SU808977A1 - Цифровой измеритель -пара-METPOB - Google Patents

Description

I

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может найти применение при измерении RLC-napaметров в широком частотном диапазоне .

Известен цифровой измеритель сопротивлени  , емкости,индуктивности, содержащий управл емый генератор синусоидального напр жени , преобразователь изменени  параметров цепи в напр жение, измеритель отношени  временных интервалов, цифровой измеритель периода, два коммутатора, источник напр жени  посто нного тока 1 .

Несмотр  на введение существенных технических усложнений, это устройство обеспечивает измерение только на фиксированных частотах со сравнительно низкой точностью, так как результат измерени  зависит от значени  напр жени  источника посто нного тока, коэффициента пропорциональности преобразовател  временного интервала, чувствительности формировател  разностных временных интервалов .

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  цифровой измеритель RLC-naраметров , содержащий генератор синусоидального сигнала, последовательно соединенные переключатель, интегратор , блок сравнени , селектор, цифровой делительный блок, цифровой отсчвтный блок, причем второй вход блока сравнени  соединен с общей шиной, к другому входу селектора подключены последовательно соединенные второй переключатель, второй интегратор,

второй блок сравнени , а третий вход селектора св зан с выходом генератора импульсов, блок управлени , источник опорного напр жени , управл ющий вход которого соединен с выходами

первого и второго интеграторов, а выход - с сигнальными входами первого и второго переключателей, а также блок образцовых элементов, другой выход которого соединен с сигнальным

входом ключа общей шиной и одним из входных зажимов устройства, второй входной зажим которого св зан с полюсом генератора синусоидального напр жени , второй полю которого

подключен ко входу резистора и второму входу формировател  временных интервалов, выход которого соединен с выходом первого интегратора, а соответствующие выходы блока управ (Лени  св заны с управл ющими входами

ключа, блока образцовых элементов, переключателей, селектора, цифрового делительного блока, цифрового отсчетного блока и формировател  временных интервалов 2 .

Недостатком этого устройства  вл етс  снижение точности измерени  при расширении частотного диапазона, обусловленное зависимостью уровн  выходного напр жени  интегратора от периода исследуемых колебаний.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  в расширенном частотном диапазоне.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в цифровой измеритель RLCпараметров , содержащий источник синусоидальногр напр жени , первый полюс которого подключен к сигнальному входу первого переключател  и первому входному зажиму устройства, второй входной зажим которого соединен с общей шиной и входом образцового элемента, второй полюс источника синусоидального напр жени  подключен ко входу формировател  временных интервалов , выход которого подсоединен ко входу блока управлени , выходы которого св заны с управл ющими входами первого, второго и третьего переключателей , формировател  временных интервалов, образцового элемента селектора, цифрового делительного блка и цифрового отсчетного блока, второй сигнальный вход второго переключател  подсоединен к выходу источника опорного напр жени , а выход его св зан с последовательно соединенными интегратором, блоком сравнени , селектором, цифровым делительным блоком и цифровым отсчетным блоком, причем третий вход селектора подключен к выходу генератора импульсов, второй вход блока сравнени  соединен с общей шиной, а выход интегратора св зан со входом блока управлени , введены квадратурный фазовращатель и перемножитель мгновенных значений напр жени  и тока, первый выход которого соединен со входом формировател  временных интервалов, а первый вход перемноЖител  подключен к выходу образцового элемента и второму сигнальному входу первого переключател , выход которого соединен со входом квадратурного фазовращател  и первым сигнальным входом третьего переключател , второй сигнальный вход которого соединен с выходом квадратурного фазовращател , а выход его подключен ко второму входу перемножител  мгновенных значений напр жени  и тока, второй выход которого св зан с первым сигнальным входом второго переключател , управл ющий вход источника опорного напр жени  соединен с выходом блока управлени  На чертеже представлена блок-схеМа цифрового измерител .

Измеритель RLC-параметров содержит источник 1 синусоидального напр жени , исследуемый объект 2,первый переключатель 3, образцовый элемент 4, перемножитель 5 мгновенных значений напр жени  и тока, формирователь 6 временных интервалов, блок 7 управлени , квадратурный фазовращатель 8, третий переключатель 9, второй переключатель 10, источник 11 опорного напр жени , интегратор 12, блок 13 сравнени , селектор 14, цифровой делительный блок 15, цифровой отсчетный блок 16, генератор 17 импульсов.

