RU2575765C1 - Meter of parameters of multi-element passive dipoles - Google Patents
Meter of parameters of multi-element passive dipoles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2575765C1 RU2575765C1 RU2014145047/28A RU2014145047A RU2575765C1 RU 2575765 C1 RU2575765 C1 RU 2575765C1 RU 2014145047/28 A RU2014145047/28 A RU 2014145047/28A RU 2014145047 A RU2014145047 A RU 2014145047A RU 2575765 C1 RU2575765 C1 RU 2575765C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- current
- converter
- output
- input
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 5
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 241001270131 Agaricus moelleri Species 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001131 transforming Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient Effects 0.000 description 1
Images
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.
Известен измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников (патент РФ № 2144195, G01R 17/10), выполненный в виде четырехплечего электрического моста, в котором для питания используется формирователь импульсов напряжения кубичной формы. 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:A known parameter meter of multi-element passive two-terminal devices (RF patent No. 2144195, G01R 17/10), made in the form of a four-armed electric bridge, in which a voltage pulse shaper of a cubic shape is used for power supply. 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 branch circuit 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) Узкие пределы допустимых значений измеряемых параметров.3) Narrow limits of permissible values of the measured parameters.
4) Ограниченный набор вариантов многоэлементных двухполюсников, для которых обеспечиваются условия уравновешивания при конкретной конфигурации мостовой схемы.4) A limited set of options for multi-element two-terminal devices, for which balancing conditions are provided for a specific bridge configuration.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников (патент РФ № 2466412, G01R 17/00), содержащий формирователь импульса напряжения, имеющего форму функции n-й степени времени, в состав которого входят генератор прямоугольных импульсов и n последовательно соединенных инвертирующих интеграторов, дифференциальный измерительный преобразователь разности токов в напряжение, n-каскадный дифференциатор на дифференцирующих RC-звеньях, вход первого дифференцирующего RC-звена подключен к выходу преобразователя; микропроцессорный контроллер (МПК) с (n+1) измерительными каналами, подключенными к выходам дифференциатора и преобразователя, (n + 1) аналоговых коммутаторов, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами МПК, (n + 1) резисторов переменного дискретно регулируемого сопротивления, включенных между выходами генератора импульсов и интеграторов, с одной стороны, и входами аналоговых коммутаторов, с другой, выходы коммутаторов соединены с входами преобразователя разности токов в напряжение. Если в выражении для комплексной проводимостиThe closest in technical essence to the proposed one is a multi-element passive bipolar parameter meter (RF patent No. 2466412, G01R 17/00), containing a voltage pulse shaper having the form of a function of the nth time degree, which includes a rectangular pulse generator and n series-connected inverting integrators, differential measuring transducer of the difference of currents into voltage, n-cascade differentiator on differentiating RC links, input of the first differentiating RC links but connected to the output of the converter; microprocessor controller (IPC) with (n + 1) measuring channels connected to the outputs of the differentiator and transducer, (n + 1) analog switches, the control inputs of which are connected to the corresponding outputs of the IPC, (n + 1) discretely adjustable resistance resistors included between the outputs of the pulse generator and integrators, on the one hand, and the inputs of analog switches, on the other, the outputs of the switches are connected to the inputs of the current difference to voltage converter. If in the expression for complex conductivity
значения a0 и b0 не равны нулю, импульсы выходного напряжения n-го интегратора, изменяющиеся по закону функции n-й степени, возбуждают в двухполюснике объекта измерения импульсы токов с показателями степени от n до нуля, что позволяет определить (n + 1) Y-параметров с индексами от нуля до n.the values of a 0 and b 0 are not equal to zero, the pulses of the output voltage of the nth integrator, which vary according to the law of the function of the nth degree, excite current pulses in the bipolar of the measurement object with exponents from n to zero, which allows one to determine (n + 1) Y-parameters with indices from zero to n.
