RU2458353C1 - Apparatus for determining parameters of two-terminal device - Google Patents
Apparatus for determining parameters of two-terminal device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2458353C1 RU2458353C1 RU2011110215/28A RU2011110215A RU2458353C1 RU 2458353 C1 RU2458353 C1 RU 2458353C1 RU 2011110215/28 A RU2011110215/28 A RU 2011110215/28A RU 2011110215 A RU2011110215 A RU 2011110215A RU 2458353 C1 RU2458353 C1 RU 2458353C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- control unit
- terminal
- parameters
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к измерению электрических параметров двухполюсников, что представляет существенный практический интерес для контроля широкой гаммы выпускаемых электрорадиоизделий (резисторов, конденсаторов, индуктивностей), а также двухполюсников, используемых в качестве датчиков физических процессов (температуры, давления, уровня жидких и сыпучих сред и др.) на промышленных объектах и транспортных средствах.The invention relates to electrical engineering, and in particular to the measurement of electrical parameters of two-terminal devices, which is of significant practical interest for monitoring a wide range of manufactured radio products (resistors, capacitors, inductors), as well as two-terminal devices used as sensors of physical processes (temperature, pressure, liquid level and bulk media, etc.) at industrial facilities and vehicles.
Известное устройство, выбранное в качестве аналога, цифровой мост переменного тока типа ЦЕ 5002 ТУ 25-7516.0033-88, представляющее собой автоматическую уравновешивающую измерительную мостовую схему. Измерительная схема осуществляет уравновешивание по реактивной и активной составляющим комплексного сопротивления измеряемого двухполюсника.The known device, selected as an analog, is a digital AC bridge type CE 5002 TU 25-7516.0033-88, which is an automatic balancing measuring bridge circuit. The measuring circuit balances the reactive and active components of the complex resistance of the measured bipolar.
Другим аналогом выбрано устройство «Многоточечный сигнализатор уровня (его варианты)», описанный в патенте РФ №2025666, МПК: G01F 23/26, включает группу измерительных емкостных датчиков, генератор переменного напряжения, два коммутатора, два преобразователя ток-напряжение, вычитающее устройство, синхронный детектор, компаратор и два триггера, дифференциатор, тактовый генератор, схема совпадения, счетчик импульсов, сумматор и цифровой индикатор. Причем каждый измерительный датчик выполнен в виде двух плоскопараллельных конденсаторов с неодинаковыми площадями электродов, которые располагаются горизонтально и симметрично относительно средних линий датчиков. Кроме того, вместо компараторов тока трансформаторного типа использовано вычитающее устройство, которое может быть построено на интегральной микросхеме.Another analogue is the device "Multipoint level switch (its variants)" described in RF patent No. 2025666, IPC: G01F 23/26, includes a group of capacitive measuring sensors, an alternating voltage generator, two switches, two current-voltage converters, a subtracting device, synchronous detector, comparator and two triggers, differentiator, clock, coincidence circuit, pulse counter, adder and digital indicator. Moreover, each measuring sensor is made in the form of two plane-parallel capacitors with unequal areas of the electrodes, which are located horizontally and symmetrically with respect to the middle lines of the sensors. In addition, instead of transformer-type current comparators, a subtractor device was used, which can be built on an integrated circuit.
Специфика эксплуатации изделий ракетно-космической техники для проведения измерения параметров двухполюсников выставляет свои требования, способствующие поиску новых технических решений в области измерений. Обозначим наиболее характерные из них:The specifics of the operation of rocket and space technology products for measuring the parameters of bipolar sets its own requirements, contributing to the search for new technical solutions in the field of measurements. Denote the most characteristic of them:
- удаленность до 500 метров объекта измерения от средства измерения. Примером тому может служить процесс определения параметров комплексного сопротивления емкостного датчика контроля уровня заправки, вмонтированного в бак ракеты, которая находится в испытательном корпусе или на стартовом комплексе во время ее заправки компонентами топлива;- remoteness up to 500 meters of the measuring object from the measuring instrument. An example of this is the process of determining the parameters of the complex resistance of a capacitive sensor for monitoring the level of a gas station mounted in a rocket tank, which is located in the test building or on the launch complex during its refueling with fuel components;
- высокая точность измерения параметров удаленного двухполюсника, коим является емкостной датчик уровня. Очевидно, что точность измерения напрямую связана с объемом гарантийных запасов топлива на борту ракеты. Чем выше точность измерения, тем меньше могут быть выбраны гарантийные запасы топлива, тем выше эффективность ракеты, позволяющей вывести большую полезную нагрузку;- high accuracy in measuring the parameters of a remote two-terminal device, which is a capacitive level sensor. Obviously, the accuracy of the measurement is directly related to the volume of guaranteed fuel reserves on board the rocket. The higher the accuracy of the measurement, the less guaranteed fuel reserves can be selected, the higher the efficiency of the rocket, allowing to bring a large payload;
- требование высокой технологичности подготовки ракеты, исключающее процедуру предварительной настройки аппаратуры измерения человеком-оператором.- the requirement of high technology rocket preparation, excluding the procedure for pre-setting the measurement equipment by a human operator.
