Преобразователь комплексных сопротивлений и проводимостей в напряжение

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК я)5 6 01 й 27/26 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ЕТЕ ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВИД ЕЛЬСТВУ ПЛЕКСНЫХ ДИМОСТЕЙ телях паративлений и генератор 4 я, входные змеряемого р 3, повториючателя 6, 7 ителя 8, 9. С спользуетсяльной цепи. кий Е.П.Электв, Вища школа,А, Соголо ли С. Льв Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при контроле параметров конденсаторов и катушек индуктивности в широком диапазоне частот,Известны устройства для преобразования комплексных сопротивлений в напряжение, состоящие из генератора синусоидального напряжения, операционного усилителя в инвертирующем включении, содержащего в цепи обратной связи образцовый резистор и измеряемый объект,Недостатком известных устройств является самовозбуждение преобразователя при измерении параметров качественных катушек индуктивности и конденсаторов, поскольку операционная схема преобразователя представляет собой активный дифференциатор и, как известно, характеризуется недостаочным запасом устойчивости.Наиболее близким по технической реализации к предлагаемому устройству является операционный преобразователь. Ех(21) 4946825/21 (22) 21.06.91 46) 15,07.93. Бю (71) Львовский и (72) В.В.Хома (56) Гаврилюк М ронные измерит 1978, рис. 2, 7, сВолгин Л.И. преобразовател боров и систем. рис, 14, а, с.45,л. %26олитехнический институ 35,налоговые операционныдля измерительных пр(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОМ СОПРОТИВЛЕНИЙ И ПРОВО В НАПРЯЖЕНИЕ(57) Использование: в измери метров комплексных сопро проводимостей, Он содержит синусоидального напряжени клеммы 1 для подключения и объекта 2, образцовый резисто тель 5 напряжения, два перекл и двэ дифференциальных усил целью повышения точности и коррекция сигналов в измерите 2 ил,состоящий из входных зажимов для подключения измеряемого объекта, образцового резистора, генератора синусоидального напряжения, двух переключателей и повторителя напряжения,Недостатками известного устройства является низкая точность преобразования комплексного сопротивления или проводимости в напряжение. Функция п реобраэования в режиме измерения параметров комплексных сопротивлений Ех и комплексных проводимостей тх имеет вид е равенства в уравнениях яют собой функцию преоб 1827646(4),разования идеальных преобразователей сопротивления и проводимости и выполняются соответственно при условиях Однако выполнение указанных условий приводит к резкому снижению чувствительности преобразователя. Следовательно, относительные погрешности преобразования известным устройством комплексных сопротивлений и проводимостей оцениваются выражениями Для обеспечения необходимой чувствительности на каждом из поддиапазонов измерения требуется, чтобы Лх = В и 1/Ух= йо. Поэтому в известном устройстве погрешность преобразования комплексных сопротивлений и проводимостей достигает 50 .Цель изобретения - повышение точности преобразования комплексных сопротивлений и проводимостей,Поставленная цель достигается тем, что в операционный преобразователь, содержащий два входных зажима для подключения измеряемого объекта, образцовый резистор, генератор синусоидального напряжения, повторитель напряжения и два переключателя, общий контакт первого переключателя соединен с первым входным зажимом преобразователя, а второй входной зажим одновременно соединен со входом повторителя напряжения и с первым выводом образцового резистора, второй вывод которого подключен к общему контакту второго переключателя, нормально разомкнутый контакт первого и нормально замкнутый контакт второго переключателей, а также генератор синусоидального напряжения соединены с общей шиной, введены два дифференциальных усилителя, причем выход генератора синусоидального напряжения подключен к неинвертирующему входу первого дифференциального усилителя, выход которого соединен одновременно с нормально замкнутым контактом первого и нормально разомкнутым контактом второго переключателей, а также с неинвертирующим входом второго дифференциального усилителя, выход повторителя напряжения соединен с инверти 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 рующими входами первого и второго дифференциальных усилителей, выход второго дифференциального усилителя является выходом устройства.Существенным отличием является коррекция сигналов в операционном преобразователе по алгоритму разработанному автором путем использования известных устройств (дифференциальных усилителей),Это позволяет, как показано ниже, на несколько порядков повысить точность преобразования параметров комплексных сопротивлений и проводимостей. Использование предлагаемого устройства в приборостроительной промышленности позволит создать дешевые портативные измерители параметров СЫ.