SU849082A1 - Компенсационное устройство дл изМЕРЕНи пАРАМЕТРОВ элЕМЕНТОВ СлОж-НыХ элЕКТРичЕСКиХ цЕпЕй - Google Patents

Description

(54) КОМПЕНСАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТЮВ ЭЛЕМЕНТОВ СЛОЖНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ Изобретение относилс  к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных измерительных системах (АИС), при измерени х параметров резисторов и конденсаторов, образующих сложные электрические цепи. Известно устройство преобразовани  комплек сных сопротивлений в напр жение, содержащее два последовательно включенных операционных усилител  (ОУ), два фазочувствительных детектора , два интегратора, два модул тора, суммирующий усилитель и резистор обратной св зи t Недостатком его  вл етс  то, что при измерении комплексных сопротивлений устройство обладает ограничеш ым быстродействием и точностью измерени  малых эначетт колвшексных сопротивлений, обусловленными необходимостью использовани  только контактных ключей дл  подключени  объекта контрол  к устройству (при работе в составе АИС), обладающих достаточ но больпшм временем дребезга контактов и непосто нством сопротивлени  замкнутого ключа. Необходимость применени  контактны} слючей вызвана тем, что, как известно, входное сощюЦЕПЕЙ тивление ОУ охваченного отрицательной обратной св зью, стремитс  к нулю. Известно также устройство дл  измерени  параметров элементов сложных электричес цепей, содержащее источник калиброванного напр жени , (итерационные усилители с калибровочными резисторами в цеп х обратной св зи, измер емую сложную электрическую цепь и устройство обработки информации 2. Это устройство позвол ет одновременно контролировать несколько элементов сложной электрической цепи, но вместе с тем подключение контролируемых элементов к схеме возможно только с помо110 ю контактных ключей, оп а}шчаватиж быстродействие. Кроме того, результаты измерени  существенно завис т от ° стабильности амплитуды и частоты источника калиброванного напр жени . Наиболее близким по технической сущности  вл етс  Статический прео азователь составл ницих комплексного сопротивлени , которь1Й содержит усилитель сравнени  напр жёни , два фазочувствительных элемента (ФЧЗ), два модул тсфа,. суммирующий усилитель, два ртсчетных устройства, фазовращатель, образцевое и комплексное измер емое сопротивление 3. Однако известное устройство позвол ет исключить вли ние колебаний амплитуды опорного напр жени  на точность измерени , но необходимость подключени  образцового и измер емого сопротивлений в точку виртуального нул  усилител  сравнени  напр жени  требует применени  контактных ключей в ком мутаторе (при использовании преобразовател  в составе АИС), что значительно ограничивает быстродействие измерений и снижает надежностъ всей АИС в целом. Цель изобретени  - повышение быстродействи  измерений параметров злементов сложных электрических цепей и надежности устройства . Поставленна  цель достигаетс  тем, что ком пенсационное устройство дл  измерени  параме ров злементов сложных электрических цепей, содержащее усилитель сравнени  напр жени , вь1Ход которого соединен с двум  фазочувствительными элементами, выходы которых соединены с блоками отсчетных устройств и через модрт торы подключены ко входам суммирую щего усилител , выход которого через первый образцовый рс-зистор присоединен к первому входу усилител  сравнени  напр жени , снабжено генератором пр моугольных импульсов, делителем частоты, двум  счетными триггера ми, источником посто нного напр жени , модул тором , интегрируюцдш усилителем, усилителем напр жени  с двум  бесконтактными ключами в цепи отрицательной обратной св з блоками уравновешивани  по числу одновременно измер емых параметров с усилителем напр жени  на входе, с двум  ключами и вторым образцовым резистором в цепи отриц тельной обратной св зи, и с интегратором, общий вывод дл  подключени  элементов ко тролируемой схемы соединен с двум  первым бесконтактными ключами, второй вывод одного из них подключен к инвертирующему входу первого усилител  напр жени , выход которого соединен со вторым вьтодом второго ключа, а неинвертирующий вход подклю чен к выходу первого интегрирующего усили тел , вход которого через третий модул тор соединен с источником посто нного напр жени , а выход генератора пр моугольных импульсов через делитель частоты подключен ко входам двух счетных триггеров, причем выхо одного из них соединен со входом третьего модул тора и вторыми входами блоков урав новешивани , выход второго триггера подклю чен к третьим входам блоков уравновешиван первые входы которых соединены со вторым 24 входами элементов .