RU2390787C1 - Tester of multiple-element passive bipoles - Google Patents
Tester of multiple-element passive bipoles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2390787C1 RU2390787C1 RU2009117078/28A RU2009117078A RU2390787C1 RU 2390787 C1 RU2390787 C1 RU 2390787C1 RU 2009117078/28 A RU2009117078/28 A RU 2009117078/28A RU 2009117078 A RU2009117078 A RU 2009117078A RU 2390787 C1 RU2390787 C1 RU 2390787C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- dac
- integrator
- analog
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, к технике измерения параметров объектов в виде пассивных двухполюсников с сосредоточенными параметрами, имеющих многоэлементную схему замещения.The invention relates to measuring technique and, in particular, to a technique for measuring the parameters of objects in the form of passive two-terminal devices with lumped parameters having a multi-element equivalent circuit.
Известно устройство (патент РФ №2212677) для определения параметров многоэлементных двухполюсных цепей с измерительным преобразователем (ИП), выполненным на операционном усилителе (ОУ) с параллельной отрицательной обратной связью, в цепь которой включают образцовый резистор и измеряемый двухполюсник R-C или R-L типа [1]. На вход ИП подают прямоугольный импульс эталонного напряжения, из выходного напряжения ОУ выделяют свободную составляющую переходного процесса и подвергают операции интегрирования, в процессе интегрирования в момент времени t1 измеряют первое значение интеграла от указанного напряжения, далее в момент времени 2t1 измеряют второе значение интеграла от указанного напряжения, и из полученных значений интеграла вычисляют постоянную времени и амплитуду переходного процесса на выходе ИП, после чего по интегральным характеристикам свободной составляющей осуществляют вычисление параметров двухполюсной цепи.A device is known (RF patent No. 2212677) for determining the parameters of multi-element bipolar circuits with a measuring transducer (IP) made on an operational amplifier (OA) with parallel negative feedback, the circuit of which includes an exemplary resistor and a measured two-terminal RC or RL type [1] . A rectangular pulse of the reference voltage is applied to the input of the IP, the free component of the transient process is extracted from the output voltage of the op-amp, and the integration operation is performed, during the integration at the time t 1, the first value of the integral of the specified voltage is measured, then at the time 2t 1, the second value of the integral from the specified voltage, and from the obtained values of the integral calculate the time constant and the amplitude of the transient at the output of the IP, after which the integrated characteristics are free th component computes bipolar circuit parameters.
Недостатками этого устройства являются:The disadvantages of this device are:
1) узкие функциональные возможности, позволяющие измерять параметры небольшого числа двухполюсников только с двумя или тремя элементами;1) narrow functionality that allows you to measure the parameters of a small number of two-terminal networks with only two or three elements;
2) необходимость менять точки подключения измеряемого двухполюсника либо в цепь обратной связи, либо во входную цепь ОУ в зависимости от конфигурации схемы объекта измерения;2) the need to change the connection points of the measured two-terminal network either in the feedback circuit or in the input circuit of the op-amp, depending on the configuration of the circuit of the measurement object;
3) погрешности измерения, обусловленные влиянием частотных свойств ОУ и паразитных емкостей на характеристики переходного процесса.3) measurement errors due to the influence of the frequency properties of the op-amp and stray capacitance on the characteristics of the transient process.
Известен способ (патент РФ №2310872) определения параметров многоэлементных двухполюсных цепей, который заключается в использовании воздействия на исследуемую двухполюсную R-C или L-R цепь сигналом ступенчатой формы и применении операции интегрирования при определении параметров двухполюсника [2]. В процессе интегрирования свободной составляющей переходного процесса измеряют первое значение интеграла от указанного напряжения на участке [0…t1]. Далее измеряют второе значение интеграла от указанного напряжения на участке [t1…2t1], далее вычисляют значения постоянной времени и амплитуды переходного процесса на выходе. Измеренные интегральные характеристики переходного процесса определяют значения параметров двухполюсника.There is a method (RF patent No. 2310872) for determining the parameters of multi-element bipolar circuits, which consists in using the influence on the studied bipolar RC or LR circuit with a step-shaped signal and applying the integration operation to determine the parameters of a bipolar [2]. In the process of integrating the free component of the transient process, measure the first value of the integral of the specified voltage in the area [0 ... t 1 ]. Next, measure the second value of the integral of the specified voltage on the plot [t 1 ... 2t 1 ], then calculate the values of the time constant and the amplitude of the transition process at the output. The measured integral characteristics of the transient process determine the values of the parameters of the two-terminal device.
Этот способ имеет те же недостатки, что и упомянутое выше устройство по патенту №2212677.This method has the same disadvantages as the above-mentioned device according to patent No. 2212677.
Известен способ (патент РФ №2180966) измерения параметров четырехэлементного двухполюсника R-C типа, основанный на анализе переходного процесса в измерительном преобразователе, выполненном на базе операционного усилителя, в цепи отрицательной обратной связи которого включен измеряемый двухполюсник, а в цепи инвертирующего входа ОУ - образцовый резистор [3]. При подаче на вход ИП скачка постоянного напряжения в измерительной цепи возникает переходный процесс, состоящий из суммы постоянной, линейно изменяющейся и экспоненциальной составляющих. Параметры двухполюсника вычисляют по четырем дискретным отсчетам выходного напряжения ИП в моменты времени t1, 2t1, 3t1 и 4t1 после начала переходного процесса путем решения системы из четырех уравнений с четырьмя неизвестными. По результатам измерений микропроцессорный контроллер вычисляет постоянную составляющую, крутизну линейно изменяющейся составляющей, значения постоянной времени и амплитуды экспоненциальной составляющей переходного процесса, и по этим величинам - параметры исследуемого двухполюсника.A known method (RF patent No. 2180966) for measuring the parameters of a four-element bipolar RC type, based on the transient analysis in a measuring transducer based on an operational amplifier, in the negative feedback circuit of which the measured bipolar is connected, and in the inverting input circuit of the op-amp, an exemplary resistor [ 3]. When a DC voltage jump is applied to the input of the IP, a transient process occurs in the measuring circuit, which consists of the sum of the constant, linearly varying, and exponential components. The two-terminal parameters are calculated from four discrete samples of the output voltage of the PI at time t 1 , 2t 1 , 3t 1 and 4t 1 after the start of the transition process by solving a system of four equations with four unknowns. Based on the measurement results, the microprocessor controller calculates the constant component, the steepness of the linearly changing component, the time constant and the amplitude of the exponential component of the transient, and from these values - the parameters of the studied two-terminal device.