Недостатком этого устройства является уменьшение по меньшей мере на единицу числа измеряемых параметров емкостных датчиков, в схеме замещения которых в разрыве цепи между полюсами включен емкостной элемент, по сравнению с измерением параметров двухполюсников с конечным (не нулевым и не бесконечным) сопротивлением на постоянном токе, потому что в формуле проводимости Y(p) в этом случае b0 = 0 и параметр Y0 тождественно равен нулю, т. е. не содержит информации ни об одном элементе двухполюсника. Следовательно, потребуется повышать степень тестового импульса напряжения, что усложняет аппаратуру. К тому же, увеличиваются погрешности измерений, так как уровень сигналов с каждым последующим параметром снижается примерно на порядок.The disadvantage of this device is the reduction by at least a unit of the number of measured parameters of capacitive sensors, in the equivalent circuit of which a capacitive element is included in the circuit between the poles, compared to measuring the parameters of two-terminal devices with finite (not zero and not infinite) DC resistance, therefore that in the conductivity formula Y (p) in this case b 0 = 0 and the parameter Y 0 is identically equal to zero, that is, it does not contain information about any element of the two-terminal network. Therefore, it will be necessary to increase the degree of the test voltage pulse, which complicates the equipment. In addition, the measurement errors increase, since the signal level with each subsequent parameter decreases by about an order of magnitude.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в расширении функциональных возможностей измерителя параметров двухполюсников, содержащих емкостный элемент в разрыве цепи между полюсами, и уменьшении погрешностей измерения.The problem to which the invention is directed, is to expand the functionality of the bipolar parameter meter containing a capacitive element in the open circuit between the poles, and to reduce measurement errors.
Технический результат достигается тем, что в измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников, содержащий генератор прямоугольных импульсов напряжения, n последовательно включенных инвертирующих интеграторов, в состав каждого из которых входят операционный усилитель (ОУ), резистор в цепи инвертирующего входа ОУ, параллельно включенные конденсатор и разрядный ключ в цепи обратной связи ОУ, дифференциальный преобразователь «ток-напряжение» на последовательно соединенных (n + 1)-м и (n + 2)-м операционных усилителях с параллельной отрицательной обратной связью, первый и второй входы преобразователя соединены с инвертирующими входами (n + 1)-го и (n + 2)-го ОУ соответственно, (n + 1) регулируемых резисторов, один из выводов каждого из них соединен с выходом генератора импульсов и выходами интеграторов соответственно, (n + 1) аналоговых коммутаторов, входы которых подключены к свободным выводам регулируемых резисторов, выходы коммутаторов соединены с входами преобразователя «ток-напряжение», n-каскадный дифференциатор на последовательно соединенных дифференцирующих RC-звеньях, вход первого звена подключен к выходу преобразователя «ток-напряжение»; (n + 1) нуль-индикаторов (НИ), вход первого из них соединен с выходом последнего, n-го RC-звена, вход второго НИ - с выходом (n - 1)-го RC-звена и т. д., вход (n + 1)-го НИ соединен с выходом преобразователя «ток-напряжение»; микроконтроллер, выход синхронизации которого соединен с входом синхронизации генератора импульсов, дополнительно введены преобразователь «напряжение-ток» на (n + 3)-м операционном усилителе с двумя резисторами в цепи параллельной отрицательной обратной связи по напряжению и опорным резистором, первым повторителем напряжения на (n + 4)-м операционном усилителе и резисторным делителем - в цепи отрицательной обратной связи по току, второй повторитель напряжения на (n + 5)-м операционном усилителе, вход которого подключен к общей точке соединения выхода преобразователя «напряжение-ток» и первого полюса двухполюсника объекта измерения, и образцовый резистор, один из выводов которого объединен с выходом второго повторителя напряжения, а другой - с входом преобразователя «ток-напряжение». Второй полюс двухполюсника объекта измерения заземлен.The technical result is achieved by the fact that in the parameter meter of multi-element passive two-terminal devices containing a rectangular voltage pulse generator, n series-connected inverting integrators, each of which includes an operational amplifier (op-amp), a resistor in the circuit of the inverting input of the op-amp, a parallel capacitor and a discharge key in the feedback circuit of the op-amp, the differential current-voltage converter on the series-connected (n + 1) -th and (n + 2) -th operational amplifiers with parallel negative feedback, the first and second inputs of the converter are connected to the inverting inputs of the (n + 1) th and (n + 2) th op amps, respectively, (n + 1) adjustable resistors, one of the terminals of each of them is connected to the output of the generator pulses and integrator outputs, respectively, of (n + 1) analog switches, the inputs of which are connected to the free terminals of adjustable resistors, the outputs of the switches are connected to the inputs of the current-voltage converter, an n-cascade differentiator on series-connected differentiating RC- venyah, the first link input is connected to the output of inverter "current-voltage"; (n + 1) null indicators (NI), the input of the first of them is connected to the output of the last, n-th RC-link, the input of the second NI is connected to the output of the (n - 1) -th RC-link, etc., the input of the (n + 1) -th NI is connected to the output of the current-voltage converter; the microcontroller, the synchronization output of which is connected to the synchronization input of the pulse generator, additionally introduces a voltage-current converter on the (n + 3) -th operational amplifier with two resistors in the circuit of parallel negative voltage feedback and a reference resistor, the first voltage follower at ( n + 4) -th operational amplifier and resistor divider - in the negative current feedback circuit, the second voltage follower on the (n + 5) -th operational amplifier, the input of which is connected to a common point, is connected the output of the voltage-current converter and the first pole of the two-terminal object of measurement, and an exemplary resistor, one of the terminals of which is combined with the output of the second voltage follower, and the other with the input of the current-voltage converter. The second pole of the bipolar of the measurement object is grounded.
