SU1520454A1

SU1520454A1 - Способ измерени параметров многоэлементных двухполюсников и устройство дл его осуществлени

Info

Publication number: SU1520454A1
Application number: SU874327740A
Authority: SU
Inventors: Александр Николаевич Сапрыкин
Priority date: 1987-11-12
Filing date: 1987-11-12
Publication date: 1989-11-07

Abstract

Изобретение относитс к области измерительной техники и предназначено дл измерени параметров физических объектов, эквивалентна электрическа схема которых вл етс многоэлементным двухполюсником (Д). Цель изобретени - повышение точности и расширение области измерений за счет использовани дл уравновешивани только однотипных элементов с сохранением раздельного уравновешивани . Это достигаетс введением трех масштабных усилителей, п ти повторителей напр жени , параллельного сумматора, четырехплатного коммутатора и четырех потенциометров путем выполнени следующих операций. Д, состо щий из N элементов (устройство реализовано дл случа N=4), подключают к измерительной цепи (ИЦ), образованной последовательно соединенными образцовым элементом и Д. ИЦ питают последовательност ми импульсных сигналов с изменением напр жени в импульсах по закону степенных функций, показатель степени которых принимает значени 0,1,2....N- 1, и формируют первую активную величину (АВ), например напр жение, завис щую от параметров Д, сравнивают с моделирующей ее второй АВ и привод т их разность к нулю. Вторую АВ формируют в виде суммы из I+1 импульсного сигнала, каждый из которых измен етс по закону соответствующей степенной функции с показател ми степени 0,1,2...I. При первом уравновешивании I присваивают значение 0, а при каждом последующем увеличивают его на единицу. Каждое уравновешивание выполн ют после окончани переходных процессов в ИЦ изменением амплитуды сигнала, вход щего во вторую АВ и имеющего форму пр моугольных импульсов. После выполнени N-го уравновешивани искомые параметры Д определ ют из решени системы N алгебраических уравнений, которыми выражаютс услови равновеси . 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретете относитс к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении параметров пассивных двухполюсников.

Цель изобретени - повышение точности и расширение области применени за счет использовани дл уравновешивани только однотипных элементов с сохранением раздельного уравновешивани .

Способ измерени параметров многоэлементных двухполюсников осуществл ют следующим образом.

Вначале на измерительную цепь подают последовательность пр моугольных импульсов (). Выходное напр жение измерительной цепи U,(t) ,, где А - коэффициент пропорциональности, сравнивают с напр жением U(t) привод т разность к нулю изменением значени регулировочного коэффициента К и получают, таким образом, пер- вое условие равновеси

А, К.

(1)

Затем подают на измерительную цепь последовательность линейно измен ющихс импульсов (), сравнивают напр жение и, (t) ---(А, t+A,2) с напр жением U(t), которое формируют в виде

Um суммы двух слагаемых U,,(t) --j-K t+

Un

+ ,.,. С учетом выполнени услови (1) второе условие равновеси имеет вид

-А - к t: - (2)

Далее подают на измерительную цепь , последовательность квадратичных импульсов (1 2), сравнивают напр жение и, (t) --(A t2+2A t+A3) с напр ц жением U,j(t), которое формируют уже в Q

виде суммы из трех слагаемых

U(t) ,t2 -ь -ь ,. (3)

UII

С учетом выполнени (1) и (2) третье условие равновеси имеет вид

- - V ,Т - Кз.

(4)

Далее подают на измерительную цепь последовательность кубичных импульсов и т.д.

При i-t-1-м сравнении на измерительную цепь подают последовательность

t

импульсов вида U(---) , а напр жеi-u

ние U,j(t) формируют в виде суммы из i+1 слагаемого

(Ptff(iq

«(-И - 1. ,

tu J

К-

J + 1) )

с учетом вьшолнени предыдущих i условий равновеси i+1-e условие имеет вид

KU, .

I- ri

(6)

Q

Q 5

0

, Q

45

50

55

После N-ro уравновешивани получают N условий равновеси , представл ющих систему N алгебраических уравнений вида (6), в которую в качестве N неизвестных вход т искомые параметры двухполюсника, функци ми которых вл ютс коэффициенты А. Из решени с этой системы уравнений определ ют искомые параметры двухполюсника.

Из условий равновеси (6) следует, что разность между сравниваемыми величинами и,(t) и U(t) всегда имеет (после окончани переходных процессов ) форму импульса с плоской вершиной , пол рность которого однозначно определ ет, знак, а амплитуда - степень рассогласовани сравниваемых величин , что удобно дл организации процесса уравновешивани .