Недостатками этого способа являются:The disadvantages of this method are:
4) узкие функциональные возможности, позволяющие измерять параметры весьма ограниченного количества вариантов двухполюсников;4) narrow functionality that allows you to measure the parameters of a very limited number of options for bipolar;
5) необходимость менять точки подключения измеряемого двухполюсника либо в цепь ОС, либо во входную цепь ОУ в зависимости от конфигурации схемы объекта измерения;5) the need to change the connection points of the measured two-terminal network either in the OS circuit or in the op amp input circuit, depending on the configuration of the circuit of the measurement object;
6) погрешности измерения, обусловленные влиянием паразитных цепей и частотных свойств ОУ на характеристики переходного процесса. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников (патент РФ №2144195), выполненный в виде четырехплечего электрического моста, в котором для питания используется формирователь импульсов напряжения кубичной формы [4]. В измерительную диагональ моста включены входы дифференциального усилителя, а к выходу дифференциального усилителя подключены последовательно соединенные три дифференциатора. Выходы дифференциаторов, а также выход дифференциального усилителя подключены к входам нуль-индикатора. Уравновешивание моста осуществляют после окончания переходных процессов в его цепях, последовательно приводя к нулевому значению напряжения на выходах сначала третьего, затем второго и первого дифференциаторов и, наконец, дифференциального усилителя. Недостатками этого мостового измерителя являются:6) measurement errors due to the influence of stray circuits and frequency properties of the op-amp on the characteristics of the transient process. The closest in technical essence to the proposed one is a multi-element passive bipolar parameters meter (RF patent No. 2144195), made in the form of a four-armed electric bridge, in which a voltage pulse shaper of a cubic shape is used for power [4]. The inputs of the differential amplifier are included in the measuring diagonal of the bridge, and three differentiators connected in series to the output of the differential amplifier. The outputs of the differentiators, as well as the output of the differential amplifier are connected to the inputs of the zero indicator. The bridge is balanced after the end of transient processes in its circuits, sequentially leading to a zero voltage value at the outputs of the first third, then second and first differentiators and, finally, a differential amplifier. The disadvantages of this bridge meter are:
1) сложная схема ветви с многоэлементным двухполюсником отношения и многоэлементным уравновешивающим двухполюсником, в состав которого входят регулируемые резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности;1) a complex circuit of a branch with a multi-element bipolar relationship and a multi-element balancing bipolar, which includes adjustable resistors, capacitors and inductors;
2) громоздкие аналитические выражения для вычисления параметров элементов измеряемого двухполюсника;2) bulky analytical expressions for calculating the parameters of the elements of the measured bipolar;
3) ограниченный набор вариантов многоэлементных двухполюсников, для которых обеспечиваются условия уравновешивания при конкретной конфигурации мостовой схемы.3) a limited set of options for multi-element two-terminal devices, for which balancing conditions are provided for a specific configuration of the bridge circuit.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в расширении функциональных возможностей, позволяющих измерять параметры различных видов многоэлементных пассивных двухполюсников: R-C, R-L и R-L-C, упрощении и унификации процедуры вычисления параметров объектов измерения.The problem to which the invention is directed is to expand the functionality that allows measuring the parameters of various types of multi-element passive two-terminal devices: R-C, R-L and R-L-C, simplifying and unifying the procedure for calculating the parameters of measurement objects.
Технический результат достигается тем, что на вход измерительного преобразователя (ИП), выполненного на базе операционного усилителя (ОУ), в цепи инвертирующего входа которого включен измеряемый многоэлементный двухполюсник, а в цепи отрицательной обратной связи - образцовый резистор, подают импульс напряжения, изменяющегося в течение его длительности по закону n-й степени времени, а выходное напряжение ИП после окончания переходного процесса и до конца импульса уравновешивают компенсирующим сигналом, состоящим из суммы импульсов напряжения, имеющих форму степенной функции времени с показателями степени от n до 0, и по амплитудным значениям составляющих компенсирующего сигнала вычисляют параметры двухполюсника. Значение показателя степени n обусловлено количеством элементов и конфигурацией схемы замещения измеряемого двухполюсника.The technical result is achieved by the fact that the input of the measuring transducer (IP), made on the basis of an operational amplifier (op amp), in the circuit of the inverting input of which the measured multi-element bipolar is connected, and a model resistor is supplied in the negative feedback circuit, a voltage pulse that changes during its duration according to the law of the nth degree of time, and the output voltage of the PI after the end of the transition process and to the end of the pulse is balanced by a compensating signal consisting of the sum of the pulses zheniya shaped exponential function of time with exponents from n to 0, and the amplitude values of the components of the compensating signal is calculated parameters bipole. The value of the exponent n is determined by the number of elements and the configuration of the equivalent circuit of the measured bipolar.
Сущность изобретения поясняется для случая четырехэлементного двухполюсника. На вход ИП подают импульсы напряжения кубичной формы, изменяющегося по закону третьей степени времени:The invention is illustrated for the case of a four-element bipolar. At the input of the FE serves voltage pulses of a cubic shape, changing according to the law of the third degree of time:
где U3 - амплитуда импульса кубичной формы, tи - его длительность.where U 3 is the amplitude of the pulse of a cubic shape, t and is its duration.
