SU1174877A1 - Измерительна цепь (ее варианты) - Google Patents

Abstract

I, Измерительна  цепь, содержаща  генератор синусоидальных колебаний , одним из зажимов соединенный с общей шиной, испытуемый и образцовый двухполюсники первыми зажимами подключенные к инвертирующему входу операционного усилител , отличающа с  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в нее введены первый дополнительный образцовый двухполюсник и коммутатор, причем второй зажим генераърра подключен к второму зажиму основного образцового двухполюсника , второй зажим испытуемого двухполюсника подсоединен к первому контакту коммутатора и первому зажиму дополнительного образцового двухполюсника , второй зажим которого соединен с вторым контактом комму (Л татора, общий зажим которого подключен к выходу усилител , неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной.

Description

2. Цепь по п. 1, отличающа с  тем, что в нее введен второй дополнительный образцовый двухполюсник, первым зажимом подключенньгй к общему выводу испытуемого и первого дополнительного двухполюсников , вторым - к Третьему контакту коммутатора.

3.Измерительна  цепь,содержаща  генератор синусоидальных колебаний, одни из зажимов соединенный с общей шиной, испытуемый и образцовый двухполюсники , первыми зажимами подключенные к инвертирующему входу операционного усилител , отличающа с  тем, что, с целью повьппени  точности измерени , в нее введены два дополнительных образцовых двухполюсника и коммутатор, причем второй зажим генератора подключен к второму зажиму основного образцового двухполюсника, дополнительные двухполюсники первыми зажимами подключены к общему выводу испытуемого и oiCHOBHoro образцового двухполюсников , вторым - соответственно к первому и второму контактам коммутатора , второй зажим испытуемого двухполюсн$1ка подключен к третьему и общему контактам коммутатора и входу усилител , неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной.

4. Измерительна  цепь, содержаща  генератор синусоидальных колебаний , одним из зажимов соединенный с общей шиной, испытуемый двухполюс ник и образцовый двухполюсник, включенньй в отрицательную обратную св з усилител , отличающа с  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в нее введены два дополнительных двухполюсника и два коммутатора , причем второй зажим генератора подключен к первому контакту i первого коммутатора и первому зажиму испытуемого двухполюсника, второй зажим кoтopoгo соединен с первым контактом второго коммутатора и первым зажимом первого дополнительного двухполюсника , второй зажим которого подключен к второму контакту второго коммутатора, общий зажим первого коммутатора через второй дополнительный двухполюсник подсоединен к общему зажиму второго коммутатора и инвертирующему входу усилител , второй контакт первого коммутатора и неинвертирующий вход усилител  соединены с общей шиной.

5. Измерительна  цепь, содержаща  генератор синусоидальных колебаний, первый зажим которого соединен с общей шиной, второй - с неинвертирующи входом операционного усилител , в отрицательную обратную св зь которого включен основной образцовый двухполюсник , и испытуемый двухполюсник, включенный между общей шиной и инвертирующим входом усилител , отличающа с  тем, Что, с целью . повьш1ени  точности измерени , в нее введены два дополнительных образцовы двухполюсника, ключ и коммутатор, причем второй зажим генератора подключен к первому контакту коммутатора , общий контакт которого .через первый дополнительный образцовый двухполюсник подсоединен к инвертирующему входу усилител , последовательно соединенные ключ и второй дополнительный образцовый двухполюсник соединены параллельно с испытуемым двухполюсником, второй контакт коммутатора подключен к общей шине.

Изобретение отно-сйтс  к злектроизмерительной технике и предназначено дл  измерени  параметров двухзлементных двухполюсников.

Цель изобретени  - повьппение точности измерени .

На фиг. 1 изображена универсальна  измерительна  цепь дл 

измерени  параметров комплексных двухзлементных двухполюсников; на фиг. 2 - измерительна .цепь дл  измерени  параметров комплексных двухзлементных двухполюсников, имеющих последовательную схему замещени ; на фиг. 3 - измерительна  цепь дл  измерени  параметров комплексных двухполюсников, имеющих параллельную

3

схему замещени  , на фиг. 4 - унинереальна  измерительна  цепь. Позвол юща  осуществл ть измерени  параметров комплексных двухполюсников , на завис щих от нестабильности коэффициента передачи усилител , шунтирующего вли ни  со стороны входного и выходного сопротивлений усилител  на результат измерени  ,i на фиг, 5 - универсальна  измерительна  цепь, позвол юща  осуществл ть измерени  параметров комплексных двухполюсников, не завис щих от нестабильности козффициента передачи усилител , шунтирующего вли ни  со стороны входного и выходного сопротивлений усилител  и внутреннего сопротивлени  генератора на результат измерени ; на фиг. 6-- схемы замещени  измерительной цепи, изображенной на фиг. 4; на фиг, 7 варианты схемы замещени  измерительной цепи, изображенной на фиг. 5,

Б устройстве {фиг. l) генератор I через основной образцовый двухполюсник 2 подключен к инвертирующему входу операционного усилител  3 и первому зажиму исследуемого двухполюсника 4, второй зажим которого через дополнительный двухполюсник 5 подключен к коммутатору 6, общий контакт которого соединен с выходом усилител  3.

