SU868629A1 - Цифровой измеритель RLc-параметров - Google Patents

Description

Изобретение относнтс  к электроизмерительной технике и может найти при менение при измерении RLC-параметров в широком частотным диапазоне. Известен цифровой измеритель сопро тивлени , емкости и индуктивности, содержащий управл емый генератор сину соидального напр жени , подключенный ко входу частотозависимой цепи с образцовь1м и измер емым элементами, и преобразователь изменени  параметров в напр жение, вход которого подключен к выходу цепи, а его выход-подключен к управл ющему входу генератора , формирователь периода выходного сигнала генератора, цифровой измеритель периода, два коммутатора, источник напр жени  посто нного тока, врем -импульсный преобразователь и цифровой измеритель отношени  временных интервалов, причем выход -источника напр жени  посто нного тока подключен ко входу измерительной цепи,вход .врем -импульсного преобразоватеЛЯ подключен к выходу измерительной цепи, входы цифрового измерител  отношени  временных интервалов подключены к выходам врем -импульсного преобразовател  напр жени  и формирова- . тел  периода выходного сигнала генератора через первый коммутатор, управл емый синхронно со вторым коммутатором , входы которого подключены к выходам генератора синусо1 дального напр жени  и источника напр жени  посто нного тока СО Недостатком известного измерител   вл етс  то, что он обеспечивает измерени  только на фиксированных частотах со сравнительно низкой точностью, так как построение широкодиапазонных смесител , гетеродина и фильтра св зано с значительными техническими трудност ми, а результс-т зависит от значени  напр жени  иточника посто нного тока, коэффициента пропорциональности преобразовател  временного. интервала и чувствительности формировател  разностных временных интервалов , что значительно ухудшает точ- ность измерени  в пгироком частотном диапазоне. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  цифровой измеритель RLC-na раметров, содержащий генератор синусоидального напр жени , последователь но соединенные переключатель, интегра , тор, блок сравнени , селектор, цифровой делитель и цифровое отсчетное устройство, а также генератор импульсов , подключенный к второму входу селектора, второй переключатель, блок образцовых элементов, блок управлени  и источник опорного напр жени , выход которого подключен к вторы входам обоих переключателей, причем один из полюсов генератора синусоидального напр жени  соединен с одним из входных зажимов устройства, один выход блока образцовых элементов соединен с вторым входным зажимом устройства , второй вход блока сравнени  подключен к общей шине, а выходы блока управлени  св заны с входами управлени  переключателей, селектора, цифрового делител  и цифрового отсчетного устройства, второй интегратор , второй блок сравнени , ключ и формирователь временного интервала, первый вход которого соединен с вторым выходом блока образцовых элементов , сигнальным входом втор.рго пере вход коключател  и выходом ключа, выходу бл торого подключен к первому ка образцовых элементов и к общей ши не, второй вход формировател  вре-. менного интервала соединен с вторым полюсом генератора синусоидального напр жени , а выход - с входом блока управлени , причем к выходу второго переключател  подключен второй интегратор , выход которого св зан с вхо дом второго блока сравнени  и входом управлени  источника опорного напр жени , выход первого интегратора св  зан с вторым входом управлени  источника опорного напр жени  и входом блока управлени , второй вход второго блока сравнени  подключен к общей тине, а выход - к третьему входу селектора , сигнальный вход первого переключател  соединен с первым входным зажимом устройства, а выходы бло ка управлени  св заны с управл ющими входами ключа, формировател  временных интервалов и блока образцовых элементов 123. 8 4 Недостатком данного измерител  вл етс  отсутствие возможности измеени  полного сопротивлени  с высоой точностью на переменном токе. Цель изобретени  - повьшение точости измерени  полного сопротивлеи . Поставленна  цель достигаетс  тем, то В цифровой измеритель RLC-napaетров , содержащий генератор синусодального сигнала, первый выход которого соединен с первым входным зажиом измерител  дл  подключени  изер емого сопротивлени , второй выход - с первым выводом резистора, второй вывод которого соединен с первым входом ключа и с первым зажимом первого блока образцовых элементов, второй зажим которого соединен со вторым входом, ключа и с общей шиной, переключатель первый подвижный контакт которого соединен с первым входом первого