Операторное изображение напряжения u3(t) на входе ИП имеет видThe operator image of the voltage u 3 (t) at the input of the IP has the form
а операторное изображение напряжения на выходе ИПand the operator image of the voltage at the output of the IP
где R0 - сопротивление образцового резистора; Y(p) - операторное изображение проводимости двухполюсника.where R 0 is the resistance of the reference resistor; Y (p) is the operator image of the two-terminal conductivity.
Для четырехэлементного двухполюсника, имеющего конечное (не нулевое и не бесконечное) сопротивление на постоянном токе, проводимость в операторной форме в общем случае можно представить дробно рациональной функцией 2-го порядкаFor a four-element bipolar with finite (non-zero and not infinite) DC resistance, the conductivity in the operator form in the general case can be represented as a fractional rational function of the second order
где коэффициенты полиномов знаменателя a0, a1, a2 и числителя b0, b1, b2 определяются компонентами схемы замещения двухполюсника. Отсюда операторное изображение напряжения на выходе ИП можно представить в виде суммы простых дробей:where the coefficients of the polynomials of the denominator a 0 , a 1 , a 2 and the numerator b 0 , b 1 , b 2 are determined by the components of the equivalent circuit of the two-terminal network. Hence the operator image of the voltage at the output of the IP can be represented as the sum of simple fractions:
где Y0, Y1, Y2, Y3 - параметры комплексной проводимости двухполюсника. При ненулевых значениях a0 и b0, что имеет место для большой группы реальных двухполюсников, величины Y0, Y1, Y2, Y3 определяются значениями параметров элементов двухполюсника:where Y 0 , Y 1 , Y 2 , Y 3 are the parameters of the complex conductivity of a two-terminal network. For non-zero values of a 0 and b 0 , which takes place for a large group of real two-terminal networks, the values Y 0 , Y 1 , Y 2 , Y 3 are determined by the values of the parameters of the elements of the two-terminal network:
Для двухполюсника с проводимостью вида (4) b3=0, а3=0. Последнее слагаемое в скобках формулы (5) определяет свободную составляющую, а остальные - принужденную составляющую напряжения на выходе ИП, которое устанавливается по окончании переходного процесса в двухполюснике.For a two-terminal network with conductivity of the form (4), b 3 = 0 and 3 = 0. The last term in the brackets of formula (5) determines the free component, and the rest - the forced component of the voltage at the output of the IP, which is installed at the end of the transition process in a two-terminal network.
Величины, характеризующие переходный процесс:Values characterizing the transition process:
Установившееся напряжение на выходе ИП представляет собой сумму импульсов кубичной, квадратичной, линейной и прямоугольной форм:The steady-state voltage at the output of the IP is the sum of the pulses of cubic, quadratic, linear and rectangular shapes:
Выражение (8) можно представить в видеExpression (8) can be represented as
гдеWhere
U3.m=-R0Y0U3 - амплитуда кубичной составляющей напряжения;U 3.m = -R 0 Y 0 U 3 - the amplitude of the cubic component of the voltage;
- амплитуда квадратичной составляющей; - the amplitude of the quadratic component;
- амплитуда линейной составляющей; - the amplitude of the linear component;
- амплитуда постоянного напряжения. - the amplitude of the constant voltage.
Как видно из выражения (9), амплитудные значения составляющих выходного напряжения ИП содержат информацию о параметрах двухполюсника. Измерив амплитуды U3.m, U2.m, U1.m, U0.m, можно определить параметры проводимости двухполюсника Y0, Y1, Y2, Y3, после чего вычислить значения параметров элементов двухполюсника: сопротивления резисторов, емкости конденсаторов, индуктивности катушек. Измерение амплитуд U3.m, U2.m, U1.m, U0.m осуществляют путем уравновешивания выходного напряжения ИП и компенсирующего сигнала, синтезированного из импульсов напряжения, имеющих форму степенной функции времени с показателями степени от 3 до 0, причем импульсы напряжения с показателями степени от 1 до 3 формируются из прямоугольного импульса напряжения с помощью трех последовательно соединенных неинвертирующих интеграторов. Уравновешивание осуществляют регулированием амплитуд импульсов, составляющих компенсирующий сигнал, последовательно приводя к нулевому значению сигналы, полученные трехкратным дифференцированием разности выходного напряжения ИП и компенсирующего сигнала после окончания переходного процесса в двухполюснике.As can be seen from expression (9), the amplitude values of the components of the output voltage of the IP contain information about the parameters of the two-terminal device. By measuring the amplitudes U 3.m , U 2.m , U 1.m , U 0.m , we can determine the conductivity parameters of the two-terminal network Y 0 , Y 1 , Y 2 , Y 3 , and then calculate the values of the parameters of the two-terminal devices: resistance of resistors, capacitors, inductors of coils. The amplitudes U 3.m , U 2.m , U 1.m , U 0.m are measured by balancing the output voltage of the transmitter and the compensating signal synthesized from voltage pulses in the form of a power time function with exponents from 3 to 0, and voltage pulses with exponents from 1 to 3 are formed from a rectangular voltage pulse using three series-connected non-inverting integrators. The balancing is carried out by adjusting the amplitudes of the pulses that make up the compensating signal, sequentially leading to a zero value of the signals obtained by triple differentiation of the difference between the output voltage of the PI and the compensating signal after the end of the transition process in the two-terminal network.
Схема и работа устройства для измерения параметров четырехэлементных пассивных двухполюсников поясняются на фиг.1.The scheme and operation of the device for measuring the parameters of four-element passive two-terminal devices are illustrated in figure 1.