контролируемой схемы, ;кроме того, первый вход первого блока уравновешивани  соединен с общими выводами двух вторых ключей, второй вывод одного ключа подключен к инвертирующему входу второго усилител  напр жени , а второй вывод второго ключа соединен с выводами двух образцовых резисторов и первым входом усилител  фавненн  напр жени , второй вход которого соединен с выходолг второго усилител  напр жени  и вторым выводом второго образцового ключа, интегрирующий усилитель включен между одним из входов суммирующего усилител  и выходом первого модул тора , причем управл ющие входы модул торов и второго фазочувствительного элемента подключены ко второму входу блока уравновещивани , а управл ющий вход первого фазочувствительного элемента соединен с третьим входом этого блока. Введение последовательно включенных генератора пр моугольных импульсов, делител  частоты и двух счетных триггеров, срабатывающих от разных фронтов импульса, позвол ет сравнительно просто реализовать два управл ющих напр жени , сдвинутых на 90 друг относительно друга, причем величина этого сдвига не зависит от частоты (ГПИ) в широком диапазоне. Включение последовательно соединенных источника посто нного напр жени , модул тора, интегрирующего усилител  и усилител  напр жени  с двум  бесконтактными ключами в цепи (ООС), позвол ет сравнительно просто получить опорное переменное напр жение треугольной формы, амплитуда которого не зависит от колебаний сопротивлений контактных ключей, подключающих это напр жение в заданную точку измер емой электрической цепи. Применение на входе каждого блока уравновешивани  устройства усилител  напр жени  с последовательно включенными двум  бесконтактными ключами и образцовым резистором в цепи (ООС) дает возможность обеспечивать в точках подключений к измерительной электрической цепи нулевой потенциал, что позвол ет искусственно разорвать измер емую электрическую цепь (т.е. исключить вли ние шунтирующих элементов, не участвующих в измерени х), а также сделать величину тока , протекающего через измер емый элемент, независимой от сопротивлени  бесконтактных ключей. Дополнительно в каждый блок уравновешивани  вход т усилители сравнени  напр жени . Входы каждого усилител  сравнени  напр жени  подключены к образцовому резистору, выход - к последовательно соединенным ФЧЭ, модул тору и интегратору, а также к щ)угому ФЭЧ и модул тору. Выходы рштегратора и модул тора соединены с суммирующим усилителем, который через резистор обратной св зи подключен к усилителю шгф жени . Число блоков уравновешивани  определ етс  количеством контролируемых двухполюсников. На чертеже приведена блок-схема предлага мого устройства. Устройство содержит генератор 1 пр моугольных импульсов, который подключен через делитель 2 частоты, управл емый от ПУ, к счетным триггерам 3 и 4, выход триггера 3 соединен с управл ющим входом модул тора 5 и входами 6, 7 и 8 блоков 9, 10 и 11 уравновешивани  соответственно, а также выход триггера 4 подключен ко входам 12, 13 и 14 одинаковых блоков 9, 10 и 11 ура новешивани  соответственно. Источник 15 по сто нного напр жени  через модул тор 5 сое динен со входом интегрирующего усилител  16, выход которого подключен к неинвертирующему входу усилител  17 напр жени , инвертирующий вход которого соеданен с бе контактным ключом 18, который присоединен к бесконтактному ключу 19 и выводам; эле ментов 20-24 контролируемой схемы 25, при чем второй вывод элементов 23 и 24 подклю чен к входу 26 блока 9, второй вывод -элементов 21 22 подключен ко входу 27 бло ка 10, а второй вывод элемента 20 подключен ко входу 28 блока 11. Вход 26 блока 9 соединен с бесконтактными ключами 29 и 30, причем второй вывод ключа 29 присоединен к инвертирующему входу усилител  31 напр жени , а второй вывод ключа 30 под ключен к образцовым резисторам 32 и 33 и первому