Измеритель работает следующим образом.

В цепи источника 1 синусоидального напр жени , дающего напр жение U(t) U sinwt, протекает ток

Л)(со1-ц)) , (1)

где Z - модуль комплексного сопротивлени  Z (полное сопротивление ) цепи; (р - разность фаз напр жени  и

тока. Падение напр жени 

UxW v xS n{ut-cf t J (2)

снимаемое с исследуемого элемента 2, обладающего в общем случае комплексным сопротивлением Z. , через переключатели 3 и 9 подаетс  на вход

, перемножител  5. Комплексным характером сопротивлени  Z х модуль которого Z )j , обусловлен угол сдвига (х напр жени  UJt) относительно тока Mt) ,

С учетом (1) и (2) напр жение на

0 выходе перемножител  5 определ етс  выражением

U,lthKi MU,(l).

(u)t-if)sin(c)t-9-(fx)

(3)

1 I у I 2 xbo«4x-cos(2()-q,,)

где k - коэффициент передачи перемножител  5.

В течение промежутка времени , который устанавливаетс  формирователем б временных интервалов

по частоте т напр жение (3)

через переключатель 10 поступает на вход интегратора 12, на выходе которого в конце первого такта интегрировани  напр жение

Claims (2)

1. иТ .Uldt2 r,rR,,4)п Ь Z. - посто нна  времени интегрирующей цепи; Rx2ixC05(f активна  составл юща  комплексного сопротивле ни . На врем  длительности второго такта интегрировани  открьшаетс  се лектор 14, а через переключатель 10 на вход интегратора 12 поступает с выхода источника 11 опорное напр же ние UQ,, . Интегрирование U длитс  д момента tj равенства нулю выходного напр жени  интегратора 12, который фиксируетс  блоком 13 сравнени . Пр откуда ..-R. В цифровом делительном блоке 16 за врем  t2 зафиксируетс  код числа JpKUmnT Nr-Vl z auon Во втором цикле аналого-цифровог преобразовател  на вход перемножите л  5 через переключатель поступает падение напр жени , снимаемое с образцового элемента 4, которое при изменении активной составл ющей R исследуемого сопротивлени  2, выбир етс  чисто активным. В первом такте второго цикла пре образовани  выходное напр жение перемножител  5 м 2 UniUl-xUtlUoW-K Kosin {wt-(p) ин егрируетс  интегратором 12 в течение времени пТ, а во втором такте это напр жение преобразуетс  во вре менной интервал ,.г . KUrnji з ГтёТи За промежуток времени t с выхода селектора 14 на вход цифрового делительного блока 15 поступит числ импульсов «..« В цифровом делительном блоке 15 выполн етс  операци  делени  iQкU пт Ъ I Код числа , зафиксированный блоком 15, пропорциональный значению синфазной составл ющей исследуемого элемента 2 Измерение квадратурной составл ющей комплексного сопротивлени  2 j происходит аналогично измерению активной составл ющей R } , При этом в качестве Zx выбираетс  сопротивление с емкостным или индуктивным характером с посто нным значением известной емкости С о или индуктивности LQ, Адаптаци  к роду измер емого сопротивлени  (индуктивного или емкостного ) обеспечиваетс  введением св зи с выхода интегратора 12 на вход блока 7 управлени . Переключатель 9 переводитс  блоком 7 управлени  во второе положение, при котором сигнал, поступающий на второй вход перемножител  5, подаетс  через квадратурный Фазовращатель 8. При этом исследуемый сигнал Ux(.S4n(wt-Cp-4),) . поступает на вход перемножител  5, выходное напр жение которого (T)z.(wt-(p)5in(ub(f-() преобразуетс  методом двухтактного интегрировани . К концу второго такта интегрировани  первого цикла преобразовани  имеем о 1 liK /Urnf tJ 2 IT) о )s(tf,-|)((ol-(f)-q3, -t .(10} где k-j - коэффициент преобразовани  квадратурного фазовращател  9. Пол рность напр жени  О, выбираетс  во втором такте интегрировани  противоположной пол рности напр жени  (9) на выходе интегратора 12, котора ,в свою очередь, зависит от мкостного Kim индуктивного хсфактеа сопротивлени  7, х Согласно (10), за врем  t. открыого состо ни  селектора 14 в цифроом делительном блоке 15 зафиксирутс  код числа 1оК«фитпТ . ,... oV: , Во втором цикле преобразовани  (переключатель 3 переведен в нижнее оложение) падение Нсшр жени , сниаемое с образцового элемента 4, оступает на второй вхоД перемножнел  5. Выходное напр жение перемноител  5 ) s()s() преобразуетс  аналогично. При этомв конце второго такта интегрировани во втором цикле преобразовани  выход ное напр жение интегратора 12 приме вид „т. (IUrn Г ( 1 т)т-ЫЧ°К) ° 5 2(cot-Cf)-c o4 4jlJon c3bf. а в цифровой.