Измеритель параметров комплексных сопротивлений

(5)5 6 01 К 27/26 фЦ 1 Щ Р ЕН А.А,Вдо ,Д.Тучин н,(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЛЕКСНЫХ СОПРОТ (57) Изобретение от ной технике и может построении измерит лексных сопротивл ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР. ИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1473550, кл. 6 01 й 27/26, 23.06.8 ПАРАМЕТРОВ КОМПИВЛЕНИЙносится к измерительбыть использовано приелей параметров компений. Целью изобретеИзобретение относится к области электроизмерительной технике и может быть использовано при построении измерителей параметров комплексных сопротивлений,Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение диапазона измерения.На фиг,1 и 2 изображена структурная схема измерителя параметров комплексного сопротивления,Измеритель содержит источник 1 питания (генератор синусоидального напряжения), измерительную цепь 2, имеющую выход 3 и состоящую из дискретно-регулируемой меры 4, объекта 5 измерения и усилителя 6, измерительный преобразователь 7, включающий в себя. последовательно соединенные усилитель 8 с регулируемым коэффициентом усиления, синхронный детектор 9 и аналого-цифровой преобразония является расширение диапазона измерений и повышение точности при измерении низкоимпедансных объектов, Изобретение позволяет также снизить до минимума погрешности, обусловленные порогом чувствительности аналого-цифрового преобразователя, используемого в измерителе, устранить влияние сопротивления подводящих проводов и цепей коммутации на результаты измерения. Аппаратурный состав предложенного измерителя с указанием дополнительно введенных схемных элементов и функциональных связей между ними приводится в описании изобретения, 1 э.п,ф-лы, 2 ил. ватель 10 (АЦП), переключатель 11, имеющий перекидной контакт 12, соединенный с входом усилителя 8 с регулируемым коэффициентом усиления и два неподвижных контакта - нормально разомкнутый 13 и нормально замкнутый 14, первый управляемый делитель 15 напряжения, вход которого соединен с выходом 3 измерительной цепи, а выход - . с нормально замкнутыми контактом 14 переключателя 11, управляемый делитель 16 частоты и генератор 17 прямоугольных импульсов, причем выход генератора 17 прямоугольных импульсов соединен с сигнальным входом управляемого делителя 16 частоты, выход которого соединен с опорным (импульсным) входом АЦП 10, блок 18 цифрового отсчета (Б ЦО) первый вход которого соединен с выходом АЦП 10. блок 19 автоматического выбора предела измерения, включающий в себя счетчик 20коэффициента деления, в ход которого соединен с входами управления управляемого делителя 15 напряжения и управляемого делителя 16 частоты, счетчик 21 поддиапазонов, выход которого соединен с входами управления дискретно регулируемой меры 4 и цепями управления индикацией запятой и символами разрядности измеряемой величины БЦО 18, блок 22 сравнения Верхней границы и блок 23 сравнен ия нижней границы, первые входы которых соединены с выходами АЦП 10, а вторые " выходами задатчика 24 кода верхней и задатчика 25кода нижней границ сОответственнО, Выходы блоков 22 и 23 сравнения подключены к входам первого элеменга ИЛИ 26 и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 27, блок 28 сравнения верхнего и блок 29 сравнения нижнего крайних состояний счетчика 20 коэффициента деления, первые входы которых соединены с выходом счетчика 20 коэффициента деления, вторые входы блоков 28 и 29 сравнения:оединены соответственно с выходами эадатчика 30 верхнего кода и задатчика 31 нижнего кода крайних состояний счетчика 20 коэффициента деления, выхода блоков 28 и 29 сравнения соединены соответственно с первыми входами первого элемента И 32 и Второго элемента И 33, выход первого элемента ИЛИ 26 соединен с вторым входом первого элемента И 32, входами реверса счетчиков "О и 21 и входом первого инвертора 34, выход которого соединен с вторым Входом второго элемента И 33, выходы первого 32 и второго 33 элементов И соединены с Входами второго элемента ИЛИ 35, ВыхОД которОго сОВДинен с первым входом третьего элемента ИЛИ 36, выход которого соединен с входом разрешения счета счетчика 20 коэффициента деления и водом ВторогО инвертооа 37, выход которого соединен с первь м входом четвер.