SU788035A1 - Цифровой стробоскопический импедансметр - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано при определении составл ющих комплексного сопротивлени  исследуемых двух и четырехполюсников. 5

Известен измеритель комплексных сопротивлений, в котором напр жение с высокочастотного генератора подаетс  через первичную обмотку измерительного трансформатора- на измер емый О импеданс. Затем напр жени , снимае1лые с первичной и вторичной обмоток измерительного трансформатора преобразуютс  стробоскопическим преобразователем на промежуточную часто- 15 ту и дальнейшее измерение импеданса производитс  на фиксированной низкой частоте 1 .

При этом на результат измерени  неизвестного импеданса вли ет часто- 20 та генератора и индуктивность измерительного трансформатора.. Причем выполнить to6e измерительные обмотки трансформатора идентичными по электрическим параметрам в широком частотном 25 диапазоне затруднительно. Суммарна  приведенна  ко всей шкале погрешность этого измерител  дл  случа , если f 100 МГц и Z 100 кОм, составл ет величину j 11,7 %. 30

Известен измеритель активной и реактивной составл ющих комплексного сопротивлени , содержаний опорный , генератор, включенный последовательно с эталонным резистором и внешними зажимами, дифференциальный усилитель, выходной сигнал которого пропорционален току, проход щему через эталонное сопротивление,усилители-ограничители , фазочувствительные, стробированные усилители и индикаторы активной и реактивной составл ющих импеданса 2 .

Существенным его недостатком  вл етс  больша  погрешность измерени  в широком частотном диапазоне из-за шунтировани  измер емого импеданса собственным сопротивлением входных блоков, а также возникновение частотных погрешностей отдельных блоков. Отсутствует, возможность автоматического выбора пределов измерени  импеданса .

Наиболее близким техническим решением к предложенному  вл етс  устройство дл  измерени  импеданса, содержащее задающий высокочастотный генератор , подключенный через эталонный первый резистор к внешним зажимам, к которым подк.гаочаетс  измер емый

.импеданс, стробоскопический преобразователь , состо щий из опорного канала с системой фазовой автоподстройки частоты и сигнального канала, причем вход первого смесител  опорного канала подключен к эталонному первому резистору, а выход соединен последовательно с фазовым детектором, усилителем посто нного тока, перестраиваемым генератором и со своим вторым входом, опорный генератор подключен ко входу фазового детектора, индикатор подключен к нуль-органу, первый вход которого соединен с выходом смесител , .а второй с управл ющим сопротивлением и через второй зталонный резистор с выходом смесител . В основе работы этого устройства лежит метод стробоскопического преобразовани  амплитудно-фазовых соотношений высокочастотного напр жени  опорного генератора и напр жени , выделенного на измер емом импедансе на промежуточную, фиксированную низкую частоту опорного генератора (например 12,5 кГц), с последующим измерением модул  и аргумента с помощью дополнительной цепочки , состо щей из эталонного резистора и сопротивлени  уравновеширани  3.

Недостатками этого измерител   вл ютс  отсутствие возможности автоматического выбора пределов измерени  импеданса при работе устройства в составе информацио.нноизмерительных систем, что обуславливаетс  трудност ми переключени  пределов ( эталонных резисторов) на высокой частоте 1-100 МГц в выносном пробнике, больша  погрешность измерени , достигающа  10%, существенной долей которой  вл ютс  погрешность коэффициента передачи сигнальнго канала стробоскопического преобразовател  при изменении измер емого сопротивлени  в широком динамическом диапазоне (погрешность обуславливаетс  тем, что при изменении измер емого сопротивлени  в широком диапазоне измен етс  посто нна  цепи зар да конденсатора стробоскопического преобразовател , например при изменении в диапазоне 100 Ом10 кОм погрешность достигает 5%) мультипликативна  погрешность стробоскопического Преобразовател  входит в результат измерени  и может достигать 2-3,

