Преобразователь параметров трехэлементных нерезонансных двухполюсников

(51) С 0 ГОСУД ПО ДЕ С НИ ЭОБР И СТВУ АВТОРСН ВИ тамбергертитут нефти ОВ ПОВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРЭ 648917, кл. б 01 Й 27/26, 1976.2. Авторское свидетельство СССРВ 538302, кл. Й 01 Й 27/00, 1976(54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРТРЕХЭЛЕИЕНТНЫХ НЕРЕЗОНАНСНЫХ ДВУХЛЮСНИКОВ, содержащий управляефаюй делитель напряжения, дцфференцирующийусилитель, первый сумматор напряжения, усилитель, при этом выход дифференцирующего усилителя соединен свходом управляемого делителя напряже.ния, а вход усилителя:соединен содним из зажимов для подключенияконтр(лируемого двухполюсника, входдиффереицирующего усилителя соеди нен с одним из входовсумматора напряжения, о т ли ч.а ю щ н й с ятем, что, с целью повышения быстродействия преобразователя, и него введены два генератора синусоидальныхсигналов, два переключателя, второйсумматор напряжения, четыре блокавычитания, резистор, два блока памяти,формирователь сигнала управления,двавычислителя и блок управления, причемвыходы генераторов синусоидальныхсигналов через первый переключатель.801054794 А соединены с другим зажимом для подключения контролируемого двухполюсника, с входом дифференциального усилителя и первым блоком вычитания, а выход усилителя, в обратной связи которого включен резистор, и выход управляемого делителя напряжения подключены к входам второго блока вычитания, при этом выход последнего соединен с входами первого и второго сумматоров напряжения, с вхо дами первого и третьего блоков вычитания, а также с,входами первого и второго вычислителей, выходы первого сумматора напряжения и первого блока вычитания подключены к первому вычислителю, а,выходы второго сумматора напряжения и третьего блока . вычитания подключены к второму вычис лителю, причем выход дифференцирующего усилителя соединен с вторыми входами второго сумматора напряжения и третьего блока вычитания, выход первого вычислителя через второй переключатель соединен.с входами первого и второго блоков памяти, вы- ( ходы последних соединены с входами четвертого блока вычитания, выход которого подсоединен к Формировате- Д дтю сигнала управления, при этом выход формирователя сигналауправ- ф 3 ления подключен к управляемому входу (ф управляемого делителя напряжения, причем управляющие входы первого и второго переключателей соединены с выходом блока управления.Изобретение относится к области электроизмерительной,техники, в част. ности к измерению параметров пассивных комплексных величин, и может быть использовано для измерения параметров объектов, например, в электрохимии и биологии при изучении природы электрохимических и биологических систем, в микроэлектронной, элект ро и радио, нефтяной и химической промышленностях для контроля различ ных изделий и технологических процессов.Известен измеритель параметров пассивных двухполюсйиков, содержащий генераторы синусоидальных сигналов, операционный усилитель, регулируемый элемент, два фазочувствительных вольтметра, фазовращатель, формирователь, нуль-орган, блок выдержки времени, переключатель и20 пос оянный резисторГ 1 1.Недостатком известного устройства является низкая точность и чувствительность, поскольку характеристики отрицательных элементов в широком диапазоне напряжений в принципе нелинейны. Погрешность измерителя обусловлена также и тем, что отрицательные сопротивления являются частотно-эависимыми и поэтому результаты отсчета по измеряемым парамет- З 0 рам двухполюсника после приведения цепи в измерительное состояние будут каждый раз сложным образом зависеть от частоты синусоидального сигнала генератора, от времени преры вания этого сигнала, от наличия гармоник в сигнале, возникающих вследствие нелинейности отрицательного сопротивления, малый предел измерения, поскольку отрицательные сопротивления могут существовать только и пределах ограниченной области вольт амперных характеристик этих сопротивлений. Из-за непосредственной коммутации сигнала ограничивается верхний частотный предел работы измерителя.