В устройстве (фиг. 2) генератор 1 через основной образцовый двухполюсник 2 подключен к инвертирующему входу операционного усилител  3 и первому зажиму исследуемого двухполюсника 4, второй зажим которого через дополнительные двухполюсники 5 и 7 подключен к коммутатору 6, общий контакт которого соединен с выходом усилител  3.

В устройстве (фиг, 3) генератор 1 через основной образцовый двухполюсник 2 подключен к инвертирующему входу операционного усилител  3 и первому зажиму исследуемого двухполюсника 4 и дополнительных двухполюсников 5 и 7, вторые зажимы которых подключены к KOMtfyTaropy 6, общий контакт которого соединен с исследуемым двухполюсником 4 и выходом усшгител  3.

В устройстве фиг. 4 генератор 1 соединен с первым зажимом иссле дуемого двухполюсника 2 и вторым

748774

коммутатором 8, второй зажим исследуемого двухполюсника 2 через первый дополнительный двухполюсник 4 подключен к первому коммутатору 6, 5 общий контакт первого коммутатора 6 через второй дополнительный двухполюсник 7 соединен с общим зажимом второго коммутатора 8 и инвертирующим входом операционного усилител  3, в отрицательную обратную св зь

0 которого включен основной образцовый двухполюсник 9.

В устройстве (фиг, 5) генератор 1 подключен к коммутатору 8, общий зажим которого через первый допол5 нительный двухполюсник 7 подключен к исследуемому двухполюснику 4, последовательно соединенным второму дополнительному двухполюснику 5 и ключу 10, инвертирующему входу опера0 ционного усилител  3, в отрицательную обратную св зь которого включен основной образцовый двухполюсник 9. На фиг. 6 и 7 прин ты следующие обозначени : напр жение, выра5 батываемое генератором I; вь|х пр жение, снимаемое с выхода измерительной цепи; входное напр жение усилител ; Z , - сопротивле гие исследуемого двухполюсника; Z( 0 сопротивление основного образцового двухполюсника; Z - входное сопротивление усилител ; ZQ - сопротивление дополнительного д1 ухполюсника; Z - выходное сопротивление усилите5 л ; Zu - сопротивление нагрузки;

, ZH I 1 - ток,

протекающий в первом контуре; 12 - ток, протекающий во втором контуре; Тз - ток, протекающий в третьем контуре.

0

Дл  нахождени  параметров комплексного двухэлементного двухполюсника, имеющего, например, последовательную схему замещени , измерительна  цепь (фиг. 1) работает следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает синусоидальный сигнал, который подаетс  на измерительную цепь. Коммутатор 6 устанавливаетс  в положение 1. На выходе измерительной цепи формируетс  снгнап, действующее значение которого равно

RX +Хх

V 1- V

(1) быки |в

ВЗатем коммутатор 6 устанавливаетс  в положение П. К исследуемому двухполюснику 4 последовательно подключаетс  дополнительный двухполюсник 5, Рри этом на выходе измерительной цепи формируетс  сигнал, действующее значение которого равно

,j(Ri+R,)+xT

1 li

(2)

выхг где i Bbix-. выходные напр жени  измерительной цепи при нахождении комм мутатора 6 соответс венно в положени х - и Ц; Vgy - напр жение, вырабатьшаемое генератором 1; R - сопротивление актив ной составл ющей ис следуемого двухполю ника; Х - сопротивление реактивной составл ющей исследуемого двухполюсника; R - сопротивление основ . ного образцового двухполюсника; R ( - сопротивление допол нительного образцового двухполюсника. / Реша  совместно систему уравнений (1) и (2) и учитыва , что , получают выражение Дл  того, 4To6ii найти Ху необ/ходимо , чтобы образцовые двухполюсНИКИ 2 и 5 были однородной реактивной составл ющей исследуемого Дйухполюсника 4 (т.е. Х и Х). При условии «1 получают выражение Хо( выхго IVebixiol ,. V г- :- 9 и/ 12 IVexiIvBitl / .

