SU1140058A1 - Измеритель @ -параметров - Google Patents

Abstract

1. ИЗМЕРИТЕЛЬ CL.R -ПАРАМЕТРОВ , содержащий два входных зажима, генератор синусоидального напр жени , преобразователь ток - напр жение , два фазочувствительных детектора , два фильтра нижних частот, переключатель , цифровой интегрирующий логометр, причем первый вход,преобразовател  соединен с первым входным зажимом измерител , выходы первого и второго фазочувствительных детекторов через соответствующие фильтры нижних частот подключены к первому и третьему входам логомётра, о т л ичающийс  тем, что, с цепью повышени  точности.измерени CUR -параметров в широком диапазоне частот, первый выход генератора соединен с вторым входным зажимом измерител  и с информационным входом второго фазочувствительного детектора, второй выход генератора соединен с вторыми входами преобразовател  и логомётра, управл кщим входом второго фазочувствительного детектора и нормально замкнутым контактом переключател , третий выход генератора подключен к третьему входу преобразовател  и к нормально разомкнутому контакту переключател , общий контакт которого подсоединен к управл ющему входу первого фазочувствительного детектора , четвертый и п тый выходы генератора подключены, к соответствующим входам преобразовател , выход которого подключен к информационному входу первого фазочувствительного детектора, первый и второй входы генератора  вл ютс  соответствующий ми управл ющими входами измерител . 2. Измеритель поп.1,о т л и (Л чающийс  тем, что преобразователь ток - напр жение содержит блок сравнени  токов, первьА вход которого  вл етс  первым входом преобразовател , а выход через каскад преобразовани  тока в напр жение соединен с информационными входами первого и второго фазовых детекторов , управл юпще входы которых  вл ютс  вторым и третьим входами преобел разовател , выходы первого и второго 00 фазовых детекторов через соответствующие аналого-цифровые преобразователи соединены с первыми входами соответствующих перемножителей) выходы которых через соответствующие цифроаналоговые преобразователи подключены к входам сумматора, выход которого соединен с выходом преобразовател  и через образцовый резистор со вторым входом блока сравнени  токов вторые входы первого и второго перемножителей  вл ютс  соответственно

Description

четвертым и п тым входами преобразовател . 3. Измеритель поп.1, отличающийс  тем, что генератор синусоидального напр жени  содержит последовательно соединенные высокочастотный автогенератор, управл емый делитель частоты и адресный счетчик, причем выход счетчика соединен с входом первого и второго запоминающих блоков, перв:ым и вторым управл ющими входами генератора  вл ютсй управл ющие входы высокочастотного автогенератора и управл емого дели11 тел  частоты соответственно, выход первого запоминающего блока соединен с входами первого формировател  и третьего цифроаналогового преобразовател  и  вл етс  четвертым выходом генератора, выход второго запоминающего блока  вл етс  п тым выходом генератора и подключен к входу второго формировател , выход третьего цифроаналогового преобразовател   вл етс  первым выходом генератора, а вторьм и третьим выходами  вл ютс  соответственно выходы первого и второго формирователей.

Изобретение .относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано дл  измерени  параметров емкостных и индуктивных объектов . Известны прибор-ы дл  измерени  параметров комплексных сопротивлений , состо щие из - генератора синусоидального напр жени , преобразова тел  на базе операционного усилител  с образцовым и измер емым сопротивлени ми в цепи отрицательной обратной св зи, фазового детектора, ф зовращател , формировател  и вольтметра Недостатками указанного устройст  вл ютс  невозможность измерени  CL, параметров в диапазоне частот, зависимость результатов измерений от нестабильности амплитуды генератора синусоидального напр жени , фазовые сдвиги опорных напр жений фазового детектора. Наиболее близким к изобретению техническим решением  вл етс  измеритель CLR -параметров, содержащий генератор синусоидального напр жени преобразователь ток - напр жение, переключатель, два фазочувствительных детектора, два фильтра нижних частот, логометр и два входных зажи ма. При этом вход преобразовател  ток - напр жение св зан с первым входным зажимом устройства, .выходы фазочувствительных детекторов через фильтры нижних частот соединены с первым и третьим входами логометра , сигнальный вход одного из фазочувствительных детекторов соединен с выходом интегратора, а второго - через переключатель с выходом преобразовате ,л  ток - напр жение . Недостатком известного устройства  вл етс  низка  точность при измерении OLR -параметров в широком диапазоне частот, поскольку при этом в преобразователе ток - напр жение возникают паразитные фазовые сдвиги, что не позвол ет использовать известное устройство дл  измерени  CLR Параметров в широком непрерьтном диапазоне частот. Цель изобретени  - повьшгение точности измерени  -параметров в широком диапазоне частот. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в измерителе CUR -параметров , содержаще два входных зажима , генератор синусоидального напр жени , преобразователь ток - напр жение , два фазочувствительных детектора , два фильтра нижних частот, переключатель, цифровой интегрирующий логометр, причем первый вход преобразовател  соединен с первым входным зажимом измерител , выходы первого и второго фазочувствительных детекторов через соответствующие фильтры нижних частот подключены к первому и третьему входам логометра,первый выход генератора соединен со вторым входным зажимом измерител  и с информационным входом второго фазочувствительного детектора, второй выход генератора соединен с вторыми входами преобразовател  и логометра , управл ющим входом второго фазочувствительного детектора и нормально замкнутым контактом переключател , третий выход генератора подключен к третьему входу преобразовател  и к нормально разомкнутому контакту переключател , общий контак которого подсоединен к управл ющему 1входу первого фазочувствительного детектора, четвертый и п тый выходы генератора подключены к соответствующим входам преобразовател , выход которого подключен к информационному входу первого фазочувствительного детектора, первьй и второй входы генератора  вл ютс  соответствующими управл ющими входами измерител 

