Способ определения параметров комплексного сопротивления с емкостной составляющей

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 4 С 01 к 27/ ИЗОБРЕТ 4-2 У 10ционный инэеК.Тимерба8. 8)етельствоК 27/00,ельство С1 К 27 00 т в СР1 8 е ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЩПРИ ГИНТ СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВКОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ С ЕМКОСТНОЙ СОСТАВЛЯ 1 ОЩЕЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании измерителейпараметров комплексного сопротивления.Цель изобретения - уменьшение времени преобразования при увеличении емкостной составляющей комплексного Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании измерителей нара метров комплексного сопротивления с большой емкостной составляющей.Цель изобретения - уменьшено времени определения составляю комплексного сопротивления лри значении емкостной составляющей ь 1 мкФ.На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства. сопротивления - достигается тем, чтопроизводят заряд и последующий разряд исследуемого комплексного сопротивления через два разных эталонныхрезистора, причем при заряде сравнивают напряжение на исследуемом комплексном сопротивлении с монотоннонарастающим напряжением, имеющим неубывающую первую производную, а приразряде - с монотонно убывающим напряжением, имеющим невоэрастающую пер вую производную, фиксируют моментыравенства с помощью компаратор ипо мгновенным значениям напряженийна исследуемом комплексном сопротивлении в моменты равенства определяют величины составляющих комплексного сопротивления. Для реализацииспособа в известный преобразова:ельвведены два постоянных запоминающихустройства, включенных в выходныецепи суммирующего счетчика. 2 ил. Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, эталонные резисторы 2 и 3 заряда и разряда, коммутатор 4 режима работы конденсатора, исследуемое комплексное сопротивление 5, компаратор 6, генератор 7 тактовых импульсов, счетчик 8, первое постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 9, цифроаналоговый преобразователь (11 АП) 10, фильтр 11 нижних частот (ФНЧ), сумматор 12, триггер 13 пуска, второе ПЗУ 14, амплитудный детектор 15, устройство 16 выборки-хранения (УВХ), линию 17 задерж(Кхтах Кх щ 1 л ) - диапазон измеренияК 1 3 14658ки, аналого-цифровой преобразова -тель (АЦП) 18, микроЭВМ 19 и отсчетное устройство 20,Выход источника 1 опорного напря 5жения через эталонный резистор 2 заряда подключен к первому входу коммутатора 4 режима работы конденсатора,Второй вход коммутатора 4 через эталонный резистор 3 разряда соединен с 10общим проводом устройства. Выход коммутатора 4 связан с одной клеммойисследуемого комплексного сопротивления 5, другая клемма которого заземлена. Выход коммутатора 4 подключен 15к первому входу компаратора 6. Выходгенератора 7 тактовых импульсов соединен со счетным входом С счетчика 8,выходные разряды его подключены кадресным входам ПЗУ. 9 и 14, Выходы 20ПЗУ 9 и 14 объединены по схеме монтажного. ИЛИ и подсоединены к входамЦАП 1.0, Выходное напряжение ЦАП 10через щНЧ 11 подается на первый входсумматора 12. Установочный Б-вход 25триггера пуска 13 соединен с входомК, сброса счетчика 8, а К-вход сброса " с входом К сброса счетчика 8.Входы К и К счетчика 8 объединены по логике ИЛИ, Прямой выход триггера 13 подключен к третьему входукоммутатора 4 и входу "Выбор кристалла" (ВК) ПЗУ 9, Инверсный выходтриггера 13 связан с входом ВК ПЗУ14. Информационный вход амплитудного детектора 15 соединен с выходомкоммутатора 4 и информационным входом УВХ 16. Вход сброса детектора 15.