того элемента ИЛИ 38, выход когорого соединен с входом разрешеню счета счетчика 21 поддиапазонов, Вторые входы третьего ,3 ь и четвертого 38 элеменг, ов ИЛИ соединены с вь 1 ходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 27, тактовые входы счетчиксв 20 и 21 соединены с выходом источника 1 питания, второй управляемый делитель 39 напряжения, включенный между источником 1 питания и измерительной цепью 2, третий управляемый делитель 40 напряжен ю, вход которого СОЕДИНЕН С ВЫХОДОМ ВТОРСГО УПРВВЛЯЕМОГО делителя 39 напряжения, а выход с нормально разомкнутым контактом 13 переклочателя 11, входы управления второго и третьего управляемых делителей 39 и 40 напряжения, усилителя 8 с регулируемым коэффициентом усиления соединены с вы Ех Ох Кз(1)Оз К 125 гдв Ех - сопротивления объекта измерения;7 - сопротивление образцовой мерысопротивления;Ох - напряжение на выходе измерительной цепи;Оз - напряжение на выходе третьегоуправляемого делителя напряжения;Кз - коэффициент передачи третьего делителя напряжения;К 1 - коэффициент передачи первого де лителя напряжения,Преобразовав выражение (1), можнополучить 3 х 7 оКЗх= -/З К 1(2) Из выражения (2) видно, что Ех пропорционально не только Л 0, но и Кз. Это обстоятельство позволяет повысить точность ирасширить диапазон измерения,Рассмотрим порядок переключенияподдиапазонов измерения в предлагаемомустройстве,При больших импедансах объекта измерения коэффициенты передачи второго делителя 39 напряжения и усилителя 8устанавливаются минимальные, а коэффициент передачи третьего делителя 40 напряжения - максимальным (например, равнымединице), Изменение поддиапазонов измерения осуществляется переключением образцовой меры Е,.По мере снижения импеданса 2 х снижается ступенями и импеданс образцовой меходом счетчика 21 поддиапазонов. вход управления синхронного детектора 9 соединен с выходами источника 1 питания, второй делитель 41 частоты, третий элемент И 42 5 первый вход которого соединен с выходомвторого делителя 41 частоты, второй вход - с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 27, а выход - с входом управления переключателя 11, вход второго делителя 41 соеди нен с выходом источника 1 питания,Работа измерителя на любом из диапазонов измерения проходит в два этапа: сначала измеряется напряжение на выходе измерительной цепи (замкнутые контакты 15 12 и 14 переключателя 11), затем измеряется напряжение образцовой ветви (замкнуты контакты 12 и 13 переключателя 11), По соотношению этих двух измеренных величин определяется импеданс объекта 5 20 измерения, Это можно выразить в следующих соотношениях:10 2 лр ры 2 о до тех пор, пока отношение не2 о перестанет удовлетворять условию 2 пРодоп где 2 пр - сопротивление соеди 2 онительных проводов и переключающих элементов, а ддоп - допустимая погрешность измерения,При достижении этого граничного значения 2 о дальнейшее переключение диапазонов производится за счет уменьшения коэффициента передачи делителя напряжения 40 и синхронного повышения коэффициента передачи делителя 39 напряжения или усилителя 8, Из равенства (2) следует, что на точность измерения влияет лишь погрешность коэффициента передачи делителя 40 напряжения, Погрешности коэффициента передачи делителя 39 и усилителя 8 на результат измерения не влияют, Наиболее рационально их величины выбирать из условия постоянства чувствительности цепи измерения на различных поддиапазонах.Последнее достигается в случае, когда выполняется условиеК 2КзКу = сопз 1,где Ку - коэффициент усиления усилителя.Выполнение последнего условия позволяет снизить до минимума погрешности, обусловленные порогом чувствительности АЦП,Процесс измерения производится в следующей последовательности.При подключении источника 1 к измерительной цепи 2 через делитель 39 напряжения) на ее выходе 3 возникает напряжение, пропорциональное импедансу обьекта 5 измерения, Это напряжение подается на управляемый делитель 15 напряжения, с выхода которого через нормально замкнутые контакты 14 и 12 переключателя 11 поступает на вход усилителя 8 с управляемым коэффициентом усиления. С выхода усилителя 8 сигнал поступает на вход синхронного детектора 9. Детектированное напряжение с выхода синхронного детектора 9 подается на вход АЦП 10 и преобразуется в цифровой код А, пропорциональный импедансу обьекта 5. Управляемый делитель 15 напряжения, переключатель 11, усилитель 8, синхронный детектор 9, АЦП 10, а также управляемый делитель 16 частоты и генератором импульсов 17 составляют измерительный преобразователь.С выхода АЦП 10 код А поступает на БЦО 18 и на вход блока 19 автоматического выбора предела измерения, Работа блоков , сравнения верхнего 22 и нижнего 23 пред 20 25 30 35 40 45 50 55 елав организована так, что на их выходах появляется логическая "1" в слу;ае, когда значение кода А превышает значения кодов, выданных задатчиками соответственно верхнего 24 и нижнего 25 кодов, Если выходной код АЦП А меньше значений кодов задатчиков верхнего и нижнего кодов, то на выходе блоков 22 и 23 сравнения появляется логический "0", Если код А находится в рабочей зоне АЦП, на выходе блока сравнения верхнего предела логический "0". а на выходеблока сравнения нижнего предела - логическая "1". Наличие на выходе блоков сравнения верхнего и нижнего пределов двух "О" соответствует положению выходного кода А "ниже" рабочей эоны АЦП, а наличие двух "1" соответствует положению "выше" рабочей эоны АЦП, Выходной сигнал элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 27 разрешает или запрещает изменение состояний счетчиков 20 и 21 коэффициента деления и поддиапазонов, Инвертор 37 обеспечивает одновременно работу только одного из счетчиков, Поиск рабочей зоны АЦП возможен без предварительной установки в "О" счетчиков 20 и 21. Направление поиска определяется сигналом на выходе элемента ИЛИ 2 б.