Преобразователь параметров трехэлементныхдвухполюсников b напряжение

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ80089 Сафз Советских Социелистических Республик(22) Заявлено 1710,78 (21) 2 б 75124/18-21 (51)М. КЛ. С ПРИСОЕДИМЕНИЕМ ЗаЯВКИ Нов(23) Приоритет 0 01 К 27/02 Государствеииый комитет СССР оо делам изобретеиий и открытий/Ордена Ленина институт проблем управления(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ В НАПРЯЖЕНИЕ Изобретение относится к устройствам контроля, преобразования и измерения параметров электрических цепей и определяемых ими величин.Известен автоматический мост, позволяющий измерять параметры трех- элементного двухполюсника. Его работа основана на подаче коротких и длинных импульсов напряжения на содержащую исследуемый и образцовый двухполюсники мостовую цепь и последующем ее уравновешивании регулировкой параметров образцового двухполюсника 11.Однако подача коротких и длинных 15 импульсов равносильна пропусканию через иссследуемый объект тока высокой частоты и постоянного тока, что не всегда допустимо, так как может вызвать необратимые изменения в объ екте, например, в объектах электрохимической или биологической природы.Известен также преобразователь, работа которого основана на подаче полигармонического сигнала на со держащую исследуемый и образцовый двухполюсники цепь сравнения, на формировании зависящего от параметров двухполюсников напряжения и на уравновешиваний цепи сравнения путем ЗО минимизации (сведения к кулю) сформированного напряжения регулировкойпараметров образцового двухполюсника.Этот преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников в напряжение содержит генератор полигармонического сигнала, подключенный черезрезисторы ко входам двух операцион. ных усилителей, в обратную связьодного из которых включен исследуемый двухполюсник, а в обратную связьдругого - образцовый двухполюсник срегулируемыми элементами и с идентичной исследуемому двухполюсникусхемой; выходы операционных усилителей подключены к вычитающему блоку,выход которого соединен с формирователем; три идентичных канала уравновешивания, каждый из которых состоит из последовательно соединенныхблоков выборки и хранения, управляемого ключа и суммирующего интегратора, причем выходы блоков выборкии хранения подключены к,выходу формирователя, а выходы суммирующих интеграторов - к управляющим входамрегулируемых элементов образцовогодвухполюсника и выходным зажимам;блок задания напряжений пробных воздействий, выходы которого соединеныс соответствующими входами суммирующих интеграторов; блок управления, соединенный с управляющими входами ключей и блоков выборки и хранения, блоком задания напряжений пробных воздействий и формирователем Г 2.7.Недостаток такого преобразователя заключается в его низкомбыстродействии (что важно для ряда практических задач, например, при исследованиях быстропротекающих процессов) Это объясняется тем, что в известном преобразователе в процессе уравновешивания, представляющем собой поиск минимума выходного напряжения формирователя.по трем переменным, используются пробные воздействия по всем 15 трем переменным, что, естественно, задерживает поиск. Поверхность минимизируемой функции в пространстве переменных оказывается сложной, что дополнительно затягивает процесс урав- Щ новешивания.Цель изобретения - повышение быстродействия преобразователя.Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников в напряжение, содержащий генератор поли- гармонического сигнала, подключенный через резисторы ко входам двух операционных усилителей, вычитающий блок, формирователь, блок задания напряжений пробных воздействий, блок управления и три канала уравновешивания два из которых идентичны и каждый состоит из последовательно соединенных блоков выборки и хранения, . З 5 управляемого ключа и суммирующего интегратора, а в третьем имеются управляемый ключ и интегратор, причем в обратную связь одного из операционных усилителей включен исследуемыйдвухполюсник, а в обратную связь другого - образцовый двухполюсник с регулируемыми