интегратора, селектор, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход - с последовательно соединенными цифровым вычислительным блоком и цифровым отсчетным блоком, блок управлени , первый выход которого соединен с управл юп ими входами ключа и переключател , второй выход - с управл ющим входом первого блока образцовых элементов, третий выход - с управл ющими входами селектора , цифрового вычислительного блока и цифрового отсчетного блока, введен второй блок образцовых элементов, первый зажим которого соединен с первым входным зажимом измерител  и с первым входом блока управлени , второй и третий входы которого включены параллельно выводам резистора, первый выход соединен с управл ющим входом генератора синусоидального сигнала, четвертый выход соединен со вторыми входами интеграторов, а п тый - с уп-, равл ющим входом второго блока образцовых элементов, второй зажим которого подключен к вторым неподвижным контактам переключател , первые неподвижные контакты которого подключены к второму входному зажиму измерител , а второй подвижный контакт соединен с вторым зажимом первого блока образцовых элементов, второй зажим которого соединен с первым входом второго интегратора, выход которого соединен с третьим входом селектора, второй вход которого соединен с выходом первого интегратора. 5 На чертеже представлена блок-схе цифрового измерител  RLC-impaMeTpoB Цифровой измеритель RLC-параметров содержит генератор 1 синусоидал ного сигнала, измер емое сопро ивление 2, второй блок 3 образцовых элементов, переключатель 4, первый тегратор 5, селектор 6, вычислитель ный блок 7, цифровой отсчетный блок 8, резистор 9, ключ 10, первый блок 11образцовых элементов, генератор 12импульсов, блок 13 управлени , второй интегратор 14, Измеритель работает следующим об разом. Измерение синфазной и квадратурной составл ющих импеданса основано на интегрировании напр жени  на измер емом Zy 2 и образцовом ZQ 11 импедансах в течение времени, определ емого блоком 13 управлени . При синусоидальном напр жении на сопротивлени х 2 и П U(t) (a)t + Ч) в процессе их интегрировани  в аТ до t ЬТ течение времени от t получим T-Oni ((Ъ-о(). (1) ntr где Uf - амплитудное значение напр  жени  , Т - посто нна  времени интегри ровани  ; Т - период исследуемых колебаний . В выражении {1) составл юща  sinfn (a-vb)-v 3 пропорциональна при a + b при а + b 1 Втора  составл юща  sinn(a - b) не зависит от сдвига фаз Ч между током и напр жением и определ етс  лишь моментами t, а- Т и t/i Ь-Т. „1 i При интегрировании за врем , равное полупериоду T: , cj b Т iиз (l) получим синфазную составл ющую сигна-ла Дл  получени  .квадратурной состав л ющей условие а + b 1 выполн етс  при обеспечении симметрии моментов ЬТ относительно пере аТ и t хода через нуль опорного напр жени . . sinn(b-a) 9 При измерении синфазной составл ющей сопротивлени  первый подвижный контакт переключател  4 находитс .в положении II, а второй подвижный контакт - в положении I. Поэтому через сопротивление обра:зцового элемента 3 ток не проходит. Ключ 10 разомкнут. Напр жени  на сопротивлени х 2д2 и ZQ I равны ua(t), II ri- UtTtsin(uJt4tfo) , Щ t I jto, где сдвиги фаз между током и напр жением на сопротивлени х и ZoH ; Z Zx+Zo+Rg+Rgll; где Rgll - внутреннее сопротивление генератора 1; Rrt- сопротивление резистора 9. Напр жени  (4) и-(5) за врем  Т/2 нтегрируютс  интеграторами 5 и I4 двухтактным преобразованием перево тс  в числовые эквиваленты № 1 и 2, с учетом (2), (4), и (5) имеем i г (UJ4:4l) -, f 1 (ь) .-nCu.i./o), г- . , tn J При квантовании интервалов получаем Разделив (8) и (9), определ ем значение синфазной составл ющей импеданса R Zxcos4x RO . (10) Операци  делени  N1/N2 вьтолн етс  вычислительным блоком 7. Измерение квадратурной составл ющей импеданса пронзводитс  в два такта . Первый такт используетс  дл  определени  характера комплексного сопротивлени . Ключ 10 закорачиваетс  и блок 13 управлени  формирует временной интервал, симметричный относительно перехода через нуль опорного напр жени . В зависимости от емкостного или индуктивного характера измер емого импеданса напр жение на выходе интегратора будет соответственно положительным или отрицательным . При положительном напр жет НИИ блок 13 управлени  выбирает в боке 11 образцовую емкость Со, а при отрицательном - индуктивность L Q. При измерении квадратурной составл ющей импеданса Z х ключ 10 размыкаетс  и блок 13 управлени  на врем  ( Ъ- Т - а т), симметричноеотносительно перехода через нуль опорного напр жени , разрешает интегрирование напр жений (4) и (5) интегратор ми 5 и 14, где двухтактным интегрир ванием напр жение