SU1000933A1 - Преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников - Google Patents

Description

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ

ДВУХПОЛЮСНИКОВ

1

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике, в частности к измерению параметров пассивных комплексных величин, и может быть использовано дл  измерени  параметров объектов, например в электрохимии и биологии при изучении природы электрохимических и биологических систем, в микроэлектронной, электрои радио- нефт ной и химической промышленное т х дл  контрол  как различных изделий, так и различных технологических процессов.

Известен преобразователь пара летров нерезонансных пассивных трехэлементных двухполюсников, содержащий источник частотно-модулированного сигнала, дифференцирующий усилитель, сумматор напр жений, два управл емых делител  напр жений, интегрирующий усилитель, фазочувствительный индикатор, два логоУетрических преобразовател  и усили тель t .

Недостатком преобразовател   вл етс  невысока  точность измерени  искомых

параметров двухполюсника. Результат измерени  одного из парш-летров зависит от напр жени  источника частотно-модулированного сигнала, что снижает точность измерени , поскольку трудно осуществить стабильность напр жени  ис.очника в широком диапазоне частот. Из-за того, что уравновешивание происходит в режиме посто нных изменений частоты источника сигнала, возникают дополнительные динамические погрешности. Исследуемый двухполюсник включаетс  во входную цепь усилител  так, что возникает потребность в стабилизации реж1гма усилител  по посто нному току. Преобразователь имеет низкое быстродействие, св занное с наличием взаимосв зи двух контуров уравновешивани .

