Преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубликвв аевек взебветевкв в етхвь 1 тяй(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ ДВ УХ ПОЛК)ОН ИКОВИзобретение относится к электроиэмерительной технике, в частности к измерению параметров пассивных комплексныхвеличин и может быть использовано дляизмерения параметров объектов, напримерв электрохимии и биологии при изучении5природы электрохимических и биологических систем, в микроэлектронной, элекгрои радио-нефтяной и химической промышленностях для контроля как различных1 Оизделий, гак и различных технологических процессов,Известен преобразователь параметровнерезонвнсных пассивных грехэлементних двухполюсников, содержащий источа 15ник частотно-модулированного сигнала,дифференцирующий усилитель, сумматорнапряжений, два управляемых делителянапряжений, интегрирующий усилитель,фаэочувствительный индикатор, два логоМетрических преобразователя и усилитель 1,Недостатком преобразователя являетсяневысокая точность измерения искомых 2параметров двухполюсникв. Результат измерения одного иэ пвраиетров зависит от напряжения источника частотно-модулированного сигнала, что снижает точность измерения, поскольку трудно осуществить стабильность напряжения ис;очника в широком диапазоне частот. Иза того, что уравновешиввние происходит в режиме постоянных изменений частоты источника сигнала, возникают дополнительные динамические;погрешности. Исследуемый двухполюсник вкпючается во входную цепь усилителя твк, что возникает потребность в стабилизации режима усилителя по постоянному току, Преобразователь имеет низкое быстродействие, связанное с наличием взаимосвязи двух контуров уравновешивания.Наиболее близким к,предлагаемому по технической сущности является измеритель параметров пассивных двухполюсников,содержаций генератор сипусоицальньтх сигналов, операционный усилитель, регулируемый элемент, два фазочувсгвигель1000 3ных вольтметра, фазовращатель, нульорган, блок выдержки времени, переключатель и постоянный резистор 2.Недостатками измерителя являютсянизкие точность и чувствительность измерения, так как сами характеристики отрицательных элементов в диапазоне амплитуд нелинейны, а при работе измерителя на отрицательное сопротивление ( резистор) поступают импульсы различной 1 Оамплитудывозникающие при периодическом переводе переключателя из одногоположения в другое. Значительная погрешность измерителя обусловлена и тем, чтоотрицательное сопротивление являетсячастотно-зависимым и поэтому результаты отсчета по параметрам двухполюсника после приведения цепи в измерительное состояние зависят от частоты синусоидального сигнала генератора, от временипрерывания этого сигнала и от наличиягармоник сигнала, возникающих из-занелинейности отрицательного сопротивления,Значительная погрешность обусловлена также малыми пределами измерения,поскольку отрицательные сопротивлениямогут существовать только в пределахограниченной области вольт-амперныххарактеристик этих сопротивлений. Крометого, из-за коммутации сигнала сильноограничивается верхний частотньй пределработы изме ителя,К недостаткам относится также наст .ройки измерителя, поскольку здесь на первом месте стоит вопрос об устойчивостисхем с отрицательными импедансами.Цель изобретения - повышение точности измерения путем исключения изпреобразователя регулируемого элемента46с отрицательным сопротивлением.Поставленная цель достигается тем,что в преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников, содержащийгенератор синусоидальных сигналов, пе 45реклю.атель, операционный усилитель,блок выдержки интервала времени, приэтом управляющий вход переключателясоединен с выходом блока выдержки интервала времени, два фазочувствительных детектора, постоянный резистор,регулируемый элемент и формировательсигнала управления, причем выход послсднего соединен с управляющим входомрегулируемого элемента, введены второйгенератор синусоидальных сигналов, вто- ффрой переключатель, второй операционныйусилитель, второй постоянный резистор,два блока вычитания, два делителя непря 933 4жения, два блока памяти, интегратори блок преобразования переменного сигнала в постоянный, причем выходы генераторов через первый переключатель соединены с входом интегратора, первым входомпервого фазочувствигельного детектораи через постоянные