К недостаткам аналогов можно отнести: низкую точность определения параметров удаленного на некоторое расстояние двухполюсника (например, емкостного датчика уровня); низкое быстродействие в ряде случаев его использования, например, в устройствах сигнализации прохождения уровнем неэлектропроводной жидкости заданных высот бака; недостаточно высокую технологичность подготовки ракеты, в связи с необходимостью предварительной настройки аппаратуры оператором.The disadvantages of analogues include: low accuracy in determining the parameters of a two-terminal terminal remote for some distance (for example, a capacitive level sensor); low performance in some cases of its use, for example, in signaling devices for the passage of a level of a non-conductive liquid to a given tank height; insufficiently high adaptability of rocket preparation, due to the need for preliminary adjustment of equipment by the operator.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемому устройству является устройство, описанное в патенте РФ 2262115 C2, МПК: G01R 27/14, «Устройство для определения параметров двухполюсника», авторов Балакина С.В. и Долгова Б.К, выбранное в качестве прототипа.The closest in technical essence and the achieved positive effect to the claimed device is the device described in the patent of the Russian Federation 2262115 C2, IPC: G01R 27/14, "Device for determining the parameters of a two-terminal device", authors Balakina SV and Dolgova B.K., selected as a prototype.
Устройство для определения параметров двухполюсника, содержащее эталон, соединенный с первым измерительным входом и первым входом первого ключа, второй измерительный вход устройства подключен ко второму входу первого ключа, выход которого через последовательно соединенные преобразователь ток-напряжение, масштабный усилитель и аналого-цифровой преобразователь подключен к первому входу блока управления измерением, а управляющий вход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым выходом блока управления измерением, остальные выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого ключа, масштабного усилителя, к первому входу определителя параметров двухполюсника и к первому входу блока управления по частоте, второй вход блока управления измерением подключен к первому выходу блока управления режимами, выходы которого подключены соответственно через блок задания схемы замещения ко второму входу определителя параметров двухполюсника и ко второму входу блока управления по частоте, выходы которого подключены соответственно к входу генератора синусоидального напряжения и к третьему входу определителя параметров двухполюсника.A device for determining the parameters of a two-terminal device, containing a standard connected to the first measuring input and the first input of the first key, the second measuring input of the device is connected to the second input of the first key, the output of which is connected through a series-connected current-voltage converter, a scale amplifier, and an analog-to-digital converter the first input of the measurement control unit, and the control input of the analog-to-digital converter is connected to the first output of the measurement control unit, the rest the outputs of which are connected respectively to the control inputs of the first key, a large-scale amplifier, to the first input of the two-terminal parameter determinant and to the first input of the frequency control unit, the second input of the measurement control unit is connected to the first output of the mode control unit, the outputs of which are connected respectively via the equivalent circuit setting unit to the second input of the two-terminal parameter determinant and to the second input of the frequency control unit, the outputs of which are connected respectively to the generator input sinusoidal voltage and to the third input of the determinant of two-terminal parameters.
Опыт работы прототипа показал, что погрешность определения параметров двухполюсника может быть еще уменьшена, если измерить и учесть токи смещения на длинной соединительной линии до измеряемого двухполюсника, вызванные наводками на длинную линию и работой выходных каскадов усилителей, а также увеличить разницу между частотами, на которых производятся измерения.The prototype experience has shown that the error in determining the parameters of a two-terminal can be further reduced if we measure and take into account the bias currents on the long connecting line to the measured two-terminal, caused by interference on the long line and the output stages of the amplifiers, and also increase the difference between the frequencies at which measurements.
Таким образом, недостатком прототипа является недостаточная точность измерения параметров двухполюсника на удаленном от средства измерения объекте измерения.Thus, the disadvantage of the prototype is the lack of accuracy in measuring the parameters of a two-terminal device at a remote measurement object.