Наиболее близким к .предлагаемому по технической сущности  вл етс  измеритель параметров пассивных двухполюсников ,соцержащий генератор счнусоипа ькых сигналов, операционный усилитель, регулируемый элемент, два фазочувствительиых вольгмегра, фазовращатель, нуль-орган , блок выдержки времени, переключатель и посто нный резистор |. Недосгагками измерител   вл5потс  низкие точность и чувствительность изме рени , так как сами характеристики отрицательных элементов в диапазоне амплитуд нелинейны, а при работе измерите л  на отрицательное сопротивление (резистор ) поступают импульсы различной амплитуды,, возникающие при периодическом переводе переключател  из одного положени  в другое. Значительна  погреш iHocTb измерител  обусловлена и тем, что отрицательное сопротивление  вл етс  частотно-зависимым и поэтому результа ты отсчета по параметрам двухполюсника после приведени  цепи в измерител ное состо ние завис т от частоты синус идального сигнала генератора, от времен прерывани  этого сигнала и от наличи  гармоншс сигнала, возникающих из-за нелинейности отрицательного сопротивлени . Значительна  погрешность обусловлена также малыми пределами измерен1га, поскольку отрицательные сопротивлени  могут существовать только в пределах ограниченной области вольт-амперных характеристик этих сопротивлений. Кром того, из-за коммутации сигнала сильно ограничиваетс  верхний часготньш преде работы измерител . К недостаткам относитс  также наст ройки измерител , поскольку здесь на п вом месте стоит вопрос об устойчивости схем с отрицательными импедансами. Цель изобрететш  - повыщение точности измерени  путем исключени  из преобразовател  регулируемого элемента с отрицательным сопротивлением. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников, содержащий генератор синусоидальных сигналов, переключатель , операционный усилитель, блок выдержки интервала времени, при этом управл ющий вход переключател  соединен с выходом блока выдержки интервала времени, два фазочувствительных детектора, посто нный резистор, регулируемый элемент и формирователь сигнала управлени , причем выход последнего соединен с управл ющим входом регулируемого элемента, введены второй .генератор синусоидальных) сигналов, вто рой переключатель, второй операционный усилитель, второй посто нный резистор, дпа блока вычитани , два делител  напр  жени , два блока пам ти, интегратор и блок преобразовани  переменного cin Haла в посто нный, причем выходы генераторов через первый переключатель соединены с входом интегратора, первым входом первого фазочувствительного детектора и через посто нные резисторы с входами операционных усилителей, выходы последних подключены к входам первого блока вычитани , а выход блока непосредственно соединен с вторыми -входами фазочувствигельных детекторов и через блок преобразовани  переменного сигнала в посто нный с вторыми входами делителей напр жени , при этом первый вход первого делител  напр жени  подключен к выходу первого фазочувствительного детектора, а выход интегратора через второй фазочувствительный детектор соединен с первым входом второго делител  напр жени , выход последнего через второй переключатель соединен с входами первого и второго блоков пам ти, кроме того, в обратную св зь одного из операционных усилителей включены зажимы дл  подключени  объекта измерени , а в обратную св зь другого - регулируемый элемент, выходы блоков пам ти соединены с входами второго блока вычитани , а его выход - с формирователем сигнала управлени , причем управл ющий вход второго переключател  также подключен к выходу блока выдержки интервала времени. На чертеже представлена структурна  схема преобразовател  параметров трехэлементных двухполюсников. Преобразователь содержит два генератора I и 2 синусоидальных сигналов различной частоты, два переключател  3 и 4, два операционных усилител  5 и 6, . измер емый трехэлементный двухполюс«« ник 7, состо щий из резисторов 8 и 9 и конденсатора Ю, два блока II и 12 вычитани , блок 13 выдержки интервалов времени, два фазочувствительных детектора 14 и 15, два делител  16 и 17 напр жени , блок 18 преобразовани  переменного сигнала в посто нный, два блока 19 и 2О пам ти, формирователь 21 сигнала управлени , интегратор 22, два посто нных резистора 23 и 24 и регулируемый элемент (резистор) 25. Выходы генератора 1 и 2 синусоидальных сигналов через переключатель 3 подключены к интегратору 22, фазочувствительному детектору 14 и через посго нные резисторы 23 и 24 соответственйо к операционным усилител м 6 и 5. В обрагную св зь операционных усилителей 5 и 6 соогвегсгвенно включены измер е мый трехэлементный двухполюсник 7 и регулируемый элемент 25. Выходы опер ционных усилителей 5 и 6 через блок 11вычитани  подключены как к вторым входам фазочувствительных детекторов 14 и IS; так и к входу блока 18 преоб разовани  переменного сигнала в посто н ный. Выход последнего и выходы фазочувствительных детекторов 14 и 15 со& динены соответственно с входами делите лей 17 и 16 напр жени . Выход делител  16 напр жени  через переключатель 4 подключен к блокам 19 и 20 пам ти, выходы последних соединены с блоком 12вычитани , а его выход подключен к формирователю 21 сигнала управлени  Выход формировател  21 сигнала управлени  соединен с управл ющим входом регулируемого элемента 25. Выход блока 13 выдернски интервалов времени подключен к управл ющим входам перекл чателей 3 и 4. УcтpoйcтвQ работает следующим образом . Блок 13 выдержки интервалов времени периодически и в два такта управл ет переключател ми 3 и 4. В первом гак те посредством переключател  3 к измер емому трехэлементному двухполюснику подключаетс  генератор 1 синусоидального напр жени , во втором такте - генератор 2 синусоидального напр жени . Таким же образом в первом такте пере ключатель 4 подключает выход делител  16 напр жени  к входу блока 19 пам ти а во втором такте - к входу блока 2О пам ти. В первом такте сигнал с генератора 1 синусоидального напр жени  через переключатель 3 поступает на операционные усилители 5 и 6. Параметры переменного напр жени  (аплитуда, фаза) на выходе операпионного усилител  5, кроме значени  генератора I синусоидаль ного напр жени  и сопротивлени  резисто ра 24, зависит от измер емых параметров трехэлементного двухполюсника 7. Напр жение на выходе операционного усилител  6, кроме значени  напр жени  генератора I синусоидального напр жени  и сопротивлени  посто нного резистора 23, зависит и от сопротивлени  регулируемого элемента 25. Напр жение на вы ходе блока 11 вычитани  равно разности выходных напр жений операционнь1Х усилителей 5 и 6. Фаза этого напр жени   вл етс  опорной дл  фазочувствитель ных детекторов 14 и 15. Одновременно напр жение с выхода блока 11 вычитани  поступает в блок 18 преобразовани  переменного сигнала в посто нный. В качестве такого блока могут использоватьс  преобразователи .амплитудных, средних или действующих значений переменного сигнала. Делитель 16 напр жешш производит деление посто нных напр же-. НИИ с выхода фазочувствительного детектора 15 и с выхода блока 18 преобразовани  переменного сигнала в посто нный. Напр жение с далител  16 напр жени  через переключатель 4 поступает на блок 19пам ти и запоминаетс  им. Во втором такте напр жение от генератора 2 синусоидального напр жени  через операционный усилитель с делител  16 нагф жени  через переключатель 4 поступает на блок 2О пам ти и также им запоминаетс . Разность сигналов с блоков 19 и 20пам ти поступает на формирователь 21сигнала управлени . Формирователь 21 сигнала управлени , в-качестве которого может быть использовано любое интегрирующее звено, например электродвигатель , интегратор, устройство пам ти и т. д., измен ет сопротивление регулируемого элемента 25 до тех пор, пока сигнал на выходе блока 12 вычитани  не будет равен нулю. Как правило, дл  первоначального приведени  измерительной цепи в состо ние квазиравновеси  требуетс  4-7 тактов. После достижени  преобразователем измерительного состо ни  определгпот параметры измер емого двухполюсника. Значение измер емого сопротивлени  резистора 8 определ ют по значению сопротивлени  регулируемого резистора 25, значение измер емой проводимое тзт резистора 9 - по значению напр жени  на выходе делител  17 Haijр жени , а значение измер емой лкости конденсатора Ю - по значению напр жени  на выходе делител  16 напр жени . Предлагаемый преобразователь позвол ет производить одновременное измерение всех трек параметров трехэлементных двухполюсников. При этом достигаетс  повышение точности и расщирение пределов измерени  по всем параметрам. Кроме того, существенным  в тнетс  то, что можно повысить чувствительность при измерении всех трех параметров, поскольку чувствительность пропорциональна разности квадратов частот сигналов генераторов I и 2. У прототипа подобна  возможность повышени  чувствительности отсутствует.