преобразуетс  в числовые эквиваленты N« и N., а именно N -loiJ m-sinn(b-a) zsin4,( (1 S n-ZUft i-sin XjU ZUo fOT-L)tr,5inn(b-a)- Z зтЧо Разделив (11) на (12), получаем синфазную составл ющую импеданса Z)(sin4x Z(5sin% При измерении индуктивности . Zy sin4x atLx; Zosin o ujLo, поэтому х- o-St При емкостном характере импеданcaZx2 Zxsin4, ; Z,sin% (1 отсюда Измерение низкоомных полных сопротивлений осуществл етс  следующим образом . Посредством блока 13 управлени  первый подвижный контакт переключател  4 устанавливаетс  в положение 11 а второй - в положение I. Сопротивление блока 3 устанавливаетс  равным нулю. При этом ключ 10 разомкнут. Вследствие введени  св зи с первого входного измерител  на вход блока I3 управлени  становитс  возможным осуществл ть формирование временного интервала из напр жени  на сопротивлении , а наличие св зи с первого .зажима блока 11 дает возможность формировать временной интервал из напр жени  на сопротивлении . рлок 13 управлени  разрешает интегрирование напр жени  (4) в блоке 5 на врем  Т/2, а в блоке 14 напр жение (5) также интегрируетс  в течение Т/2. Поскольку временные интервалы Т/2 фор98 ируютс  из напр жений (4) к (5) соответственно , то в выражени х (4) и (З) Чх и Чо можно опустить. При интегрировании (4) и (5) и двухтактном преобразовании в числовые эквиваленты получаем .Г д.о . - -J2 Ч i o- oat-o При квантовании временных интервалов t и tj с частотой генератора 12 импульсов имеем «oiU SinUJt «n- oVТ/2 fflO «(ffoV 2 ° Разделив (16) на (17), получаем Zx Zo . Когда в качестве Z g беретс  чисто активное сопротивление, имеетс  возможность измерени  Zy в диапазоне частот R - O-Nj так как R измен етс  с изменением частоты. Выражение (19) справедливо лишь дл  случа , когда входное сопротивление интеграторов 5.и 14 намного больше преобразуемых сопротивлений Z При измерении больших сопротивлений по сигналу блока 13 управлени  в качестве сопротивлени  блока 11.берут чисто активное сопротивление Rg, а второй блок 3 образцовых элементов имеет сопротивление Z (j. В первом такте измерени  ключ 10 разомкнут, а подвижные контакты переключател  4 ус-, тановлены соответственно в положение И и I. На сопротивлении 1I имеетс  напр жение (t)Ro, пропорциональное току генератора 1 синусоидального сигнала. Сопротивление Rg выбираетс  много меньшим входного сопротивлеми  7g интегратора К. li и граторе Ь интегрируетс  напр жен i()-T,.Zo.Ze. 3(t)Z,c- Zov Zx+ Zo Zfty Напр жение U, (t)Ro и нап жение (20) двухтактным интегриро нием в интеграторе 14 и 5 прео&р ютс  в числовые эквиваленты . ax- 2:o+Zftx)U(, foi )«oa I Во втором такте измерени  бл управлени  переводит подвижные ты переключател  4 в положени  и II. При этом генератор 1 име ток 3(t). В интеграторе 5 инте руетс  напр жение и - :) (И Zo(Zy4Zft) Zftx 1 -- Zo Zx+Zft 3(t)Zo.Zex Напр жение U 3 (t)R(} и на жение (23) двухтактным интегрир нием в интеграторах 14 и 5 прео зуетс  во временные интервалы t при квантовании которых с часто имеем 5opW2o-2ex- () ,(t)Roat Подставив J D(t)dt в выраже о. т/4 ( 21) из (22), а J 3 (t)dt в вы ние (24) из (25)° имеем U NpZx- Zftx , ()Ro hi Z BX b ()Ro Разделив N на Nj, получаем 2 Z 4 N,. N-i 1рн выборе Z о чисто активным, .е. Z о RO 7 . R NJJ-JA . Х- 0 N,. Nj которое не зависит от значени  входного сопротивлени  Zg интегратора 5, что позвол ет значительно повысить точность измерени  больших значений полных сопротивлений в диапазоне частот . Это выражение можно упростить, если в двух тактах измерени  путем изменени  напр жени  U(t) источника 1 поддерживаетс  посто нным значение тока (t) J(t), когда выполн етс  равенство NI N4., вследствие чего выражение (26) принимает вид - N. Из (28) видно, что при ly(uuL, а Z(j uuL о можно измерить значени  индуктивности в диапазоне частот I 1 I ifonV - -oiV 29) а при поддержании равенства J(t) J, (t) Lx L о N3 в случае измерени  емкости 1 7 NI- N-, X 0 N N и при 3(t) D(t) имеем В выражени х (28), (30) и (31) результат измерени  L и С не зависит от частоты (jU генератора синусоидального сигнала, посто нных времени t и tft интегрировани , частоты f(j генератора импульсов 12, значений сопротивлений R, Zj, Rg, что позвол ет измер ть полное сопротивление в диапазоне частот. формула изобретени  Цифровой измеритель RLC-параметров , содержащий генератор синусоидального сигнала, первый выход которого соединен с первым входным зажимом измерител  дл  подключени  измер емого сопротивлени , второй выход - с первым выводом резистора, второй вьшод которого соединен с первым входом клю ча и с первым зажимом первого блока образцовых элементов, второй зажим ..которого соединен со входом