Измерительный преобразователь содержит первый операционный усилитель 1, в цепь обратной связи которого включен образцовый резистор 2, а во входную цепь - измеряемый двухполюсник, который, в качестве примера, состоит из первого резистора 3 и параллельно соединенных катушки индуктивности 4, второго резистора 5 и конденсатора 6. Формирователь импульса напряжения кубической формы состоит из генератора 7 прямоугольных импульсов, первого неинвертирующего интегратора 8, второго неинвертирующего интегратора 9 и третьего неинвертирующего интегратора 10. Генератор 7 имеет вход синхронизации. Измеритель содержит также инвертирующий сумматор на втором операционном усилителе 11, вход которого через резистор 12 соединен с выходом первого операционного усилителя 1, а в цепи обратной связи включен резистор 13, сопротивления резисторов 12 и 13 равны сопротивлению образцового резистора 2. В состав измерителя введены четыре перемножающих цифро-аналоговых преобразователя (ЦАП) и три аналоговых коммутатора, аналоговый вход первого ЦАП 14 подключен к точке соединения выхода генератора 7 и входа первого интегратора 8, аналоговый вход второго ЦАП 15 подключен к точке соединения выхода первого интегратора 8 и входа второго интегратора 9, аналоговый вход третьего ЦАП 16 подключен к точке соединения выхода второго интегратора 9 и входа третьего интегратора 10, аналоговый вход четвертого ЦАП 17 подключен к точке соединения выхода третьего интегратора 10 и входа измерительного преобразователя. Цифровые входы первого ЦАП 14, второго ЦАП 15, третьего ЦАП 16 и четвертого ЦАП 17 соединены с шинами данных микропроцессорного контроллера (МПК) 18, выход ЦАП 14 соединен с входом первого аналогового коммутатора 19, выход ЦАП 15 - с входом второго аналогового коммутатора 20, выход ЦАП 16 - с входом третьего аналогового коммутатора 21. Первый выход первого аналогового коммутатора 19, первый выход второго аналогового коммутатора 20 и первый выход третьего аналогового коммутатора 21 объединены с инвертирующим входом операционного усилителя 1, второй выход первого аналогового коммутатора 19, второй выход второго аналогового коммутатора 20, второй выход третьего аналогового коммутатора 21 и выход ЦАП 17 объединены с инвертирующим входом операционного усилителя 11. К выходу операционного усилителя 11 подключен трехкаскадный дифференциатор на дифференцирующих RC цепях: первый каскад содержит конденсатор 22 и резистор 23, второй каскад - конденсатор 24 и резистор 25, третий каскад - конденсатор 26 и резистор 27.The measuring transducer contains a first operational amplifier 1, in the feedback circuit of which an exemplary resistor 2 is included, and in the input circuit there is a measured two-terminal device, which, as an example, consists of a first resistor 3 and parallel-connected inductor 4, a second resistor 5 and a capacitor 6 The cubic voltage pulse generator consists of a rectangular pulse generator 7, a first non-inverting integrator 8, a second non-inverting integrator 9 and a third non-inverting integrator ora 10. The generator 7 has a synchronizing input. The meter also contains an inverting adder on the second operational amplifier 11, the input of which through a resistor 12 is connected to the output of the first operational amplifier 1, and a resistor 13 is included in the feedback circuit, the resistances of the resistors 12 and 13 are equal to the resistance of the reference resistor 2. Four multipliers are introduced into the meter digital-to-analog converter (DAC) and three analog switches, the analog input of the first DAC 14 is connected to the connection point of the output of the generator 7 and the input of the first integrator 8, the analog input of the second D AP 15 is connected to the connection point of the output of the first integrator 8 and the input of the second integrator 9, the analog input of the third DAC 16 is connected to the connection point of the output of the second integrator 9 and the input of the third integrator 10, the analog input of the fourth DAC 17 is connected to the connection point of the output of the third integrator 10 and the input measuring transducer. The digital inputs of the first DAC 14, the second DAC 15, the third DAC 16 and the fourth DAC 17 are connected to the data buses of the microprocessor controller (MPC) 18, the output of the DAC 14 is connected to the input of the first analog switch 19, the output of the DAC 15 to the input of the second analog switch 20, the output of the DAC 16 with the input of the third analog switch 21. The first output of the first analog switch 19, the first output of the second analog switch 20 and the first output of the third analog switch 21 are combined with the inverting input of the operational amplifier 1, the second output the first analog switch 19, the second output of the second analog switch 20, the second output of the third analog switch 21 and the output of the DAC 17 are combined with the inverting input of the operational amplifier 11. To the output of the operational amplifier 11 is connected a three-stage differentiator on differentiating RC circuits: the first stage contains a capacitor 22 and a resistor 23, the second stage is the capacitor 24 and the resistor 25, the third stage is the capacitor 26 and the resistor 27.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
По сигналам синхронизации из МПК 18 генератор 7 вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов напряжения длительностью tи с амплитудой U0. При этом на выходе первого интегратора 8 формируются импульсы линейно изменяющегося напряжения с амплитудой U1:According to the synchronization signals from the IPC 18, the generator 7 generates a sequence of rectangular voltage pulses of duration t and with an amplitude of U 0 . In this case, at the output of the first integrator 8, pulses of linearly varying voltage with an amplitude of U 1 are formed :
на выходе второго интегратора 9 - импульсы напряжения, изменяющегося по закону квадратичной параболы с амплитудой U2:at the output of the second integrator 9 - voltage pulses, changing according to the law of a quadratic parabola with amplitude U 2 :
на выходе третьего интегратора 10 - импульсы напряжения, изменяющегося по закону кубичной параболы с амплитудой U3:at the output of the third integrator 10 - voltage pulses, changing according to the law of a cubic parabola with an amplitude of U 3 :
