SU444115A1

SU444115A1 - Measuring circuit for converting parameters of three-element two-terminal to active values

Info

Publication number: SU444115A1
Application number: SU1846516A
Authority: SU
Inventors: Леонид Петрович Боровских
Original assignee: Ордена Ленина Институт Проблем Управления
Priority date: 1972-11-14
Filing date: 1972-11-14
Publication date: 1974-09-25

Description

Изобретение относитс к области электроизмерительной техники, занимающейс преобразованием и измерением па раметров комплексных величин переменного тока и величин, определ емых ими, и может быть использовано, например, при исследовании процессов на границе электрод-электролит в задачах электрохимии , приисследовании процессов в живых ткан х и организмах и при контро ле и измерении параметров объектов переменного тока с многоэлементной схемой замещени . Известна измерительна цепь преобра зовател параметров трехэлементных двухполюсников, построенна согласно способу преобразовани в активные вели чины параметров многоэлементных двухполюсников . Така цепь содержит источник двух напр жений (токов) различных частот, питаемые им ветвь, в которую включен исследуемый двухполюсник, и ветвь, содержащую три звена направленного действи (например, операционные усилители) с регулируемыми .коэффициентами передач, и узел алгебраическохх) суммировани выходных величин ветвей. Одно из звеньев включено в цепь отрицательной обратной св зи другого звена, а параллельно им включено третье звено, причем коэффициент передачи каждого звена совпадает по величине фазового угла с иммитансом (т.е. комплексным сопротивлением или проводимостью) соответствующего элемента двухполюсника . После регулировки коэффициентов передач звеньев до получени нулевого сигнала в узле суммировани коэффициенты передач пропорциональны параметрам исследуемого двух-полюсника. Дл получени на выходных зажимах звеньев активных величин, пропорциональных параметрам двухполюсника, к их входным зажимам подключаетс источник сигнала известной величины. Однако така измерительна цепь не позвол ет получить сигнал, пропорциональный отнощению двух параметров двухполюсника , что важно дл р да практических задач (например, при измерении влажности материалов диэлькометрическим методом ). Цель изобретени - получение сигнала , пропорционального отношению двух параметров двухполюсника. Эта цель достигаетс путем определенного включени трех звеньев направленног действи (например, операционных усилите лей), причем фазовый угол коэффициента передачи первого звена равен фазовому углу отношени иммитансов двухэлементно части двухполюсника, фазовый угол коэффи циента передачи второго звена равен фазо вому углу иммитанса одного из элементов двухэлементной части двухполюсника и, . наконец, фазовый угол коэффициента передачи третьего звена равен фазовому углу иммитанса третьего элемента двухполюсника . Первое звено охвачено отрицательно обратной св зью с посто нным коэффициен том передачи и соеш1нено последовательно со вторым звеном, третье звено включено параллельно двум первым. После уравно вешивани измерительной цепи путем регулировки коэ41фициентов передач звеньев до получени нулевого сигнала в узле суммировани к их входным зажимам подключаетс источник сигнала известной величины . Это дало возможность на выходных зажимах первого звена получить сигнал , пропорциональный отношению параме ров двухэлементной часта двухполк)сника. Сигнал, пропорциональный одному из этих параметров, снимаетс с выходных зажимов второго звена, а сигнал, пропорциог налъный третьему параметру дэухлолюсника - с выхода, третьего звена. На фиг.1 изображена структурна схема измерительной цепи; на фиг.2а,б- варианты схем трехэлементных двухполюсников; на фиг. 3 - вариант выполнени измерите;шной цепи дл преобразовани параметров двухполюсника фцг.. Источник 1 напр жений /тока/ двух различных частот (фигД) питает две ветви измерительной цепи. В верхнюю ветвь включен исследуемый двухполюсник 2, а в нижнюю - направленного действи 3-5 с регулируемыми коэффициентами пе- редачи и звено отрицательной обратной св Ьи 6 с действительным посто ншз1М коэффициентом передачи р, Выходные величины ветвей суммируютс в узле 7, Фазовый угол коэффициента передачи К зве . на 3 .равен фазовому углу отао шени параметров двухэлементной части двухполкх;ника , т.е. равен 0-Г . Под двухэлементной частью двухполюсника понимаетс соединение элементов с иммитансами ( T.e. сопротив ени м.и Z . или проводимост ми У/, ) 1 z Фазовый угол коэффициента передачи К„ звена 4 фазовому углу иммитанса h или Я,, а фазовый угол коэффициента передачи К„ звена 3 - фазовому углу иммитанса Ь,. Пусть например, двухполюсник 2 имеет схему фиг.2,а и агдКг аг9у, 1 ,. Тогда сигнал д О на выходе узла суммировани пропорционален на каждой час- : тоте напр жени питани величине , где у - проводимость исследуемого двухполюсника, 01 некоторый посто нный коэффициент. После уравновешивани измерительной цепи до получени нулевого сигнала на выходе суммирукицего узла путем регу-лировки коэффициентов передач , последние оказываютс пропорциональными соответствуюшим параметрам исследу.емого двухполюсника, а именно i Ka-.Vi . КЗ-УЗ ( записав условие равновеси цепи в скал рном виде н Jcaждoй частоте н(апр жени питани и решив полученную систему уравнений относительно К ,К„, .J. Kg, полага , ). После уравновешивани ко входам звеньев 3-5 путем одновременного срабатывани переключателей присоедин етс источник 8 сигнала известной величины t. При этом с их выходов снимаютс активные величины V, rt-j;; Е.1у,;Е аличие источника 8не вл етс обв5«ательным , поскольку дл получени сигналов , пропорциональных параметрам двухполюсника , .