делительный блок 15 в течение промежутка времени поступит число импульсов loS-lncpo Д12) 27.2Uon где If о - угол сдвига фаз между вектором тока i (t) и напр жением на образцовом элементе 4. В результате выполнени  операции делени  в блоке 15 зафиксируетс  значение квгшратурной составл  ющей исследуемого элемента 2 Н-ь ..QSinCpo- (13) Поскольку при емкостном характере сопротивлений z у и z© справедли во Zj sincp 1/we 5,1 ZQsinCpQ 1/wCo, то подставив эти значени  в (13) , имеем Vi4 Сх (14} При индуктивном характере исследуемого элемента 2 Z jslncp 63Lx, i ПъОд (i) GO , , тогда, согласно (13) значение измер емой индуктивности определ атс  выражением Анализ (3) , (14) и (15) показывает что на результат измерени  значений синфазной и квадратурной составл ющих исследуемого элемента 2 не вли  ют значени  параметров со , k ,kcp Um г jUgujfjj элементов, вход щих в цепь аналого-цифрового преобразовани . Стабильность этих параметров требуетс  обеспечить только на врем  преобразовани  При измерении квадратурной составл ющей z s i п cf коэффициент преобразовани  J(p фазовращател  не оказывает вли ни  на результат измерени . Он должен обес печить лишь точный сдвиг фаз, равны 90 эл.град. При увеличении значени  частоты U) число п периодов беретс  большим дл  поддержани  одинаковой чувстви тельности аналого-цифрового преобр зовани  в диапазоне частот. Таким образом, перечисленные свойства предлагаемого цифрового измерител  RLС-параметров обеспечивают возможность расширени  частотного диапазона и повышени  точности измерени  по сравнению с известным устройством. Формула изобретени  Цифровой измеритель RLC-параметров , содержащий источник синусоидального напр жени , первый полюс которого подключен к сигнальному входу первого переключател  и первому входному зажиму устройства, второй входной зажим которого соединен с общей шиной и входом образцового элемента, второй полюс источника синусоидального напр жени  подключен ко входу формировател  временных интервалов, выход которого подсоединен ко входу блока управлени , выходы которого св заны с управл ющими входами первого , второго и третьего переключателей , формировател  временных интервалов , образцового элемента, селектора , цифрового делительного блока и цифрового отсчетного блока, второй сигнальный вход второго переключатели подсоединен к выходу источника опорного напр жени , а выход его св зан с последовательно соединенными интегратором, блоком сравнени , селектором , цифровым делительным блоком и цифровым отсчетным блоком, причем третий вход селектора подключен к выходу генератора импульсов, второй вход блока сравнени  соединен с общей шиной, а выход интегратора св зан со входом блока управлени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности в расширенном частотном диапазоне, введены квадратурный фазовращатель и перемножитель мгновенных значений напр жений и тока, первый выход которого соединен со входом формировател  временных интервалов, а первый вход перемножител  подключен к выходу образцового элемента и второму сигнальному входу первого переключател , выход которого соединен со входом квадратурного фазовращател  и первым сигнальным входом третьего переключател , второй сигнальный вход которого соединен с выходом квадратурного фазовращател , а выход его подключен ко второму входу перемножител  мгновенных значений напр жени  и тока, второй выход которого св зан с первым сигнальныги входом второго переключател , управл ющий вход источника опорного напр жени  соединен с выходом блока управлени , Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 467302, кл.С 01 R 27/26, 1972,
2. 2.Авторское свидетельство СССР по за вке № 2518035, КЛ.6 01 R 27/26, 1977 (прототип),

   ff