Таким образом предлагаемый способ позвол ет определить параметры любого многоэлементного двухполюсни ка, дл которого известна схема замещени и выполнены услови однозначности

определени параметров. I

Известность схемы замещени необходима дл записи коэффициентов А, вход щих в левую часть системы урав- нений (6). При измерении параметров двухполюсников с различными схемами замещени алгоритм реализации способа полностью сохран етс , а измен етс лишь вид формул (6) дл расчета параметров.

На чертеже представлена функциональна схема устройства дл измерени параметров многоэлементных двухполюсников .

Устройство,реализованное дл случа , содержит задающий генератор 15 выход которого соединен с входами управлени генераторов 2-1, 2-2, 2-3 и 2-4 импульсов пр моугольной, линей51520454

но измен ющейс ,квадратичной и кубичной форм соответсч венио, чегырехплат- ный коммутатор 3 на четыре положени . Выход генератора 2-1 пр моугольных импульсов подключен к первому, второму третьему и четвертому контактам плат 3-1, 3-2, 3-3 и 3-4 коммутатора 3 соответственно . Выход генератора 2-2

Вначале иьтульсы пр моугольной формы с выхода генератора 2-1 через первый контакт платы 3-1 коммутатора 3 поступают на измерительную цепь и первый вьгеод потенциометра 13-1. Выходное напр жение измерительной цепи U(t) после окончани переходных процессов имеет форму пр моугольного им

линейно измен ю1цихс и итульсов ПОДКЛЮ-JQ пульса. Через повторитель 14-5 напр жени , служап(ий дл уменьшени вли чен к второму контакту первой платы 3-1 непосредственно, а к третьему и четвертому контактам второй и третьей плат 3-2 и 3-3 коммутатора 3 - через первый 4-1 и второй 4-2 масштабные )5 усилители соответственно. Выход генератора 2-3 квадратичных импульсов соединен с третьим контактом первой платы 3-1 непосредственно, а с четвертым контактом второй платы 3-2 - через 20 третий усилитель 4-3. Выход генератора 2-4 кубичных импульсов подключены к четвертому ко уакту первой платы 3-1. Первьй выход коммутатора 3 через образцовьп резистор 5 соединен с пер- 25 вой клеммой б, а втора клемма 7 дл подключеьш исследуемого двухполюсника 8 подключена к общей шине. Схема замещени исследуемого двухполюсника 8 содержит первьй резистор 9 (R1), ЗО параллельно которому включены последовательно соединенные первый конденсатор 10 (G1) и второй резистор 11 (R2) параллельно которому включен второй

ни паразитных параметров схемы, это напр жение поступает на второй ;вы- вод нуль-органа 16. Выходное напр жение потенциометра 13-1, равное .,, через повторитель 14-1 напр жени поступает на первый вход сумматора 15i К, - коэффициент передачи потенцио- метра 13-1, принимающий значени О 6 К ё 1. Так как движки потенциометров 13-2 - 13-4 наход тс в крайнем правом папожении, то на остальных входах сумматора 15 нулевое напр жение , поэтому выходное напр жение U(t) сумматора 15, поступанщее на первьм вывод нуль-органа 16, равно U2(t) ,. В нуль-органе 16 осуществл етс сравнение двух напр же- Ний U(t) и ). Регулиру положение движка потенциометра 13-1, добиваютс их равенства, выполн тем самым первое условие равновеси :

К, А,

RI

(7)

конденсатор 12 (С2). Первые выводы по-.

тенциометров 13-1, 13-2, 13-3, 13-4 соединены с соответствующими выходами коммутатора 3, а вторые выводы через повторители 14-1, 14-2, 14-3, 14-4 напр жени подключены к соответствую- 1цим входам параллельного сумматора 15 выход которого соединен с первым выводом нуль-органа 16. Второй вывод нуль-органа 16 через п тый повторитель 14-5 напр жени подключен к первой клемме 6, третий вьшод соединен с выходом задающего генератора 1. Четвертый вывод нуль-органа 16 и третьи выводы потенциометров подключены к- общей шине.

Устройство, осуществл ющее способ, работает следующим образом.

В исходном состо нии подвижные кон такты коммутатора 3 наход тс в верхнем по схеме положении, а движки по- тенциометров 13-2 - 13-4 - в крайнем правом положении. Положение движка потенциометра 13-1 произвольное.

