SU920566A1 - Digital meter of capacitive and inductive impedance - Google Patents

Description

(5) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЕМКОСТИ И ИНДУКТИВНОСТИ(5) DIGITAL CAPACITY AND INDUCTIVITY RESISTANCE METER

II

Изобретение относитс  к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано дл  из.мерени  параметров электро-радиоцепей с сосредоточенными элементами, под которыми понимаетс  сопротивление R, емкость С и индуктивность L.The invention relates to a digital electrical measuring technique and can be used to measure electrical parameters of radio-electronic circuits with lumped elements, which are the resistance R, capacitance C, and inductance L.

№вестно устройство дл  измерени  R, L, С параметров, основанное на врем -импульсном преобразовании переменного напр жени  (или тока), пропорционального измер емому параметру. Известные цифровые измерители сопротивлени , емкости и индуктивности, основанные на преобразований измер емого параметра в пропорциональный временной интервал (и затем в код) путем создани  в исследуемой цепи переходных режимов при питании ее определенными сигналами, чаще всего . пр моугольными и другими l.A device for measuring R, L, C parameters is known, based on the time-pulse conversion of an alternating voltage (or current) proportional to the parameter being measured. Known digital resistivity, capacitance and inductance meters based on transformations of the measured parameter into a proportional time interval (and then into a code) by creating transients in the circuit under study when powered by certain signals, most often. rectangular and other l.

Недостатком этого устройства  вл етс  то, что оно не удовлетвор ет требовани м инвариантности неинфор.мативных параметров и обладает сложными алгоритмами обработки измерительной информации, привод щими к сложной аппаратурной реализации.A disadvantage of this device is that it does not satisfy the requirements of invariance of non-informative parameters and has complex algorithms for processing measurement information leading to a complex hardware implementation.

Наиболее близким к изобретению ,  вл етс  цифровой измеритель сопротивлений , емкости и индуктивности, содержащий управл емый генератор синусоидального напр жени , частотозависимую цепь, состо щую из Closest to the invention, there is a digital resistance, capacitance and inductance meter containing a controlled sinusoidal voltage generator, a frequency-dependent circuit consisting of

10 измер емого и образцового элементов, преобразователь изменени  параметров цепи в напр жение, формирователь пе- . риода выходного генератора, цифровой измеритель периода, два коммутатора, 10 measurable and exemplary elements, a converter that changes the parameters of a circuit into a voltage, a driver. Output generator, digital period meter, two switches,

ts источник напр жени  посто нного тока , врем -импульсный преобразователь и цифровой измеритель отношени  временных интервалов, а преобразователь изменени  параметров измерительной ts DC voltage source, time-pulse converter and digital time ratio meter, and converter of measuring parameters change

20 цепи в напр жение содержит фазовременной формировател, умножитель частоты генератора в восемь раз, форми-, рователь .периода умноженной частоты. формирователь разностных сигналов и интегратор zj. Недостатками этого измерител   вл ютс  весьма сложна  аппаратурна  реализаци , что приводит к невысокой TOMHOCtH измерени , обусловленной необходимостью выполнени  большого числа измерительных преобразований, каждое из которых вносит свою погрешность в результат измерени , и низкое быстродействие, которое рбусловлено необходимостью перестрой ки гетеродинов в процессе измерений до выполнени  соответствующих услоВИЙ . Этот недостаток особенно про в- 15 20 circuits in voltage contains a phase-time driver, an oscillator frequency multiplier eight times, and a frequency-period multiplier. difference signal generator and integrator zj. The disadvantages of this meter are very complex hardware implementation, which leads to a low TOMHOCtH measurement due to the need to perform a large number of measurement conversions, each of which introduces its error in the measurement result, and the low speed that occurs due to the need to rebuild the heterodyne during the measurement process before performing relevant conditions. This disadvantage especially about 15