Напряжение u3(t) поступает на вход измерительного преобразователя, и на выходе ОУ 1 формируются импульсы напряжения, которые содержат свободную и принужденную составляющие. После окончания переходного процесса и до конца импульса остается только принужденная составляющая напряжения uИП(t), которая состоит из напряжений кубичной, квадратичной, линейной и плоской (прямоугольной) формы:The voltage u 3 (t) is supplied to the input of the measuring transducer, and voltage pulses are formed at the output of the op-amp 1, which contain free and forced components. After the end of the transient process and until the end of the pulse, only the forced component of the voltage u IP (t) remains, which consists of cubic, quadratic, linear and flat (rectangular) voltages:
Амплитуды этих составляющих U3.m=-R0Y0U3,The amplitudes of these components are U 3.m = -R 0 Y 0 U 3 ,
зависят от параметров объекта измерения. В частности, операторное изображение проводимости двухполюсника 3, 4, 5, 6 с параметрами R3, L4, R5, С6 имеет вид depend on the parameters of the measurement object. In particular, the operator image of the conductivity of a two-terminal 3, 4, 5, 6 with parameters R 3 , L 4 , R 5 , C 6 has the form
Величины Y0, Y1, Y2, Y3 согласно формулам (6) равныThe values of Y 0 , Y 1 , Y 2 , Y 3 according to formulas (6) are equal
Заметим, что параметр проводимости Y0 всегда имеет положительный знак, а остальные параметры, в зависимости от схемы двухполюсника, могут быть и положительными и отрицательными. Более того, как видно на примере параметра Y3, у рассматриваемого двухполюсника знак этого параметра зависит от соотношения между значениями параметров элементов схемы. ПриNote that the conductivity parameter Y 0 always has a positive sign, and the remaining parameters, depending on the two-terminal circuit, can be both positive and negative. Moreover, as can be seen from the example of parameter Y 3 , the sign of this parameter for the two-terminal system under consideration depends on the relationship between the values of the parameters of the circuit elements. At
знак параметра Y3 положительный, а при the sign of the parameter Y 3 is positive, and when
- отрицательный. Исходя из упомянутых обстоятельств, необходимо предусмотреть возможность выбора полярности отдельных составляющих компенсирующего сигнала при уравновешивании его с выходным напряжением ИП uИП(t). - negative. Based on the above circumstances, it is necessary to provide for the possibility of choosing the polarity of the individual components of the compensating signal when balancing it with the output voltage of the IP u U IP (t).
Выходное напряжение ИП поступает на вход инвертирующего сумматора, выполненного на втором ОУ 11, коэффициент передачи которого определяется резисторами 12 и 13, имеющими одинаковое сопротивление с образцовым резистором 2, т.е. R12=R13=R0. Следовательно, напряжение на выходе ОУ 11 будет равноThe output voltage of the IP is supplied to the input of the inverting adder, made on the second op-amp 11, the transmission coefficient of which is determined by resistors 12 and 13, which have the same resistance with the model resistor 2, i.e. R 12 = R 13 = R 0 . Therefore, the voltage at the output of the op-amp 11 will be equal to
Для измерения значений амплитуд U3.m, U2.m, U1.m, U0.m формируется компенсирующий сигнал из суммы импульсов напряжения такой же формы и с такими же амплитудами, как и составляющие выходного напряжения ИП uИП(t). Для этого применяются перемножающие цифроаналоговые преобразователи с формированием весовых токов резистивными цепями типа матрицы R-2R, которые допускают изменение опорного напряжения UREF в широких пределах, в том числе и смену полярности. Выходной ток ЦАП пропорционален произведению опорного напряжения на входной цифровой код D:To measure the amplitudes U 3.m , U 2.m , U 1.m , U 0.m , a compensating signal is formed from the sum of voltage pulses of the same shape and with the same amplitudes as the components of the output voltage IP u IP (t) . For this multiplying digital to analog converters are used to form a weighted currents resistive circuits matrix type R-2R, which allow changing the reference voltage U REF widely including polarity reversal. The output current of the DAC is proportional to the product of the reference voltage by the input digital code D:
что позволяет непосредственно использовать такие ЦАП для перемножения аналогового сигнала на цифровой код. На входы опорного напряжения (UREF) ЦАП 14, 15, 16, 17 подаются импульсы постоянного, линейного, квадратичного и кубичного напряжения с выходов генератора импульсов 7 и интеграторов 8, 9, 10 соответственно, а на цифровые входы ЦАП из микропроцессорного контроллера 18 поступают коды коэффициентов передачи К0, К1, К2, К3 соответственно. Выходные сигналы ЦАП имеют форму импульсов тока:which allows you to directly use such DACs to multiply the analog signal to a digital code. The inputs of the reference voltage (U REF ) of the DAC 14, 15, 16, 17 are supplied with pulses of constant, linear, quadratic and cubic voltage from the outputs of the pulse generator 7 and integrators 8, 9, 10, respectively, and the digital inputs of the DAC from the microprocessor controller 18 are codes transmission coefficients K 0, K 1, K 2, K 3, respectively. DAC output signals are in the form of current pulses:
Ток четвертого ЦАП 17 подается во входную цепь ОУ 11 для компенсации кубичной составляющей выходного напряжения ИП, а токи остальных ЦАП, в зависимости от полярности амплитуд постоянной, линейной и квадратичной составляющих напряжения ИП, переключаются с помощью аналоговых коммутаторов 19, 20 и 21 либо во входную цепь первого ОУ 1, либо на инвертирующий вход второго ОУ 11. На вход ОУ 11 подаются токи тех импульсов, которые соответствуют положительным значениям параметров Y1, Y2, Y3, в противном случае токи переключаются во входную цепь ОУ 1.The current of the fourth DAC 17 is fed into the input circuit of the OS 11 to compensate for the cubic component of the output voltage of the IP, and the currents of the other DACs, depending on the polarity of the amplitudes of the constant, linear, and quadratic components of the voltage of the IP, are switched using analog switches 19, 20, and 21 or to the input the circuit of the first op-amp 1, or to the inverting input of the second op-amp 11. The currents of those pulses that correspond to the positive values of the parameters Y 1 , Y 2 , Y 3 are supplied to the input of the op-amp 11, otherwise the currents are switched to the input circuit of the op-amp 1.