При этом преобразователь ток напр жение содержит блок сравнени  токов, первый вход которого  вл етс  первым входом преобразовател , а выход через каскад преобразовани  тока в напр жение соединен с информационными входами первого и второго фазовых детекторов, управл ющие входы которых  вл ютс  вторым и третьим входами преобразовател , выходы первого и второго фазовых детекто ров через соответствующие аналогоцифровые преобразователи соединены с первьши входами соответствующих перемножителей, выходы которых через соответствующие цифроаналоговые преобразователи подключены к входам сумматора, выход которого соединен с выходом преобразовател  и через 06 разцовый резистор со вторым входом .блока сравнени  токов, вторые входы первого и второго перемножителей  вл ютс  соответственно четвертым и п тым входами преобразовател .

Кроме того, генератор синусоидального напр жени  содержит последовательно соединенные высокочастотный автогенератор,-управл емый делитель частоты и адресный счетчик, причем выход счетчика соединен с входом первого и второго запоминающих блоков , первым и вторым управл ющими входами генератора  вл ютс  управл юоще входы высокочастотного автогенератора и управл емого делител  частоты соответственно, выход первого запоминающего блока соединен

с входами первого формировател  и третьего цифроаналогового преобразовател  и  вл етс  четвертым выходом генератора, выход второго запоминающего блока  вл етс  п тым выходом генератора и подключен к входу второго формировател , выход третьего цифроаналогового преобразовател   вл етс  первым выходом генератора, а вторым и третьим выходами  вл ютс соответственно выходы первого и второго формирователей. .

На чертеже показана блок-схема устройства.

Устройство дл  измерени  CUR -параметров содержит измер емый элемент 1, преобразователь 2 ток - нанр жение , генератор 3 синусоидального напр жени , первый и второй фазочувствительные детекторы 4 и 5, переключатель 6, первый и второй фильтры нижних частот 7 и 8, цифровой интегрирующий логометр 9, первьй и второй входные зажимы 10 и 11 Преобразователь 2 содержит образцовый элемент-резистор 12, блок 13 сравнени  токов, каскад 14 преобразовани  тока в напр жение, первый и второй фазовые детекторы 15 и 16, первый и второй аналого-цифровые преобразователи 17 и 18, первый и второй перемножйтели 19 и 20, сумматор 21, .первый и второй цифроаналоговые преобразователи 22 и 23. Генератор 3 содержзгт третий цифроана- логовьй преобразователь 24, высокочастотный автогенератор 25, управл емый делитель частоты 26, адресньй счетчик 27, первый и второй запоминающие блоки 28 и 29, первый и второй формирователи 30 и 31, упр вл ющие входы 32 и 33 генератора 3.