В связи со сказанным выше, задачей предлагаемого устройства определения параметров двухполюсника является повышение точности измерения параметров двухполюсника, удаленного с помощью длинной линии от средства измерения. Причем создаваемые на его основе средства измерения при сохранении высоких метрологических качеств должны оставаться достаточно простыми в реализации.In connection with the foregoing, the objective of the proposed device for determining the parameters of a two-terminal device is to increase the accuracy of measuring the parameters of a two-terminal device, removed using a long line from the measuring device. Moreover, the measuring instruments created on its basis while maintaining high metrological qualities should remain fairly simple to implement.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройство для определения параметров двухполюсника, содержащее эталон, соединенный с первым измерительным входом и первом входом первого ключа, второй измерительный вход устройства подключен ко второму входу первого ключа, выход которого через последовательно соединенные преобразователь ток-напряжение, масштабный усилитель и аналого-цифровой преобразователь подключен к первому входу блока управления измерением, а управляющий вход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым выходом блока управления измерением, остальные выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого ключа, масштабного усилителя, к первому входу определителя параметров двухполюсника и к первому входу блока управления по частоте, второй вход блока управления измерением подключен к первому выходу блока управления режимами, выходы которого подключены соответственно через блок задания схемы замещения ко второму входу определителя параметров двухполюсника и ко второму входу блока управления по частоте, выходы которого подключены соответственно к входу генератора синусоидального напряжения и к третьему входу определителя параметров двухполюсника, в отличие от прототипа, введены второй и третий ключ, источник постоянного тока и формирователь разности токов, причем первый измерительный вход двухполюсника подключен через второй ключ к выходу третьего ключа, первый вход которого соединен с источником постоянного тока, а второй вход третьего ключа подключен к выходу генератора синусоидального напряжения, причем управляющие входы второго и третьего ключей подключены соответственно к шестому и седьмому выходам блока управления измерением, восьмой выход которого соединен с первым входом формирователя разности токов, второй вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход формирователя разности токов подключен к четвертому входу определителя параметров двухполюсника, выход которого является выходом устройства.The solution to this problem is achieved by the fact that in the device for determining the parameters of a two-terminal device containing a standard connected to the first measuring input and the first input of the first key, the second measuring input of the device is connected to the second input of the first key, the output of which is scaled through a series-connected current-voltage converter the amplifier and the analog-to-digital converter are connected to the first input of the measurement control unit, and the control input of the analog-to-digital converter is connected to the first the output of the measurement control unit, the other outputs of which are connected respectively to the control inputs of the first key, a scale amplifier, the first input of the two-terminal parameter determiner and the first input of the frequency control unit, the second input of the measurement control unit is connected to the first output of the mode control unit, the outputs of which respectively connected through the unit for setting the equivalent circuit to the second input of the determinant of two-terminal parameters and to the second input of the control unit in frequency, the outputs of the cat They are connected respectively to the input of the sinusoidal voltage generator and to the third input of the two-terminal parameter determiner, in contrast to the prototype, a second and third key, a DC source and a current difference shaper are introduced, the first measuring input of the two-terminal being connected through the second key to the output of the third key, the first the input of which is connected to a direct current source, and the second input of the third key is connected to the output of the sinusoidal voltage generator, and the control inputs of the second and third the keys are connected respectively to the sixth and seventh outputs of the measurement control unit, the eighth output of which is connected to the first input of the current difference shaper, the second input of which is connected to the output of the analog-to-digital converter, and the output of the current difference shaper is connected to the fourth input of the two-terminal parameter determiner, the output of which is the output of the device.
Признаки, характеризующие подключение двухполюсника к первому измерительному входу через второй и третий ключи, позволяющие, в отличие от прототипа, запитать испытуемый двухполюсник от источника постоянного тока или от генератора синусоидальных напряжений обеспечивают наибольшую разницу измерительных частот (вторая частота равна нулю), что существенно повышает точность определения параметров двухполюсника. Признаки, характеризующие введение формирователя разности токов, подключение его к аналого-цифровому преобразователю и определителю параметров двухполюсника, позволяют также повысить точность определения параметров двухполюсника за счет исключения влияния токов смещения, возникающих на длинной линии до измеряемого двухполюсника из-за наводок и несовершенства выходных каскадов усилителей.Signs characterizing the connection of a two-terminal to the first measuring input through the second and third keys, which, unlike the prototype, allow testing the tested two-terminal from a direct current source or from a sinusoidal voltage generator, provide the greatest difference in the measuring frequencies (the second frequency is zero), which significantly increases the accuracy determining the parameters of a two-terminal device. Signs characterizing the introduction of a current difference shaper, its connection to an analog-to-digital converter and a two-terminal parameter determinant can also improve the accuracy of determining two-terminal parameters by eliminating the influence of bias currents arising on the long line to the measured two-terminal due to pickups and imperfections in the output stages of amplifiers .
