SU1580284A1 - Устройство дл определени параметров многоэлементных двухполюсных цепей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике, в частностти к измерению параметров многоэлементных двухполюсных РС- или Р -цепей. Цель изобретени  - повышение быстробействи  устройства за счет получени  сигналов, необходимых дл  определени  параметров двухполюсника, в ходе переходного процесса в исследуемой цепи, не дожида сь установившегос  режима. Устройство содержит последовательно соединенные источник опорного напр жени , исследуемую двухполюсную цепь, операционный усилитель и первый блок выборки-хранени , а также опорный элемент, включенный в цепи отрицательной обратной св зи операционного усилител , блок вычитани  напр жений, блок управлени , вычислительный блок и шесть блоков выборки-хранени , при этом неинвертирующий вход операционного усилител  соединен с общей шиной. В устройство введены дифференцирующий усилитель и седьмой блок выборки-хранени . 2 ил.

Description

Пуск

Фие.1

3158

в фиксированные моменты времени блоки 8-13 выборки - хранени  запоминают четыре значени  напр жени  на выходе блока 5 вычитани  напр жений и два значени  производной этого сигнала на выходе дифференцирующего усилител 

6, В вычислительном блоке 14 по измеренным значени м напр жений с использованием заданного алгоритма производитс  расчет искомых параметров многоэлементной двухполюсной цепи. 3 ил. 1 табл

Изобретение относитс  к контроль-:, .но-измерительной технике,,в частности к измерению параметров многоэлементных двухполюсных RC-или RL-цепей.

Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  устройства путем получени  сигналов, необходимых дл  определени  параметров двухполюсника в ходе переходного процесса в исследуемой цепи.

На фиг.1 приведена структурна  схема устройства дл  определени  параметров многоэлементных двухполюсных цепей; на фиг. 2 а-г - видыконтролиру- емых двухполюсников; на фиг.З - вре-« менные диаграммы, по сн ющие работу устройства.

Устройство содержит источник I опорного напр жени , опорный элемент

2,операционный усилитель 3, исследуемую двухполюсную цепь 4, блок 5 вычитани  напр жений, дифференцирующий усилитель 6, блоки 7-13 выборки - хранени , вычислительный блок 14 (осуществл ющий вычисление параметров цепи по результатам измерений и использующий алгоритмы, приведенные далее ), блок 15 управлени , в состав которого вход т ждущие мультивибрато- ры 16-24 и триггер 25.

Выход источника 1 опорного напр жени  через опорный элемент 2 соединен с входом операционного усилител 

3,в цепь отрицательной обратной св г зи которого включена исследуема  двухполюсна  цепь 4 (в зависимости от

вида двухполюсника опорный элемент и исследуема  цепь с точки зрени  места включени  могут мен тьс  местами, см. таблицу). Выход операционного усилител  3 подключен к входу блока 7 выборки - хранени  и к одному из входов блока 5 вычитани  напр жений, второй вход которого соединен с выходом блока 7 выборки - хранени . Выход блока 5 вычитани  напр жений подключен к входам блоков 8-11 выборки - хранени  и к входу дифференцирующего усилите

л  6, выход которого соединен с входами блоков 12-13 выборки - хранени . Выходы блоков 7-13 выборки - хранени  соединены с соответствующими входами вычислительного блока 14, Блок 15 управлени  состоит из включенных последовательно ждущих мультивибраторов 16-24 и триггера 25. Установочный вход триггера 25 соединен с выходом ждущего мультивибратора 16, а вход сброса - с выходом ждущего мультивибратора 24. Выходы ждущих мультивибраторов 16, 18 и 20 соединены с управл ющими входами соответственно блоков 7, 8 и 9 выборки - хранени , а выходы ждущих мультивибраторов 22 и 24 - соответственно блоков 10, 12 и 11, 13 выборки - хранени . Выход триггера 25 подключен к управл ющему входу источника 1 опорного напр жени .

Устройство работает следующим образом .

Пусть подключен двухполюсник, представленный на фиг.2а, имеющий функцию сопротивлени 

(Р) R, +

+ R l+pC3R3

1

рС,

-

n

5

гдер - комплексна  частота;

R,i, Rg.,

R3 - резисторы;

С ,, Сг

Сд - конденсаторы.

На входе операционного усилител  3 при этом необходимо включить опорный элемент - резистор 2 сопротивлением R0.

По сигналу Пуск импульс напр жег ни  с выхода мультивибратора 16 перевыбрасывает триггер 25 в единичное состо ние. При этом источник 1 опорного напр жени  подает на вход операционного усилител  скачок напр жени  величиной U0. Выходное напр жение операционного усилител , 3 имеет вид

u8(t)

c,

t + R,

jb C

1580284

Rj(l

0

где

Ko

Uc

R,

t - текущее врем ,

По сигналу с выхода ждущего мультивибратора 16 блок 7 выборки - хранени  запоминает значение U.(t) в момент t/ 0, которое пропорционально величине сопротивлени  R,,

U.

/, К,сг , ни с $ и tЈ. Импульс напр жени  с вы- -хода ждущего мультивибратора 24 перебрасьюает триггер 25 в нулевое состо- -  ние, что приводит к прекращению подачи напр жени  от источника 1 опорного напр жени  на вход операционного усилител  3.

В вычислительном блоке 14 по измеЮ ренным значени м напр жений U (ta), U(t3), U(t4), UjUy) определ ютс  величины емкостей С,, С 2 и сопротивлени  R по формулам

U,(t,) - Ко,

15

С„

отсюда

Ri

Ht

К.