Сущность изобретения поясняется на примере измерителя параметров пятиэлементных двухполюсников. Схема устройства приведена на фиг. 1.The invention is illustrated by the example of a parameter meter five-element bipolar. The device diagram is shown in FIG. one.
Устройство содержит генератор 1 прямоугольных импульсов напряжения (ГПИ), четыре последовательно включенных инвертирующих интегратора, в состав каждого из которых входят операционный усилитель (ОУ) 2, 3, 4 или 5, резистор 6, 7, 8 или 9 и конденсатор 10, 11, 12 или 13, а также разрядный ключ 14, 15, 16 или 17 соответственно, дифференциальный преобразователь «ток-напряжение», построенный на пятом и шестом операционных усилителях 18 и 19, в цепи обратной связи каждого из них включен резистор 20 и 21 соответственно, а между выходом ОУ 18 и входом ОУ 19 - резистор 22, к первому и второму входам преобразователя «ток-напряжение» подключены выходы коммутаторов 23, 24, 25, 26 и 27, входы которых соединены с регулируемыми резисторами 28, 29, 30, 31 и 32, а вторые выводы упомянутых резисторов подключены к выходам генератора 1, первого ОУ 2, второго ОУ 3, третьего ОУ 4 и четвертого ОУ 5 соответственно. К выходу преобразователя «ток-напряжение» подключен вход четырехкаскадного дифференциатора, построенного на дифференцирующих RC-звеньях: конденсаторах 33, 34, 35 и 36 и резисторах 37, 38, 39 и 40. Выходы дифференциатора соединены с входами нуль-индикаторов (НИ): общий вывод конденсатора 36 и резистора 40 - с входом первого НИ 41, общий вывод конденсатора 35 и резистора 39 - с входом второго НИ 42, общий вывод конденсатора 34 и резистора 38 - с входом третьего НИ 43, общий вывод конденсатора 33 и резистора 37 - с входом четвертого НИ 44, вход пятого НИ 45 подключен к выходу преобразователя «ток-напряжение». Вход сигнала синхронизации генератора 1 соединен с выходом синхронизации микроконтроллера 46.The device contains a generator 1 of rectangular voltage pulses (GUI), four serially connected inverting integrators, each of which includes an operational amplifier (OA) 2, 3, 4 or 5, a resistor 6, 7, 8 or 9 and a capacitor 10, 11, 12 or 13, as well as a bit switch 14, 15, 16 or 17, respectively, a differential current-voltage converter built on the fifth and sixth operational amplifiers 18 and 19, a resistor 20 and 21 are included in the feedback circuit of each of them, respectively, and between the output of the op-amp 18 and the input of the op-amp 19 - a resistor 22, to the lane the outputs of the switches 23, 24, 25, 26 and 27, the inputs of which are connected to adjustable resistors 28, 29, 30, 31 and 32, and the second terminals of the mentioned resistors are connected to the outputs of the generator 1, connected to the second and second inputs of the current-voltage converter the first op-amp 2, the second op-amp 3, the third op-amp 4 and the fourth op-amp 5, respectively. The input of the four-stage differentiator, built on differentiating RC links: capacitors 33, 34, 35 and 36 and resistors 37, 38, 39 and 40, is connected to the output of the current-voltage converter. The outputs of the differentiator are connected to the inputs of the zero indicators (NI): the common terminal of the capacitor 36 and resistor 40 with the input of the first NI 41, the common terminal of the capacitor 35 and the resistor 39 with the input of the second NI 42, the common terminal of the capacitor 34 and the resistor 38 with the input of the third NI 43, the common terminal of the capacitor 33 and the resistor 37 with the input of the fourth NI 44, the input of the fifth NI 45 is connected to the output at converter 'current-voltage ". The input of the synchronization signal of the generator 1 is connected to the synchronization output of the microcontroller 46.