л етс  при измерени х на низких частотах , а также он не позвол ет измер ть такие параметры, как добротность катушек и тангенс угла потерь конденсаторов и требует предварительного знани  характера исследуемого реактивного элемента - индуктивность или емкость.When measuring at low frequencies, it also does not allow measuring parameters such as the Q-factor of the coils and the loss tangent of the capacitors and requires prior knowledge of the nature of the reactive element under investigation - inductance or capacitance.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  и быстродействи  и расширение функциональных возможностей .The purpose of the invention is to increase measurement accuracy and speed and enhance functionality.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в цифровой измеритель сопротивлени  емкости и индуктивности, содержащий генератор синусоидального напр жени , подключенный ко входу измерительной цепи и к одному из входов первого коммутатора,.последовательно соединенные врем импульсный преобразователь и блок делени , второй коммутатор и блок управлени , два выхода которого соответственно соединены с управл ющими входами первого и второго коммутаторов , введены нуль-орган, суммирующий и вычитающий счетчики, блок переноса и третий коммутатор, приче вход нуль-органа соединен с общим выводом измерительной цепи и с другим входом первого коммутатора, выход которого соединен с входом врем -импульсного преобразовател , а выход нуль-органа соединен со входом блока управлени  и с одним из входов второго коммутатора, выход последнего соединен с управл ющим входом врем -импульсного преобразовател , а другой вход второго коммутатора соединен с выходом вычитающего счетчика и с первым входом блока переноса, выход которого соедине с входом вычитающего счетчика. 9The goal is achieved in that a digital meter for capacitance and inductance, containing a sinusoidal voltage generator connected to the input of the measuring circuit and to one of the inputs of the first switch, is connected in series to a pulse converter and a dividing unit, the second switch and a control unit, two the outputs of which are respectively connected to the control inputs of the first and second switches, a zero-body, summing and subtracting counters, a transfer unit and a third switchboard are introduced p, the input of the zero-organ is connected to the common output of the measuring circuit and to another input of the first switch, the output of which is connected to the input of the time-pulse converter, and the output of the zero-organ is connected to the input of the control unit and one of the inputs of the second switch, connected to the control input of the time-pulse converter, and the other input of the second switch is connected to the output of the detracting counter and to the first input of the transfer unit, the output of which is connected to the input of the deducting counter. 9

тельную цепь 2, включающую измер емый элемент 2 и образцовый элемент Ц, коммутатор 5 нуль-орган 6, -блок 7 управлени , врем -импульсный преобразователь 8, содержащий генератор 9 импульсов и преобразователь 10 напр жение-врем , коммутаторы 11 и 12, суммирующий счетчик 13, блок I переноса, вычитающий счетчик 15a separate circuit 2, including the measured element 2 and an exemplary element C, a switch 5, a null organ 6, a control unit 7, a time-pulse converter 8 containing a pulse generator 9 and a voltage-time converter 10, switches 11 and 12, summing counter 13, block I transfer, subtractive counter 15

и блок 16 делени .and block 16 division.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Синусоидальное напр жение lJ(t) с выхода генератора 1 синусоидального напр жени  поступает на измери- The sinusoidal voltage lJ (t) from the output of the generator 1 sinusoidal voltage is applied to the measured

тельную цепь 2 и на первый вход (вход а) коммутатора 5- В измеритель ной цепи 2 протекает синусоидальный токauxiliary circuit 2 and a sinusoidal current flows to the first input (input a) of the 5-B switch of measuring circuit 2

i (t) IrrtsiniOti (t) IrrtsiniOt

где ;where

амплитуда выходного напр жени  генератора 1 синусоидального напр жени  , Z - полное сопротивление измерительной цепи 2. С достаточной степенью точности можно считать Z - Z, так как сопротивление RO образцового элемента Ц выбираетс  из услови  the amplitude of the output voltage of the sinusoidal voltage generator 1, Z is the impedance of the measuring circuit 2. With a sufficient degree of accuracy can be considered Z - Z, since the resistance RO of the reference element C is chosen from the condition

..

Ток I(t) образует на образцовом элементе 4 падение напр жени The current I (t) forms a voltage drop on the reference element 4.