элементами, выходы операционных усилителей подключены к вычитающему блоку, выход которого соединен с основным входом формирователя, выходом подключенного к рабочим входам блоков выборки и хранения, а управляющим входом - к соответствующему выходу блока управления другие выходы которого подключенысоответственно к управляющим входамключей, блоков выборки и храненияи блока задания напряжения пробныхвоздействий, выходами подключенногок входам соответствующих суммирующих 55интеграторов, выходы которых подключены к управляющим входам регулируемых элементов и выходным зажимам,в третий канал. уравновешивания дополнительно введены множительное звено,управляемый интегратор и нуль-органпричем один вход множительного звенаподключен к выходу вычитающего блока, другой - к генератору полигармонического .сигнала, а выход - через управляемый ключ к интегрирующемувходу управляемого интегратора, управляющий вход которого подключен к соответствующему выходу блока управления, а выход - к входу интегратора и через нуль-орган к входу блока управления.На чертеже представлен преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников в напряжение, схема.Преобразователь содержит генератор полигармонического сигнала 1, подключенный через резисторы 2 и 3 к операционным усилителям 4 и 5; исследуемый двухполюсник с элементами 6, 7 и 8 в обратной связи усилителя 4; образцо= вый двухполюсник с регулируемыми элементами 9, 10 и 11 в обратной связиусилителя 5;.вычитающее устройство12; формирователь 13; блоки 14 и 15выборки и хранения; множительное эвено 16; управляемые ключи 17, 18 и19; суммирующие интеграторы 20 и 21;интегратор 22; выходные зажимы 23,24 и 25; блок 26 задания напряженийпробных воздействий, блок 27 управления; управляемый интегратор 28 и нуль-орган 29. Блок 14 выборки и хранения, управляемый ключ 17 и интегратор 20 образуют один из каналовуравновешивания, блок 15 выборки ихранения, управляемый ключ 18 и интегратор 21 образуют другой канал уравновешивания, идентичный первому. Третий канал уравновешивания образован множительным звеном 16, управляемым ключом 19, интегратором 22, управляемым интегратором 28 и нуль- органом 29. Значения параметров элементов 9, 10 и 11 однозначно определяются значениями выходных напряжений соответственно интеграторов 21, 20 и 22.Преобразователь работает следующим образом.В исходном состоянии ключи 17 и 18 разомкнуты, а ключ 19 замкнут.Выходные напряжения интеграторов 20,21 и 22 равны некоторым начальным значениям О, О и О, а параметн и йры образцового двухполюсника - начальным значениям С" (емкость элемента 9), д, (проводимость элемента 10)9и К.н (сопротивление резистора 11).нНа первом такте по команде блока 27 управления, поступающей на управляющий вход интегратора 28, на выходе последнего формируется напряжениеОВ = ГЛ 5 - О 4.) е( с) И , ( ) гдеО 4, О - выходные напряжения уситлителей 4 и 5,е(с) - напряжение генератора 1",Т - время интегрирования,определяемое командойблока управления. Это напряжение поступает на интегратор 22, под действием выходного напряжения которого сопротивление В+, резистора 11 изменяется до значения800899 б, при котором О 8 = 0 (напряжение О при этом принимает некоторое значение О ), В этот момент нуль- орган 22 вырабатывает сигнал, по которому блок 27 управления размыкает ключ 19.. На втором такте по команде блока управления на выходе блока 13 Формируется напряжение боты преобразователя и т.д. дополного уравновешивания, когда справедливо равенство О 4 = О . Послеокончания переходных процессов в цепях преобразователя на его выходныхзажимах 23, 24 и 25, устанавливаютсянапряжения, пропорциональные параметрам исследуемого двухполюсникаО 2 з 97 О 24 Сь Ог 8 (5)где 9, С 6 и В - проводимость, емкость и сопротивление соответственноэлементов 7, 6 и 8.