резисторы с входами операционных усилителей, выходыпоследних подключены к входам первогоблока вычитания, а выход блока непосредственно соединен с вторыми жодамифазочувсгвигельных детекторов и черезблок преобразования переменного сигналав постоянный с вторыми входами делителей напряжения, при этом первый входпервого делителя напряжения подключенк выходу первого фазочувствигельногодетектора, а выход интегратора черезвторой фазочувствигельный детектор соединен с первым входом второго делителянапряжения, выход последнего через второй переключатель соединен с входамипервого и второго блоков памяти, кроме того, в обратную связь одного изоперационных усилителей включены зажимы для подключения объекте измерения,а в обратную связь другого - регулируемый элемент, выходы блоков памятисоединены с входами второго блока вычитания, а его выход - с формирователем сигнала управления, причем управляющий вход второго переключателя также подключен к выходу блока выдержки интервала времени,На чертеже представлена структурнаясхема преобразователя параметров трехэлементных двухполюсников.Преобразователь содержит два генератора 1 и 2 синусоидальных сигналов различной частоты, два переключателя 3 и4 два операционных усилителя 5 и 6, .измеряемый трехэлеменгный двухполюсник 7, состоящий из резисторов 8 и 9й конденсатора 10, два блока 1 1 и 12вычитания, блок 13 выдержки интерваловвремени, два фазочувствительных детектора 14 и 15, два делителя 16 и 17напряжения, блок 18 преобразования переменного сигнала в постоянный, дваблока 19 и 20 памяти, формирователь21 сигнала управления, интегратор 22,два постоянных резистора 23 и 24 ирегулируемый элемент резистор) 25,Выходы генератора 1 и 2 синусоидальных сигналов через переключатель 3 подключены к интегратору 22, фазочувсгвительному детектору 14 и через постоянные резисторы 23 и 24 соответственнок операционным усилителям 6 и 5, В об.0933 4 5 100ратную связь операционных усилителей5 и 6 соответственно включены измеряемый трехэлеменгный двухполюсник 7 ирегулируемый элемент 25. Выходы операционных усилителей 5 и 6 через блок11 вычитания подключены как к вторымвходам фазочувствительных детекторов14 и 15; так и к входу блока 18 преобразования переменного сигнала в постоянный. Выход последнего и выходы фазочувствительных детекторов 14 и 15 соединены соответственно с входами делителей 17 и 16 напряжения. Выход делителя 16 напряжения через переключатель4 подключен к блокам 19 и 20 памяти, 15выходы последних соединены с блоком12 вычитания, а его выход подключенк формирователю 21 сигнала управления.Выход формирователя 21 сигнала управления соединен с управляюшим входом 20регулируемого элемента 25, Выход блока 13 выдержки интервалов времениподключен к управляющим входам переключателей 3 и 4,Устройство работает следующим обра-зом,Блок 13 выдержки интервалов времени периодически и в два такта управляет переключателями 3 и 4. В первом такте посредством переключателя 3 к измеряе мому трехэлементному двухполюснику подключается генератор 1 синусоидального напряжения, во втором такте - генератор 2 синусоидального напряжения, Таким же образом в первом такте пере ключатель 4 подключает выход делителя 16 напряжения к входу блока 19 памяти, а во втором такте - к входу блока 20 памяти. В первом такте сигнал с генератора 1 синусоидального напряжения через переключатель 3 поступает на операционные усилители 5 и 6. Параметры переменного напряжения (аплитуда, фаза) на выходе операционного усилителя 5, кроме значения генератора 1 синусоидального напряжения и сопротивления резистора 24, зависит от измеряемых парамет ров трехэлементного двухполюсника 7, Напряжение на выходе операционного усилителя 6, кроме значения напряжения генератора 1 синусоидального напряжения и сопротивления постоянного резистора 23, зависит и от сопротивления регулируемого элсмента 25, Напряжение на выходе блока 11 вычитания равно разностиИ выходных напряжений операционных усилителей 5 и 6, Фаза этого напряжения является опорной для фазочувствительных детекторов 14 и 15, Одновременно напряжение с выхода блока 11 вычитанияпоступает в блок 18 преобразования переменного сигнала в постоянный. В качестве такого блока могут использоваться преобразователи, амплитудных, средних или действующих значений переменного сигнала. Делитель 1 6 напряженияпроизводит деление постоянных напряжений с выхода фазочувсгвптельного детектора 15 и с выхода блока 18 преобразования переменного сигнала в постоянный.