R(lVBb.x.l-IVBb.xl)RUlVeb.x/-lV.b.t.l1 2R,(lVBb,x,r-|Veb,,,r)+2R,(|Veb,x,lMV.b.x,r)

При параллельной схеме замещени  исследуемого двухполюсника 4 уравнени  (3) и (U) имеют вид

1Увым1 1Увых Г

(5)

IV,

ВЫХ 11

(8) 1УбЫХ%о1 де g проводимость активной составл ющей .исследуемого двухполюсника; bj/ - проводимость реактивной составл ющей исследуемого двухполюсника ; , Ъ - проводимость дополнительных образцовых двухполюсников Дл  реализации описанных напр ений необходимо знать как входное gx так и выходное Уд, напр жени  змерительной цепи. Дальнейшим усовервгенствованием измерительной цепи (фиг. l),  вл етс  измерительна  цепь (фиг. 2j, котора  позвол ет осуществить измерение параметров исследуемого двухполюсиика 4, имеющего последовательную схему замещени ,еиспользованием лишь выходного напр жени  измерительной цепи. Измерительна  цепь, изображенна  на фнг. 2, работает аналогично измерительной цепи, изображенной на фиг. 1, только при положении коммутатора 6 в положение Ш на выходе измерительной цепи формируетс  сигнал, действующее значение которого равно 4lR.+ RaK lVeb,. где Vgyy -г выходное напр жение измерительной цепи при нахождении коммутатора в положе- , НИИ Ш. . / , Реша  совместно систему уравнений (1), (2) и (7), получают уравнение 7 Дл  того, чтобы найти Ху необз1:рдимо , чтобы образцовые двухполюсйики бьши однородны реактивной сосX dCtj-l BbixJVxdWb .Mor-l Bb.x.ol)

X.

,OV,«,,J -lVeb,.,,(lVeb.x,J -|VBb.x,o

Аналогично получают уравнение и

дл  определени  параметров исследу емого двухполюсника, имеющего паралЛ

Н1УвьиМ /,ык/Ь((Убь,;...И) (10)

г -ЦУьых/- V8b,x,,{iVBb,x,f ЧУвым )

. .оГ-|Увых.(Ц/,ь.,о1 |Увых,о1) &b,(lVeb,xjNVeb,x,olb2b,(li/,,,,,,,, (11)

Анализиру  данные уравнени , видно, что дл  получени  отсчета параметров исследуемого двухполюсника необходимо учитывать только действующее значение напр жений без учета фазовых соотношений между сигналами , снимаемыми с измерительной цепи, завис щих от девиации частоты генератора, что позвол ет по срав .нению с известным значительно повысить точность измерени  в широком диапазоне частот.

Все указанное справедливо лишь в том случае, когда коэффициент передачи К и выходное сопротивление усилител  равны со , а входное сопротивление О,. (

Однако в реальных случа х эти величины только стрем тс  к Оо или к О, но не равным им. Поэтому дл  более точного измерени  параметров исследуемого двухполюсника приходитс  не только учитывать эти велич;

i.

V/,,% )2. Z«() Z2. Z7i

H X tj I

При подключении дополнительного двухполюсника параллельно схема замещени  измерительной цепи будет

,Г)

лельную схему замещени , с -помощью измерительной цепи, изображенной на фиг. 3.

чины, но и исключить их вли ние на результат измерени .

Исключить вли ние выходного сопротивлени  усилител  и его коэффициента передачи позвол ет измерительна  цепь (на фиг. 4), котора  работает следующим образом.

В начале работы коммутатор 6 устанавливаетс  в положение 1. Далее, переключив дополнительный двухполюсник 7 сначала параллельно входу усилител  3, а затем параллельно исследуемому двухполюснику, формируют выходные напр жени  усилител , отношение которых не зависит от Z , Z.,.,.,и К. Дл  доказательства обВО1 л-

ратимс  к схемам замещени , изображенным на фиг. 6. При подключении дополнительного двухполюсника 7 параллельно входу усилител  3 схема замещени  измерительной цеЯЙ будет иметь вид, изображенный на фиг. 6а. Рещение системы уравнений методом контурных токов позвол ет определить VB,:

П-д;1

(12)

у +v «Hi ,t-c o

иметь вид, изображенный «а фиг. 66. Аналогично, реша  систему уравнений методом контурных токов, получают 1174877 тавл ющей исследуемого двухполюсника (т.е. Хд, Х и Х). Тогда полу; чают выражение дл  Х,

|ilV

еыи. Sn Реша  совместно систему уравнений (12), (13), получают Таким образом, доказано, что -, выхг не зависит от 7, Zgbix и К. Затем коммутатор 6 устанавливаетс  в положение П и, переключив коммутатор 8 сначала в положение II а затем в положение 1, получают ур нение VebiXio + -г. 17 7-(15 УВЫХ20 0, где Z - дополнительный двухполюсник .4. Реша  совместно систему уравнений (14) и (15) относительно действующих значений напр жений и сопротивлений , получают RoFfl bix, К8ых,о1 U-2R,-( р и и , г IVeblXjo I J ° LvlviibiKil .( При из/мерении параметров компле ных двухполюсников, соизмеримых с внутренним сопротивлением генерато ра, нельз  достичь высокой точности измерений, так как на результа измерени  вли ет внутреннее сопрот ление генератора.