В схему устройства дополнительно введены преобразователь «напряжение-ток» на седьмом операционном усилителе 47, охваченном двумя видами обратной связи: по напряжению цепью, состоящей из резисторов 48 и 49, и по току - цепью, содержащей опорный резистор 50, первый повторитель напряжения на восьмом операционном усилителе 51 и резисторный делитель 52-53; второй повторитель напряжения на девятом ОУ 54, вход которого подключен к выходу преобразователя «напряжение-ток», а выход - к первому выводу образцового резистора 55, второй вывод последнего соединен с одним из входов преобразователя «ток-напряжение». В качестве примера схема замещения пятиэлементного двухполюсника объекта измерения содержит три последовательно соединенных емкостных элемента 56, 57 и 58, а также два резистивных элемента 59 и 60, причем один вывод элемента 59 подключен к общему контакту элементов 56 и 57, а второй вывод элемента 59 - к заземленному контакту элемента 58, также один вывод элемента 60 подключен к общему контакту элементов 57 и 58, а второй вывод элемента 60 - к заземленному контакту элемента 58.A voltage-to-current converter is additionally introduced into the device circuit at the seventh operational amplifier 47, which is covered by two types of feedback: by the voltage circuit, consisting of resistors 48 and 49, and by the current, by the circuit containing the reference resistor 50, the first voltage follower on the eighth an operational amplifier 51 and a resistor divider 52-53; the second voltage follower at the ninth op-amp 54, the input of which is connected to the output of the voltage-current converter, and the output is to the first output of the reference resistor 55, the second terminal of the latter is connected to one of the inputs of the current-voltage converter. As an example, the equivalent circuit of the five-element two-terminal device of the measurement object contains three series-connected capacitive elements 56, 57 and 58, as well as two resistive elements 59 and 60, with one output of the element 59 connected to the common contact of the elements 56 and 57, and the second output of the element 59 to the grounded contact of the element 58, also one terminal of the element 60 is connected to the common contact of the elements 57 and 58, and the second terminal of the element 60 is connected to the grounded contact of the element 58.
Устройство работает следующим образом. Генератор 1 вырабатывает прямоугольные импульсы напряжения длительностью tи с амплитудой U0. На выходе первого интегратора (ОУ 2) формируются импульсы линейно изменяющегося напряжения с амплитудойThe device operates as follows. Generator 1 generates rectangular voltage pulses of duration t and with amplitude U 0 . At the output of the first integrator (OS 2), pulses of linearly varying voltage with amplitude are formed
где T1 = R6C10 - постоянная времени первого интегратора.where T 1 = R 6 C 10 is the time constant of the first integrator.
На выходе второго интегратора (ОУ 3) вырабатываются импульсы квадратичной формы с амплитудойThe output of the second integrator (OS 3) produces quadratic pulses with amplitude
где T2 = R7C11 - постоянная времени второго интегратора.where T 2 = R 7 C 11 is the time constant of the second integrator.
Третий интегратор формирует на выходе ОУ 4 импульсы кубичной формы с амплитудойThe third integrator generates at the output of the op-amp 4 pulses of cubic shape with amplitude
где T3 = R8C12 - постоянная времени третьего интегратора.where T 3 = R 8 C 12 is the time constant of the third integrator.
Четвертый интегратор вырабатывает на выходе ОУ 5 импульсы напряжения, имеющие форму функции четвертой степени времени и амплитуду, равнуюThe fourth integrator generates voltage pulses having the form of a function of the fourth degree of time and an amplitude equal to
где T4 = R9C13 - постоянная времени четвертого интегратора.where T 4 = R 9 C 13 is the time constant of the fourth integrator.