Измер емый элемент t подключен к входным зажимам 10 и 11 измерител , ыход третьего цифроаналогового преобразовател  24 св зан со вторым входным зажимом 11 измерител , и с информационным входом второго фазочувствительного детектора 5, выход первого формировател  30 соединен с управл ющим входом первого фазового детектора 15, с нормально замкнутым контактом переключател  б, управл ющим входом второго фазочувствительного детектора 5 и вгорым . входом логометра 9, выход второго формиройател  31 св зан с управл ющим входом второго фазового детекто51 pa 16 и с нормально разомкнутым контактом переключател  6, выходы первого и второго фазочувствительных детекторов 4 и 5 через соответствующие фильтры нижних частот 7 и 8 подключены к первомуи третьему входам логометра 9, первый управл ющий вход измерител   вл етс  управл ющим входом автогенератора 25, а второй управл ншрй вход - управл ющим входом делител  частоты 26. Выход автогенератора 25 через управл емьй делитель частоты 26, адресный счетчик 27 подключен ко входам первого и второго запоминающих блоков 28 и 29. Выход первого запоминающего блока 28 св зан со входами первого формировател  30 и цифроаналогового преобразовател  24, а также со. вторым входом первого пер емножител  19, выход второго запоминающего блока 29 соединен со входом второго формировател  31 и со вторым входом второго перемножител . Первый входной зажим 10 св зан с первым входом блока сравнени  токоэ 13. выход которого через каскад преобразовани  тока в напр жение 14 подключен к ин формационным входам первого и второ го фазовых детекторов 15 и 16. Выходы последних через соответствующи аналого-цифровые преобразователи 17 и 18 соединены с первыми входами соответствующих перемножителей 19 и 20. Выходы первого и второго пере множителей 19 и 20 через соответствующие цифроаналоговые преобразователи 22 и 23 кодключены к соответствующим входам сумматора 21, выход которого св зан с информационны входом первого фазочувствительного детектора 4 и через образцовый элемент-резистор 12 со вторым входом блока сравнени  токов 13, общий кон такт переключател  6 подключен к управл ющему входу первого фазочувствительного детектора 4. Работает устройство следующим образом. Высокочастотный автогенератор 25 вырабатывает пр моугольные импул сы с номинальной частотой |-, причем первый управл ющий вход измерител  позвол ет плавно регулировать эту частоту в пределах (0,45-1,55), При помощи второго управл ющего входа измерител  задаетс  коэффициент делени  N делител  26. Таким об 8 , на вход адресного счетчика 27 поступают импульсы частотой f (0,45-1,55) ff/ (1) где N 2, п 0,1,2,... Первый и второй запоминающие блоки 28 и 29 соответственно содержат в табличной форме Mi-разр дных значений функций в двоичном коде и к в диапазоне от О до 360. Емкость адресного счетчика 27 поэтому равна ,2М-1 .При опросе адресным счетчиком 27 запоминаюпр1х блоков 28 и 29 на их выходах формируютс  временные последовательности численных значений функций cosx и sinx. Формирователи 30 и 31, улавлива  переходы функций cosx и sinx через нули, формируют сигнал типа меандр, причем положительным значени м функций соответствуют импульсы а отрицательным - паузы, На выходе третьего цифроаналогового преобразовател  24 формируетс  опорное синусоидальное напр жение U, питающее измерительную схему , причем его частота ю плавно регулируетс  в пределах .- ff 2) Преобразователь ток - напр жение 2 преобразует величину тока, пропорциональную величине комплексного сопротивлени  измер емого элемента 1, в пропорциональное комплексное напр жени  UJJ . Работу устройства рассмотрим на примере измерени  емкостного объекта с активной GX и реактивной проводимост ми. Пусть сопротивление образцового элемента равно Rj, тогда сигнал на выходе блока сравнени  токов 13 можно представить выражением .juJCjU Каскад преобразовани  тока в напр жение 14 преобразует &t в пропорциональное напр жение ли , которое раздел етс  фазовыми детекторами 15 и 16 на синфазную U и квадратную U составл ющие. Затем в цифровом N и N виде (на выходах аналого-цифровых преобразователей 17 и 18) эти составл ющие напр жени  подаютс  на перемножители 19 и 20, где осушествл етс  их перемножение с численньнчи значени ми функций cosv и sin а также цифровое усилие (умножение на посто нный большой коэффициент ). Цифроаналоговые преобразователи 22 и 23 преобразуют цифровые последовательности KNgcos X и KNjjsinx в гармонические напр жени  l)(j и И, , сдвинутые между собой на л/2. Сумматор 21 осуществл ет сложение этих напр жений, в результате чего получаетс  напр жение Uj , которое через образцовый элемент-резис тор 12 подаетс  на вычитающий вход блока сравнени  токов 13, т.е. осуществл етс  отрицательна  обратна  св зь. Уравнение преобразовани  пр мого канала преобразовател  ток - напр же ние 2 можно представить в виде .(.к) ( аx. . JVl.) s;K(Re4itj3 Al}-K4f , (41 где коэффициенты передачи соответствующих узлов пр мого канала преобразовател  2. Передаточна  функци  преобразова тел  согласно (3) и (4) описываетс  выражением (b,4ju)Cx}k WCju,).. - , (, где ti(j - коэффициент передачи звена обратной св зи. Пр.одифференцировав (5) по К, получи dW(u)) 1 W(u)) Следовательно , относительное изменение коэффициента передачи преобразовател  (нестабильность узлов пр мого канала) уменьщена в (1+KQ) раз.