Процесс уравновешивания, когдауравновешивание по одной из переменной осуществляется без пробных воз действий, выделяет лишь незначи тельное время на осуществление. Одновременно за счет сокращения числапеременных, по которым поиск осуществляется с пробными воздействиями, 20 время процесса уравновешивания дополнительно сокращается. фЬ( 20 21 22) (БЬО ,О ) О 13 где время интегрирования Т определяется командой блока управления, значение и равно, например 2. Затем по команде блока 27 управления с блока 26 на интегратор 20 подается напряжение пробного воздействия, в результате чего напряжение на его выходы принимает значение О + ь Оп . (ьО приращение, определяемое размером напряжения пробного воздействия), а проводимость 10 - значение л" + д9 к) ь оНа выходе блока 13 по команде блока управления формируется напряжение Формула изобретения дЧ:Ч,н+ нн н1 ъ 1 ъ ао п а 42 1 ъй 2 оМ 2102) Ю 2Преобразователь параметров трех- которое запоминается блоком 14 выбор- элементных двухполюсников в напряки и хранения. После этого по сигна- жение, содержащий генератор полигарлу с блока 26 выходное напряжение монического сигнала, подключенный интегратора 20 принимает прежнее через резисторы ко входам двух опера- значение О 2 , а проводимость 10 - ционных усилителей, вычитающий блок, значение 9 йформирователь, блок задания напряже 1 ОНа третьем такте сначала формиру- ний пРобных воздействий, блок управ- ется напряжение (1), затем по коман-, ления и три канала уравновешивания, де блока 27 управления с блока 26 на два из котоРых идентичны и каждый интегратор 21 подается напряжение состоит из последовательно соединен- пробного воздействия, в результате ных блоков выборки и хранения, упчего напряжение на его выходе при- равляемого ключа и суммирующего ин-. нимает значение О, +дОп, а емкостьнтегратора, а в третьем имеются управ - значение С" +ьС 9 .9ляемый ключ и интегратор, причем в обНа выходе блока 13 по команде 40 ратную связь одного из операционных блока 27 управления формируется на- усилителей включен исследуемый двухпряжение полюсник, а в обратную связь другого - образцовый двухполюсник с регулируемыми элементами, выходы операциИ 1 ъ 2 о 2 н 2 а Оо,3 л,т), 45 онных усилителей подключены к вычитающему блоку, выход которого соединен с основным входом Формирователя, которое запоминается блоком 15 выбор- выходом подключенного к рабочим ки и хранения. После этого по сигна- входам блоков выборки и хранения, а лу с блока 26 выходное напряжение управляющим входом - к соответствую- интегратора 21 принимает прежнее0щему выходу блока управления другиеУ значение О , а емкость 9 - значение выходы которого подключены соответнС "твенно к управляющим входам клюНа четвертом такте по сигналам бло- чей, блоков выборки .и хранения и. ка .управления одновременно замыкают- блока задания напряжений пробных, ся ключи 17 и 18, запомненные напря.воздействий выходами подключенногоГжения ьЧ и аЧ поступают соответ- к входам соответствующих суммируюственно на интеграторы 20 и 21, в щих интеграторов, выходы которых подрезультате чего их выходные напряже- ключены к управляющим входам регуния принимают новые значения О и . лкруемых элементов и выходным зажи- О, а емкость 9 и проводимость 10 -мам, о т л и ч а ю щ и й с я тем, зйачения С 9 и а . После окончания: что, с целью повышения быстродейст(переходных процессов ключи 17 и 18 вия, в третий канал уравновешивания размыкаются, а ключ 19 замыкаетсядополнительно введены множительноеЗатем снова осуществляются первый, звено, управляемый интегратор и нуль- второй, третий и четвертый такты ра-орган, причем один вход множительно0ВНИИПИпо035, М Под омитета ССС открытий ая наб., д./5 филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул, Проектная,го звена подключен к выходу вычитаю- щего блока, другой - к генератору .- . полигармонического сигнала, а выход - через управляемый ключ к интегрирую.щему входу управляемого интегратора, управляющий вход которого подключен к соответствующему выходу блока управления, а выход - к входу интегратора и через нульорган к входу бло ка управления. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 467273, кл. С 01 Р 17/10.2. Кнеллер В. Ю. и Боровских Л.П.Измерение параметров объектов, представляемых многоэлементными двухполюсниками - "Измерения, контроль,автоматизация", В 3 (7), 1976, с.6,8,Рис. 5 (прототип),