Цель изобретени  - автоматизаци  переключени  пределов и повышение точности измерени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в измеритель импеданса, содержащий задающий генератор, двухкйнальный стробоскопический преобра .эователь и внешние клеммы, введены два управл емых резистора, цифровой омметр, управл емый источник опорного посто нного напр жени , резистивный делитель, два видеоусилител , два детектора, два фильтра низших частот, два вычитающих блока, дифференциальный усилитель, два усилител  посто нного тока, цифровой низкочастотный фазометр, вычислителный блок, цифровой отсчетный блок, шесть конденсаторов и четыре индуктивности , причем выход задающего генератора подключен последовательн через первый управл емый резистор, первый конденсатор, второй управл емый резистор, второй конденсатор к внешней клемме, выход источника опорного посто нного напр жени  подключен через первую индуктивность ко входу опорного канала стробоскопического преобразовател  и через третий конденсатор к выходу первого управл емого резистора, а через резистивный делитель и вторую индуктивность ко входу сигнального канала стробоскопического преобразовател , соединенного через четвертый конденсатор с внешней клеммой, вьход опорного канала через первый .видеоусилитель соединен с одним из входов первого вычитающего блока через п тый конденсатор и первый детектор, а с другим - через первый фильтр нижних частот, выход первого вычитающего блока через первый усилитель посто нного тока подключен к управл ющему входу первого управл емого резистора выход сигнального канала через второ видеоусилитель соединен с одним из входов второго вычитающего блока через шестой конденсатор и второй детектор, а с другим - через второй фильтр нижних частот, выход второго вычитающего блока подключен через . второй усилитель-посто нного тока к управл ющему входу второго управл емого резистора, два входа цифрового омметра через третью и четвертый индуктивности подключены к второму управл емому резистору, первый из входов цифрового низкочастотного фазометра через дифференциальный усилитель подключен к выходу опорного канала стробоскопического преобразовател , а его второй вход, который соединен с другим входом дифференциального усилител , подключен к выходу сигнального канала стробоскопического преобразовател , входы вычислительного блока подключены к выходам цифровых омметра и низкочастотного фазометра, а выходы соединены с цифровым отсчетным блоком.

На чертеже представлена блок-схема цифрового стробоскопического импедансметра,

Цифровой стробоскопический импендансметр содержит задающий генератор 1, подключенный последовательно через первый управл емый резистор 2, первый конденсатор 3, второй упрл емьв резистор 4, второй конденсатор 5 к внешней клемме дл  подключени  неизвестного импеданса 6, источник опорного посто нного напр жени  7, подключенный через первую индуктивность 8 ко входу опорного канала стробоскопического преобразовател  9 и через третий конденсатор 10 к выходу первого управл емого резистора 2, а через делитель, состо щий из высокочастотных резисторо 11, 12, и вторую индуктивность 13 ко входу сигнального канала стробоскопического преобразовател  9, соединенного через четвертый конденсато 14 с внешней клеммой, первый 15 и второй 16 видеоусилители, входы которых подключены соответственно к выходам опорного и сигнального каналов стробоскопического преобразовател  9, а выходы также соответственно соединены с одним из входов первого 17 и второго 18 вычитающего блока через п тый 19 и шестой 20 конденсаторы и первый 21 и второй 22 детекторы, а с другим - через первый 23- и второй 24 фильтры нижних частот, выход первого 17 и второго 18 вычитающих блоков подключены че-. рез первый 25 и второй 26 усилители посто нного тока соответственно к управл ющим входам первого 2 и второго 4 управл емых резисторов, цифровой омметр 27, два входа которого через индуктивности 28, 29 подключены ко второму управл емому резистору 4, цифровой низкочастотный фазометр 30, первый из входов которого через дифференциальный усилительный усилитель 31 подключен к выходу опорного канала преобразовател  9, а его второй вход, соединенный с другим входом дифференциального усилител  31, подключен к выходу сигнального канала преобразовател  9, вычислительный блок 32, подключенный к выходам цифрового омметра 27, цифрового низкочастотного фазометра 30 и ко входу цифрового отсчетного блока 33,

Цифровой стробоскопический импедансметр работает следующим образомВысокочастотное напр жение,-снимаемое с задающего генератора 1, поступает на первый управл емый резистор 2, С выхода управл емого резистора 2 высокочастотное напр жение и поступает через конденсатор 10 на вход опорного канала стр обоскопического преобразовател  9 и одновременно смешиваетс  с посто нным напр жением U(,, снимаемым с управл емого источника опорного напр жени  7. Конденсатор 10 и индуктивност 8 предназначены дл  того, чтобы напр жение посто нного тока не пропустить в высокочастотную цепь, а напр жение переменного тока и не пропустить к делителю, состо щему