-,

(13) Измерительна  цепь, позвол юща  исключить указанный недостаток, изображена на фиг, 5. Она работает аналогично измерительной цепи, изображенной на фиг. 4, уравнени  отсчета аналогичны описанным. Исключить вли ние на результат измерени  внутреннего сопротивлени  генератора позвол ет подключение исследуемого двухпол осника к инвертирующему входу усилител . Дл  доказательства сравнивают схемы замещени , изображенные на фиг. 6 и 7, На фиг. 6 ток от генератора 1 течет сначала через , а затем через Z. Поэтому при очень малом сопротивлении Z, соизмеримым с внутренним сопротивлением генератора , нельз  получить требуе.мую точность измерени , так как на внутреннем сопротивлении г-енератора неинформативное падение напр жени , привод щее к дополнительной погрешности измерени , будет соизмеримо с падением напр жени  на исследуемом двухполюснике. В общем случае погрешность напр жени  может достигать 50% и более. А на фиг. 7 ток течет сначала через Z., а затем че- . рез Zj(, поэтому каким бы малым не . было Zj, сопротивление генератора не будет вли ть на результат измерений . . Реализаци  указанных уравнений не представл ет собой трудности при использовании микропроцессорной техники . Достаточно сформировать действующие значени  напр жений, снимаемых с измерительной цепи и в соответствии с программой, составленной по указанной и заложенной в микропроцессор, произвести отсчет параметров исследуемого двухполюсника .

Фиг.

Claims (4)

1. Измерительная цепь, содержащая генератор синусоидальных колебаний, одним из зажимов соединенный с общей шиной, испытуемый и об- разцовый двухполюсники, первыми зажимами подключенные к инвертирующему входу операционного усилителя, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерения, в нее введены первый дополнительный образцовый двухполюсник и коммутатор, причем второй зажим генератора подключен к второму зажиму основного образцового двухполюсника, второй зажим испытуемого двухполюсника подсоединен к первому контакту коммутатора и первому зажиму дополнительного образцового двухполюсника, второй зажим которого соединен с вторым контактом коммутатора, общий зажим которого подключен к выходу усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной.

ω

CZ

ZZSHTT

2. Цепь по л, I, отличающаяся тем, что в нее введен второй дополнительный образцовый двухполюсник, первым зажимом подключенный к общему выводу испытуемого и первого дополнительного двухполюсников, вторым - к третьему контакту коммутатора.

^.Измерительная цепь,содержащая генератор синусоидальных колебаний, одним . из зажимов соединенный с общей шиной, испытуемый и образцовый двухполюсники, первыми зажимами подключенные к инвертирующему входу операционного усилителя, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерения, в нее введены» два дополнительных образцовых двухполюсника и коммутатор, причем второй зажим генератора подключен к второму зажиму основного образцового двухполюсника, дополнительные двухполюсники первыми зажимами подключены к общему выводу испытуемого и основного образцового двухполюсников, вторым - соответственно к первому и второму контактам коммутатора, второй зажим испытуемого двухполюсника подключен к третьему и общему контактам коммутатора и входу усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной.

4. Измерительная цепь, содержащая генератор синусоидальных колебаний, одним из зажимов соединенный с общей шиной, испытуемый двухполюс'ник и образцовый двухполюсник, включенный в отрицательную обратную связь усилителя, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерения, в нее введены два дополнительных двухполюсника и два комму татора, причем второй зажим генератора подключен к первому контакту ι первого коммутатора и первому зажиму испытуемого двухполюсника, второй зажим которого соединен с первым контактом второго коммутатора и первым зажимом первого дополнительного двухполюсника, второй зажим которого подключен к второму контакту второго коммутатора, общий зажим первого коммутатора через второй дополнительный двухполюсник подсоединен к общему зажиму второго коммутатора и инвертирующему входу усилителя, второй контакт первого коммутатора и неинвертирующий вход усилителя соединены с общей шиной.

5. Измерительная цепь, содержащая генератор синусоидальных колебаний, первый зажим которого соединен с общей шиной, второй - с неинвертирующим входом операционного усилителя, в отрицательную обратную связь которого включен основной образцовый двухполюсник, и испытуемый двухполюсник, включенный между общей шиной и инвертирующим входом усилителя, от л ичающаяся тем, ·4το, с целью . повышения точности измерения, в нее введены два допблнительных образцовых двухполюсника, ключ и коммутатор, причем второй зажим генератора подключен к первому контакту коммутатора, общий контакт которого через первый дополнительный образцовый двухполюсник подсоединен к инвертирующему входу усилителя, последовательно соединенные ключ и второй дополнительный образцовый двухполюсник соединены параллельно с испытуемым двухполюсником, второй контакт коммутатора подключен к общей шине.