступающих на его вход. Поскольку длительность импульсов положительного логического уровня, сформированных на выходе элемента 7 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, линейно связана с величиной параметра элемента измерительной цепи (емкостью элемента датчика), выходной сигнал блока 8 измерения интервалов времени также линейно связан с величиной емкости элемента датчика. The input of the source 2 of the disturbing voltage from the generator 1 receives the pulses of rectangular voltage. In the simplest case, the disturbing voltage source 2 is an electronic switch, the output of which, under the control of the signal from the generator 1, is alternately connected to the positive and negative potentials of the voltage of the power source, thereby generating a series of periodically repeating disturbing voltage pulses, the extreme voltage levels of which are symmetrical with respect to the average voltage level points. A series of pulses excites transients of the charge-discharge capacity of the element of the capacitive sensor 9 in the resistive-capacitive measuring circuit 6. The voltage of the charge of the sensor 9, supplied to the third and fourth inputs of the comparison unit 5, in the voltage comparison unit 5 is compared with the reference voltage supplied to the first and the second inputs of block 5 comparison. At the output of the voltage comparison unit 5, a voltage signal is generated having a positive logical level at intervals between the moments of equality of the compared voltages. This signal from the output of the comparison unit 5 is supplied to the second input of the EXCLUSIVE OR element 7, at the output of which a signal is generated that is equal to the input during the linear sections of each first pulse and inverse to the input during the linear sections of each second pulse of the disturbing voltage, i.e. having a positive logical level inside the time interval during the linear sections of the first pulse and having a positive logical level outside the time interval between the moments of equality of the compared voltages during the linear sections of the second pulse of the pair. Thereby, the function of subtracting the time intervals comparison generated at the output of the block 5 is realized. The logical signal from the output of element 7 is fed to the input of block 8 for measuring time intervals. At the output of the unit for measuring time intervals, a signal is generated, for example, in the form of a digital code that is linearly connected with the total duration of the positive logic level pulses arriving at its input during the measurement cycle. Since the duration of positive logical level pulses generated at the output of the EXCLUSIVE OR element 7 is linearly related to the value of the parameter of the measuring circuit element (capacitance of the sensor element), the output signal of the time interval measuring unit 8 is also linearly related to the value of the capacitance of the sensor element.

Второй вариант устройства для измерения RLC-параметров показан на фиг. 4. A second embodiment of an apparatus for measuring RLC parameters is shown in FIG. 4.

Устройство содержит генератор 11 прямоугольных импульсов, выход которого соединен с входом источника 12 возмущающего напряжения и с входом делителя 13 частоты на два. Выход делителя 13 частоты на два подключен к блоку 14 формирования сигнала опорного напряжения, а выход блока 14 связан с первым входом блока 15 сравнения напряжений. Второй вход блока 15 сравнения напряжений подключен к средней точке питающего напряжения. Выход источника 12 возмущающего напряжения связан с первым выводом измерительной цепи 16, второй вывод которой подключен к средней точке питающего напряжения, а третий и четвертый вывод к четвертому и третьему входам блока 15 сравнения, выход которого соединен с блоком 17 измерения и вычитания интервалов времени, управляющий вход которого соединен с выходом делителя 13 частоты на два. The device comprises a rectangular pulse generator 11, the output of which is connected to the input of the disturbing voltage source 12 and to the input of the frequency divider 13 into two. The output of the frequency divider 13 into two is connected to the reference voltage generating unit 14, and the output of the unit 14 is connected to the first input of the voltage comparison unit 15. The second input of the voltage comparison unit 15 is connected to the midpoint of the supply voltage. The output of the disturbing voltage source 12 is connected to the first output of the measuring circuit 16, the second output of which is connected to the midpoint of the supply voltage, and the third and fourth output to the fourth and third inputs of the comparison unit 15, the output of which is connected to the measurement and subtraction unit 17 of the time intervals the input of which is connected to the output of the frequency divider 13 into two.

Отличительной особенностью устройства по второму варианту является то, что в нем отсутствует элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а блок измерения интервалов времени дополнительно выполняет функцию вычитания измеренных интервалов времени. Для этой цели введена новая связь с выхода делителя 13 частоты на два на управляющий вход блока 17. A distinctive feature of the device according to the second embodiment is that it does not contain an EXCLUSIVE OR element, and the unit for measuring time intervals additionally performs the function of subtracting the measured time intervals. For this purpose, a new connection has been introduced from the output of the frequency divider 13 into two to the control input of block 17.