из резисторов 11 и 12. в опорном канале стробоскопического преобразо вател  9 происходит преобразование высокочастотного напр жени  й в низкочастотное фиксированной частоты, одновременно преобразуетс  посто нное напр жение. Таким образом, на выходе опорного канала стробоскопического преобразовател  снимаетс  напр жение, содержацее посто нную составл ющую, пропорциональную U,и

o переменную составл ющую, пропорциональную и, и видеоусилителем 15 усиливаютс . Посто нна  составл юща  проходит без потерь через фильтр нижних частот 23 на вычитающий блок 17..

5 Переменна  составл юща  преобразуетс  в детекторе 21 с закрытым входом а посто нное напр жение (преобразователь амплитудных, средних или эффективных значений) и на вычитающем блоке 17 сравниваетс  с посто нным на0 пр жением, снимаемым с выхода фильтра 23. Разностное напр жение усиливаетс  усилителем посто нного тока 25 и воздействует на управл ющий элемент первого управл емого резистора

5 2 (оптрон, диод-фотосопротивление, лампочка-фотосопротивление). Величина управл емого резистора 2 измен етс  до тех пор, пока напр жение по среднему , .действующему или амплитудному

0 значению не будет равно посто нному напр жению - заданного источника опорного посто нного напр жени  7. Гаким образом, происходит стабилизаци  высокочастотного напр жени .

5

Высокочастотное напр жение й поступает через конденсатор 3 на вход второго управл емого резистора 4. С выхода этого резистора 4 напр жение поступает через конденсатор 5 на клемму пробника дл  подключени  изме0 р емого Zjj импеданса 6, а через конденсатор 14 на вход сигнального канала стробоскопического преобразовател  9. На входе сигнального канала преобразовани  9 высокочастотное

5 напр жение й смешиваетс  с посто нным напр жением U , снимаемым с делител , состо щего из резисторов 11 и 12, поступающим на вход через индуктивность 13. Конденсаторы 3, 5,

0 14 и индуктивность 13 необходимы дл  разделени  цепей по посто нному и переменному току.

На выходе сигнального канала преобразовател  9 снимаетс  напр же5 ние, содержащее посто нную составл ющую , пропорциональную UQ , и переменную составл ющую, пропорциональную Uj , которые в видеоусилителе 16 усиливаютс . Посто нна  составл юща 