можно использовать источник 1, Возможный вариант выполнени измеительной цепи дл преобразовани пара P e трехэлементного двухполюсника iiSr- 3- Генераторы напр жеи двух частот (и. и (л) через трансфорй атор напр жени Т1 питают две ветви змерительной цепи. В нижнюю ветвь чеез операционный усилитель 9 включенThe invention relates to the field of electrical measuring equipment, which is engaged in the conversion and measurement of the parameters of the complex values of alternating current and the values determined by them, and can be used, for example, in studying the processes at the electrode-electrolyte interface in electrochemistry problems organisms and in the control and measurement of the parameters of ac objects with a multi-element replacement scheme. A known measuring circuit of a converter of parameters of three-element two-terminal networks is constructed according to the method of conversion to active values of the parameters of multi-element two-terminal networks. This circuit contains a source of two voltages (currents) of different frequencies, fed by a branch in which the bipolar circuit is included, and a branch containing three directional links (for example, operational amplifiers) with adjustable transmission ratios, and an algebraic node summing the output variables branches. One of the links is included in the negative feedback circuit of the other link, and a third link is connected in parallel with it, with the transfer coefficient of each link coinciding in magnitude with the immittance (i.e., complex resistance or conductivity) of the corresponding element of the bipolar circuit. After adjusting the transmission coefficients of the links to obtain a zero signal in the summation node, the transmission coefficients are proportional to the parameters of the two-pole being investigated. To obtain at the output terminals, links of active quantities proportional to the parameters of the two-terminal network, a signal source of known magnitude is connected to their input terminals. However, such a measuring circuit does not allow to obtain a signal proportional to the ratio of the two parameters of the two-port network, which is important for a number of practical tasks (for example, when measuring the moisture content of materials by the dielectric method). The purpose of the invention is to obtain a signal proportional to the ratio of the two parameters of the two-port network. This goal is achieved by determining the inclusion of three directional links (for example, operational amplifiers), with the phase angle of the transmission coefficient of the first link equal to the phase angle of the immittance ratio of the two-element part of the two-pole, the phase angle of the transmission coefficient of the second link is equal to the phase angle of the immittance of one of the two-element elements parts of the two-terminal and,. Finally, the phase angle of the transfer ratio of the third link is equal to the phase angle of the immitance of the third element of the two-terminal network. The first link is covered by negative feedback with a constant transmission coefficient and connected in series with the second link, the third link is connected in parallel with the first two. After equilibrating the measuring chain by adjusting the coefficients of the transmissions of the links until a zero signal is obtained in the summation node, a signal source of known magnitude is connected to their input terminals. This made it possible at the output terminals of the first link to receive a signal proportional to the ratio of the parameters of the two-element part of the two-regiment. A signal proportional to one of these parameters is removed from the output terminals of the second link, and a signal proportional to the third parameter of the disjoser is output from the third link. Figure 1 shows the block diagram of the measuring circuit; on figa, b - variants of the schemes of three-element two-terminal; in fig. 3 is an embodiment of the measure; a chain circuit for converting the parameters of a two-terminal circuit ftsg. A source 1 of voltage / current / two different frequencies (FIG.) Feeds two branches of the measuring circuit. The two-pole 2 under study is included in the upper branch, and a directional action of 3-5 with adjustable transmission coefficients and a negative feedback link from 6 with a real constant transmission ratio p, the output branch of the branches are summed at node 7, the transmission angle phase angle is included in the lower branch. To the star. at 3. equals the phase angle of the parameters of the two-element part of the two-half-half; equals 0-G. The two-element part of a two-terminal device is understood as the connection of elements with immittances (Te resistance m. And Z. or conductivity / /,) 1 z Phase angle of the transmission coefficient Kn of the link 4 phase angle of the immittance h or I, and link 3 - phase immitance angle L ,. Let for example, a two-terminal network 2 has the scheme of FIG. 2, a and aqdKg ar9y, 1,. Then the signal dO at the output of the summation node is proportional to each frequency: the supply voltage tote value, where y is the conductivity of the two-terminal circuit under study, 01 is some constant coefficient. After balancing the measuring circuit to obtain a zero signal at the output of the summing node by adjusting the transmission ratios, the latter are proportional to the corresponding parameters of the two-terminal device under study, namely i Ka-.Vi. KZ-UZ (writing down the equilibrium condition of the circuit in scalar form and at each frequency n (apr power supply and solving the resulting system of equations for K, K, KJ, KJ, I thought). After balancing to the inputs of links 3-5 by simultaneous The switches actuation connects a signal source 8 of known magnitude t. At the same time, the active values V, rt-j ;; Е.1у,; E are not output from the outputs, they are omnibus, because to obtain signals proportional to the parameters of a two-pole network, . can use source 1, Possible izmeitelnoy embodiment of a circuit for converting the pair of two-pole three-element P e iiSr- 3- voltage generators zhei two frequencies (and. and (l) through Transfrm ator voltage KSR Control T1 feeds the two circuit branches. In the lower branch of the operational amplifier 9 Cheese included