На фиг,1 показана структурная схема устройства; на фиг.2 - варианты построения дифференциальных усилителей.Преобразователь комплексных сопротивлений и проводимостей в напряжение содержит входные клеммы 1 для подключения измеряемого объекта 2, образцовый резистор 3, генератор 4 синусоидального напряжения, повторитель 5 напряжения, первый 6 и второй 7 переключатели, первый 8 и второй 9 дифференциальные усилители.Выход генератора 4 подключен к неинвертирующему входу первого дифференциального усилителя 8, выход которого связан одновременно с неинвертирующим входом второго дифференциального усилителя 9, с нормально замкнутым контактом первого 6 и нормально разомкнутым контактом второго 7 переключателей, общие контакты первого 6 и второго переключателей соединены с одними из выводов соответственно измеряемого объекта 2 и образцового резистора 3, вторые выводы которых связаны между собой и через повторитель 5 подключены к инвертирующим входам первого 8 и второго 9 дифференциальных усилителей, нормально разомкнутый контакт первого 6 и нормально замкнутый контакт второго 7 переключателей, а также генератор 4 - заземлены, выход второго дифференциального усилителя 9 является выходом устройства,Рассмотрим вначале работу преобразователя в режиме измерения параметров комплексного сопротивления, В этом случае переключатели 6 и 7 находятся в положении "2.". К делителю напряжения, образованному из измеряемого сопротивления Ех и образцового резистора Я, подключено выходное напряжение 01 первого дифференциального усилителя. Через измеряемый объект протекает ток(12) 0-02=ЬЙо. где 02 - напряжение в общей точке соединения измеряемого объекта и образцового резистора.Падение напряжения на измеряемом объекте равно Связь выходного 01 и входных напряжений Ог и 02 первого дифференциального усилителя 8, схема которого представлена на фиг.2, а, описывается выражением где К - коэффициент усиления.Выходное напряжение преобразователя соответствует разности напряжений на входах второго дифференциального усилителя 9 (См, схему на фиг. 2,б) Решая систему четырех уравнений (5), (6),(7), (8) с четырьмя неизвестными Ох, 01, 02,17, получим уравнение преобразования х= - /(+ -) Р) Ех Ех, 1 ВоВо 1+К Погрешность преобразования комплексного сопротивления предложенным устройством равна Для измерения параметров комплексной проводимости переключатели 6 и 7 переводятся в положение "У". К делителю напряжения, образованному из образцового сопротивления Ка и измеряемой проводимости Ух, приложено напряжение 01, при этом измеряемый объект находится под напряжением 02 1 у=01 1 У ОгУх,1где 1 у - ток через измеряемый объект.Падение напряжения на образцовомрезисторе равно 25 30 35 40 45 50 55 Уравнение преобразования может быть получено путем решения системы уравнений (7), (8), (11), (12) Погрешность преобразования комплекснойпроводимости предложенным устройствомравна ду = -Ухало/(1+К) (14) Как следует из выражений(10) и(14), при коэффициенте передачи К=1000 погрешности преобразования комплексных сопротивлений и проводимостей не превышают 0,17 О. Таким образом, использование предложенного устройства позволяет на несколько порядков повысить точность измерения. Формула изобретения Преобразователь комплексных сопротивлений и проводимостей в напряжение, содержащий два входных зажима для подключения измеряемого объекта, образцовый резистор, генератор синусоидального напряжения, повторитель напряжения и два переключателя, общий контакт первого переключателя соединен с первым входным зажимом преобразователя, а второй входной зажим одновременно соединен с входом повторителя напряжения и с первым выводом образцового резистора, второй вывод которого подключен к общему контакту второго переключателя, нормально разомкнутый контакт первого и нормально замкнутый контакт второго переключателей, а также генератор синусоидального напряжения соединены с общей шиной, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования комплексных сопротивлений и проводимостей, в него введены два дифференциальных усилителя, причем выход генератора синусоидального напряжения подключен к неинвертирующему входу первого дифференциального усилителя, выход которого одновременно соединен с нормально замкнутым контактом первого и нормально разомкнутым контактом второго переключателей, а также с неинвертирующим входом второго дифференциального усилителя, выход повторителя напряжения соединен с инвертирующими входами первого и второго дифференциальных усилителей, выход второго дифференциального усилителя является выходом устройства.1827646 Ы 2.д Фаг. 2ставитель В, Хомхред М.Моргента апп орректо Реда кт Пр ул, Гагарина, 10 ственно-издательский комбинат "Патент", г, Уж Заказ 2358 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5