Для возбуждения двухполюсника C56-C57-C58-R59-R60 используются импульсы тока кубичной формыCubic current pulses are used to excite a two-terminal C 56 -C 57 -C 58 -R 59 -R 60
которые формирует преобразователь «напряжение-ток» из выходного напряжения третьего интегратораwhich forms the voltage-current converter from the output voltage of the third integrator
Здесь G - проводимость прямой передачи преобразователя. Она определяется элементами схемы. При попарном равенстве сопротивлений R52 = R48, R53 = R49 величина G равнаHere G is the direct transmission conductivity of the converter. It is determined by the elements of the circuit. With a pairwise equality of the resistances R 52 = R 48 , R 53 = R 49, the value of G is
Следовательно, амплитуда тока двухполюсника будет равнаConsequently, the current amplitude of the two-terminal network will be equal to
Операторное изображение комплексного сопротивления двухполюсника, содержащего емкостной элемент 56 в разрыве цепи между полюсами, не содержит в знаменателе свободного членаAn operator image of the complex resistance of a two-terminal device containing a capacitive element 56 in the open circuit between the poles does not contain a free term in the denominator
Если вынести из знаменателя оператор p, полученное выражение содержит произведение оператора 1/р, что соответствует дополнительной операции интегрирования тестового сигнала, и модифицированного операторного изображения комплексного сопротивления двухполюсника:If the operator p is taken out of the denominator, the resulting expression contains the product of the 1 / p operator, which corresponds to the additional operation of integrating the test signal and the modified operator image of the complex resistance of the two-terminal network:
Поэтому реакция двухполюсника на кубический импульс тока будет содержать импульсы напряжения на двухполюснике не только 3-й, 2-й, 1-й и нулевой степени, но и составляющую 4-й степени: Therefore, the reaction of a two-terminal to a cubic current pulse will contain voltage pulses on the two-terminal not only of the 3rd, 2nd, 1st and zero degrees, but also a component of the 4th degree:
Амплитуды всех пяти составляющих импульсов напряжения на двухполюснике определяются обобщенными параметрами сопротивления двухполюсника (Z-параметрами). В частности, у рассматриваемого в качестве примера пятиэлементного двухполюсника C56-C57-C58-R59-R60 эти параметры равныThe amplitudes of all five components of the voltage pulses at the two-terminal are determined by the generalized parameters of the resistance of the two-terminal (Z-parameters). In particular, for the C 56 -C 57 -C 58 -R 59 -R 60 five-element two-terminal network considered as an example, these parameters are equal
Измерив амплитуды всех пяти составляющих напряжения (6), можно вычислить значения Z-параметров, а затем и электрические величины - емкости С56, С57 и С58 и сопротивления R59 и R60. Измерения Z-параметров осуществляют путем уравновешивания всех составляющих тока, создаваемого напряжением (6) через образцовый резистор 55, импульсами токов, имеющих форму степенных функций с показателями степени от четвертой до нулевой. Сначала уравновешивают токи старшей, четвертой, степени. Амплитуда импульса тока двухполюсника I4 определяется амплитудой импульса напряжения (6) такой же формы Uдп 4:By measuring the amplitudes of all five components of the voltage (6), it is possible to calculate the values of Z-parameters, and then the electrical quantities — capacitances C 56 , C 57 and C 58 and resistance R 59 and R 60 . Measurements of Z-parameters are carried out by balancing all components of the current created by voltage (6) through the model resistor 55 with current pulses in the form of power functions with exponents from fourth to zero. First, the currents of the highest, fourth, degree are balanced. The amplitude of the current pulse of the two-terminal I 4 is determined by the amplitude of the voltage pulse (6) of the same form U DP 4 :
Амплитуда уравновешивающего тока 4-й степени регулируется резистором 32:The amplitude of the balancing current of the 4th degree is regulated by a resistor 32:
Выходное напряжение преобразователя «ток-напряжение» uПНТ на выходе ОУ 19 пропорционально разности входных токов Iвх 1 и Iвх 2. При равенстве сопротивлений резисторов 20 и 22 напряжение uПНТ = (Iвх 1 - Iвх 2)R21. При достижение равенства токов (7) и (8) напряжение импульса с плоской вершиной на выходе четвертого каскада дифференциатора после окончания переходного процесса в двухполюснике становится равным нулю, что контролируется первым нуль-индикатором 41. Условие равновесия имеет видThe output voltage of the current-voltage converter u PNT at the output of the OS 19 is proportional to the difference of the input currents I in 1 and I in 2 . If the resistance of the resistors 20 and 22 is equal, the voltage u PNT = (I in 1 - I in 2 ) R 21 . When currents (7) and (8) are reached, the pulse voltage with a flat top at the output of the fourth stage of the differentiator after the transition in the two-terminal network becomes zero, which is controlled by the first zero indicator 41. The equilibrium condition has the form
откуда находят значение параметра Z-1:whence find the value of the parameter Z -1 :
Затем осуществляют уравновешивание импульсов токов кубической формы. Амплитуда тока I3 двухполюсника зависит от кубической составляющей импульса напряжения на двухполюснике Uдп 3:Then carry out the balancing of the pulses of the currents of a cubic shape. The amplitude of the current I 3 of the two-terminal network depends on the cubic component of the voltage pulse on the two-terminal terminal U dp 3 :