Совокупность этих признаков позволяет в заявленном устройстве:The combination of these features allows in the claimed device:
- увеличить точность определения параметров двухполюсника (так точность определения емкости датчика уровня заправки увеличивается приблизительно с ±0,2% до ±0,1%);- increase the accuracy of determining the parameters of the two-terminal network (so the accuracy of determining the capacitance of the refueling level sensor increases from approximately ± 0.2% to ± 0.1%);
- производить через длинную линию определение параметров двухполюсника без снижения метрологических характеристик (в ряде практических случаев длина соединительной линии может достигать от 100 до 500 метров).- to determine the parameters of a two-terminal network through a long line without reducing the metrological characteristics (in some practical cases, the length of the connecting line can reach from 100 to 500 meters).
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для определения параметров двухполюсника.Figure 1 presents a functional diagram of a device for determining the parameters of a two-terminal network.
На фиг.2 представлен алгоритм функционирования устройства определения параметров двухполюсника.Figure 2 presents the algorithm of operation of the device for determining the parameters of a two-terminal network.
Представленная на фиг.1 функциональная схема устройства для определения параметров двухполюсника содержит определяемый двухполюсник 1, который через кабельную линию связи 2, подключен к измерительным входам 3, 4, которые соответственно подключены к эталону 5 и первому ключу 6, выход которого через последовательно соединенные преобразователь ток-напряжение 7, масштабный усилитель 8 и аналого-цифровой преобразователь 9, подключен к входу блока управления измерением 12, который через формирователь разности токов 13 подключен к входу определителя параметров двухполюсника 19, причем измерительный вход 3 через последовательно соединенные второй и третий ключи 10 и 11 подключен к входам источника постоянного тока 14 и генератора синусоидального напряжения 15, управляющий вход которого через блок управления по частоте 16, блок управления режимами 17 и блок задания схемы замещения 18 подключен к входу определителя параметров двухполюсника, выход которого является выходом устройства. Выходы блока управления измерением подключены к управляющим входам ключей, масштабного усилителя, аналого-цифрового преобразователя, определителя параметров двухполюсника и к входу блока управления по частоте. Экраны кабельной линии связи у измерительных входов соединены и подключены к земляной клемме генератора синусоидального напряжения.The functional diagram of the device for determining the parameters of a two-terminal device shown in Fig. 1 contains a definable two-
Работу устройства рассмотрим на примере определения параметров двухполюсника, в качестве которого использован емкостный датчик уровня, удаленный с помощью кабельной линии связи от устройства на некоторое расстояние, например, на 500 метров. Электрическая емкость сухого датчика уровня пусть будет составлять 500 nФ, а паразитная электрическая емкость кабельной линии связи, в качестве которой может быть использован, например, кабель PK 75, будет составлять порядка 20000 nФ. Схема замещения емкостного датчика уровня соответствует параллельно соединенным электрической емкости CP и активного сопротивления R. Активная составляющая полного сопротивления емкостного датчика уровня определяется состоянием сопротивления изоляции кабельной линии связи, влажностью в баке, а также сортностью керосина, которому свойственны токи утечки через диэлектрик. Значение активной составляющей может находиться в пределах от 200 кОм до 5 мОм. Поэтому учет этой составляющей при определении сопротивления двухполюсника имеет принципиальное значение для точности определения параметров емкостного датчика уровня и соответственно точности измерения уровня заправки.We will consider the operation of the device by the example of determining the parameters of a two-terminal device, which is used as a capacitive level sensor that is removed by a cable line from the device at a certain distance, for example, 500 meters. Let the electrical capacitance of the dry level sensor be 500 nF, and the parasitic electric capacitance of the cable communication line, which can be used, for example, PK 75 cable, will be about 20,000 nF. The equivalent circuit of a capacitive level sensor corresponds to a parallel connected capacitance C P and active resistance R. The active component of the total resistance of a capacitive level sensor is determined by the insulation resistance of the cable line, humidity in the tank, and also the grade of kerosene, which is characterized by leakage currents through the dielectric. The value of the active component can range from 200 kOhm to 5 mOhm. Therefore, taking this component into account when determining the resistance of a two-terminal network is of fundamental importance for the accuracy of determining the parameters of a capacitive level sensor and, accordingly, the accuracy of measuring the level of the charge.