После окончания переходного процесса в измерительном преобразователе на выходе ОУ 11 формируется сигнал, соответствующий разности выходного напряжения ИПAfter the end of the transition process in the measuring transducer at the output of the OS 11 a signal is generated corresponding to the difference of the output voltage of the IP
и компенсирующего напряженияand compensating voltage
Путем последовательного приближения микропроцессорный контроллер устанавливает такие значения коэффициентов К3, К2, К1 и К0, которые обеспечивают уравновешивание напряжения uИП(t) и компенсирующего напряжения uИП(t) на выходе ОУ 11. Условия уравновешивания имеют вид:By successive approximation, the microprocessor controller sets such values of the coefficients K 3 , K 2 , K 1 and K 0 , which provide balancing of the voltage u IP (t) and the compensating voltage u IP (t) at the output of the op amp 11. The balancing conditions are:
Уравновешивание следует производить в указанной выше последовательности, так как величина Y0 входит в выражение для Y1, значения Y0 и Y1 входят в формулу для Y2, значения Y0, Y1 и Y2 входят в формулу для Y3. Для того чтобы избирательно регулировать амплитуду кубичной составляющей компенсирующего напряжения, т.е. коэффициент К3, выходное напряжение суммирующего ОУ 11 подается на дифференциатор, который содержит три последовательно включенные дифференцирующие RC-цепи: конденсатор 22 и резистор 23, конденсатор 24 и резистор 25, конденсатор 26 и резистор 27. Все три RC-цепи имеют одинаковые значения постоянной времени RC. Передаточная функция от входа дифференциатора до выхода третьей RC-цепи имеет видBalancing should be performed in the above sequence, since the value of Y 0 is included in the expression for Y 1 , the values of Y 0 and Y 1 are included in the formula for Y 2 , the values of Y 0 , Y 1 and Y 2 are included in the formula for Y 3 . In order to selectively control the amplitude of the cubic component of the compensating voltage, i.e. coefficient K 3 , the output voltage of the summing op-amp 11 is supplied to the differentiator, which contains three differentiating RC circuits connected in series: capacitor 22 and resistor 23, capacitor 24 and resistor 25, capacitor 26 and resistor 27. All three RC circuits have the same constant value RC time. The transfer function from the input of the differentiator to the output of the third RC circuit has the form
и на выходе третьей RC-цепи формируется и поступает на вход первого измерительного канала МПК 18 постоянное напряжение, пропорциональное разности амплитуд кубичных составляющих напряжения ИП и компенсирующего сигнала:and at the output of the third RC circuit, a constant voltage is generated and fed to the input of the first measuring channel MPK 18, proportional to the difference in the amplitudes of the cubic components of the voltage of the IP and the compensating signal:
Компенсация кубичной составляющей осуществляется приведением к нулю выходного напряжения третьей RC-цепи u3RC(t) путем регулирования коэффициента К3.The compensation of the cubic component is carried out by bringing to zero the output voltage of the third RC circuit u 3RC (t) by adjusting the coefficient K 3 .
Затем МПК анализирует напряжение на выходе второй дифференцирующей RC-цепи. Передаточная функция от входа дифференциатора до выхода второй RC-цепи имеет видThen the IPC analyzes the voltage at the output of the second differentiating RC circuit. The transfer function from the input of the differentiator to the output of the second RC circuit has the form
и на выходе второй RC-цепи формируется и поступает на вход второго измерительного канала МПК 18 постоянное напряжение, пропорциональное разности амплитуд квадратичных составляющих напряжения ИП и компенсирующего сигнала:and at the output of the second RC circuit, a constant voltage is formed and fed to the input of the second measuring channel MPK 18, proportional to the difference in the amplitudes of the quadratic components of the voltage of the IP and the compensating signal:
Компенсация квадратичной составляющей осуществляется приведением к нулю выходного напряжения второй RC-цепи u2RC(t) путем регулирования коэффициента К2. При этом МПК определяет полярность квадратичной составляющей компенсирующего напряжения и управляет переключением третьего аналогового коммутатора 21.Compensation of the quadratic component is carried out by bringing to zero the output voltage of the second RC circuit u 2RC (t) by adjusting the coefficient K 2 . In this case, the IPC determines the polarity of the quadratic component of the compensating voltage and controls the switching of the third analog switch 21.
После этого МПК анализирует напряжение на выходе первой дифференцирующей RC-цепи. Передаточная функция от входа дифференциатора до выхода первой RC-цепи имеет видAfter that, the IPC analyzes the voltage at the output of the first differentiating RC circuit. The transfer function from the input of the differentiator to the output of the first RC circuit has the form
и на выходе первой RC-цепи формируется и поступает на вход третьего измерительного канала МПК 18 постоянное напряжение, пропорциональное разности амплитуд линейных составляющих напряжения ИП и компенсирующего сигнала:and at the output of the first RC circuit, a constant voltage is generated and fed to the input of the third measuring channel of the IPC 18, proportional to the difference in the amplitudes of the linear components of the voltage of the IP and the compensating signal:
Компенсация линейной составляющей осуществляется приведением к нулю выходного напряжения первой RC-цепи u1RC(t) путем регулирования коэффициента К1. При этом МПК определяет полярность линейной составляющей компенсирующего напряжения и управляет переключением второго аналогового коммутатора 20.The compensation of the linear component is carried out by bringing to zero the output voltage of the first RC circuit u 1RC (t) by adjusting the coefficient K 1 . When this IPC determines the polarity of the linear component of the compensating voltage and controls the switching of the second analog switch 20.
И, наконец, для компенсации постоянной составляющей импульса напряжения на выходе измерительного преобразователя МПК определяет полярность и приводит к нулю выходное напряжение ОУ 11, которое подается на вход четвертого измерительного канала,And finally, to compensate for the constant component of the voltage pulse at the output of the measuring transducer, the IPC determines the polarity and leads to zero the output voltage of the OS 11, which is fed to the input of the fourth measuring channel,
регулируя коэффициент К0. При этом МПК определяет полярность постоянной составляющей компенсирующего напряжения и управляет переключением первого аналогового коммутатора 19.adjusting the coefficient K 0 . When this IPC determines the polarity of the DC component of the compensating voltage and controls the switching of the first analog switch 19.
