Преобразователь параметров трех-элементных двухполюсников

Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл. с присоединением заявки Йо С 01 й 27/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(088.8) Дата опубликования описания 30, 0 3, 81(72) Авторы изобретения В.П. Маланин и К.Н. Чернецов Пензенский политехнический институт(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к измерению составляющих комплексныхвеличин сопротивлений переменному5току, и может быть использовано приизмерении информативных параметровдатчиков,Известно устройствсэ для измерения параметров нерезонансных пассивных трехэлементных двухполюсников,содержащее источник ЭДС,выход которого соединен с первичной обмоткойпервого трансформатора, вторичныеобмотки которого соединены с исследуемым двухполюсником, а также с 15образцовыми проводимостями, подключенными ко второму и третьему трансформаторам, ко вторичным обмоткамкоторых подключены три усилителя,в цепях обратной связи которых включены резисторы, выход первого усили.теля подключен к указателю равновесия, выходы второго и третьего усилителей подключены к амплитудно-дифференциальному усилителю, выход треть 25его усилителя также подключен к амплитудному детектору огибающей ГЦ .Недостатком известного устройстваявляется низкое быстродействие засчет того, что результат измерения 30 получается путем последовательного приведения измерительной цепи в два состояния квазиравновесия и последующего преобразования параметров двух- элементной цепи, высокая сложность за счет наличия четырех регулируемых элементов.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь параметров нерезонансных пассивных трехэлементных двухполюсников, содержащий источник частотно-модулированного сигнала, выходы которого подключены к первичной обмотке трансформатора, первая вторичная обмотка которого подключена к входной клемме преобразователя, один конец второй вторичной обмотки подключен к входам первого управляемого делителя напряжения и первого логометрического преобразователя, другой конец к входам второго и третьего логометрических преобразователей и фазочувствительного индикатора, вторая входная клемма преобразователя подключена к входу первого усилителя, к которому также подключен первый образцовый конденсатор, второй вывод которого соединен с выходом первого управляемого делителянапряжения, со вторым входом первогологометрического преобразователя исо вторСм образцовым конденсатором,второй вывод которого соединен с выходом первого логометрического преобразователя, с образцовым резистором и со входом Рторого усилителя,,н обратную цепь которого включен третий образцовый конденсатор, выходвторого усилителя соединен со входами второго управляемого делителянапряжения, фаэочунстнительногоиндикатора и третьего логометрического преобразователя, выход которого подключен к амплитудному детектору огибающей 123.Недостатком известного преобразователя является то, что он имеетнизкую точность или ограниченныефункциональные возможности вследствиеналичия в цепи отрицательной обратной связи операционного. усилителя,в прямой цепи которого включен исследуемый двухполюсник с изменяющимися в широких пределах параметрами элементов, управляемого делителянапряжения с регулируемым в широкихпределах коэффициентом передачи,Максимальное изменение коэффициентапередачи Я цепи отрицательной обратной связи, зависящего как отпараметров исследуемого двухполюсника, так и от коэффициента передачиуправляемого делителя напряжения,ограничено критическим значениемпетлевого усилителя А Р при котором усилитель самовозбуждается (теряет устойчивость работы). Поэтомуприходится илн уменьшить значениекоэффициента передачи цепи обратнойсвязи /3, что снижает функциональные возможности преобразователя,илиуменьшить коэффициент усиления усилителя к, что снижает точностьпреобразования,Цель изобретения - повышение точности измерения.Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь параметрон трехэлементных двухполюсников, содержащий источник частотно-модулированного сигнала, первый усилитель, вход которого соединен с входной клеммой преобразователя и с первым образцовым конденсатором, а выход со входом логометрического преобразователя и с первым входом первого управляемого делителя напряжения, выход которого соединен со вторым входом логометрического преобразователя, второй образцовый конденсатор, первый вывод которого соединен с первыми выводами образцового резистора и третьего образцового конденсатора и с входом второго усилителя, выход которого соединен со вторым выводом третьего образцового конденсатора и со входами второго управляемого делителя напряжения, фазочувЗО 35 40 45 50 55 60 65 ствительного индикатора, амплитудного детектора огибающей, выход которого соединен со вторым входом первого управляемого делителя напряжения, выход фазочувствительного индикатора подключен ко второму входу второго управляемого делителя напряжения, выход которого соединен со вторым выводом образцового резистора, введен сумматор напряжений, первый вход которого соединен с выходом источника частотно-модулированного сигнала и с другой входной клеммой преобразователя, второй вход соединен с выходом первого управляемого делителя напряжения, а выход - со вторым входом фазочувствительного индикатора и с управляющим входом источника частотно-модулированного сигнала, вторые выводы первого и второго образцовых конденсаторов подключены к выходу первого усилителя.На чертеже приведена функциональная схема преобразователя параметров трехэлементных двухполюсникон, состоящих, например, иэ последовательного соединения емкости и комплексного сопротивления, представляющего собой параллельное соединение активной проводимости (сопротивления) и емкости.