: IJo(t) t: Ijo (t) t

где Мт Ц RO where Mt C RO

Claims (1)

Напр жение Up(t), пропорциональное току I (t), подаетс  на второй вход (вход Ь) коммутатора 5Измерение производитс  в два этапа . На первом этапе измер ют мгно6 счетный вход последнего и счетный вход суммирующего счетчика, соответственно соединены с выходами третьего коммутатора, а управл ющие входы блока переноса и третьего коммутатора соединены с третьим выходом блока управлени , а вход третьего коммутатора соединен с другим выходом врем -импульсного преобразовател . На чертеже представлена функциональна  электрическа  схема измерител  . , Измеритель содержит генератор 1 синусоидального напр жени , измеривенные значени  U(0) и и(Ш). 8 этом случае коммутатор 5 открыт по входу а и через него на вход врем -импульс ного преобразовател  8 поступает напр жение U(t) с выхода генератора 1 синусоидального напр жени . Нуль-орган 6 выдел ет переходы через нуль напр жени  Uj (t), пропорционального току i (t), и формирует в эти моменты импульсы, поступающие в блок 7 управлени  и на первый вход (вход а) второго коммутатора 11, который открыт по этому входу. Проход  через коммутатор 11, импульсы поступают на запуск врем -импульсногр преобразовател  8, На выходе последнего образуетс  код мгновенного значени  напр жени  U(0). В это же врем  коммутатор 12 открыт по выходу а и закрыт по выходу Ь. Импульсы с генератора 9 Импульсов врем -импульсного преобразовател  8 .через коммутатор 12 поступают на суммирующий счетчик 13 в котором они накапливаютс  за полупериод тока (или напр жени ). Это означает, что в суммирующем счетчике 13 записан код N 2 т.е. половины периода Т. После окончани  полупериода X тока блоком 7 управлени  коммут оторы 11 и 12 перевод тс  в другое состо ние, при котором коммутатор 11 открываетс  по входу а, а коммутатор 12 открываетс  по выходу а. Кроме того, сигналом с третьего выхода блока 7 управлени , поступающим на управл ющий вход блока . Ц переноса, код N- из суммирую-. щего счетчика 13 переписываетс  в вычитающий счетчик 15 со сдвигом на один разр д, т.е. в вычитающем счетN ,, чике 15 записан код - N-r-. Импульсы с генератора 9 импульсов поступают через коммутатор 12 по выходу b на списывание показаний вычитающего счетчика 15- Когда вычитающий счетчик 15 обнулитс , на его выходе формируетс  импульс. Очевидно, момент по влени  этого импульса соотвётствует четверти периоду u)t у. Этот импульс по входу b коммутатора 11 поступает на запуск врем -импу ьс ного преобразовател  8, которым производитс  преобразование мгновенного значени  напр же,ни  U(). Код этого ( тг напр жени  поступает на блок 16 делени . Выходным импульсом вычитающего счетчика 15 код молупериода из суммирующего счетчика 13 через блок. переноса снова вводитс  в вычитающий счетчик 15. По полученным значени м U(0) и и у в блоке 16 делени  определ ют дл  катушки индуктивности коэффициент добротности л -Ш) дл  конденсатора тангенс угла потерь На втором этапе измерений определ ют амплитуду тока 1п и затем параметры R, L, С. Дл  определени  амплитуды тока по сигналу с первого выхода блока 7 управлени  коммутатор 5 переводитс  в другое состо ние, при котором он открываетс  по входу b и на врем -импульсный преобразователь 8 через него поступает напр жение Uo (t) , пропорциональное току i(t). Коммутатор 11 по-прежнему открыт по входу Ь, а коммутатор 12 по выходу Ь. В момент перехода тока i (t) через нуль коммутатора 12 открываетс  по выходу b управл ющим сигналом с блока 7 управлени , и импульсы с генератора 9 импульсов поступают на списывание показаний вычитающего счетчика 15. Момент обнулени  вычитающего счетчика 15 как и в предыдущем случае, соответствует полупериоду тока, т.