Цифровой стробоскопический импедансметр

Союз Советсник Социалистическик Республик(22) Заявлено 150578 (21) 2615077/18-21 (51) М. КЛ,с присоединением заявки йо(23) Приоритет С 01 й 27/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения В.В. Волохин, В,И. Губарь и Ю.М.Туэ Киевский ордена Ленина политехнический институтим, 50-летия Великой Октябрьской социалистическойреволюции(54) ЦИФРОВОЙ СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙИМПЕДАНСМЕТР Изобретение относится к электроизмерительнои технике и может бытьиспользовано при определении составляющих комплексного сопротивленияисследуемых двух и четырехполюсников, 5Известен измеритель комплексныхсопротивлений, в котором напряжениес высокочастотного генератора подаетсячерез первичную обмотку измерительного трансФорматора на измеряемый 10импеданс. Затем напряжения, снимаемые с первичной и вторичной обмотокизмерительного трансФорматора преобразуются стробоскопическим преобразователем на промежуточную частоту и дальнейшее измерение импедансапроизводится на Фиксированной низкойчастоте 11.При этом на результат измерениянеизвестного импеданса влияет частота генератора и индуктивность измерительного трансФорматора Причем выполнить,обе измерительные обмоткитрансФорматора идентичными по электрическим параметрам в широком частотном 25диапазоне затруднительно. Суммарнаяприведенная ко всей шкале погрешность этого измерителя для случая,если Е = 100 МГц и 2 = 100 кОм,составляет величину= 11,7 Ъ. 30 Известен измеритель активной иреактивной составляющих комплексногосопротивления, содержащий опорныйгенератор, включенныи последовательно с эталонным резистором и внешнимизажимами, диФФеренциальный усилитель,выходной сигнал которого пропорционален току, проходящему через эталонное сопротивление,усилители-ограничители, фазочувствительные, стробированные усилители и индикаторы активнойи реактивной составляющих импеданса 2,Существенным его недостатком явля"ется большая погрешность измерения вшироком частотном диапазоне из-зашунтирования измеряемого импедансасобственным сопротивлением входныхблоков, а также возникновение частотных погрешностей отдельных блоков.Отсутствует. возможность автоматического выбора пределов измерения импеданса,Наиболее близким техническим решением к предложенному является устрой"ство для измерения импеданса, содержащее задающий высокочастотный генератор, подключенный через эталонныйпервый резистор к внешним зажимам,к которым подключается измеряемыйимпеданс, стробоскопический преобразователь, состоящий из опорного канала с системой фазовой автоподстройкичастоты и сигнального канала, причемвход первого смесителя опорного канала подключен к эталонному первомурезистору, а выход соединен последовательно с фазовым детектором, усилителем постоянного тока, перестраиваемым генератором и со своим вторымвходом, опорный генератор подключенко входу фазового детектора, индикатор подключен к нуль-органу, первыйвход которого соединен с выходомсмесителяа второй с управляющимсопротивлением и через второй эталонный резистор с выходом смесителя,В основе работы этого устройствалежит метод стробоскопического преобразования амплитудно-Фазовыхсоотношений высокочастотного напряжения опорного генератора и напряжения, выделенного на измеряемомимпедансе на промежуточную, Фиксированную низкую частоту опорного генератора (например 12,5 кГц), с последующим измерением модуля и аргумента с помощью дополнительной цепочки, состоящей из эталонного резистора и сопротивления уравновешивания 31Недостатками этого измерителяявляются отсутствие возможностиавтоматического выбора пределовизмерения импеданса при работеустройства в составе информационноиэмерительных систем, что обуславливается трудностями переключенияпределов ( эталонных резисторов) навысокой частоте 1-100 МГц в выносномпробнике, большая погрешность измерения, достигающая 10, существенной долей которой являются погрешность коэффициента передачи сигнального канала стробоскопического преобразователя при изменении измеряемогосопротивления в широком динамическом диапазоне (погрешность обуславливается тем, что при измененииизмеряемого сопротивления в широкомдиапазоне изменяется постояннаяцепи заряда конденсатора стробоскопического преобразователя, напримерпри изменении в диапазоне 100 Ом 10 кОм погрешность достигает= 5),мультипликативная погрешность стробоскопического преобразователя вхо- .дит в результат измерения и может- достигать 2-3,Цель изобретения - автоматизацияпереключения пределов и повышениеточности измерения.