710009338

Claims (2)

1. Формула изобретени чувсгвигельньгх дегекторов и через блок

   Преобразователь параметров грехэле-преобразовани  переменного сигнала в менгных двухполюсников, содержащий генератор синусоидальных сигналов, переключатель , операционный усилитель, блок выдержки интервала времени, при этом управл ющий вход переключател  соединен с выходом блока выдержки интерваfta времени, два фазочувствительных детектора , посто нный резистор, регулируемый элемент и формирователь сигнала управлени , причем выход последнего соединен с управл ющим входом регулируемого элемента, отличающийс   тем, что, с целью повышени  точноети измерени , в него введены второй генератор синусоидальных сигналов, второй переключатель, второй операционный усилитель , второй .посто нный резистор, два блока вычитани , два делител  напр жеНИН , два блока пам ти, интегратор и блок преобразовани  переменного сигнала в посто нный, причем выходы генераторов .через первый переключатель соединены |С входом интегратора, первым входом первого фазочувствительного детектора и через посто нные резисторы с входами операционных : илигелей, выходы последних подключены к входам первого блока вычитани , а выход этого блока непосред ственно соединен с вторыми входами фазо посто нный с вторыми входами делителей напр жени , при этом первый вход первого делител  напр жени  подключен к выходу первого фазочувствительного детектора, а выход интегратора через второй фазочувствительный детектор соединен с первым входом второго делител  напр жени , выход последнего через второй переключатель соединен с входами первого и второго блоков, кроме того, в обратную св зь одного из операционных усилителей включены зажимы дл  подключени  объекта измерени , а в обратную св зь другого - регулируемый эле- мент, выходы блоков пам ти соединены с входами второго блока вычитани , а его выход - с формирователем сигнала управлени , причем управл ющий вход второго переключател  также подключен к выходу блока выдержки интервала времени. Источники информации, при1мтые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР N« 538302, кп. С 01 Р 17/ОО, . Ci 01 R 27/00, 21.05.74.
2. 2. -Авторское свидетельство CCGP 648917, кл. С 01 R 27/26, 21.04.76 (прототип).