В описанных устройствах скомпенсирована погрешность, обусловленная нестабильностью задержек прохождения сигналов в блоке сравнения напряжений. Вследствие этого в устройствах можно использовать микромощные операционные усилители и компараторы, характеризующиеся большими временными задержками прохождения сигнала, а также нестабильностью этих задержек. При этом появляется возможность реализации измерительных приборов (датчиков) с автономным питанием от гальванических батарей в течение года и более. In the described devices the error is compensated due to the instability of the delays in the passage of signals in the voltage comparison unit. As a result of this, micropower operational amplifiers and comparators can be used in the devices, which are characterized by large time delays in the signal transmission, as well as the instability of these delays. At the same time, it becomes possible to implement measuring instruments (sensors) with self-powered from galvanic batteries for a year or more.

Claims (3)

1. Способ измерения RLC-параметров, основанный на измерении длительностей переходных процессов в резистивно-емкостной или резистивно-индуктивной измерительной цепи, отличающийся тем, что на измерительную цепь подают возмущающее напряжение, изменяющееся в функции времени, имеющей по меньшей мере одну пару участков с одинаковыми характеристиками, каждый из которых содержит два линейных измерительных участка с нулевой крутизной и два возмущающих участка, расположенных соответственно перед началами линейных измерительных участков и обеспечивающих ненулевые неустановившиеся напряжения на элементе измерительной цепи к моментам начал линейных измерительных участков, одновременно формируют соответствующее паре опорное напряжение, изменяющееся в функции времени, имеющей линейные опорные участки с нулевой крутизной, каждый из которых определен в течение времени соответствующего линейного измерительного участка пары и имеет соответствующую для каждого участка характеристику, обеспечивающую во всем расчетном диапазоне измерений разные знаки разностей напряжений напряжения на элементе измерительной цепи и опорного напряжения в моменты времени начала и конца соответствующего линейного измерительного участка, напряжение на элементе измерительной цепи в рамках интервалов времени первого и второго линейных измерительных участков пары сравнивают с опорным напряжением, при этом между моментами равенства напряжений формируют интервал времени, затем эти напряжения сравнивают в рамках интервалов времени третьего и четвертого линейных измерительных участков пары, при этом формируют второй интервал времени, определенный между моментами равенства сравниваемых напряжений, для сформированных интервалов времени или их эквивалентов, выраженных в форме другой физической величины и полученных путем линейного однообразного преобразования интервалов, находят разность, которую используют для определения величины измеряемого параметра. 1. A method of measuring RLC parameters based on measuring transient durations in a resistive-capacitive or resistive-inductive measuring circuit, characterized in that a disturbing voltage is applied to the measuring circuit, which varies as a function of time, which has at least one pair of sections with identical characteristics, each of which contains two linear measuring sections with zero slope and two disturbing sections located respectively before the beginning of linear measuring sections and flowing nonzero unsteady voltages on the element of the measuring circuit to the moments of the beginning of the linear measuring sections, at the same time form the reference voltage corresponding to the pair, changing as a function of time, having linear reference sections with zero slope, each of which is determined during the time of the corresponding linear measuring section of the pair and has the corresponding for each section, a characteristic that provides different signs of voltage differences in the entire calculation range of measurements voltage on the element of the measuring circuit and the reference voltage at the time of the beginning and end of the corresponding linear measuring section, the voltage on the element of the measuring circuit within the time intervals of the first and second linear measuring sections of the pair is compared with the reference voltage, while a time interval is formed between the moments of equal voltage then these voltages are compared within the time intervals of the third and fourth linear measuring sections of the pair, while the second time interval is formed no defined between the moments of equality of the compared voltages generated for time slots or their equivalents expressed in the form of another physical quantity and received by a monotonous linear transformation slots are difference, which is used to determine the value of the measured parameter. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пары с идентичными участками группируют по две, при этом для второй пары каждой группы характеристику линейного опорного участка, соответствующего первому линейному измерительному участку, выбирают равной характеристике линейного опорного участка, соответствующего третьему линейному измерительному участку пары, характеристику линейного опорного участка, соответствующего второму линейному измерительному участку, выбирают равной характеристике линейного опорного участка, соответствующего четвертому линейному измерительному участку первой пары, характеристику линейного опорного участка, соответствующего третьему линейному измерительному участку, выбирают равной характеристике линейного опорного участка, соответствующего первому линейному измерительному участку первой пары, а характеристику линейного опорного участка, соответствующего четвертому линейному измерительному участку, выбирают равной характеристике линейного опорного участка, соответствующего второму линейному измерительному участку первой пары, при этом для каждой группы находят разность разностей интервалов или их эквивалентов первой и второй пар. 2. The method according to p. 1, characterized in that the pairs with identical sections are grouped in two, while for the second pair of each group the characteristic of the linear reference section corresponding to the first linear measuring section is chosen equal to the characteristic of the linear reference section corresponding to the third linear measuring section pairs, the characteristic of the linear reference section corresponding to the second linear measuring section is chosen equal to the characteristic of the linear reference section corresponding to four the first linear measuring section of the first pair, the characteristic of the linear reference section corresponding to the third linear measuring section is chosen equal to the characteristic of the linear reference section corresponding to the first linear measuring section of the first pair, and the characteristic of the linear reference section corresponding to the fourth linear measuring section is chosen equal to the linear reference characteristic plot corresponding to the second linear measuring section of the first pair, while for each group find the difference in the differences of the intervals or their equivalents of the first and second pairs. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что образуют группу из двух пар, характеризующуюся полным совмещением во времени соответствующих участков пар, для первой и второй пар группы выбирают не одинаковые наборы характеристик линейных опорных участков, находят разность разностей интервалов или их эквивалентов первой и второй пар группы. 3. The method according to p. 1, characterized in that they form a group of two pairs, characterized by a complete combination in time of the corresponding sections of the pairs, for the first and second pairs of the group choose not the same sets of characteristics of the linear reference sections, find the difference between the differences of the intervals or their equivalents to the first and the second pair of the group.
RU95104389/09A 1995-03-24 1995-03-24 Method for measurement of resistance, inductance and capacity RU2100813C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95104389/09A RU2100813C1 (en) 1995-03-24 1995-03-24 Method for measurement of resistance, inductance and capacity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95104389/09A RU2100813C1 (en) 1995-03-24 1995-03-24 Method for measurement of resistance, inductance and capacity