Амплитуда уравновешивающего тока регулируется резистором 31:The amplitude of the balancing current is regulated by a resistor 31:
Условие равновесия имеет видThe equilibrium condition has the form
откуда находят значение параметра Z0:where do they find the value of the parameter Z 0 :
На третьем этапе выполняют уравновешивание импульсов токов квадратичной формы. Амплитуда тока I2 двухполюсника зависит от квадратичной составляющей импульса напряжения на двухполюснике Uдп 2:At the third stage, the impulses of the currents are quadratic balanced. The amplitude of the current I 2 of the two-terminal network depends on the quadratic component of the voltage pulse on the two-terminal network U dp 2 :
Амплитуда уравновешивающего тока регулируется резистором 30:The amplitude of the balancing current is regulated by a resistor 30:
Условие равновесия имеет видThe equilibrium condition has the form
откуда определяют значение параметра Z1:whence determine the value of the parameter Z 1 :
На четвертом этапе выполняют уравновешивание импульсов токов линейной формы. Амплитуда тока I1 двухполюсника определяется амплитудой линейной составляющей импульса напряжения на двухполюснике Uдп 1:At the fourth stage, balancing the pulses of the currents of a linear form is performed. The amplitude of the current I 1 is determined by the two-terminal voltage pulse amplitude on a linear two-terminal network component U dn 1:
Амплитуда уравновешивающего тока регулируется резистором 29:The amplitude of the balancing current is regulated by a resistor 29:
Условие равновесия имеет видThe equilibrium condition has the form
откуда находят значение параметра Z2:where do they find the value of parameter Z 2 :
На пятом этапе выполняют уравновешивание импульсов постоянного тока. Амплитуда тока I0 двухполюсника определяется амплитудой составляющей импульса напряжения на двухполюснике Uдп 0:At the fifth stage, balancing of the DC pulses is performed. The amplitude of the current I 0 two-terminal is determined by the amplitude of the component of the voltage pulse on the two-terminal U dp 0 :
Амплитуда уравновешивающего тока регулируется резистором 28:The amplitude of the balancing current is regulated by a resistor 28:
Условие равновесия имеет видThe equilibrium condition has the form
откуда определяют значение параметра Z3:where determine the value of the parameter Z 3 :
Другим примером пятиэлементного двухполюсника может служить объект, схема замещения которого представлена на фиг. 2. Пятиэлементный двухполюсник объекта измерения состоит из последовательно соединенных первого емкостного элемента 61, первого резистивного элемента 62 и индуктивного элемента 63, параллельно которому подключены второй резистивный элемент 64 и второй емкостной элемент 65. Первый полюс двухполюсника соединен с выходом преобразователя «напряжение-ток», второй полюс заземлен.Another example of a five-element bipolar can be an object, the equivalent circuit of which is shown in FIG. 2. The five-element two-terminal device of the measurement object consists of a series-connected first capacitive element 61, a first
Операторное изображение комплексного сопротивления двухполюсника, содержащего емкостной элемент 61 в разрыве цепи между полюсами, не содержит в знаменателе свободного членаAn operator image of the complex resistance of a two-terminal device containing a capacitive element 61 in the open circuit between the poles does not contain a free term in the denominator
Модифицированное операторное изображение комплексного сопротивления двухполюсника имеет видThe modified operator image of the complex resistance of the two-terminal network has the form
Обобщенные параметры сопротивления двухполюсника (Z-параметры) равныGeneralized bipolar resistance parameters (Z-parameters) are equal
Как видно из приведенных примеров, для измерения пяти параметров двухполюсника с емкостным элементом в разрыве цепи между полюсами достаточно тестового импульса тока третьей степени, что свидетельствует об упрощении аппаратуры. Устройство обладает свойством раздельного уравновешивания. Формулы для вычисления параметров двухполюсника просты. Результаты измерений стабильны, так как определяются стабильностью резисторов и конденсаторов, входящих в состав интеграторов, и регулируемых резисторов. Оно пригодно и для измерения параметров двухполюсников общего вида с конечным, т. е. с ненулевым и небесконечным сопротивлением между полюсами на постоянном токе.As can be seen from the above examples, to measure the five parameters of a two-terminal device with a capacitive element in the open circuit between the poles, a test current pulse of the third degree is sufficient, which indicates a simplification of the equipment. The device has the property of separate balancing. The formulas for calculating two-terminal parameters are simple. The measurement results are stable, as they are determined by the stability of the resistors and capacitors that are part of the integrators, and adjustable resistors. It is also suitable for measuring the parameters of two-terminal devices of a general form with a finite, i.e., with non-zero and non-infinite resistance between the poles at constant current.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2144195, G01R 17/10. Мостовой измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников / В.И. Иванов, Г.И. Передельский, опубл. 10.01.2000. Бюл. № 1.1. RF patent No. 2144195, G01R 17/10. Bridge meter of parameters of multi-element passive two-terminal / V.I. Ivanov, G.I. Peredelsky, publ. 01/10/2000. Bull. Number 1.