Наиболее близким технически решением к изобретению является преобразователь параметров нерезонансных пассивных трехэлементных двухполюс ников, содержащий источник частотно- модулированного сигнала, дифференцирующий усилитель, суммматор напряжений, два управляемых делителя напряжения, интегрирующий усилитель, 55 Фазочувствительный индикатор, два логометрических преобразователя и два усилителя 23Недостатком преобразователя являЬтся низкое быстродействие из-за двух 60 контуров уравновешивания и их взаимосвязи, невысокая точность измерения искомых параметров двухполюсника. Ре- зультат. измерения одного из параметров зависит от напряжения источни ка частотно-модулированного сигнала, что снимает точность измерения, поскольку трудно осуществить стабильность напряжения источника в широком диапазоне частот. Вследствие того, что уравновешивание происходит в режиме постоянных изменений частоты источника сигнала, возникают дополнительные динамические погрешности, Исследуемый двухполюсник включается во входную цепь усилителя, при этом в обратную связь этого усилителя включают конденсатор, в результат во.-.никает потребность в стабилизации режима усилителя по постоянному току, Обычно для этой цели используют Т-образный мост, шунтирующий конденсатор в цепи обратной связи усилителя, что приводит к дополнительным погрешностям преобразования.Цель изобретения - повышение быстродействия преобразования за счет исключения второго контура уравновешивания.Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь параметров трехэлементных нерезонансных двухполюсников содержащий усилитель, первый сумматор напряжения, усилитель, при этом выход дифференцирующего усилителя соединен с входом управляемого делителя напряжения, а вход усилителя соединен с одним из зажимов для подключения контролируемого двухполюсника, вход дифференцирующего усилителя соединен с одним из входов сумматора напряжения, в пре образователь введены два генератора синусоидальных сигналов, два переключателя, второй сумматор напряжения, четыре блока вычитания, резистор, два блока памяти, формирователь сигнала управления, два вычислителя, блок управления, причем выходы генераторов синусоидальных сигналов через первый переключатель сое динены с другим зажимом для подключения контролируемого двухполюсника, с входом дифференциального усилителя и первым блоком вычитания, а выход усилителя, в обратной связи которого включен резистор, и выход управляемого делителя напряжения щздключен к входам второго блока вычитания при этом выход последнего соединен с входами первого и второго сумматоров напряжения, с входами первого и третьего блоков вычитания, а также с входами первого и второго вычислителей, выходы первого сумматора напряжения и первого блока вычитания подключены к первому вычислителю, а выходы второго сумматора напряжения и третьего блока вычитания подключены к второму вычислителю, причем выход дифференцирующего усилителя соединен с вторыми входами, как второго сумматора напряжениятак и третьего блока вычитания,выход первого вычислителя через второй переключатель соединен с входамипервого и второго блоков памяти,выходы последних соединены с входами четвертого блока вычитания, выход 5которого подсоединен к формирователюсигнала управления, при этом выходформирователясигнала управления подключен к управляемому входу управляемого делителя напряжения, причем 10управляющие входы первого и второгопереключателей соединенЫ с выходомблока управления.На чертеже показана функциональная схема преобразователя. 15Преобразователь содержит два генератора 1 и 2 синусоидальных сигналов различной частоты, два переключателя 3 и 4, усилитель 5, дифференцирующий усилитель б, контролируемыйдвухполюсник 7, состоящий из конденсаторов 8,9 и резистора 10,четыре блока 11-14 вычитания, резистор 15, управляемый делитель 16 напряжения, двасумматора 17 и 18 напряжения, блок 19управления, два блока 20 и 21 памяти, 25формирователь 22 сигнала управленияи два вычислителя 23 и 24.