Частотный преобразователь комплексного сопротивления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 19) (11) К 27/2 151) АНИЕ ИЗОБРЕТЕН ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(2 (2 рдена иацион оролев ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОтнРыти 1) 3667256/24-2 12) 29.11.83(71) Куйбышевский о Трудового Красного Знамени ав ный институт нм. акад. С.П.К а (53) 621.317.33(088.8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР Н 779916, кл. С 01 К 27/02, 1980,2. Авторское свидетельство СССР Ф 919889, кл. С 01 К 27/26, 1982 (прототип).(54)(57) ЧАСТОТНЫИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КРИПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ, содержащий измерительную цепь, выполненную на операционном усилителе, входная цепь которого содержит клеммы для подключения исследуемой цепи, в цепЬ отрицательной обратной связи включен конденсатор, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены генератор гармонических колебаний, состоя- ф щий из .С -генератора с параллельным колебательньвч контуром и повторителя напряжения, трансформатор, формирователь импульса, переключатель,конденсатор, интегратор, управляемоесопротивление, резистор и неинвертирующий усилитель, причем выход генератора гармонических колебаний подсоединен к первичной обмотке трансформатора, первому входу формирователя импульса и к входу измерительной цепи, выход которой подсоединенк второму входу формирователя импульса и первому входу, переключателя, выход которого через конденсатор подсоединен к колебательному контуруС -генератора, а выход формировате.ля импульса подсоединен к интеграто-ру, выход которого соединен с управляющим входом управляемого сопротивления, один вьнод которого соединенс вторичной обмоткой трансформатора,а другой вывод - с входом неинвертирующего усилителя, выход которогосоединен с вторым входом переключателя, и через резистор - с инвертирующим входом операционного усилителя измерительной цепи.Изобретение относится к электроиэмеительной технике и может быть использовано для, измерения составляющих комплексного сопротивления, а также при измерении неэлектрических величин с помощью емкостных первичных преобразователей.Известно устройство прямого преобразования емкости и активной проводимости в напряжение постоянного 10 тока, содержащее генератор, фазовращатель, линейный преобразователь, сос гоящий иэ операционного усилителя на входе котороговключено измеряемое сопротивление, а в цепи обратной связи включено образцовое сопротивление, фазовый детектор и вольтметр 13.Недостаток этого устройства - зависимость результата измерения реактивной составляющей от частоты и напряжения генератора синусоидальных колебаний, а активной составляющей - от напряжения генератора.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь параметров Р - и ЙС -цепей в период электрических колебаний, содержащий компаратор, соединенный с входом интегратора и измерительной цепи, выполненной на операционном усилителе, во входной цепи и цепи отрицательной обратной связи которой включены соответственно исследуемая цепь и опорный элемент, а выход измерительной цепи соединен с входом, сумматор, переключатель рода работ, делитель, генератор коротких импульсов и запоминающий блок 23.Недостатком данного устройства является невозможнос 1 ь градуировки40 измерительного прибора (вольтметра) в единицах измеряемой величины, так как необходимо измерять приращение напряжения на Фиксированном интервале времени и линейном участке возрас тания или уменьшения напряжения( .1м 1 Ф), а также наличие методическойкпогрешности, зависящей от отноше- ния 1(ЙС, где 1 - длительность я короткого импульса; Я и С - параметры исследуемой 9 с -цепи. Эта погрешность возрастает при"простран-ственном разделении исследуемой цепи и преобразователя, так как имеет, у место задержка в линии связи, определяющая минимально допустимую длительность импульса 1. Цель изобретения - повышение точ. ности.