Признаки, характеризующие подключение двухполюсника, с одной стороны, через второй измерительный вход и ключ 6 к входу преобразователя ток-напряжение, с другой стороны к первому измерительному входу через второй 10 и третий 11 к выходу генератора синусоидального напряжения 15 или источника постоянного тока 14, снятие питания переменным или постоянным током с первого измерительного входа двухполюсника с помощью ключа 10, обеспечивают измерение токов через двухполюсник и эталон 5 на частоте ω1, на постоянном токе, а также измерение токов смещения при полностью снятом питании. А признаки, характеризующие введение формирователя разности токов 13 обеспечивают вычитание токов смещения, и позволяют существенно увеличить точность определения параметров двухполюсника. Указанные отличительные от прототипа признаки позволяют проводить измерения параметров двухполюсников, удаленных от средств измерения, с погрешностью (0,1-0,15)%.Signs characterizing the connection of a two-terminal device, on the one hand, through the second measuring input and
Представленный на фиг.2 алгоритм управления определением параметров двухполюсника обеспечивает пояснение работы устройства согласно фиг.1. Блоки, выделенные пунктиром и включающие ту или иную функцию алгоритма, указывают на принадлежность этой функции к охватываемому блоку.Presented in figure 2, the control algorithm for determining the parameters of the two-terminal network provides an explanation of the operation of the device according to figure 1. Blocks marked with a dotted line and including one or another function of the algorithm indicate that this function belongs to the covered block.
Блок 17 управления режимами задает режимы определения параметров двухполюсника. В этом случае:
- в блок 18 задается схема замещения, в конкретном случае параллельно соединенные электрическая емкость и резистор;- in
- в блок 12 управления измерением выдается и фиксируется число необходимых измерений, в данном случае 2, так как двухполюсник двухэлементный. В блоке 12 заложен алгоритм, который должен управлять процессом измерения, включая процедуру масштабирования, аналого-цифрового преобразования, управления формированием напряжений на испытуемый двухполюсник как от генератора синусоидального напряжения, так и от источника постоянного тока;- in the
- в блок 16 управления по частоте задаются и фиксируются значения частот ω1, на которых будут производится измерения токов;- in the
- блок 18 задания схемы замещения выдаст в определитель 19 параметров двухполюсника расчетные зависимости следующего вида:-
где ω1, RЭТ величины известные и заданы блоком 17 управления режимами, а ΔIω1, ΔIЭТ ω1, ΔI0, ΔIЭТ 0 значения разностных токов, которые определяются блоком 13 по результатам определения токов через двухполюсник на частоте ω1, постоянном токе и при отсутствии напряжения питания на двухполюсник при измерении токов смещения. Для практической реализации определения параметров двухполюсника в память определителя 19 параметров двухполюсника записываются алгоритмы численного решения зависимостей согласно выражениям (1) и (2).where ω 1 , R ET values are known and set by the
Признаки, характеризующие соединение блока управления 16 по частоте с генератором 15 синусоидального напряжения и определителем 19 параметров двухполюсника, позволяют осуществить измерение токов через определяемый двухполюсник и эталон на n-1 частотах, число которых - n соответствует количеству элементов двухполюсника. Совокупность этих признаков, позволяющая в заявленном устройстве использовать амплитудные измерения на n-1 - частотах и одно измерение на постоянном токе, в отличие от прототипа, где использованы измерения на n частотах, дает возможность обеспечить более точное измерение параметров удаленного от объекта измерения двухполюсника.Signs characterizing the connection of the
Для практической реализации вышеописанных функциональных блоков устройства авторами использована технология автоматизированного проектирования электроники, построенная на применении программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) разработки фирмы Xilinx. Основные особенности ПЛИС:For the practical implementation of the above functional blocks of the device, the authors used the technology of computer-aided design of electronics, based on the use of programmable logic integrated circuits (FPGAs) developed by Xilinx. The main features of FPGAs:
- значительный объем ресурсов;- a significant amount of resources;
- высокая производительность;- high performance;
- высокая гибкость архитектуры с множеством системных особенностей: внутреннее распределенное и блочное ОЗУ, логика ускоренного переноса; внутренние буферы с третьим состоянием и т.д.;- High architecture flexibility with many system features: internal distributed and block RAM, accelerated transfer logic; internal buffers with a third state, etc .;
- возможность программирования непосредственно в системе.- the ability to program directly in the system.