Напряжение с делителя 16 напряжениячерез переключатель 4 поступает на блок19 памяти и запоминается им. Во второмтакте напряжение от генератора 2 синусоидального напряжения через операционныйусилитель с делителя 16 напряжениячерез переключатель 4 поступает наблок 20 памяти и также им запоминается. Разность сигналов с блоков 19 и20 памяти поступает на формирователь21 сигнала управления, Формирователь21 сигнала управления, в качестве которого может быть использовано любоеинтегрирующее звено, например электродвигатель, интегратор, устройство памя-ти и т, д., изменяет сопротивление регулируемого элемента 25 до тех пор, пока сигнал на выходе блока 12 вычитания не будет равен нулю. Как правило, дляпервоначального приведения измерительной цепи в состояние квазиравновесиятребуется 4-7 тактов, После достиженияпреобразователем измерительного состояния определяют параметры измеряемогодвухполюсника. Значение измеряемого сопротивления резистора 8 определяют по значению сопротивления регулируемого резистора 25, значение измеряемой проводимос тп резистора 9 - по значенщонапряжения на выходе делителя 17 напряжения, а значение измеряемой емкостиконденсатора 10 - по значению напояжения на выходе делителя 16 напряжения,Предлагаемый преобразователь позвсляет производить одновременное измерение всех трех параметров трехэлементных двухполюсников. При этом достигается повышение точности и расширение пределов измерения по всем параметрам, Кроме того, существенным является то, что можно повысить чувствительность при измерении всех трех параметров, поскольку чувствительность пропорциональна разности квадратов частот сигналов генераторов 1 и 2, У прототипа подобная возможность повышения чувствительности отсутствует.чувствительных детекторов и через блокпреобразования переменного сигнале впостоянный с вторыми входами делителей напряжения, при этом первый входпервого делителя напряжения подключенк выходу первого фазочувствительногодетектора, а выход интегратора черезвторой фазочувствительный детектор соединен с первым входом второго делителянапряжения, выход последнего через второй переключатель соединен с входами первого и второго блоков, кроме того, вобратную связь одного из операционныхусилителей включены зажимы для подключения объекта измерения, а в обратную связь другого - регулируемый элемент, выходы блоков памяти соединеныс входами второго блока вычитания, а его,выход - с формирователем сигнала управления, причем управляющий вход второгопереключателя также подключен к выходублока выдержки интервала времени. 7 10009 формула изобретенияПреобразова гель параметров трехэлементных двухполюсников, содержащий генератор синусоидальных сигналов, переключатель, операционный усилитель, блок з выдержки интервала времени, при этом управляющий вход переключателя соединен с выходом блока выдержки интерва,па времени, два фазочувствительных детектора, постоянный резистор, регулируе мый элемент и формирователь сигнала управления, причем выход последнего соединен с управляющим входом регулируемого элемента, о т л и ч а ю щ и й - . с я тем, что, с целью повышения точнос ти измерения, в него введены второй генератор синусоидальных сигналов, второй переключатель, второй операционный усилитель, второй постоянный резистор, два блока вычитания, два делителя напряже О ния, два блока памяти, интегратор и блок преобразования переменного сигнала в постоянный, причем выходы генераторов ,через первый переключатель соединены с входом интегратора, первым входом 25 первого фазочувствительного детектора и через постоянные резисторы с входами операционных усилителей, выходы последних подключены к входам первого блока вычитания, а выход этого блока непосред-Зй ственно соединен с вторыми входами фазоИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРМц 538302, кц. С 01 Р 17/00,01 К 27/00, 21.05.74.2, Авторское свидетельство ССР1000933 тор Е, Рошко Подписноеного комитета СССРретений и открытий35, Раушскаи наб., д 8 Тираж 7ВНИИПИ Государствепо делам изо113035, Москва, Ж 137 Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проект Составитель Л. Сотникова Редактор А, Лежнина Техред А.Бабкнец Ко