SU759987A1 - Цифровой измеритель потерь комплексного сопротивления1 - Google Patents

Description

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, а именно к области измерения параметров комплексных величин переменного тока.

5

Известны приборы для измерения параметров комплексных сопротивлений, состоящие из операционного усилителя, в прямую и обратную связь которого включены измеряемое комплексное ί сопротивление и образцовый элемент, и фазочувствительных детекторов (синфазного и квадратурного), выходные напряжения которых пропорциональны . составляющим адмитанса объекта ИЗ . 1!

Постоянные напряжения преобразуются в цифровой код с помощью аналого-цифровых преобразователей, причем для ' получения относительного параметра ’ объекта (бд& конденсатора, доброт- 21 ность катушки) используются цифровые, логометры, выходной код которых пропорционален отношению напряжений на выходах фазочувствительных детек тб^ ров. Такие устройства благодаря сво- 22 ей простоте и высокому быстродействию получили широкое распространение. Недостаток их заключается в низкой ; точности, вызываемой в основном следующими причинами: погрешностью от не- 3(

2

стабильности источника питания, фазовыми сдвигами опорных напряжений ^синфазного и квадратурного детекторов ,фазовым сдвигом, вызываемым ’’нечистой'¹ комплексной мерой.

Особенно трудно обеспечить стабильность фазовых сдвигов опорных напряжений и образцовой меры при работе устройства в широком диапазоне частот, чему в последнее время уделяется большое внимание.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является преобразователь параметров конденсаторов, содержащее генератор напряжения переменного тока, подключенный ко входу преобразователя пассивной комплексной.величины в активную, состоящего из операционного усилителя, в' прямую' и обратную связь которого включены измеряемая и образцовая активная проводимость. Выход преобразователя соединен со входами синфазного и квадратурных фазовых д'етекторов [2].

В устройстве-прототипе фазовые детекторы выполнены в виде последовательно соединенных фаэочувствительного выпрямителя и фильтра нижних частот, предназначенного для подавления, переменной состаляюадей выходного

759987

напряжения, содержащей частоту питания и кратные ей частоты. На опорные входы фазовых детекторов подается напряжение питания и напряжение, сдвинутое на на 90° фазовращателем. Выходы фазовых детекторов Подключаются ко входам цифрового логометра.

При отсутствии паразитных фазовых сдвигов опорных напряжений и при чистой активной проводимости С (или при точной компесации фазового сдвига вносимого ей) отношение напряжений на вы-^; ходах фазовых'детекторов .......

где К_с· и к>> - коэффициенты передачи фазовых детекторов.

Недостаток известного устройства заключается в низкой точности измерения потерь объектов, обусловленной влиянием фазовых сдвигов опорных напряжений фазовых детекторов и нестабильностью фазового сдвига образцовой'меры. Точность особенно низка

при измерении объектов с малыми или.....

большими потерями.

Целью изобретения является повышение точности измерения потерь объек'.та.

Поставленная цель достигается тем, что цифровой измеритель потерь койплексного сопротивления, содержащий последовательно соединенные генератор напряжения переменного' тока и/ преобразователь комплексного сопротив· ления в напряжение переменного тока, . выполненный на основе операционного усилителя с образцовой мерой в цепи обратной связи, ко входу которого подключен измеряемый объект, синфазный й квадратурный фазовые детекторы, •опорные входы которых непосредствен^:но. и через фазовращатель соответственно соединены с выходом генератора, а также цифровой измеритель' отношения двух постоянных напряжений, выполненный в виде последовательного соединения входного переключателя, интегратора, блока сравнения, блоки совпа' дения и реверсивного счетчика, а также генератора счетных импульсов,·' выход которого соединен со вторым входом блока совпадениями блока управ ления, выходы которого связаны с управляющим входом входного переключателя и с третьим входом блока совпадения, дополнительно снабжен параметрическим модулятором, подключенным параллельно измеряемому объекту, двумя фильтрами нижних частот, двумя_______

фильтрами верхних частот, двумя амплитудными детекторами и двумя переключателями, а также фазочувствйтельным нуль-органом и дополнительным блоком совпадения. При этом выходы синфазного и квадратурного -фазовых детекторов через фильтры нижних’ частот подключены соответственно к первым входам первого и второго переключателей, вторые входы которых через амплитудные детек-¹ торы подсоединены ко входам фазочувствительного нуль-органа и к выхбдам

г фильтров верхних частот, входы которых соединены с выходами синфазного и · квадратурного фазовых детекторов соответственно, а выход фазочувствительного нуль-органа через дополнительный блок совпадения подключен к управляю^υ щему входу реверсивного счетчика, выходы переключателей подсоединены ко входам входного переключателя, а управляющие входы переключателей и второй вход дополнительного блока совпа15 дения — к блоку управления.