входу усилител  34 сравнени  напр жени , второй вход которого подключен к выходу усилител  31 напр жени  и резистору 32, а выход; соединен с первыми входами фазочувствительных элементов 35 и 36, выходы которых подключены к выходам 37 и 38 блока 9 и входам модул тогюв 39 и 40 соответственно, причем выход модул тора 39 через интегрирующий усилитель 4} подключен к одному входу суммирующего усилител  42, а выход модул тора 40 подклю чен ко второму входу усилител  42, выход которого соединен с одним из вьшодов резистора 33. Выходы 37 и 38 блока 9, выходь 43 и 44 блока 10 и выходы 45 и 46 блока 1 подключены к блоку 47 отсчетмых устройств. Устройство работает следующим образом. Источник 15 вырабатывает посто нное напр жение , которое с помощью модул тора 5 преобразуетс  в переменное напр жение пр моугольной формы, с частотой, равной полоВине частоты следовани  импульсов на вы26 ходе делител  2 частоты, причем скважносп импульсов напр жени  на выходе модул тора 5 всегда будет равна двум за счет применени  счетного триггера 3, управл ющего модул тором 5, и не зависит от стабильности длительности импульсов генератора 1. Затем напр жение пр моугольной формы подаетс  на вход интегрирующего усилител  16, где преобразуетс  в переменное напр жение треугольной формы, которое подаетс  на неинвер тирующий вход усилител  17 напр жени , с включенными двум  бесконтактными ключами 18 и 19 в цепи (ООС), которые  вл ютс  элементами коммутатора, осуществл ющего подключение опорного переменного напр жени  к общей точке элементов 20-24, контролируемой схемы 25. Учитыва  свойство ОУ поддерживать на своих входах одинаковое напр жение с высокой точностью, а также. то, что входной ток современных ОУ составл ет единицы наноампер, можно видеть, что напр жение в точке соединени  открытых ключей будет с высокой точностью повтор ть напр жение на неинвертнрующем входа ОУ 17 Таким образом, на входы 26, 27 и 28 блоков уравновешивани  будет подаватьс  переменный ток, которого равно пронзведенню величины переменного нащ. жени  с входа ОУ 17 на значение суммарной проводимости соответствующего элемента 20 или 21, 22 или 23, 24 контролируемой схемы 25. Так как усилитель 31 включен по схеме .усилител  тока, то падение напр жени  на образцовом резисторе 32 пр мопропорцнонально значению суммарной проводимости элементов 23 ч 24 и не зависит от значений сопротивлений открытых ключей 29 и 30. Учитьша  свойство , ОУ, рассмотренное выше, потенциал напр жени  на входах 26 и 27 будет стремитьс  к- нулю, так как неинвертирующие входы усилителей заземлены, что позвол ет электрически разв зать измер емые двухполюсники и тем самым исключить шунтирующее вли иие других элементов схемы 25. Падение напр жени  на резисторе 32 будет 1ф мопропорционально разности токов, протекающего через элементы 23 и 24 и компенсирующего тока, протекающего по резнстору 33. Это падение напр жени , будучи усиленным, с помощью усилител  34 пода- етс  на два канала демодул ции, причем ФЧЭ 35 выдел ет синфазную составл ющую напр жени , пропорщюнальную активной проводимости элемента 23, а ФЧЭ 36 - квадратурную оставл ющую, пропорциональную емкостной рюводимости элемента 24. Выделенные пото ш{ые напр жени - с выходов элементов 35 и 36. подаотс  на модул торы 39 и 40, 7 формируюише переменное напр жение пр моугольной формы, с фазовой совпадающей с напр жением на выходе модул тора 5, что достигаетс  за счет подат на управл ющие входы модул торов 5, 39 и 40 пр моугольного напр жени  с выхода счетного триггера 3. Обеспечение 90° сдвига фазы напр жени  на выходе триггера 4 вЬшолн етс  за счет использовани  запускающего фронта импульса противоположной пол рности чем дл  триггера З. Таким образом, на выходах триггеров 3 и 4 формируютс  два переменных напр жени  импульсов со скважностью, равной 2 и сдвинутых на 90° друг относительно друга. Переменное напр жение с выхода модул тора 39 подаетс  на интегрирующий усилитель 41, где формируетс  компенсирующее напр жение треугольной формы, где суммируетс  с пр моугольным напр жением со входа модул тора 40 с помощью усилител  42, которое затем подаетс  через образцовый резистор 33 в точку компенсащш. Таким образом, на выходах ФЗЧ 35 и 36 формируютс  посто нные напр