При этом используется программное обеспечение Foundation Series. Данный пакет проектирования включает в себя комплекс средств, позволяющих осуществить разработку ПЛИС фирмы Xilinx, начиная от описания внутреннего содержимого устройства до загрузки конфигурации ПЛИС и отладки непосредственно на печатной плате.It uses Foundation Series software. This design package includes a set of tools that allow the development of Xilinx FPGAs, from describing the internal contents of the device to loading the FPGA configuration and debugging directly on the circuit board.
Блоки 12, 19, 16, 17 и 18 авторами выполнены на микросхеме ХС25200 фирмы Xilinx.
Согласно фиг.1 блок 17 управления режимами запускает измерения токов через определяемый двухполюсник и эталон. Блок 12, которому задано блоком 17 управления режимами число измерений (в данном случае 2), выставляет в блок 16 управления по частоте сигнал установки первой частоты, на которой должны быть проведены измерения токов через определяемый двухполюсник и через эталон 5. Согласно фиг.2 блок 12 присваивает индексу текущей частоты измерения i значение 1 и выставляет в блок 16 управления по частоте соответствующий сигнал. После чего, блок 16 управления по частоте выставляет и фиксирует в определителе 19 параметров двухполюсника значение первой частоты ωi, а на управляющий вход генератора 15 синусоидального напряжения сигнал, согласно которому последний на выходе формирует напряжение заданной первой частоты ωi. Генератор синусоидального напряжения может быть выполнен в данном случае на операционном усилителе, в обратную связь которого включен мост Вина. Изменение частоты может быть реализовано через управление параметрами времязадающей цепи генератора. Другим примером выполнения генератора может быть его выполнение на микросхеме ХС25200 Xilinx, которая запрограммирована на формирование многоступенчатого сигнала с последуютцей его подачей на низкочастотный фильтр. Напряжения заданной первой частоты Uωi поступает на измерительные входы устройства для питания определяемого двухполюсника или эталона. Далее блок 12 управления измерением устанавливает признак j положения ключа 6. Положений у ключа 2, а признаку j присваивается значение 1. Согласно этому признаку определяемый двухполюсник отключен от измерительной цепи, а вместо него к измерительной цепи подключен эталон 5. В качестве эталона может быть использован резистор с сопротивлением RЭТ. Через эталон протекает ток, по измеренному значению которого определяется выходное напряжение генератора 15 синусоидального напряжения согласно выражениюAccording to FIG. 1, the
Значение тока измеряется следующим образом. Согласно фиг.1 ток через эталон с выхода ключа 6 поступает через преобразователь ток-напряжение - 7 на вход масштабного усилителя - 8. Масштабный усилитель обеспечивает усиление напряжения в соответствии с масштабом, который ему задает блок 12 управления измерением. Процесс масштабирования усилителя 8 показан на фиг.2. С выхода масштабного усилителя напряжение поступает на вход аналого-цифрового преобразователя - 9 интегрирующего типа. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) выполнен в виде двухтактного интегратора. Выбор такого вида АЦП обусловлен, прежде всего, высокой линейностью характеристики, большой разрешающей способностью и хорошим подавлением высокочастотной помехи. АЦП работает в два такта, первый такт заряд интегратора, второй такт его разряд. В первый такт происходит интегрирование входного сигнала, являющийся периодической функцией, во втором такте происходит интегрирование сигнала от источника опорного напряжения. Разрешающая способность АЦП, определяющая разрешающую способность устройства в целом, пропорциональна времени второго такта (разряда интегратора), а также частоте заполняющих импульсов. Управление переключением тактов АЦП и подачу заполняющих импульсов осуществляет блок 12 управления измерением. Оцифрованное значение измеренного тока поступает в определитель параметров двухполюсника - 19 для дальнейшего его использования в вычислениях согласно выражениям (1) и (2) и в блок 12 управления измерением для управления масштабом усиления. Управление масштабом усиления позволяет повысить точность работы АЦП. Масштабирование построено таким образом, что цифровое значение снимаемого с АПЦ сигнала не должно превышать половины емкости АЦП. Исходя из этого для примера реализации изобретения предложен алгоритм, представленный на фиг.2. Согласно этому алгоритму анализируется число α, которое равно отношению значения полной емкости АЦП к цифровому значению измеренного тока. Исходя из вычисленного значения числа α, выбирается один из четырех масштабов (8; 4; 2; 1). После того, как определен масштаб усиления измеряемого тока, в определителе 19 параметров двухполюсника производится фиксирование его значения с масштабом измерения, предназначенное для дальнейших операций по определению параметров двухполюсника. Далее согласно фиг.2, если j не равно 2, то его значение в блоке 12 управления измерением увеличивается на единицу и там же формируется управляющий сигнал на переключение ключа 6 во второе положение. Это соответствует тому, что эталон отключается и подключается к измерительной цепи определяемый двухполюсник. Через двухполюсник протекает ток, значение которого определяется выражениемThe current value is measured as follows. According to figure 1, the current through the reference from the output of the