Функциональная схема устройства приведена на фиг,1,временная диаграмма работы’— на фиг,2.’

20 ·

Измеритель содержит генератор 1 · напряжения переменного тока, преобразователь ^.комплексного сопротивления в напряжение переменного тока, состо-» ящий из операционного усилителя 3, ко

25 входу которого подключен измеряемый объект 4, а в обратную связь включена образцовая мера 5, параметрический модулятор б, синфазный 7 и квадратурный 8 фазовые детекторы, фазовращатель 9,

30 фильтр 10 нижних частот, фильтр 11

верхних частот, амплитудный детек- ;'· тор 12, первый переключатель 13, фильтр 14 нижних частот, фильтр 15 верхних частот, амплитудный детектор 16, вто35 переключатель 17, фаэочувствитель- ный нуль—орган 18, цифровой ннтегри-: рующий логометр 19, состоящий из последовательно соединенных входного переключателя 20, интегратора 21,блоД0 ка сравнения, трехвходового блока 23 совпадения й реверсивного счетчика 24, генератор 25 тактовых импульсов и блок 26 управления, дополнительный блок 27 совпадения,

45

Работу устройства рассмотрим на примере измерения тангенса игла потерь конденсатора (С_х ,о_х ) . в обратной связи усилителя 3 - проводило мость 5_ое^,<т ,

Генератор 1 синусоидального напряжения с частотой ώ питает преобразователь 2, При этом-на выходах син55. фазного" 7 и квадратурного 8 фазовых

[детекторов при отсутствии'параметри-. ческой модуляции появляются по.стоянные напряжения. Модулятор б

/осуществляет периодическую с час¢0 : тотой 51 бэ симметричную модуляцию емкост,ной составляющей объекта, попеременно, .подключая параллельно объекту .' 'положительную¹'*+С_М и ’'отрицательную'' ем¢5 кость - -С_м. При этом на выходе фазо5 759987 6

вых детекторов появляется напряжение, показанное на фиг.2, где

и_с+=к_си_ин+у)|соев

и_с_=к_си„ (ι+у)|соз θ

И К-* ⁴ η Θ

0_х

с’г *5<п8_с ⁴О

κα^ ⁺ οο5θ_κ·

са(С_х *СдЛ1

% -Ί

ьЯС_х+С_мУ|

Оо ] £д(С_к-С_м11

на вход счетчика и начинается третий такт.

Как известно, число импульсов/ зафиксированное счетчиком к концу дторрго такта, равно '

5 , ίβθ₀

Н -и ^ц° -^к"^кс ^со5бФ °-ОД

° ’ ^ик~ К« <*>ев_к ’ 1-ί£θ_κί£$'¹β? >

где К_я - коэффициент пропорциональ10 - ности.

15

Фильтры 10 и 14 нижних частот, подавляя переменную составляющую выходного напряжения частоты модуляции, выделяют постоянные составляющие напряжений- и₇ и и₈ , равные 0_σ и ϋ_κ соответственно . На выходе же фильтров верхних частот образуются переменные напряжения и_и~ и и_<5~с частотой 51 и амплитудами

20

25

ц,₅.¹¹ _КкΜηΙ,_сое

Йапряжения и и,5 детектируют·^ ся амплитудными детекторами 12 и 16, на выходах которых образуются постоянные напряжения

* г*

Ч|2~ ^вд^с^н ϊ’ 4а<п0_с |

• ^и 16' *оЛ^ин Н*У)^СО5©к,

;где К_ад - коэффициент передачи амплитудных детекторов,

Фаэочувствительный нуль-орган 18 вырабатывает сигнал, Определяемый; знак сил фазы напряжения относительно фазы напряжения (Чз- (т,.е. знаком з!п $_с ),.Напряжения

через переключатели ГЗ и 17 поступают на входы цифрового интегрирующего логометра 19.

30

35

В начале,третьего такта переключатель 20 переводится в положение а, а переключатели 13 и 17 - в положение б. Затем в течение времени Т_о производится заряд интегратора?

21 напряжением и₁₂ , В начале четвертого такта (по истечении времени Т_о ) переключателе-.20 переводится в положение б и одновременно блок управления через блок 23 совпадения разрешает прохождение импульсов от тактового генератора 25 на счетный вход реверсивного счетчика 24 и через дополнительный блок 27 совпадения разрешает прохождение потенциала с выхода фаэочувствительного :нуль-органа на управляющий вход.реверсивного счетчика 24, который', таким образом, устанавливается, в зависимости фазы напряжения (знака

είη в_с ) в режим сложения или вычитания, В четвертом такте интегратор 21 разряжается напряжением 0 "

Процесс измерения-заканчивается после разряда интегратора до нуля, фиксируемого блоком 22 сравнения.