Поиск начинается с анализа состояния счетчик ка 20 коэффициента деления. Если он не находится в крайнем для выбранного напра "лечил поиска состоянии, то первоначально переключаются зоны измерения управляемый делитель 15 напряжения) до попадания в рабочую зону или до заполнения счетчика 20 коэффициента деления, Если счетчик 20 находится в крайнем для выбранного направления поиска положении, то изменение его.состояний запрещается и одновременно разрешается изменение состояний счетчика 21 поддиапазонов, управляющего переключением образцовой меры 4 сопротивления. Счетчик 21 поддиапазонов последовательно изменяет значения дискретно-регулируемой меры 4 сопротивления до попадания в рабочую зону АЦП или до изменения комбинации на выходе блоков 22 и 23 сравнения на противоположную, Это означает, что рабочая зона АЦП пропущена и к ней необходимо возвращаться в обратном направлении, На выходе элемента ИЛИ 2 б появляется сигнал, соответствующий поиску в обратном направлении и так как состояние счетчика 20 в этом направлении не является крайним, опять разрешается изменение его состояния, После попадания кода А в рабочую зону сигнал с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 27 фиксирует выбранные зону и диапазон измерения, Элемент И 42 запрещаетпрохождение управляющпх сигналов на вход управления переключателя 11. Сигнал с выхода делителя 41 частоты определяет порядок и время измерения напряжения генератора и обьекта 5 измерения.Формула изобретения Измеритель параметров комплексных сопротивлений, содержащий источник питания, последовательно соединенные измерительную цепь, измерительный преобразователь и блок цифрового отсчета, а также блок автоматического выбора предела, первый вход которого соединен с выходом источника питания и вторым входом измерительного преобразователя, второй вход блока автоматического выбора пре. дела соединен с вь,ходом измерительного преобразователя, первый выход блока автоматического выбора предела соединен с управляющими входами измерительной цепи, измерительного преобразователя и втооым входом блока цифрового отсчета, а второй выход блока автоматического выбора предела соединен с третьим входом измерительного преобразователя, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения и повышения точности при измерении низкоимпедансных объектов, в него введены два управляемых делителя напряжения, делитель часготы и элемент И, первый вход которого через делитель частоты соединен с выходом источника питания, второй вход - с третьим выходом блока автоматического выбора предела, а выход элемента И соединен с четвертым входом измерительного преобразователя, при этом первый управляемый делитель напряжения включен между выходом источника питания и входом измерительной цепи, а второй управляющий делитель напряжения включен между выходом первого управляемого делителя напряже ния и пятым входом измерительного преобразователя, управляющие входы первого и второго управляемых делителей напряжения соединены с первым выходом блока автоматического выбора предела, а10 измерительный преобразователь включаетв себя усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, вход которого соединен с выходом коммутатора, а выход - с входом синхронного детектора, выход которого 15 соединен с входом синхронного детектора,выход которого соединен с входом аналогоцифрового преобразователя, вход синхронизации которого через управляемый делитель частоты соединен с выходом 2 О генератора, а выход аналого-цифровогопреобразователя является выходом измерительного преобразователя, при атом первый вход коммутатора через управляемый делитель напряжения соединен с первым 25 входом измерительного преобразователя,второй вход коммутатора соединен с пятым входом измерительного преобразователя, а управляющий вход коммутатора соединен с четвертым входом измерительного пре- :1 О обраэователя, второй вход синхронногодетектора соединен с вторым входом измерительного преобразователя, управляющий вход которого соединен с входом регулировки коэффиЦиента усиления усилителя, уп равляющие входы управляемого делителянапряжения и управляемого делителя частоты соединены с третьим входом измерительного преобразователя.1686387 Составитель А.ШикерунТехред М,Моргентал Корректор М.Кучерявая Редактор Е.Папп Заказ 3596 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101