При (глубока  обратна  . г св зь) согласно (5)

W(H-(Cix j Cjfio . 1

частоты и составит 0,05%..

Таким образом, в предлагаемом устройстве по сравнению с устройством-прототипом достигнута независимость точности измерени  от частоты, на которой производитс  измерение, Tve, реализуетс  высока  точность измерени  в пшрокой области частот, 88 т .е. функци  преобразовани  не зависит от коэффициента передачи К пр мого канала. Первый фазочувствительный детектор 4 вьщел ет активную составл ющую и напр жени  tJ , если переключатель 6 в положении А . и реактивную составл ющую Up, если переключатель 6 в положении Р ,iob,R,|OJ . Напр жение на выходе второго фа- зочувствительного детектора 5 . U, K,|UJ , т.е. оно пропорционально модулю опорного напр жени  jUol. Цифровой интегрирующий логометр 9 представл ет собой аналого-цифровой преобразователь с двухтактным интегрированием , который осу0 ествл ет операцию делени  напр жений U и U на ко первом и третьем входах, исключает зависимость результатов измерений от напр жени  генератора 3 |йд| . При этом дл  обеспечени  независимости результатов измерени  от рабочей частоты u) длительность первого такта интегрировани  Т по второму входу логометра 9 задаетстг кратной рабочей частоте Tp R(uJ, Пусть суммарна  нестабильность узлов пр мого канала преобразовател  2 - 5%, а KGi(5 100, то согласно (6) относитёльна . погрешность выходного напр жени  не зависит от

Claims (3)

1. ИЗМЕРИТЕЛЬ CLR -ПАРАМЕТРОВ, содержащий два входных зажима, генератор синусоидального напряжения, преобразователь ток - напряжение, два фазочувствительных детектора, два фильтра нижних частот, переключатель, цифровой интегрирующий логометр, причем первый вход.преобразователя соединен с первым входным зажимом измерителя, выходы первого и второго.фазочувствительных детекторов через соответствующие фильтры нижних частот подключены к первому и третьему входам логомётра, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения точности.измерения CLR -параметров в широком диапазоне частот, первый выход генератора соединен с вторым входным зажимом измерителя и с информационным входом второго фазочувствительного детектора, второй выход генератора соединен с вторыми входами преобразователя и логометра, управляющим входом второго фазочув ствительного детектора и нормально замкнутым контактом переключателя, третий выход генератора подключен к третьему входу преобразователя и к нормально разомкнутому контакту переключателя, общий контакт которого подсоединен к управляющему входу первого фазочувствительного детектора, четвертый и пятый выходы генератора подключены, к соответствующим входам преобразователя, выход которого подключен к информационному входу первого фазочувствительного детектора, первый и второй входы генератора являются соответствующий ми управляющими входами измерителя.

2. Измеритель по п.1, о т л и чающийся тем, что преобразователь ток - напряжение содержит блок сравнения токов, первый вход которого является первым входом преобразователя, а выход через каскад преобразования тока в напряжение соединен с информационными входами первого и второго фазовых детекторов, управляющие входы которых являются вторым й третьим входами преобразователя, выходы первого и второго фазовых детекторов через соответствующие аналого-цифровые преобразователи соединены с первыми входами соответствующих перемножителей, выходы которых через соответствующие цифроаналоговые преобразователи подключены к входам сумматора, выход которого соединен с выходом преобразователя и через образцовый резистор со вторым входом блока сравнения токов* вторые входы первого и второго перемножителей являются соответственно

SU,„ 1140058 четвертым и пятым входами преобразователя.

3. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что генератор синусоидального напряжения содержит последовательно соединенные высоко- . частотный автогенератор, управляемый делитель частоты и адресный счетчик, причем выход счетчика соединен с входом первого и второго запоминающих блоков, первым и вторым управляющими входами генератора являютсй управляющие входы высокочастотного автогенератора и управляемого дели теля частоты соответственно, выход первого запоминающего блока соединен с входами первого формирователя и третьего цифроаналогового преобра-¹ зователя и является четвертым выходом генератора, выход второго запоминающего блока является пятым выходом генератора и подключен к входу второго формирователя, выход третьего цифроаналогового преобразователя является первым выходом генератора, а вторым и третьим выходами являются соответственно выходы первого и второго формирователей.