Преобразователь содержит управляемый по амплитуде источник 1 частотно- модулированного сигнала, подключенный через исследуемый днухполюсник 2, содержащий элементы 3 (С), 4 (С,) и 5 (К ), к входу усилителя б, в цепи обратной связи которого включен образцовый конденсатор 7. Выход усилителя б через образцовый конденсатор 8 соединен со входом усилителя 9, н цепях обратной связи которого включены соответственно образцовый конденсатор 10 и цепочка из второго упранляемого делителя 11 напряжения и образцового резистора 12. Выход усилителя 9 соединен через амплитудный детектор огибающей 13 с управляющим входом первого управляемого делителя 14 напряжения, а также с входом фазочувствительного индика" тора 15, выход которого соединен с управляющим нходом второго управляемого делителя 11 напряжения, выход сумматора 16 напряжений соединен .с другим нходом фазочунстнительного индикатора и управляющим входом источника 1 частотно-модулированного сигнала. Один вход сумматора 16 напряжений соединен с выходом источника 1 частотно-модулированного сигнала, а другой вход с входом логометрического преобразователя 17 и выходом первого управляемого делителя 14 напряжениЯ, вход которого соединен с другим входом логометрического преобразователя 17 и выходом усилителя б.Преобразователь работает следующимобразом.=-б 7 И)1/1 аСЭ "/ 1/й, 1 С 4)5апряжение на выходе источника 1 частотно-модулированного сигнала.При большом коэффициенте усиления К -эь усилителя 6 ток 1 про 3 1 текаю 8 ий ерез исследуемый двухполюс ник 2, равный току 1 , протекающему 1 через емкость, равен току 1 у, протекающему через конденсатор 7, т,е. т=7 З - Эу. 1(2) К 1( /Ра"С 4 = 5 10,15 откуда СО Ра й С 45 20 Подставляя (11) в (10), получим(оа напряжение О, на выходе управляемого делителя напряжения 11 с уче;том (11) равно 25 ЗО 35 менением Ку,получаем С -- О)7К(4Напряжение Оуб на выходе сумматора 40 16 напряжений равно напряжению О 4 В приложенному к лараллельному соединению элементов 4 и 5 двухполюсника 2. о 45(15) Как видно из выражения 12, напряжениепри выполнении условий (15), (9) и (5) не зависит от частоты. Условия (15) и (9) автоматически выполняются применением соответственно автоматической стабилизации напряжения О по модулю (связь с выхода сумматора 16 напряжений на управляющий вход источника 1 частотно-модулированного сигналас и Фазочувствительного индикатора Напряжение на выходе усилителя 6равно Напряжение Оу 4, на выходе первогоуправляемого делителя напряжения14 равно где Ку - коэффициент передачи первого уйравляемого делителя 14 напряжения,НапРЯжение Оуб на выходе сУмматора 16 напряжений с учетом предыдущих выражений равно 1 1/)с, + "/(1 к,+ .)4) Как видно из выражения (4), привыполнении условия (1,С С .К достигаемого иэНапряжение О на выходе усилителя9 равно ф . 50где К - коэффициент передачи упУСравляемого делителя 11 напряжения,Подставляя выражения (1) в (7),получимО ОоСу 41 дСфЦ(ЦВ 1(дС 411(,)ИС К ЦН 1 60При выполнении условия синфазности напряжения О и напряжения От.е.м65 достигаемого изменением коэффициентапередачи К у управляемого делителя11 напряжения сигналом с выхода Фазочувствительного индикатора 15, находим О 9 С 8 (ас( , С 1к01 б СУ+ К 1/й СУ4 й и "/Р (Я С 4 СЬйи 4(1 ИС 4 1(й 53 ЯС 10Оо) При выполнении условия (9) находим Сз- бд 1 (13)11 9 1( 1 б С 7 КВеличина А у отношения напряженийОб и О ,измеряемая логометрическимпреобразователем 17 с учетом (3, и(14)О(4Как видно из выражений 12-14, напряжения ОО,д и выходной сигнал А у логометрического преобразователя 17 пропорциональны соответственно параметрам С, К и С исследуемого двухполюсника 2. При этом для того, чтобы исключить влияние изменения напряжения Об на результат измерения при изменении параметров исследуемого двухполюсника 2(ф, необходимо застабилизировать напряжение 0 по модулю, используя управляемый йо амплитуде источник 1 частотно-модулированного сигнала путем изменения его выходного напряжения Оо до выполнения условия817608 10 Подписн 0 Тираж ИИПИ Заказ 14 оектная,4 ал ППП "Патент",г.ужгород 15), если не выполняется условие(5), то напряжение О зависитот частоты и амплитудный детектор огибающей 13 частотно-модулированного сигнала своим выходным сигналом автоматически изменяет коэффи 5 циент передачи К, управляемого делителя 14 напряжения до выполнения условия (5), когда справедливысоотношения 12-14,Формула изобретения Преобразователь параметров трех- элементных двухполюсников, содержащий источник частотно-модулированного сигнала, первый усилитель, вход которого соединен с входной клеммой преобразователя и с первым образцовым конденсатором, а выход - со входом логометрического преобразователя и с первым входом первого управляемого делителя напряжения, выход которого соединен со вторым входом логометрического преобразователя, второй образцовый конденсатор, первый вывод которого соединен с первыми выводами образцового резистора и третьего образцового конденсатора и с входом второго усилителя, выход которого соединен со вторым выводом третьего образцового конденсатора и со входами второго управляемого делителя напряжения,фазочувствительного индикатора,амплитудного детектора огибающей,выход которого соединен со вторымвходом первого управляемого делителянапряжения, выход фазочувствительного индикатора подключен ко второмувходу второго управляемого делителянапряжения, выход которого соединенсо вторым выводом образцового резистора о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности измерения, введен сумматор напряжений, первый вход которого соединен с выходом источника частотномодулированного сигнала и с другойвходной клеммой преобразователя,второй вход соединен с выходом первого управляемого делителя напряжения,а выход - со вторым входом фазочувствительного индикатора и с управляющим входом источника частотно-модулированного сигнала, вторые выводыпервого и второго образцовых конденсаторов подключены к выходу первогоусилителя. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 248065, кл, С 01 й 27/02, 1968.2. Авторское свидетельство СССРМ 536437, кл. 6 01 В 17/06, 1974