11

ключа и с общей шиной, переключатель, первый подвижный контакт которого соединен с первым входом первого интегратора , селектор, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов , а выход- с последовательно соединенными цифровым вычислительным блоком и цифровым отсчетным блоком, блок управлени , первый выход которо , го соединен с управл ющими входаМи ключа и переключател , второй выход с управл ющим входом первого блока образцовйх элементов,, третий выход с управл ющими входами селектора, цифрового вычислительного блока и цифрового отсчетного блока, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , введен второй блок образцовых элементов, первый зажим которого соединен с первьм входным зажимом измерител  и с первым .входом блока управлени , вторрй и третий входы которого включены параллельно выводам резистора, первый выход соединен с управл ющим входом

868629

12

генератора синусоидального сигнала, четвертый выход соединен со вторыми; входами интеграторов, а п тый - с управл ющим входом второго блока образцовых элементов, второй зажим которого подключен к вторым неподвижным контактам переключател , первые неподвижные контакты которого подключены к второму входному зажиму измерител , а второй, подвижный контакт соединен с вторым зажимом первого блка образцовых элементов, второй зажи которого соединен с первым входом второго интегратора, выход которого соединен с третьим входом селектора, второй вход которого соединен с выходом первого интегратора.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 467302, кл. G 01 R 27/26, 1972.

2 Авторское свидетельство СССР 702317, кл. G 01 R 27/26, 1977 (прототип).

Claims (1)

1. Формула изобретения к

   Цифровой измеритель RLC-параметров, содержащий генератор синусоидального сигнала, первый выход которого соединен с первым входным зажимом измерителя для подключения измеряемого сопротивления, второй выход - с первым выводом резистора, второй вывод которого соединен с первым входом клю ча и с первым зажимом первого блока образцовых элементов, второй зажим .которого соединен со вторым входом

   1 1 ключа и с общей шиной, переключатель, первый подвижный контакт которого сое.динен с первым входом первого интегратора, селектор, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход' - с последовательно соединенными цифровым вычислительным блоком и цифровым отсчетным блоком, блок управления, первый выход которого соединен с управляющими входами ключа и переключателя, второй выход с управляющим входом первого блока образцовЁях элементов,, третий выход с управляющими входами селектора, цифрового вычислительного блока и цифрового отсчетного блока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, введен второй блок образцовых элементов, первый зажим которого соединен с первым входным зажимом измерителя и с первым .входом блока управления, второй и третий входы которого включены параллельно выводам резистора, первый выход соединен с управляющим входом генератора синусоидального сигнала, четвертый выход соединен со вторыми! входами интеграторов, а пятый - с управляющим входом второго блока образ5 цовых элементов, второй зажим которого подключен к вторым Неподвижным контактам переключателя, первые неподвижные контакты которого подключены к второму входному зажиму изме10 рителя, а второй подвижный контакт соединен с вторым зажимом первого бло кя образцовых элементов, второй зажим которого соединен с первым входом второго интегратора, выход которого 15 соединен с третьим входом селектора, второй вход которого соединен с выходом первого интегратора.