жени , пропорциональные сопротивлению элемента 23 и емкости элемента 24, которые с выходов 37 и 38 соответственно поступают на блок 47 отсчетных устройств. Аналогичные элементы содержат блоки 10 и 11, где на выходах 43 и 44 формируютс  посто нные напр жени , пропорциональные резистивной проводимости элемента 21 и емкостой проводимости элемента 22, а на выходе 45 формируетс  посто нное ншф жение, пропорциональное проводимости элемента 20. В общем случае число блоков уравновещивави  может быть равно суммарному числу измер емых одно или двухэлементных двухполюсников, имеющих общую точку дл  подачи тестирующего напр  жени , что позвол ет уменьщить среднее врем  измерени  одного двухполюсника в N-pas, где N - равно числу блоков уравновешивани . При этом обеше шваетс  разв зка измер емых проводимостей (за счет исключени  взаимного вли ни  блоков урав овецшва ни  и щу тирующего действи  других элементов в схеме 25), что достигаетс  обеспече ием нулевото потенциала на всех .входах блоков уравновешивани . Использование бесконтактных ключей, обеспечиван цих лодключевие измерительного устройства, к кютролируемой схеме 25, позвол ет не только повы сил &1С1родействие устройства измерений, но и надежность АИС в цепом, за счет искл чени  из системы механических ключей комм птора. Пр мейшие в качестве тест1фующего переменного напр жени  треугольной формы, |получаемого из пр моугольного, позвол ет сравнительно просто реализовать высокоточ иые элементы модул торов, которые могут быть выполнены по схеме двухполупериодных фазочувствительных детекторов а также обеспечить частотно-независимый фазовый сдвиг напр жений, управл ющих работой ФЧЭ и модул торов. Фор м у ла изобретени  Компенсационное устройство дл  измерени  параметров элементов сложньк электрических цепей, содержащее усилитель сравнени  напр жени , выход которого соединен с двум  фазочувствнтельными элементами, выходы которых соединены с блоками отсчетных устройств и через модул торы подключены ко входам суммирующего усилител , выход которого через первый образцовый резистор присоединен к первому входу усилител  сравнени  напр жени , отличающеес  тем, что, с целью повыщени  быстродействи  измерений параметров элементов сложных электрических цепей и надежности устройства, оно снабжено генератором пр моугольных импульсов , делителем частоты, двум  счетными триггерами , источником посто нного напр жени ,. модул тором, интегрирующим усилителем, усилителем напр жени  с двум  бесконтактными ключами в цепи отрицательной обратной св зи, блоками уравновешивани  по числу одноврем шо измер емых параметров с усилителем напр жени  на входе, с двум  ключами и вторым образцовым резистором в цепи отрицательной обратной св зи, и с интегратором , общий вывод дл  подключенн  злементов кон1ролируемой схемы соединен с двум  первыми бесконтшстными ключами, второй вывод одного из них подключен к инвертирующему входу первого усилител  напр жени , выход которого соединен со вторым выводом второго ключа, а неинвертирующий вход к выходу первого шстегрирующего усилител , вход которого третий модул тор соед1шен с источником посто нного напр жени , л выход гшератора пр моугольных импу;асов через делитель частоты подключш ко входам двух счетных трштеров, причем выход одаого из них соединен со входом третьего кюдул т фа и вторы в1 входами блоке уравновешивани , выход второго триггера подключен к третьим входам блоков уравнсшешивани , первые входы которых соединшы со вторыми входами элементов контролщ уемой схемы, кроме того, первый вход первого блока уравновешивание соединен с обищми выводами двух вторых ключей, вто ,рой вывод одного ключа подключен к инвертирующему входу второго усилител  напр жени , а второй вывод второго ключа соединен с выводами двух образцовых резисторов и первым входом усилител  сравнени  напр жени , второй вход которого соединен с выходом второго усилител  напр жени  и вторым выводом второго образцового ; ключа, интегрирующий усилитель включен между одним из входов суммирующего усилител  и выходом первого модул тора, причем управл ющие входы модул торов и второго фазочувствительного элемента подключены ко второму входу блока уравновешивани , а управл ющий вход первого фазочувствительного