Дл  выходного напр жени  блока 5 вычитани  напр жений можно записать

u5(t) u3(t) - u9(t; K0fi tt L

t +

+ R2()

+ R,(I-eC .R)

На выходе дифференцирующего усили- л  6 напр жение имеет вид

i .

- посто нна  диф- 35

ференцйров ани ). Раздельное измерение параметров однотипных частей двухполюсника и R5C} может быть произведено лишь при выполнении услови  или на- ° оборот. Это позвол ет при малых значени х времени t в напр жении U$(t) пренебречь экспоненциальной составл ющей, св занной с наличием элементов RjCj, тогда

) KO(t +

R4(l-e

jt КгСг

45

)

По сигналам с выходов ждущих мультивибраторов 18, 20, 22 и 24 блоки 8, 9, 10 и 11 выборки - хранени  запоминают значени  напр жени  U(t) соответственно в моменты времени t2,

-5

и t.

Одновременно по сигналам с выходов ждущих мультивибраторов 22 и 24 блоки 12 и I3 выборки - хранени  запоминают значени  напр жени  Ug(t) соответственно в моменты времеjb C

1580284

,сг , ни хо

Ю ренным значени м напр жений U (ta), U(t3), U(t4), UjUy) определ ютс  величины емкостей С,, С 2 и сопротивлени  R по формулам

15

С„

(О

С

(2)

20

-

где а0, а, а4и аэ - коэффициенты полинома

L3(t) au+a, t+a2tz+a5ti, аппроксимирующего кривую Ur(t) на участке

25 t,, t,.

Величина сопротивлени  R определ етс  по формуле (1) .

После определени  значений С 4, Сг и R4 в вычислительном блоке 14 произ- 30 водитс  пересчет значений Ug(t.) Ug(tr) по формулам

и

- и«

Ь C,R,

,(Ч

),

K,(- + Li

u(ts) u6(ts)

-±S+ J „

Ki(fe

°

В результате определ ютс  вспомогательные значени  напр жений U6Ct4) и Ug(t). По найденным значени м 45 uЈ() и U(t5-) определ ютс  далее

коэффициенты b 0 и b ,

50

полинома L,,(t) b +b(t, аппроксимирующего кривую

Uj(t) K,

55

на участке ft, t, а величины емкости CL и сопротивлени  R3рассчитываютс  по формулам

к,ьг

С5 Ь7 R Kfb,

Св зь коэффициентов аппроксимирую- .щего полинома с параметрами двухполюсной цепи определ етс  разложением экспонент, вход щих в состав функции переходного процесса, в степенной р д

вида

V4V

У-4-.Л Л.

е 1+Х + - -г зТ

у

В результате напр жение Uj(t) представл етс  в виде

U(t)

4t

6R|CЈ Mt + Т

+ l)t - - t2 $С

Сравнение данного времени с аппроксимирующим полиномом 1Ц t) позвол ет записать систему уравнений

.L - Ј1 . Сг К0

, - «i.

Ко

1 , - аз 6R|C| К0

решение которой и приводит к формулам (2).

Выражени  дл  расчета R 3 и С 3 вы- | вод тс  аналогично после разложени  в степенной р д функций U(t).

В таблице приведены расчетные формулы дл  вариантов исследуемых двухполюсников , а также указано место включени  и вид опорного элемента и исследуемого двухполюсника.

Рассмотрим на примере, каким образом предлагаемое устройство позвол ет повысить быстродействие. Пусть дл  изображенного на фиг.2а двухполюсника априорно известно, что врем  переход ного процесса зависит в основном от посто нной времени Ьл к, -с. В известном устройстве дл  определени  параметров двухполюсника необходимо запомнить два значени  выходного напр жени  блока вычитани  напр жений в установившемс  режиме, еледо- .вательно, врем  измерени  не может быть меньше (3-5) -j, что составл ет 3-5 с.

Q

5

0

5

0

5

д 5

В предлагаемом устройстве врем  измерени  определ етс  длительност ми импульсов t 4 и tft, вырабатываемых соответственно ждущими мультивибраторами 16, 18, 20, 22, 24 и 17, 19, 21, 23 (фиг.З). Выбрав ц 5 мкс и t 100 мс, получаем, что tи-м 5t4 + 4tn ft 0,4 с.

Таким образом, предлагаемое устройство позвол ет повысить быстродействие примерно в 7-12 раз по сравнению с известным.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  определени  параметров многоэлементных двухполюсных цепей, содержащее последовательно соединенные источник опорного напр же-. ни , исследуемую двухполюсную цепь, операционный усилитель и первый блок выборки - хранени , а также опорный элемент, включенный в цепи отрицательной обратной св зи операционного усилител , блок вычитани  напр жений, блок управлени , вычислительный блок и шесть блоков выборки - хранени , при этом неинвертирующий вход операционного усилител  соединен с общей шиной, отличающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи , в него введены дифференцирующий усилитель и седьмой блок выборки - хранег,- ни , причем первый вход блока вычитани  напр жений подключен к выходу операционного усилител , второй вход - к выходу первого блока выборки - хранени , а выход соединен с входом дифференцирующего усилител  и с первыми входами второго, третьего, четвертого и п того блоков выборки - хранени , вторые входы которых подключены к соответствующим выходам блока управле-,. ни , а выходы - к соответствующим входам вычислительного блока, выход дифференцирующего усилител  соединен с первыми входами шестого и седьмого блоков выборки - хранени , вторые входы которых подключены соответственно к шестому и седьмому выходам блока управлени , а выходы - к шестому и .седьмому входам вычислительного блока.