е. его амплитуде . Ка выходе вычитающего счетчика 15 формируетс  импульс, который поступает через коммутатор 11 на запуск врем -импульсного преобразовател  8. На выходе преобразовател  8 образуетс  код, пропорциональный амплитуде тока Irrv- Этот код поступает в блок 1.6 делени , в котором производитс  определение искомого параметра согласно соотношени м. Формула изобретени . Цифровой измерител сопротивлени  емкости и индуктивностиj содержащий генератор синусоидального напр жени  подключенный ко входу измерительнойA voltage Up (t) proportional to the current I (t) is applied to the second input (input b) of the switch 5. The measurement is performed in two stages. At the first stage, the counting input of the last one and the counting input of the summing counter are measured, respectively, connected to the outputs of the third switch, and the control inputs of the transfer unit and the third switch are connected to the third output of the control unit, and the input of the third switch is connected to another output of the time-pulse converter . The drawing shows a functional electrical circuit meter. The meter contains a sinusoidal voltage generator 1, the measured values of U (0) and and (W). 8 in this case, the switch 5 is open at the input a and through it the input of the time-pulse converter 8 receives the voltage U (t) from the output of the generator 1 of sinusoidal voltage. The zero-body 6 selects zero transitions of voltage Uj (t), proportional to current i (t), and at these moments generates pulses arriving in control unit 7 and to the first input (input a) of the second switch 11, which is open this entry. The passage through the switch 11, the pulses arrive at the start of the time-pulse converter 8, the output of the latter forms the code of the instantaneous voltage value U (0). At the same time, the switch 12 is open at the output a and closed at the output b. The pulses from the generator 9 Pulses from the time-to-pulse converter 8. Through the switch 12 are fed to a summing counter 13 in which they accumulate over a half-period of current (or voltage). This means that the code N 2 is recorded in the summing counter 13, i.e. half of the period T. After the end of the half-period X of the current by the control unit 7, the commutator switches 11 and 12 are transferred to another state, in which the switch 11 opens on input a, and the switch 12 opens on output a. In addition, a signal from the third output of the control block 7 arriving at the control input of the block. Transfer center, code N- from total-. counter 13 is rewritten into subtractive counter 15 with a shift of one bit, i.e. in the subtractive scoreN ,, chike 15 the code is written - N-r-. The pulses from the pulse generator 9 are fed through the switch 12 through the output b to read off the reading of the detracting counter 15. When the deducting counter 15 clears, a pulse is generated at its output. Obviously, the moment of occurrence of this pulse corresponds to a quarter of the period u) t y. This pulse at the input b of the switch 11 arrives at the start of the time-impulse converter 8, which is used to convert the instantaneous value of the voltage, nor U (). This code (voltage goes to dividing block 16. By the output impulse of the subtracting counter 15, the moluperiod code from the summing counter 13 through the transfer block is again entered into the subtracting counter 15. Based on the obtained values of U (0) and y in block 16, the definition for the inductance coil, the quality factor l-Sh) for the capacitor loss tangent In the second measurement step, the current amplitude 1p is determined and then the parameters R, L, C. To determine the current amplitude from the signal from the first output of the control unit 7, switch 5 is transferred to This is the state in which it opens at input b and for a time-pulse converter 8 a voltage Uo (t), proportional to current i (t), flows through it. Switch 11 is still open at input b, and switch 12 at output b. At the moment current i (t) passes through the zero of switch 12, the output b is opened by the control signal from control unit 7, and pulses from the generator 9 of pulses are sent to the readout of the subtracting counter 15. The zeroing time of the subtracting counter 15, as in the previous case, half-current, i.e. its amplitude. The output of the subtracting counter 15 generates a pulse, which is supplied through the switch 11 to start the time-pulse converter 8. At the output of the converter 8, a code is formed that is proportional to the amplitude of the current Irrv. Claim Formula. A digital capacitance and inductance meter * containing a sinusoidal voltage generator connected to the measuring input