исследуемый двухполюсник 2. В верхнюю ветвь включены усилители 3-5, коэффициенты передач которых регулируютс при помощи управл емых резисторов R - R , . Усилитель 3 охвачен отрицательной обратной св зью с р 1, напр жение обратной св зи через трансформатор Т2 подаетс на вход усилител 3. Фазовый угол коэффициента передачи К усилител 3 равенthe two-port circuit under study 2. Amplifiers 3-5 are included in the upper branch, the transmission coefficients of which are regulated by means of controlled resistors R - R,. The amplifier 3 is covered by negative feedback with p 1, the feedback voltage through the transformer T2 is fed to the input of the amplifier 3. The phase angle of the transmission coefficient K of the amplifier 3 is equal to

ZaZa

2 2

г(|r (|

фазовые углы коэфт .е. phase angles coeft.

фициентов передач К и К„ усилителейof the transmissions of K and K amplifiers

f.оf.o

4 и 5 равны аргументам, соответственно, Z, и Z , . т.е. в данном случае равны нулю. Выходные величины ветвей суммируютс на входе уси1штел 1О и усилитель 11 используетс как инвертор. После регулировки резисторов R -Ц до сведени и к цулю имеют место соотношени :4 and 5 are equal to the arguments, respectively, Z, and Z,. those. in this case equal to zero. The output values of the branches are summed at the input of the usb stl 1O and the amplifier 11 is used as an inverter. After adjusting the resistors R -C to the note and to the cupola, the following relations take place:

Кз-2зCs-2z

K2-Z.,-,K2-Z., -,

Истошик сигнала известной величины и цепи его коммутации на чертеже не показаны .The source of the signal of known magnitude and its switching circuit are not shown in the drawing.

Описанна измерительна цепь может быть использована дл построени преобразователей параметров, т.е. сопротивлеиГий , проводимостей элементов, а также добротности и тангенса угла потерь двухэлементной части многоэлементиого двухполюсника , в активные величины.The described measurement circuit can be used to construct parameter converters, i.e. resistance, conductivities of the elements, as well as the quality factor and the tangent of the loss angle of the two-element part of a multi-element two-pole, in active values.

6 Предмет изобретени 6 Subject of the invention

Измерительна цепь преобразовател параметров трехэлементных двухполюсников в активные величины, содержаща . источник двух напр жений различных частот , подключенные к нему ветвь с исследуемым трехэлементным двухполюсником и ветвь образцовых величин, содержащую три звена направленного действи с регулируемыми коэффициентами передачи, и узел суммировани выходных величин ветвей, отличающа с тем, что, с целью получени сигнала, пропорционального отношению параметров двухэлементной части двухполюсника, ветвь образцовых величин содержит звено с коэффициентом передачи, совпадаюишм по величине фазового с этим отнощением , охваченное отрицательной обратной св зью с посто нным коэффициентом пере-, дачи и соединенное последовательно с звеном , коэффициент передачи которого совпадает по величине фазового сдвига с имм1ь тансом одного из элементов двухэлементной части двухполюсника, а параллельно этим звень м вкточено звено с коэффициентом передачи, совпадающим ао вепичине фазового угла с иммитансом треть&го элемента.A measuring circuit for converting parameters of three-element two-terminal to active values, containing. a source of two voltages of different frequencies, a branch connected to it with a three-element two-port under study and a branch of exemplary values, containing three links of directional action with adjustable transmission coefficients, and a node for summing the output values of the branches, which is so parameters of the two-element part of a two-terminal network, the branch of exemplary values contains a link with a transfer coefficient that coincides in phase magnitude with this ratio, the covered negative a constant feedback with a constant transmission coefficient and connected in series with a link whose transmission coefficient coincides in phase shift with an immersion of one of the elements of the two-pole two-pole device, and parallel to these links a link with a transmission coefficient coinciding with a single link phase angle with immitance third & th element.

i J V .V,H,Ni J V .V, H, N

A;A;

A,A

Л ,L,

-аз-az