После четырех этапов уравновешивания напряжений uИП(t) и uк(t) МПК 18 с помощью формул (19)-(22) определяет параметры проводимости двухполюсника Y0, Y1, Y2, Y3, а затем, используя полученные значения величин Y0, Y1, Y2, Y3 и выражения (11)-(14), вычисляет параметры элементов двухполюсника:After four stages of balancing the voltages u IP (t) and u to (t) IPC 18 using formulas (19) - (22) determines the conductivity parameters of the two-terminal network Y 0 , Y 1 , Y 2 , Y 3 , and then, using the obtained values values Y 0 , Y 1 , Y 2 , Y 3 and expressions (11) - (14), calculates the parameters of the two-terminal devices:
Измеритель позволяет использовать представленный выше алгоритм для определения параметров различных вариантов двухполюсных цепей. Рассмотрим еще несколько примеров многоэлементных двухполюсников, схемы которых изображены на фиг.2.The meter allows you to use the above algorithm to determine the parameters of various options for bipolar circuits. Consider a few more examples of multi-element bipolar circuits, the diagrams of which are depicted in figure 2.
Пример 1. Четырехэлементный двухполюсник R-C типа содержит первый резистор 28, параллельно с ним включены последовательно соединенные конденсатор 29 и второй резистор 30, параллельно последнему подключен конденсатор 31. Операторное изображение проводимости двухполюсника выражается в видеExample 1. A four-element R-C two-terminal device contains a
Параметры Y0, Y1, Y2, Y3 согласно формулам (6) равныThe parameters Y 0 , Y 1 , Y 2 , Y 3 according to formulas (6) are equal
Используя найденные значения Y0, Y1, Y2, Y3 и выражения (24), вычисляют параметры элементов R28, С29, R30, С31.Using the found values of Y 0 , Y 1 , Y 2 , Y 3 and expressions (24), the parameters of the elements R 28 , C 29 , R 30 , C 31 are calculated.
Пример 2. Трехэлементный двухполюсник R-C типа содержит первый конденсатор 32, последовательно с которым включены параллельно соединенные резистор 33 и второй конденсатор 34. Этот двухполюсник получается из схемы предыдущего примера при отключении резистора 29 и имеет нулевую проводимость на постоянном токе. Операторное изображение его проводимости имеет в видExample 2. The R-C type three-element bipolar contains a
Параметры Y0, Y1, Y2, Y3 согласно формулам (6) равныThe parameters Y 0 , Y 1 , Y 2 , Y 3 according to formulas (6) are equal
Видно, что первый этап уравновешивания можно исключить и установить коэффициент К3=0. Используя найденные значения Y1, Y2, Y3 и выражения (26), вычисляют параметры элементов С32, R33, С34.It is seen that the first stage of balancing can be excluded and set the coefficient K 3 = 0. Using the found values of Y 1 , Y 2 , Y 3 and expressions (26), the parameters of the elements C 32 , R 33 , C 34 are calculated.
Пример 3. Четырехэлементный двухполюсник R-L типа содержит последовательно соединенные первый резистор 35 и первую катушку 36 индуктивности, параллельно которой включена последовательная цепь, содержащая второй резистор 37 и вторую катушку 38 индуктивности. Операторное изображение проводимости двухполюсника выражается в видеExample 3. The four-element bipolar R-L type contains a series-connected
Параметры Y0, Y1, Y2, Y3 согласно формулам (6) равныThe parameters Y 0 , Y 1 , Y 2 , Y 3 according to formulas (6) are equal
Используя найденные значения Y0, Y1, Y2, Y3 и выражения (28), вычисляют параметры элементов R35, L36, R37, L38.Using the found values of Y 0 , Y 1 , Y 2 , Y 3 and expressions (28), the parameters of the elements R 35 , L 36 , R 37 , L 38 are calculated.
Пример 4. Трехэлементный двухполюсник R-L типа содержит последовательно соединенные первый резистор 39 и катушку 40 индуктивности, параллельно которой включен второй резистор 41. Этот двухполюсник получается из схемы предыдущего примера при отключении второй катушки 38 индуктивности. Операторное изображение проводимости двухполюсника имеет видExample 4. The R-L type three-pole bipolar contains a
Для измерения параметров Y0, Y1, Y2 в соответствии с формулами (6)To measure the parameters Y 0 , Y 1 , Y 2 in accordance with formulas (6)
необходимо три этапа уравновешивания. Выражения (30) позволяют вычислить параметры элементов R39, L40, R41.three stages of balancing are necessary. Expressions (30) allow you to calculate the parameters of the elements R 39 , L 40 , R 41 .
Пример 5. Четырехэлементный двухполюсник R-L типа содержит первый резистор 42, параллельно с которым включена последовательная цепь, состоящая из конденсатора 43, второго резистора 44 и катушки 45 индуктивности. Операторное изображение проводимости двухполюсника выражается в видеExample 5. The four-element bipolar R-L type contains a
Величины Y0, Y1, Y2, Y3 согласно формулам (6) равныThe values of Y 0 , Y 1 , Y 2 , Y 3 according to formulas (6) are equal
Пример 6. Трехэлементный двухполюсник R-L типа представляет собой последовательную цепь, содержащую конденсатор 46, резистор 47 и катушку 48 индуктивности. Этот двухполюсник получается из схемы предыдущего примера при отключении первого резистора 42. Двухполюсник имеет нулевую проводимость на постоянном токе. Операторное изображение проводимости двухполюсника выражается в видеExample 6. The R-L type three-element bipolar is a series circuit comprising a
Величины Y0, Y1, Y2, Y3 согласно формулам (6) равныThe values of Y 0 , Y 1 , Y 2 , Y 3 according to formulas (6) are equal
Таким образом, предлагаемое устройство существенно увеличивает количество вариантов измеряемых многоэлементных пассивных двухполюсников. Использование обобщенных величин Y0, Y1, Y2, Y3 позволяет унифицировать и упростить процедуру вычисления параметров элементов двухполюсников разнообразной конфигурации схемы замещения.Thus, the proposed device significantly increases the number of variants of the measured multi-element passive bipolar. Using the generalized values of Y 0 , Y 1 , Y 2 , Y 3 allows you to unify and simplify the procedure for calculating the parameters of the elements of two-terminal systems of various configurations of the equivalent circuit.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2212677, G01R 27/02. Устройство для определения параметров многоэлементных двухполюсных цепей / Н.Н.Хрисанов, Д.Б.Фролагин, опубл. 20.09.2003.1. RF patent No. 2212677, G01R 27/02. A device for determining the parameters of multi-element bipolar circuits / N.N. Khrisanov, DB Frolagin, publ. 09/20/2003.