подключен к установочному Б-входутриггера 13, Выход амплитудного 40детектора связан с вторым входомсумматора 12. Выход сумматора подсоединен к второму входу компарато"ра 6. Выход УВХ 16 связан с информационным входом АЦП 18, Информационные выходы и выходы готовностиАЦП 18 соединены с разрядами общейшины ц-ВЦЯ микроЭВМ 19, с которымисоединено также отсчетное устройство 20. Выход компаратора 6 подключен к К-входу сброса триггера 13стробирующему входу УВХ 16 и черезлинию задержки 17 к входу запускаАЦП 18,Устройство работает следующимобразом.В качестве монотонно нарастающего напряжения, имеющего неубьвающую первую производную, в устройст 17 4ве формируется показательная функ- ция Ц(й) = 1 с - 1 при0 где 1 - основание показательнойфункции,аргумент (время).Тогда в процессе заряда исследуемого комплексного сопротивления 5 при й= соблюдается равенство"хЦзйх ( Ихсан ) с К+К(фиг.2 в,г);напряжение источника 1; К С " составляющие комплексного Хф хсопротивления 5;К - сопротивление резистора 2;е - время заряда (фиг.2 в)Коэффициент 1 выбирают из соотно- шений ЦоКХ1/с1 с щ 1+ -(1-е ) (3)К)+ х(Сх вах Сх ,) - диапазон измеренияпо С.В качестве монотонно убьвающего напряжения, имеющего невозрастающую первую производную, устройство формирует показательную функцию Ц= (-1) 1 с+ Ц1Я спри й Ъ (7)Тогда в процессе разряда комплексного сопротивления 5 при й = Е собР людается равенство Кр+ Кхц = ц ехр(- -- .(с -е=Ч ф ККСР 1((1 О) 5где Б - напряжение на комплексюном сопротивлении 5 в момент срабатывания компаратора 6 (фиг.2 в);К в . сопротивление резистора 3.Коэд 4 ициент Е выбирается из со- отношенийе - основание натурального логарифма.Функция напряжения, соответствуют:;ая выражению (1), прошивается в виде двоичных кодов в ПЗУ 9. Функция напряжения 1(11) пропивается в ПЗУ 14, Функция 1(й) отличается от П (й), так как перед измерением напряжение Ц яв" ляется неизвестным.В исходном состоянии триггер пуска 13 сброшен, коммутатор 4.обеспечивает подключение комплексного сопротивления 5 к резистору 3 и, таким образом, оно полностью разряжено. Импульсы с генератора 7 поступают на счетный С-вход счетчика 8. С инверсного выхода триггера 13 "1" поступает на вход ВК ПЗУ 14. Таким образом, выходы ПЗУ 14 подключаются к входам ЦАП 10. На адресные входы ПЗУ поступает циклически изменяющийся параллельный двоичный код с выходов счетчика 8, Напряжение с выхода ЦАП 10 Фильтруется ФНЧ 11 и поступает на первый вход сумматора 12, где складывается с напряжением Ц, Так как комплексное сопротивление 5 разряжено, то 11О. На выходе сумматора 12 Формируется напряжениеи(с) = - 1 с "+ 1 при е е (12))1 которое всегда отрицательное относительно общего провода устройства, поэтому компаратор 6 не срабатывает.При поступлении короткого импульса "Пуск" на Я-вход триггера 13. Ок переходит в единичное состояние.Этот же импульс поступает на входы сброса счетчика 8 и амплитудного детектора 15. Коммутатор 14 подключа ет комплексное сопротивление 5 через резистор 2 к выходу источника 1.Начинается заряд исследуемого комплексного сопротивления. К вхсдамЦАП 10 подключается ПЗУ 9. Сброшенный импульсом пуска счетчик 8 начинает подсчитывать тактовые импульсыс генератора, на его выходах начн нают появляться комбинации параллельного двоичного кода. Этот код поступает на адресные входы ПЗУ, на выходах которого появляются коды,, соответствующие функции (1), ЦАП 10 15 и ФНЧпреобразуют этн коды в напряжение, которое поступает на первый вход сумматора 12. Так как навтором его входе нулевое напряжение,то на второй вход компаратора 6 пос тупает напряжение Функции (1), Кактолько напряжение на втором входекомпаратора 6 превышает напряжениена его первом входе, на выходе компаратора появляется напряжение "1".