проходит без потерь через фильтр

60 нижних частот 24 на вход вычитающего блока 18. Переменна  составл юща  преобразуетс  в детекторе 22 с закрытым входом (преобразователь амплитуд 5 ных средних или эффективных значений) и на вычитаюцем блоке 18 сравнивает с  с посто нным напр жением, снимае мым с выхода фильтра 24. Разностное напр жение усиливаетс  усилителем посто нного тока 26 и воздействует на управл ющий элемент второго управ л емого резистора 4. Величина управ л емого резистора 4 измен етс  до тех пор, пока напр жение по среднему действующему или -амплитудному значе нии не будет равно посто нному напр жению . Если управл емый резистор считать безреактивным, то измерив цифровым омметром 27 резистор, нетрудно определить модуль неизвестного импеданса Зна  коэффициент делени  делител и аргумент, нетрудно в вычислительном блоке 32 определить модуль, а также и составл ющие неизвестного импеданса. Индуктивности 28, 29 необходимы дл  разделени  цепей по переменному току „ Цифровой низкочастотный фазометр измер ет фазовый сдвиг между напр жени ми промежуточной частоты. в дифференциальном усилителе 31 формируетс  напр жение, равное по модулю -И совпадающее по фазе с напр жением , приложенным к управл юще резистору 4. Фазовый сдвиг между этим напр жением и напр жением, сни маемым с сигнального канала стробоскопического преобразовател , равен аргументу импеданса. (1 ормула изобретени  Цифровой стробоскопический импедансметр , содержащий задающий генератор , внешние клеммы, двухканальный стробоскопический преобразователь , отличающийс  тем, что, с целью автоматизации переключени  пределов и повышени  точности измерени , в него введены два управл емых резистора, цифровой омметр, управл емый источник опорного посто нного напр жени , резистивный делитель, два видеоусилител  двадетектора, два фильтра низких частот, два вычитающих блока, два усилител  посто нного тока, дифференциальный усилитель, цифровой низ кочастотный фазометр, вычислительны блок, цифровой отсчетный блок, шест конденсаторов и четыре индуктивност причем выход задающего генератора подключен последовательно через первый управл емый резистор, первый конденсатор, второй управл емый резистор , второй конденсатор к внешней клемг.е, выход источника опорного посто нного напр жени  подключен через первую индуктивность ко входу опорного канала стробоскопического преобразовател  и через третий конденсатор к выходу первого управл емого резистора, а через резистивный делитель и вторую индуктивность ко входу сигнального канала стробоскопического преобразовател , соединенного через четвертый конденсатор с внешней клеммой,, выход опорного канала через первый видеоусилитель .соединен с одним из входов первого вычитающего блока через п тый конденсатор и первый детектор, а с другим - через первый фильтр нижних частот, выход первого вычитаюш.его блока через первый усилитель посто нного тока подключен к управл ющему входу первого управл емого резистора, выход сигнального канала через второй видеоусилитель соединен -с одним из входрв второго вычитающего блока через шестой конденсатор и второй детектор , а с другим - через второй фильтр нижних частот, выход второго вычитающего блока подключен через второй усилитель посто нного тока к управл ющему входу второго управл емого резистора, два входа цифрового омметра подключены через третью и четвертую индуктивности к второму управл емому резистору, первый из входов цифрового низкочастотного фазометра через дифференциальный усилитель подключен к выходу опорного канала стробоскопического преобразовател , а его второй вход, который соединен с другим входом дифуеренциального усилител , подключен к выходу сигнального канала стробоскопического преобразовател , входы вычислительного блока подключены к выходам цифрчвых омметра и низкочастотного фазометра, а выходы соединены с цифровым отсчётным блоком. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Векторный импедансметр. Модель 4815. Каталог. 1975, с. 427. 2.Измеритель активной и реактивной составл ющих сопротивление. Патент США 3284705, кл. 324-57. 3.Устройство дл  измерени  импеданса . Патент США 3260936, кл. 324-57.

7J

/4

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Цифровой стробоскопический импедансметр, содержащий задающий генератор, внешние клеммы, двухканальный стробоскопический преобразователь, отличающийся тем, что, с целью автоматизации переключения пределов и повышения точности измерения, в него введены два управляемых резистора, цифровой омметр, управляемый источник опорного постоянного напряжения, резистивный делитель, два видеоусилителя, два детектора, два фильтра низких частот, два вычитающих блока, два усилителя постоянного тока, дифференциальный усилитель, цифровой низкочастотный фазометр, вычислительный блок, цифровой отсчетный блок, шесть конденсаторов и четыре индуктивности, причем выход задающего генератора подключен последовательно через первый управляемый резистор, первый конденсатор, второй управляемый резистор, второй конденсатор к внешней клемме, выход источника опорного постоянного напряжения подключен через первую индуктивность ко входу опорного канала стробоскопического преобразователя и через третий конденсатор к выходу первого управляемого резистора, а через резистивный делитель и вторую индуктивность ко входу сигнального канала стробоскопического преобразователя, соединенного через четвертый конденсатор с внешней клеммой,, выход опорного канала через первый видеоусилитель .соединен с одним из входов первого вычитающего блока через пятый конденсатор и первый детектор, а с другим - через первый фильтр нижних частот, выход первого вычитающего блока через первый усилитель постоянного тока подключен к управляющему входу первого управляемого резистора, выход сигнального канала через второй видеоусилитель соединен -с одним из входрв второго вычитающего блока через шестой конденсатор и второй детектор, а с другим - через второй фильтр нижних частот, выход второго вычитающего блока подключен через второй усилитель постоянного тока к управляющему входу второго управляемого резистора, два входа цифрового омметра подключены через третью и четвертую индуктивности к второму управляемому резистору, первый из входов цифрового низкочастотного фазометра через дифференциальный усилитель подключен к выходу опорного канала стробоскопического преобразователя, а его второй вход, который соединен с другим входом дифференциального усилителя, подключен к выходу сигнального канала стробоскопического преобразователя, входа вычислительного блока подключены к выходам цифровых омметра и низкочастотного фазометра, а выходы соединены с цифровым отсчетным блоком.