2. Патент РФ №2310872, G01R 27/02. Способ определения параметров многоэлементных двухполюсных цепей / Н.Н.Хрисанов, опубл. 20.11.2007.2. RF patent No. 2310872, G01R 27/02. The method of determining the parameters of multi-element bipolar circuits / N.N. Khrisanov, publ. 11/20/2007.
3. Патент РФ №2180966, G01R 27/26. Способ определения параметров двухполюсников / М.Р.Сафаров, Л.В.Сарваров, Ю.Д.Коловертнов, Г.Ю.Коловертнов, опубл. 27.03.2002.3. RF patent No. 2180966, G01R 27/26. The method of determining the parameters of bipolar / M.R.Safarov, L.V. Sarvarov, Yu.D. Kolovertnov, G.Yu. Kolovertnov, publ. 03/27/2002.
4. Патент РФ №2144195, G01R 17/10. Мостовой измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников / В.И.Иванов, Г.И.Передельский, опубл. 2000, Бюл. №1.4. RF patent No. 2144195, G01R 17/10. Bridge meter of parameters of multi-element passive two-terminal / V.I. Ivanov, G.I. Peredelsky, publ. 2000, Bull. No. 1.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009117078/28A RU2390787C1 (en) | 2009-05-04 | 2009-05-04 | Tester of multiple-element passive bipoles |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009117078/28A RU2390787C1 (en) | 2009-05-04 | 2009-05-04 | Tester of multiple-element passive bipoles |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2390787C1 true RU2390787C1 (en) | 2010-05-27 |
Family
ID=42680557
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009117078/28A RU2390787C1 (en) | 2009-05-04 | 2009-05-04 | Tester of multiple-element passive bipoles |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2390787C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2466412C2 (en) * | 2010-12-02 | 2012-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Device for measuring parameters of multielement passive two-terminal networks |
RU2495440C2 (en) * | 2012-01-17 | 2013-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Measuring device of parameters of multielement passive bipoles |
RU2499269C1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-11-20 | Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Metre of parameters of dipole rlc circuits |
RU168749U1 (en) * | 2016-05-20 | 2017-02-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Bridge for measuring parameters of an arbitrary passive two-terminal network |
-
2009
- 2009-05-04 RU RU2009117078/28A patent/RU2390787C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2466412C2 (en) * | 2010-12-02 | 2012-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Device for measuring parameters of multielement passive two-terminal networks |
RU2495440C2 (en) * | 2012-01-17 | 2013-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Measuring device of parameters of multielement passive bipoles |
RU2499269C1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-11-20 | Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Metre of parameters of dipole rlc circuits |
RU168749U1 (en) * | 2016-05-20 | 2017-02-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Bridge for measuring parameters of an arbitrary passive two-terminal network |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2390787C1 (en) | Tester of multiple-element passive bipoles | |
CN1751241A (en) | Methods and apparatus for phase compensation in electronic energy meters | |
CN109709428B (en) | High-frequency current source with waveform amplitude-frequency separation real-time control | |
CN108196215B (en) | Method and device for testing delay time of direct-current electronic transformer | |
CN102565521A (en) | High-precision wide-dynamic-range microwave signal level test device | |
CN108196217B (en) | Direct current metering method and system for off-board charger current calibration instrument | |
CN111541442A (en) | Method for resolving inductance value of proximity sensor | |
KR101446669B1 (en) | Method for calibrating the measurement output distortion using continuous full-scale voltage/current sampling about circuit | |
RU2422838C1 (en) | Method and device to measure parameters of multiple dipoles | |
CN107703357B (en) | Gear calibration method and device of desk type universal meter and preceding stage attenuation circuit thereof | |
GB2408808A (en) | Electric power meter with phase shift compensation | |
RU2434234C1 (en) | Method of determining parameters of multielement two-terminal networks and device for implementing said method | |
RU2390785C1 (en) | Method of measuring parametres of multielement passive two-terminal networks and device for implementing said method | |
RU2466412C2 (en) | Device for measuring parameters of multielement passive two-terminal networks | |
JP5144399B2 (en) | Coil current sensor circuit | |
CN112557732A (en) | Magnitude tracing method and system of impulse current measuring device based on induction coil | |
RU2303273C1 (en) | Device for calibrating constant high voltage dividers | |
RU2391675C1 (en) | Method and device for measuring parametres of multiple-element two-terminal circuits | |
JP2001141753A (en) | Current and electric quantity measuring circuit | |
RU2556301C2 (en) | Meter of parameters of multi-element rlc-dipoles | |
RU2575765C1 (en) | Meter of parameters of multi-element passive dipoles | |
RU2499269C1 (en) | Metre of parameters of dipole rlc circuits | |
RU2615014C1 (en) | Apparatus for measuring parameters of multi-element rlc two-terminal networks | |
RU2152622C1 (en) | Two-port device parameter meter | |
RU2579868C1 (en) | Method of measuring weber-ampere characteristics of electrotechnical article and device therefor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110505 |