Поставленная цель достигается тем, что в частотный преобразователь комплексногосопротивления, содержащий измерительную цепь, выполненную на операционном усилителе, входная цепь которого содержит клеммы. для подключения исследуемой цепи, в цепь отрицательной обратной связи включен конденсатор, введены генератор гармонических колебаний, состоящий из ЬС в генерато с параллельным колебательным контуром и повторителя напряжения, трансформатор, формирователь импульса, переключатель, конденсатор, интегратор, управляемое сопротивление, резистори неинвертирующий усилитель, причемвыход генератора гармонических колебаний подсоединен к первичной обмотке трансформатора, первому входу формирователя импульса и к входу измерительной цепи, выход которой подсоединен к второму входу формирователя импульса и первому входу переключателя, выход которого через конденсатор подсоединен к колебательному контуру И -генератора, а выходформирователя импульса подсоединен к интегратору, выход которого соединен с управляющим входом управляемого сопротивления, один вывод которого соединен с вторичной обмоткойтрансформатора, а другой вывод - с входом неинвертирующего усилителя,выход которого соединен с вторым входом переключателя, и через резистор - с инвертирующим входом операционного усилителя измерительнойцепи.На фиг. 1 представлена структурная схема частотного преобразователя комплексного сопротивления;на фиг. 2 - временные диаграммыформирования управляющвго напряжения на выходе интегратора. Преобразователь содержит генератор 1 гармонических колебаний, состоящий из 1,С-генератора с параллель. ньи колебательным контуром м повторителя напряжения, трансформатор 2, формирователь 3 импульса, измерительную цепь 4, переключатель 5, конденсатор 6, интегратор 7, управляемое сопротивление 8, неинвертирующий усилитель 9 и резистор 10.Выход генератора 1 соединен с первичной обмоткой трансформатора 2, с первым входом формирователя им - пульса 3, входом измерительной цепи 4, выход которой соединен с вторым входом формирователя 3 импульса, и первым входом переключателя 5, выход которого через конденсатор 6 соединен с колебательным контуром 1.С -генератора; а выход формирователя 3 импульса соединен с интегратором 1, выход которого соединен с управляющим входом управляемого сопротивления 8, один вывод которого соединен с вторичной обмоткой трансФорматора 2, а другой вывод - с входом неинвертирующего усилителя 9, выход которого соединен с вторым входом переключателя 5 и через резистор 10 - с инвертирующим входом операционного усилителя измерительной цепи .4.Устройство работает следующим образом.Конденсатор 6 через переключатель 5 соединен с выходом измерительной цепи 4. При О = О управляемое сопротивление 8 имеет максимальную величину и ток через резистор 1 О равен нулю. 145302 4равным нулю. В этом случае длительность импульса на выходе формирователя станет равной нулю, а напряжение на выходе интегратора будет сохраняться неизменным.Этому состоянию соответствует равенство нулю суммы токов через резисторы на входе операционного усилителя измерительной цепи 4. О"означив 10 напряжение на вторичной обмотке тран 0гсформатора через О:- в , где н -икоэффициент трансформации, получимО 015 -0Ь Р+ Я 1При этом напряжение О содержит только синфазную составляющуюС. сосЭто напряжение подается на конденсатор 6. На резонансной частоте сумматоков ветвей колебательной системы 1, С , С равна нулюа 1.О 1 ш С 10-О )ю С:О,огкуда период колебаний Т равен 30есгде О и О - комплексные амплитудыгнапряжения,2 ос(2 - комплексный коэфФициентпередачи измерительной цепи.При этом напряжение О запаздывает по фазе относительно О . Формировагтель, на вход которого поступают напряжения О и О, формирует в каждом периоде колебаний импульс напряжения постоянной амплитуды н длитель ностью Ф= /ш, где и - рабочая частота генератора 1; 1 - сдвиг Фаз между О и О, За время действия этого импульса интегратор интегрирует его, что показано на фиг. 2. Результатом интегрирования является напряжение 04, под действием. которо го изменяется управляемое сопротивле ние, оно уменьшается с увеличением О , При этом под действием напря жения О увеличивается ток через резистор 10 и сопротивление 8. Уве- личение 0 и т)ка происходит до тех пор, пока сдвиг фазне станет что подтверждает зависимость периодаколебаний от емкости измерительнойцепи 4 С.При замкнутом втором входе переключателя 5 на его выход на конденсатор 6 поступает напряжение 0 с выхода неинвертирующего усйлителя 9.После сведения к нулю квадратурной 40составляющей напряжения 11 напряжение О равно . Цку - - йк;где В - коэффициент усиления усили теля 9.В этом случае для нахождения резонансной частоты (период колебаний) вуравнение для суммы токов ветвейколебательной системы необходимо. подставить значение напряжения 0вместо 0, откуда получим1 1Т=2 я. С С 1+Таким образом, измеряемым пара. метром генератора 1 является периодколебаний, зависящий от Ск или от18, что определяется положениемпереключателя 5.Использование предлагаемой схемы преобразователя в информационно-измерительной системе позволяет сни 1145302 6зить погрешность преобразователя емкости измерительной цепи 4 С до 0,27. при С с 50 пФ и ЙЪ 1 1 О Ом.