элемента соединен с третьим входом этого блока.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Гав1ришок М. А.и др. Электронные измерители С, L, R. Львов, Вшца школа, 1978, с. 59.

2.Авторское свидетельство СССР N 490361, кл. G 01 R 27/02, 1978.

3.Алиев Т. М. в др. Авгокомпшсационны: измерите П«ые устройства переменного тока. М., Энертн , 1977, с. 302. (прототип).

.т14«„ 1 ЕЕ Щ

1I

I IЛЛI

.a-1

47

fl I

Ilflf6

T

Claims (2)

₁₀ Фор му ла изобретения

Компенсационное устройство для измерения параметров элементов сложных электрических цепей, содержащее усилитель сравнения напря₁₅ жения, выход которого соединен с двумя фазочувствительными элементами, выходы которых соединены с блоками отсчетных устройств и через модуляторы подключены ко входам суммирующего усилителя, выход ко2Q торого через первый образцовый резистор присоединен к первому входу усилителя сравнения напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия измерений параметров элементов сложных элек25 трических цепей и надежности устройства, оно снабжено генератором прямоугольных импульсов, делителем частоты, двумя счетными триггерами, источником постоянного напряжения,. модулятором, интегрирующим усилителем, 30 усилителем напряжения с двумя бесконтактными ключами в цепи отрицательной обратной связи, блоками уравновешивания по числу одновременно измеряемых параметров с усилителем напряжения на входе, с двумя ключа3₅ ми и вторым образцовым резистором в цепи отрицательной обратной связи, и с интегратором, общий вывод для подключения элементов контролируемой схемы соединен с двумя первыми бесконтактными ключами, второй ₄₀ вывод одного из них подключен к инвертирующему входу первого усилителя напряжения, выход которого соединен со вторым выводом второго ключа, а неинвертирующий вход подключен к выходу первого интегри45 рующего усилителя, вход которого через третий модулятор соединен с источником постоянного напряжения, а выход генератора прямоугольных импульсов через делитель частоты подключен ко входам двух счетных триггеров, ₅₀ причем выход одного из них соединен со входом третьего модулятора и вторыми входами блоков уравновешивания, выход второго триггера подключен к третьим входам блоков уравновешивания, первые входы которых соединены со вторыми входами элементов контролируемой схемы, кроме того, первый вход первого блока уравновешивания соединен с общими выводами двух вторых ключей, второй вывод одного ключа подключен к ин9 8 вертирующему входу второго усилителя напряжения, а второй вывод второго ключа соединен с выводами двух образцовых резисторов и первым входом усилителя сравнения напряжения, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя напряжения и вторым выводом второго образцового ; ключа, интегрирующий усилитель включен между одним из входов суммирующего усилителя и выходом первого модулятора, причем управляющие входы модуляторов и второго фазочувствительного элемента подключены ко второму входу блока уравновешивания, а управляющий вход первого фазочувствительного

2 10 элемента соединен с третьим входом этого блока.