Далее процедура измерения тока через двухполюсник определяется действиями, описанными при измерении тока через эталон. После того, как значение тока через двухполюсник будет измерено и зафиксировано в определителе 19 параметров двухполюсника, алгоритм согласно фиг.2 перейдет к анализу условия, в котором j равно 2. Так как ключ 6 находится во втором положении, то условие будет выполнено и алгоритм перейдет к анализу следующего условия, в котором будет осуществлен анализ текущей частоты измерения. Так как измерение производилось на первой частоте, то условие не будет выполнено, и алгоритм перейдет к выполнению действия по установке второй частоты ω0=0 Гц, то есть постоянного тока. В результате будет выполнено действие j:=j+1 и блок 12 управления измерением выставит сигнал об установке второй частоты, то есть постоянного тока. По этому сигналу блок 16 управления по частоте формирует сигнал в генератор 2 синусоидального напряжения, для установки второй частоты, равной нулю Герц. Одновременно блок 16 управления по частоте устанавливает и фиксирует в определителе 19 параметров двухполюсника значение второй частоты (в нашем случае ноль Герц), которая используется для расчета параметров двухполюсника. Одновременно блок управления 12 отключает ключом 11 генератор синусоидальных напряжений 15 и подключает источник постоянного тока 14 для питания двухполюсника и эталона. Затем блок 12 управления измерением инициирует измерение. Процедура измерения токов на постоянном токе повторяется согласно вышеописанному. После измерения постоянных токов через двухполюсник и эталон и их фиксации в определителе параметров 19, блок управления измерением 12 ключом 10 снимает питание с двухполюсника и эталона и производит измерение токов смещения по вышеописанной процедуре.Further, the procedure for measuring current through a two-terminal network is determined by the steps described when measuring current through a standard. After the value of the current through the two-terminal network is measured and recorded in the
После того, как число измерений i будет равно n, то условие последнего блока алгоритма согласно фиг.2 не будет выполнено, и алгоритм перейдет к вычислению разностных токов и параметров двухполюсника.After the number of measurements i is equal to n, the condition of the last block of the algorithm according to FIG. 2 will not be satisfied, and the algorithm will proceed to the calculation of the difference currents and parameters of the two-terminal device.
Представленный на фиг.2 алгоритм работы устройства содержит действие определения параметров двухполюсника, которое направлено на вычисление выражений согласно (1) и (2).Presented in figure 2, the algorithm of the device contains the action of determining the parameters of the two-terminal network, which is aimed at calculating expressions according to (1) and (2).
В примере конкретного исполнения устройства алгоритм вычисления параметров двухполюсника C и R, а также примеры конкретного исполнения численного решения функции извлечения квадратного корня из числа представлены на фиг.3, 4, 5 прототипа.In an example of a specific embodiment of the device, an algorithm for computing the parameters of the two-terminal devices C and R, as well as examples of a specific embodiment of the numerical solution of the square root extraction function from a number, are shown in FIGS. 3, 4, 5 of the prototype.
Заявленное устройство авторами апробировано на макетном изделии. В настоящий момент авторами создается система измерения уровня заправки ракетного блока, которая предназначена для модернизации наземной аппаратуры одной из стартовых пусковых установок полигона «Байконур».The claimed device by the authors tested on a breadboard product. At present, the authors are creating a system for measuring the level of a missile unit’s refueling, which is designed to modernize the ground equipment of one of the launch launchers of the Baikonur training ground.
ЛитератураLiterature
1. Цифровой мост переменного тока типа ЦЕ 5002 ТУ 25-7516.0033-88.1. Digital AC bridge type CE 5002 TU 25-7516.0033-88.