2. Патент РФ №2466412, G01R 17/00. Измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников / В.И. Иванов, опубл. 10.06.2012. Бюл. №16. (Прототип).2. RF patent No. 2466412, G01R 17/00. Parameter meter for multi-element passive bipolar / V.I. Ivanov, publ. 06/10/2012. Bull. No. 16. (Prototype).
3. Иванов, В.И. Применение обобщенных параметров измерительной цепи для идентификации многоэлементных двухполюсников / В.И. Иванов, В.С. Титов, Д.А. Голубов // Датчики и системы. - 2010. - №8. - С. 43-45.3. Ivanov, V.I. The use of generalized parameters of the measuring circuit for the identification of multi-element bipolar / V.I. Ivanov, V.S. Titov, D.A. Golubov // Sensors and systems. - 2010. - No. 8. - S. 43-45.
4. Иванов В.И. Преобразование параметров многоэлементных RLC-двухполюсников с коротким замыканием и разрывом цепи между полюсами на постоянном токе / В.И. Иванов, В.С. Титов // Датчики и системы. 2014. №9. С. 26-32.4. Ivanov V.I. Transformation of the parameters of multi-element RLC two-terminal circuits with short circuit and open circuit between poles on a direct current / V.I. Ivanov, V.S. Titov // Sensors and systems. 2014. No9. S. 26-32.
Claims (1)
Измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников, содержащий генератор прямоугольных импульсов напряжения, n последовательно включенных инвертирующих интеграторов, в состав каждого из которых входят операционный усилитель (ОУ), резистор в цепи инвертирующего входа ОУ, параллельно включенные конденсатор и разрядный ключ в цепи обратной связи ОУ, дифференциальный преобразователь «ток-напряжение» на последовательно соединенных (n + 1)-м и (n + 2)-м операционных усилителях с параллельной отрицательной обратной связью, первый и второй входы преобразователя подключены к инвертирующим входам (n + 1)-го и (n + 2)-го ОУ соответственно, (n + 1) регулируемых резисторов, один из выводов каждого из них соединен с выходом генератора импульсов и выходами интеграторов соответственно, (n + 1) аналоговых коммутаторов, входы которых подключены к свободным выводам регулируемых резисторов, выходы коммутаторов соединены с входами преобразователя «ток-напряжение», n-каскадный дифференциатор на последовательно соединенных дифференцирующих RC-звеньях, вход первого звена подключен к выходу преобразователя «ток-напряжение»; (n + 1) нуль-индикаторов (НИ), вход первого из них соединен с выходом последнего, n-го RC-звена дифференциатора, вход второго НИ - с выходом (n - 1)-го RC-звена и т. д., вход (n + 1)-го НИ соединен с выходом преобразователя «ток-напряжение»; микроконтроллер, выход синхронизации которого соединен с входом синхронизации генератора импульсов, отличающийся тем, что в него дополнительно введены преобразователь «напряжение-ток» на (n + 3)-м операционном усилителе с двумя резисторами в цепи параллельной отрицательной обратной связи по напряжению и опорным резистором, первым повторителем напряжения на (n + 4)-м операционном усилителе и резисторным делителем - в цепи отрицательной обратной связи по току, второй повторитель напряжения на (n + 5)-м операционном усилителе, вход которого подключен к общей точке соединения выхода преобразователя «напряжение-ток» и первого полюса двухполюсника объекта измерения, а также образцовый резистор, один вывод которого соединен с выходом второго повторителя напряжения, а второй - с входом преобразователя «ток-напряжение»; второй полюс двухполюсника объекта измерения заземлен.