ни паразитных параметров схемы, это напр жение поступает на второй ;вы- вод нуль-органа 16. Выходное напр жение потенциометра 13-1, равное .,, через повторитель 14-1 напр жени поступает на первый вход сумматора 15 К, - коэффициент передачи потенцио- метра 13-1, принимающий значени О 6 К ё 1. Так как движки потенциометров 13-2 - 13-4 наход тс в крайнем правом папожении, то на остальных входах сумматора 15 нулевое напр жение , поэтому выходное напр жение U(t) сумматора 15, поступанщее на первьм вывод нуль-органа 16, равно U2(t) ,. В нуль-органе 16 осуществл етс сравнение двух напр же- Ний U(t) и ). Регулиру положение движка потенциометра 13-1, добиваютс их равенства, выполн тем самым первое условие равновеси :

К, А,

RI

(7)

Состо ние равновеси здесь и далее фиксируют по экрану осциллографа, вьшолн ющего функции нуль-органа 16.

Затем подвижные контакты коммутатора 3 устанавливают в следующее поожение на одну позицию вниз. При этом на измерительную цепь и первый потенциометр 13-1 поступают импульсы ли нейно измен ющейс формы с выхода генератора 2-2 через второй контакт первой платы 3-1, а на потенциометр 13-2 оступают пр моугольные импул;ьсы с выхода генератора 2-1 через второй контакт платы 3-2. Выходное напр жение сумматора 15 состоит из двух слагаемых:

и (t) - K,t

tu

- ,.

(8)

Так как коэффициенты А 2 и Л имеют отрицательный знак, то повторители напр жени 14-2 и 14-4 подключены к инвертирующим входам параллельного сумматора 15. Регулиру положение движка потенциометра 13-2, добиваютс равенства сравниваемых величин U,(t) и U,j(t), при этом второе условие равновеси имеет вид:

К,

Ai RoRlC

fu t;;TR R;)2

(9)

Разность сравниваемых величин после- окончани переходных процессов имеет на экране осциллографа форму импульса с плоской вершиной, пол рность и амплитуда которого однозначно определ ют направление и рассто ние перемещени движка потенциометра.

Затем подвижные контакты коммутатора 3 устанавливают в следующее третье

20

-K;/)4Kj+2K| - к,К5)2 - бК2(1-к;))с

положение, перемеща еще на одну позицию вниз. Выходное напр жение суммато- (((, - 2К|) (К + 2К - К, Kj) - pa 15 формируетс из трех слагаемых:

- ЗК2(К,К, - ,(2K| U ,(t) ,t - %,t + и,Кз. (10)25 . к,К,).

- ЗК2(К,К,

Удвоение значени второго слагае-T « образом, предпагаемое устмого происходит вследствие того, чторойство дл измерени параметров

линейно измен ющиес импульсы с выхо- ,,, ч тьфехзлементных двухполюсников в

2.V. . rt-Tt ГТ ТЛТТ ил Tf о -Г гчм Т «ТгЧ г Г

. . -2 поступают на первый

вывод потенциометра 13-2 через масштабный усилитель 4-1, имеющий коэффициент усилени 2.

Измен положение движка потенциометра 13-3, добиваютс равенства срав- мещени двухполюсника может быть и ниваемых величин U,(t) и V(t), при ДРУгой. В этом случае алгоритм работы этом третье условие равновеси имеет вид:

отличие от известного позвол ет определить параметры двухполюсника с применением только однотипных управл емых элементов с сохранением раздельного уравновешивани . Схема заустройства полностью сохран етс , a измен ютс только формулы вычислени искомьк параметров.

V - « 2RoRiC RoRt +Ri(Ro-bR) ,.. ч

s -ti tiiR- rj

Затем подвижные контакты коммута- Способ измерени параметров

тора 3 устанавливают в четвертое,,5 °гоэлементных двухполюсников, закрайнее нижнее положение и аналогич-ключающийс в том, что подают на

но зфавновешивают сравниваемые величины изменением положени движка потенциометра 13-4. Вьпсодное напр жение

измерительную цепь в виде двухполюсника N последовательностей импульсны сигналов вида

сумматора 15 состоит из четырех слагаемых:

U(t),t3-

-и Ч(

- ,

(12)

Четвертое условие равновеси в соответствии с (6) имеет вид:

К - RoRiCiг

t3 ,r )

+ ,R4C,(R,+Rj) + R|C(,)2 + + ,.(13)

Из решени системы уравнений (7), (9), (11), (13) наход т формулы дл вычислени значений параметров R, R, C, двухполюсника 8:

R, R. Ro(-|if- -к,);

2К|Кц. - 3KJ1

2 ЧС

-K;/)4Kj+2K| - к,К5)2 - бК2(1-к;))с

СцКг

й;кГ

(((, - 2К|) (К + 2К - К, Kj) -

(((, - 2К|) (К + 2К - К, Kj)

- ЗК2(К,К, - ,(2K| (14)

ч тьфехзлементных двухполюсников в

rt-Tt ГТ ТЛТТ ил Tf о -Г гчм Т «ТгЧ г Г

мещени двухполюсника может быть и ДРУгой. В этом случае алгоритм работы

отличие от известного позвол ет определить параметры двухполюсника с применением только однотипных управл емых элементов с сохранением раздельного уравновешивани . Схема замещени двухполюсника может быть и ДРУгой. В этом случае алгоритм работы

устройства полностью сохран етс , a измен ютс только формулы вычислени искомьк параметров.

Claims

Формула изобретени

измерительную цепь в виде двухполюсника N последовательностей импульсных сигналов вида

50

lI.(),

где N - число параметров двухполюсника

и, ty - амплитуда и длительность импульсов , t - текущее врем ,

i принимает значени 0,1,2,...,N-1,

и измер ют первую активную физическую величину (например, напр жение), пропорциональную параметрам измерительной цепи, измер ют вторую активную физическую величину (например, напр жение),, пропорциональную параметрам измерительной цепи, сравнивают ее с первой и регулируют значение второй до получени равенства сравниваемых величин, причем при.первом урав- новешивании подают напр жение питани в виде последовательности пр моугольных импульсов типа U

-j: -°.

а при каждом последующем уравновеши- вании - последовательность импульсов со значением показател степени i на единицу больше, при этом выполн ют каждое регулирование после окончани переходных процессов в измеритель ной цепи, отличающийс тем, что, с целью повышени точности и расширени области применени , измер ют вторзто активную физическую величину при подаче напр жени типа

U,(t) U.,j--5,K.(-|-y

где К

- регулировочные, коэффициенты принимающие значени ,

а каждое регулирование выполн ют из- мене1шем амплитуды пр моугольных импульсов типа и„К,, () , причем после выполнени N-ro уравновешивани искомые параметры двухполюсника определ ют из решени системы N алГебраи-

,, А;ц-1 ческих уравнении вида К ;, ---,

и

где А; - коэффициенты, опр едел емые

параметрами двухполюсника и вход щие в систему уравнений, описывающую первую активную величину U после окон- чани переходных процессов

;.(

4j-1) (i-j+1) tu
2. Устройства дн измерени параметров многоэлементных двухполюсников , содержащее задающий генератор.

15 -20 25

.)

j

30

,

.

лп

45

50

выход.которого соединен с входами управлени генераторов импульсов пр моугольной , линейно пзменл ощейс , квадратичной и кубичной формы, две клеммы дл подключени исследуемого двухполюсника , образцовьп1 резистор, первьй выход которого соединен с первой клеммой дл подключени исследуемого двухполюсника , и нуль-орган, отличающеес тем, что, с целью повышени точности и расширени области применени , в него введены три масштабных усилител , п ть повторителей напр жени , параллельный сумматор, че- тьфехплатный коммутатор на четыре положени и четыре потенциометра, первые выводы которых соединены с соответствующими выходами коммутатора, а вторые выводы через соответствующие пов- торители напр жени подключены к входам сумматора, выход которого соединен с первым входом нуль-органа, при этом второй вьшод образцового резис- , тора подключен к первому выходу коммутатора , а перва клемма дл подключени исследуемого двухполюсника через п тый повторитель напр жени сое- динена с вторьм входом нуль-органа, третий вход которого подключен к выходу задающего генератора, выход генератора пр моугольных импульсов подклю- ч ен к первому, второму, третьему и четвертому контактам соответствующих плат коммутатора, выход генератора линейно измен ющихс импульсов подключен к второму контакту первой платы непосредственно, а к третьему и четвертому контактам второй и третьей плат коммутатора через первый и второй масштабные усилители соответственно , выход генератора квадратичных импульсов соединен с третьим контактом первой платы коммутатора непосредственно , а с четвертым контактом второй платы - через третий усилитель , выход генератора кубичных импульсов подключен к че-1 вертому контакту первой платы коммутатора, а ; втора клемма дл подключени исследуемого двухполюсника, третьи выводы потенциометров и четвертый вход нуль- органа соединены с общей шиной.

«rs

гг

а