Число импульсов, дополнительно поступившее на счетчик в четвертом такте, равно

40 Н.ц -^кп^кс ΙβΐηβοΙ

^П 4(6 ^кЦ СОЭ θχ 45

к_к

соаОс соа Θ_κ

угг общее число импульсов в счетчике

Процесс измерения состоит из че- тырех тактов (см. фиг.2). в начале1-го такта переключатели 13, 17/ и

.20 находятся в положении а. При этом интегратор 21 в течение времени . заряжается напряжением и_й .По истечении времени Т_о. .блок 26 управления переводит переключатель' 20 в положение б, одновременно через блок ' 23 .совпадения, разрешая прохождение сдетчика 24, установленного в режим суммирования. Интегратор

' импульсов от тактового генератора

25, на счетный вход реверсивного

21 при этом разряжается напряжением

-,и_к .В момент разряда конденсатора

£до нуля срабатывает блок 22 сравнения, запрещая прохождение импульсов

50 Ν-Ν_ο-Ν₄δί§π е<§пб_с*

соав_с ί *ЪйБ “ «к совО_к Ιΐ-Ι^βχί^⁸

соавс .

К_к соз9_к‘

Погрешность измерения сд £ в этом случае

7

759987

8

что при малых ίξδ 1/8} существенно лучше, чем в исходном, некоррек тируемом преобразователе.

Отметим, что в выражение для Ед 8 не входит величина С_м . Это означает, что к точности и стабильности ее 5 не предъявляется особых требований.

Устройство применимо для измерения потерь любых объектов (индуктивных, емкостных, резисторов с паразитными еМКОСТЯМИ ИЛИ ИНДУКТИВНОСТЯМИ), причем объект и образцовая мера в преобразователе могут быть переменены местами, Структура устройства остается такой же. Единственное ' требование заключается в том, что для эффективности повышения точности ’⁵ должна 'осуществляться параметрическая модуляция преобладающей по абсолютной величине составляющей комплексной величины.

По сравнению с известными устройст- 20 вами предлагаемое позволяет измерять с высокой точностью потери комплексных сопротивлений переменного тока (Ед 8 добротность), особенно объекты с малыми и большими потерями. Пони- . 25 женные требования к стабильности фазовых сдвигов - опорных напряжений фазовых детекторов и фазового сдвига образцовой меры позволяет, обеспечить устойчивость измерите- 30

ля (устойчивость операционного усилителя) и дают возможность использовать устройство для измерения потерь объектов в широком непрерывном диапазоне частот. 35

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Цифровой измеритель потерь комплексного сопротивления, содержащий после- ⁴⁰ довательно соединенные генератор напряжения переменного Тока и преобразо.'ватёль "комплексного сопротивления в _: напряжение переменного тока,· выполнен. иый на основе операционного усилителя 45· с образцовой мерой в цепи обратной связи, ко входу которого подключен измеряемый объект, синфазный и квадратурный фазовые детекторы, опорные входы которых непосредственно и че-. 50 ’рез фазовращатель соответственно соединены с выходом генератора, а ι

   также измеритель отношения двух постоянных напряжений, выполненный в виде последовательного соединения входного переключателя, интегратора, блока сравнения, блока совпадения и реверсивного счетчика, а также генератора счетных импульсов, выход которого соединен со вторым входом блока совпадения и блока управления, выходы которого соединены, с управляющим входом входного переключателя и с третьим входом блока совпадения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измеритель дополнительно снабжен параметрическим модулятором, подключенным параллельно измеряемому объекту, двумя фильтрами нижних частот, двумя фильтрами верхних частот, двумя амплитудными детекторами и двумя переключателями , а также фазочувс твитедьным нуль-органом и дополнительным блоком совпадения, причем выходы синфазного й квадратурного фазовых детекторов через фильтры нижних частот подключены соответственно к первым входам первого и второго переключателей, вторые взводы которых амплитудные детекторы подсоединены ко входам фазочувствительного нуль-органа и к выходам фильтров верхних частот, входы которых соединены с выходами синфазного и квадратурного фазовых детекторов соответственно, а выход фазочувствительного нуль-органа через дополнительный блок совпадения под ключей к управляющему входу реверсивного счетчика, выходы переключателей подсоединены ко входам входного переключателя, а управляющие входы переключателей и второй вход дополнительного блока совпадения подключены к блоку управления.