A multi-element passive two-terminal parameter meter containing a rectangular voltage pulse generator, n serially connected inverting integrators, each of which includes an operational amplifier (op-amp), a resistor in the op-amp inverting input circuit, a capacitor and a discharge key in the op-amp feedback circuit, parallel differential a current-voltage converter on serially connected (n + 1) -th and (n + 2) -th operational amplifiers with parallel negative feedback, the first and the second inputs of the converter are connected to the inverting inputs of the (n + 1) th and (n + 2) th op amps, respectively, (n + 1) adjustable resistors, one of the outputs of each of them is connected to the output of the pulse generator and the outputs of the integrators, respectively, ( n + 1) analog switches, the inputs of which are connected to the free terminals of adjustable resistors, the outputs of the switches are connected to the inputs of the current-voltage converter, an n-cascade differentiator on series differentiating RC links, the input of the first link is connected to the output current-voltage converter; (n + 1) null indicators (NI), the input of the first of them is connected to the output of the last, n-th RC-link of the differentiator, the input of the second NI - to the output of the (n - 1) -th RC-link, etc. , the input of the (n + 1) -th NI is connected to the output of the current-voltage converter; a microcontroller, the synchronization output of which is connected to the synchronization input of the pulse generator, characterized in that it additionally includes a voltage-current converter on the (n + 3) -th operational amplifier with two resistors in a parallel circuit with negative voltage feedback and a reference resistor , the first voltage follower on the (n + 4) -th operational amplifier and the resistor divider - in the negative current feedback circuit, the second voltage follower on the (n + 5) -th operational amplifier, the input of which is connected is connected to the common connection point of the output of the voltage-current converter and the first pole of the two-terminal device of the measurement object, as well as a model resistor, one output of which is connected to the output of the second voltage follower, and the second to the input of the current-voltage converter; the second pole of the bipolar of the measurement object is grounded.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2575765C1 true RU2575765C1 (en) | 2016-02-20 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2644531C1 (en) * | 2017-04-12 | 2018-02-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет "(ЮЗГУ) | Differentiator |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1539679A1 (en) * | 1988-05-24 | 1990-01-30 | Научно-Исследовательский Институт Автоматики И Электромеханики При Томском Институте Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники | Converter of parameters of multielement two-terminal networks |
SU1599804A1 (en) * | 1988-08-22 | 1990-10-15 | Предприятие П/Я Г-4141 | Apparatus for measuring parameters of two-component two-terminal networks |
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 |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1539679A1 (en) * | 1988-05-24 | 1990-01-30 | Научно-Исследовательский Институт Автоматики И Электромеханики При Томском Институте Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники | Converter of parameters of multielement two-terminal networks |
SU1599804A1 (en) * | 1988-08-22 | 1990-10-15 | Предприятие П/Я Г-4141 | Apparatus for measuring parameters of two-component two-terminal networks |
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 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2644531C1 (en) * | 2017-04-12 | 2018-02-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет "(ЮЗГУ) | Differentiator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111722044B (en) | Direct current charging pile testing method, device and equipment based on frequency sweep calibration shunt | |
CN107209211A (en) | Electronic integrator for Rogowsky coil sensor | |
CN106324356A (en) | Precise AC resistance measuring instrument and measuring method thereof | |
CN109085427B (en) | Bridge resistor for simulating equivalent milliohm-microohm magnitude direct current resistor | |
RU2447452C1 (en) | Bridge circuit for measuring parameters of two-terminal devices | |
RU2390787C1 (en) | Tester of multiple-element passive bipoles | |
RU2575765C1 (en) | Meter of parameters of multi-element passive dipoles | |
Khurana et al. | Evaluation of four-terminal-pair capacitance standards using electrical equivalent circuit model | |
CN102768334B (en) | Analyzing method of circuit analyzer | |
RU2434234C1 (en) | Method of determining parameters of multielement two-terminal networks and device for implementing said method | |
RU2422838C1 (en) | Method and device to measure parameters of multiple dipoles | |
Hall | How electronics changed impedance measurements | |
RU2556301C2 (en) | Meter of parameters of multi-element rlc-dipoles | |
RU2499269C1 (en) | Metre of parameters of dipole rlc circuits | |
RU2152622C1 (en) | Two-port device parameter meter | |
RU2499263C1 (en) | Bridge meter of parameters of multi-element rlc dipoles | |
RU2466412C2 (en) | Device for measuring parameters of multielement passive two-terminal networks | |
RU2538946C1 (en) | Bridge measuring device of parameters of bipoles | |
RU168749U1 (en) | Bridge for measuring parameters of an arbitrary passive two-terminal network | |
RU2509312C1 (en) | Metre of dipole parameters | |
RU2591877C2 (en) | Bridge measuring device for measuring parameters of two-terminal circuits | |
RU165278U1 (en) | BRIDGE FOR MEASURING TWO-POLE PARAMETERS | |
RU2463614C1 (en) | BRIDGE GAUGE OF n-ELEMENT BIPOLES PARAMETERS | |
RU2631540C1 (en) | Bridge meter of n-element two-pole parameters | |
RU2262115C2 (en) | Device for determining parameters of two-terminal circuit |