2. Патент РФ №2025666, МПК: G01F 23/26, «Многоточечный сигнализатор уровня (его варианты)».2. RF patent No. 2025666, IPC: G01F 23/26, "Multipoint level switch (its variants)."
3. Патент РФ 2262115 C2, МПК: G01R 27/14, «Устройство для определения параметров двухполюсника» - прототип.3. RF patent 2262115 C2, IPC: G01R 27/14, “Device for determining the parameters of a two-terminal network” - prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011110215/28A RU2458353C1 (en) | 2011-03-17 | 2011-03-17 | Apparatus for determining parameters of two-terminal device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011110215/28A RU2458353C1 (en) | 2011-03-17 | 2011-03-17 | Apparatus for determining parameters of two-terminal device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2458353C1 true RU2458353C1 (en) | 2012-08-10 |
Family
ID=46849709
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011110215/28A RU2458353C1 (en) | 2011-03-17 | 2011-03-17 | Apparatus for determining parameters of two-terminal device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2458353C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU949539A1 (en) * | 1980-12-26 | 1982-08-07 | Пензенский Политехнический Институт | Conductometric pickup resistance meter |
US4831324A (en) * | 1986-03-20 | 1989-05-16 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for analyzing the electrode inpedance |
RU2262115C2 (en) * | 2003-10-01 | 2005-10-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Device for determining parameters of two-terminal circuit |
RU2262668C2 (en) * | 2003-10-01 | 2005-10-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпороация "Энергия" им. С.П. Королева" | Device for measuring level of dielectric matter |
RU2301425C1 (en) * | 2005-09-21 | 2007-06-20 | Василий Иванович Туев | Method for determination of input impedances of electric circuit and device for its realization |
-
2011
- 2011-03-17 RU RU2011110215/28A patent/RU2458353C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU949539A1 (en) * | 1980-12-26 | 1982-08-07 | Пензенский Политехнический Институт | Conductometric pickup resistance meter |
US4831324A (en) * | 1986-03-20 | 1989-05-16 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for analyzing the electrode inpedance |
RU2262115C2 (en) * | 2003-10-01 | 2005-10-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Device for determining parameters of two-terminal circuit |
RU2262668C2 (en) * | 2003-10-01 | 2005-10-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпороация "Энергия" им. С.П. Королева" | Device for measuring level of dielectric matter |
RU2301425C1 (en) * | 2005-09-21 | 2007-06-20 | Василий Иванович Туев | Method for determination of input impedances of electric circuit and device for its realization |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chabowski et al. | Simple wide frequency range impedance meter based on AD5933 integrated circuit | |
KR101688824B1 (en) | Ac impedance measuring device | |
Simic | Realization of complex impedance measurement system based on the integrated circuit AD5933 | |
Stevanatto et al. | Parameter identification and analysis of uncertainties in measurements of lead–acid batteries | |
RU2685062C1 (en) | Digital measurer of acting signal value | |
GB2404258A (en) | Method and apparatus for determining the complex impedance of a component | |
Tamkittikhun et al. | AC power meter design for home electrical appliances | |
RU2262668C2 (en) | Device for measuring level of dielectric matter | |
CN106233417B (en) | Circuit-breaker | |
RU2458353C1 (en) | Apparatus for determining parameters of two-terminal device | |
RU2262115C2 (en) | Device for determining parameters of two-terminal circuit | |
Germer | High-precision ac measurements using the Monte Carlo method | |
CN207502618U (en) | Nonlinear-load power output device | |
RU2499232C1 (en) | Device to measure level of dielectric substance | |
Cetina et al. | Low-cost power systems metrology laboratory based on raspberry Pi | |
RU2260809C2 (en) | Method for determination of two-terminal network parameters | |
RU2449295C1 (en) | Method for bipole parameters determination | |
Meisner et al. | Generation and measurement of AC ripple at high direct voltage | |
Trigo et al. | Standard for electric distorted waveforms | |
Šíra et al. | Uncertainty analysis of non-coherent sampling phase meter with four parameter sine wave fitting by means of Monte Carlo | |
Schmidt et al. | Improvement and upgrading of the PTB standard measurement system for high alternating voltages | |
Slomovitz et al. | A power standard system for calibration of power analyzers | |
RU2563556C1 (en) | Method for determining phase shift angle between sine signals (versions) | |
RU2298194C1 (en) | Method of measurement of effective value of voltage in ac electric circuits | |
CN114236454B (en) | Error calibration method and device for broadband resistor divider |