Это напряжение сбрасывает триггер13 и счетчик 8, вызывает запоминаниев УВХ 16 значения напряжения накомплексном сопротивлении 5 и, черезвремя, равное постоянной временилинии задержки 17, запускает АЦП 18.Постоянная времени линии задержки 17должна быть больше, чем время окончания переходных процессов в УВХ 16.После окончания преобразования АЦП 35 18 выставит бит готовности на общуюпину Ц-ВЮ микроЭВМ 19, которая поспециальной программе вводит его показания БсКак только сигнал с компаратора6 сбрасывает триггер 13, коммутатор4 переходит в исходное состояние иначинается разряд исследуемогокомплексного сопротивления 5 через 46 резистор 3В амплитудном детекторе5 остается заЬиксированным напряже",ние Ц , Теперь к входам ЦАП 10 подключается ПЗУ 14, так как на еговход ВК подается "1" с триггера 13.5 О Счетчик 8 начинает подсчитывать так-товые импульсы с генератора 7, на вывыходах которого начинают появляться комбинации параллельного двоичного кода. Этот код подается на адрес ные входы ПЗУ 14, в котором пропитыкоды, реализующие Аункцию (1).После преобразования в.напряжениеЦАП 10 и Фильтрации ФНЧ 11 напряжение (11) поступает на первый вход7 14658 сумматора 12, на второй вход которого поступает напряжение Ц 1, с выхода амплитудного детектора 1 5, Таким образом, на выходе сумматора формируется напряжение, реализующее функцию (7). Как только напряжение с выхода сумматора 12 становится равным напряжению на комплексном сопротивлении 5,компаратор Ь выдает импульс (фиг.2 в,г),который вызывает запоминание в УВХ 16 напряжения 11 и через время, равное постоянной времени линии 17 задержки, запускает АБП 18. По окончании преобразования 15 АЦП 18 выставляет бит готовности на общую шину Я-ВОЯ микроЭВМ, кото-. рая вводит код, соответствующий напряжению 11 по специальной программе. После этого микроЭВМ 19 рас считывает составляющие комплексного сопротивления К и Спутем совместного решения нелинейных уравнений (2) и (8), Решение этой системы уравнений осуществляется численными методами с применением любого известного алгоритма решения систем нелинейных уравнений. По окончании решения микроЭВМ 19 выдает на отсчетное устройство 20 результаты работы. 30 17 8Формула изобретенияСпособ определения параметров комплексного сопротивления с емкостной составляющей, заключающейся в том, что производят заряд и последующий разряд исследуемого комплексного сопротивления через два разных эталонных резистора, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью уменьшения времени определения составляющих комплексного сопротивления при значении емкостной составляющей1 мкй, сравнивают при заряде напряжение на исследуемом комплексном сопротивлении с экспоненциально убывающим напряжением, а при разряде - с экспоненциально убывающим напряжением,. Аиксируют моменты равенства и по мгновенным значениям напряжений на исследуемом комплексном сопротивлении в моменты равенстве определяют величины составляющих комплексного сопротивления, при этом значения оснований экспоненциально изменяющихся напряжений определяют исходя из заданного диапазона измерения емкостной и активной составляющей исследуемого комплексного сопротивления и величины эталонных резисторов,1465817 ЗаказВНИИПИ 41/46 тираи 711 Подписноеосударственного коюетвта во изобретениям и открытиям прии Г113035, Москва, Ж, Рауаская наб., д. 4/5 Уагород, ул. Гагарина,101 ентф Производственно-издательский Составитель И.КозловРедактор Л.Пчолинская Техред А.Кравчук Корректор М.Поко