Выходы генераторов 1 и 2 черезперекюпочатель 3 подключены к дифференцирующему усилителю б, контролируемому двухполюснику 7, к сумматору 17 напряжения и к блоку 13 вычитания. В обратной связи усилителя 5включен резистор 15, а выход усилителя подключен к блоку 11 вычита- З 5ния, выход дифференцирующего усилителя 6 через управляемый делитель 16напряжения также присоединен к блоку 11 вычитания, а выход последнегосоединен с сумматорами 17, 18 напряжения, с блоками 13, 14 вычитания ис вычислителями 23 и 24. Выход дифференцирующего усилителя б подключенк входам сумматора 18 и блока 14 вычитания, а выходы последних соединены с вычислителем 24. Выход вычислителя 23 через переключатель 4 подключен к блокам 20, 21 памяти, выходыпоследних соединены с блоком 12вычитания, а его выход подключен кформирователю 22 сигнала управления. Выход Формирователя 22 соединен с управляющим входом делителя 16 напряжения, Блок 19 управления подключен к управляющим входампереключателей 3 и 4. 55Устройство работает следующимобразом.Блок 19 управления периодическии в два такта управляет переключателями 3 и 4. В первом такте переключатель 3 подключает к измерительной цепи генератор 1 синусоидального сигнала; во втором такте - генератор 2 синусоидального сигнала. Таким же образом, в первом такте переключатель 4 подключает выход вы числителя 23 к входу блока 20 памяти, а во втором такте - к входу блока 21 памяти. В момент занесения информации вблок 20, 21 памя- ти ранее записанная в нем информация автоматически стирается. В первом такте генератор 1 синусоидального сигналачерез переключатель 3 питает измерительную цепь, состоящую из усилителя 5, дифференцирующего усилителя б, управляемого делителя 16 напряжения и блока 11 вычитания. Напряжения с выхода генерато-, ра 1 синусоидального сигнала и с выхода блока 11 вычитания поступают на сумматор 17 напряжения, на блок 13 вычитания где происходит векторное сложение и вычитание этих напряжений. Далее напряжение с выхода блоков 11, 13 вычитания и с выхода сумматора 17 поступают в вычислитель 23, в котором эти напряжения об рабатываются, т.е. преобразуются в числовые эквиваленты,.а затем над этими числами производятся вычислительные операции. Сигнал а выхода вычислителя 23 через переключаталь 4 поступает на блок 20 памяти, где значение этого сигнала запоминается. Во втором такте к измеритель ной цепи подключается генератор 2 синусоидального сигнала, а значение сигнала с выхода вычислителя 23 запоминается уже .в блоке 21 памяти.Раз ность сигналов с блоков 20 и 21 па мяти, которая имеет место на выходе блока 12 вычитания, поступает на Формирователь 22 сигнала управления, в качестве ксторого может быть любое интегрирующее звено, например, электродвигатель, интегратор, устройство памяти и т.д. Формирователь 22 сигнала управления изменяет коэффициент деления управляемого делителя 16 напряжения до тех пор, пор, пока сигнал на выходе блока 12 вычитания не будет равен нулю. Как правило, д.я первоначального приведения измерительной цепи в состояние квазиравновесия требуется 3-5 тактов. В дальнейшем после каждого следукицего такта преобразователь отслеживает коэффициент передачи управляемого делителя 16 напряжения. После достижения преобразователем измерительного состояния параметры контролируемого двухполюсника 7 ,определяются следующим образом. Измеряемую емкость конденсатора 8 определяют по значению сигнала на выходе Формирователя 22 сигнала управления, измеряемое сопротивление резистора 10 определяют по значению сигнала на выходе вычислителя 23, а изме. ряемую емкость конденсатора 9 определяют по значению сигнала на выходе вычислителя 24.Существенной особенностью преобра. зователя является наличие только1054794 Составитель Л.СотниковаРедактор О.Колесникова Техред Т,фанта Корректор О.тиго 3 100/52ВНИИПИ Гос по делам и113035, Мо аказ Тираж 710дарственного комиобретений и открыква, Ж, Раушск Подписиета СССРийя наб д. 4 лиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 одного контура уравновешивания, одной регулировки, в качестве которойможет использоваться образцовая переменная мера (магазин сопротивлений,цифроуправляемое сопротивление и т.д.отсутствие в цепях обратных связей 5усилителей., конденсаторов исключаеттрудности, связанные с стабилизациейЮЖИма работы усилителей по постоянФйу току.(тем савам исключается целый ряд погрешностей преобразования.3 Устройство может работать сбольшой точностью в широких диапазонах частот и входных напряжений . Вычислители 23 и 24 могут быть выполнены с использованием современныхмалогабаритных, высокоточных аналогоцифровых преобразователей ипрограмируеьых микрокалькуляторов.