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95104389A RU95104389A (en) 1996-12-10
RU2100813C1 true RU2100813C1 (en) 1997-12-27

Family

ID=20166026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95104389/09A RU2100813C1 (en) 1995-03-24 1995-03-24 Method for measurement of resistance, inductance and capacity

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2100813C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2602744C2 (en) * 2015-03-30 2016-11-20 Николай Дмитриевич Куликов Use of method of measuring rlc parameters according to patent ru 2100813 in devices with touch panel or screen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SU, авторское свидетельство, 360624, кл. G 01 R 27/26, 1972. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2602744C2 (en) * 2015-03-30 2016-11-20 Николай Дмитриевич Куликов Use of method of measuring rlc parameters according to patent ru 2100813 in devices with touch panel or screen

Also Published As

Publication number Publication date
RU95104389A (en) 1996-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0313575B1 (en) Transmitter with vernier measurement
US4816745A (en) Method and arrangement for measuring the resistance ratio in a resistance half-bridge
EP0742445A2 (en) Method and apparatus for measuring the change in capacitance values in dual capacitors
AU624853B2 (en) Method of magnetic-inductive flow measurement and a magnetic-inductive flow meter
EP0303442B1 (en) Multi-frequency capacitance sensor
EP0493528B1 (en) Vernier voltage-to-digital converter
RU2100813C1 (en) Method for measurement of resistance, inductance and capacity
EP3296709B1 (en) Temperature-to-digital converter
RU2100814C1 (en) Method for measurement of resistance, inductance and capacity
RU2231077C2 (en) Device for measurement of frequency of electric signals
RU1795391C (en) Method of measurement of hall voltage
SU752170A1 (en) Digital meter of signal effective value
SU756299A1 (en) Digital voltmeter
RU2111498C1 (en) Electric energy meter
SU1270714A1 (en) Method of calibrating microwave pulse wattmeter
SU450112A1 (en) Method for digital measurement of instantaneous frequency of slowly varying processes
SU798631A1 (en) Method of measuring complex-impedance components
RU2115130C1 (en) Digital ohmmeter
SU807072A1 (en) Method of measuring elastic wave propagation velocity
SU479054A1 (en) Method for digital measurement of deviation of resistance
RU2210783C2 (en) Converter of time scale
SU424093A1 (en) DIGITAL MAGNETIC INDUCTION METER
SU900217A1 (en) Digital resistance meter
SU1364909A1 (en) Temperature-measuring device
SU834594A1 (en) Method of measuring signal phase

Legal Events

Date Code Title Description
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -MM4A- IN JOURNAL: 16-2002

NF4A Reinstatement of patent