Поставленная цель достигаетсятем, что в измеритель импеданса, содержащий задающий генератор, двухканальный стробоскопический преобразователь и внешние клеммы, введеныдва управляемых резистора, цифровойомметр, управляемый источник опорного постоянного напряжения, резистивный делитель, два видеоусилителя,два детектора, два Фильтра низшихчастот, два вычитающих блока, дифФеренциальный усилитель, два усилителя постоянного тока, цифровойнизкочастотный фазометр, вычислительный блок, цифровой отсчетный блок,шесть конденсаторов и четыре индуктивности, причем выход задающегогенератора подключен последовательночерез первый управляемый резистор,первый конденсатор, второй управляемый резистор, второй конденсатор квнешней клемме, выход источника опорного постоянного напряжения подклю чен через первую индуктивность ковходу опорного канала стробоскопического преобразователя и через третий конденсатор к выходу первогоуправляемого резистора, а через рео зистивный делитель и вторую индуктивность ко входу сигнального каналастробоскопического преобразователя,соединенного через четвертый конденсатор с внешней клеммой, вьход опорного канала через первый,видеоусилитель, соединен с одним из входов первого вычитаюцего блока через пятыйконденсатор и первый детектор, а сдругим - через первый фильтр нижнихчастот, выход первого вычитающего ЗО блока через первый усилитель постоянного тока подключен к управляющемувходу первого управляемого резистора,выход сигнального канала через второйвидеоусилитель соединен с одним из 35 входов второго вычитающего блокачерез шестой конденсатор и второйдетектор, а с другим - через второйфильтр нижних частот, выход второговычитаыцего блока подключен черезвторой усилитель постоянного тока куправляющему входу второго управляемого резистора, два входа цифровогоомметра через третью и четвертыйиндуктивности подключены к второмууправляемому резистору, первый иэ 45 входов цичрового низкочастотного фазометра через дифференциальный усилитель подключен к выходу опорногоканала стробоскопического преобразователя, а его второй вход, который "соединен с другим входом дифференциального усилителя, подключен квыходу сигнального канала стробоскопического преобразователя, входы вычислительного блока подключены к 55 выходам циФровых омметра и низкочастотного Фаэометра, а выходы соединены с цифровым отсчетным блоком,На чертеже представлена блок-схема цифрового стробоскойического 60 импедансметра.Цифровой стробоскопический импендансметр содержит задающий гвнератор 1, подключенный последовательночерез первый управляемый резистор у 5 2, первый конденсатор 3, второй управ 78803555 60 65 Цифровой стробоскопический импедансметр работает следующим образом,Высокочастотное напряжение, снимаемое с задающего генератора 1, поступает на первый управляемый резистор 2. С выхода управляемого резистора 2 высокочастотное напряжение О поступает через конденсатор 10 на вход опорного канала стробоскопического преобразователя 9 и одновременно смешивается с постоянным напряжением Оо, снимаемым с управляемого источника опорного напряжения 7. Конденсатор 10 и индуктивность 8 предназначены для того, чтобы напряжение постоянного тока не пропустить в высокочастотную цепь а напряжение переменного тока 1 не пропустить к делителю, состоящему из резисторов 11 и 12, В опорномканале стробоскопического преобраэователя 9 происходит преобразованиевысокочастотного напряжения О в ниэкочастотное фиксированной частоты,одновременно преобразуется постоянное напряжение. Таким образом, навыходе опорного канала стробоскопического преобразователя снимаетсянапряжение, содержащее постояннуюсоставляющую, пропорциональную У ,иофпеременную составляющую, пропорциональную 0, и видеоусилителем 15усиливаются. Постоянная составляющаяпроходит без потерь через фильтр нижних частот 23 на вычитающий блок 17.15 Переменная составляющая преобразуется в детекторе 21 с закрытым входомз постоянное напряжение (преобразова"тель амплитудных, средних или эффективных значений) и на вычитающем блощ ке 17 сравнивается с постоянным напряжением, снимаемым с выхода фильтра 23. Разностное напряжение усиливается усилителем постоянного тока 25и воздействует на управляющий зле-мент первого управляемого резистора2 (оптрон, диод-фотосопротивление,лампочка-Фотосопротивление). Величинауправляемого резистора 2 изменяется.до тех пор, пока напряжение по среднемудействующему или амплитудномузначению не будет равно постоянномунапряжению.О заданного источникаопорного постоянного напряжения 7,Таким образом, происходит стабилизация высокочастотного напряжения. З 5 Высокочастотное напряжение О поступает через конденсатор 3 на входвторого управляемого резистора 4.С выхода этого резистора 4 напряжение поступает через конденсатор 5 на о клемму пробника для подключения измеряемого Е импеданса 6, а через конденсатор 14 на вход сигнального канала стробоскопического преобразователя 9. На входе сигнального каналапреобразования 9 высокочастотноенапряжение О смешивается с постоянным напряжением О снимаемым с делителя, состоящего из резисторов11 и 12, поступающим на вход черезиндуктивность 13. Конденсаторы 3, 5,14 и индуктивность 13 необходимы для разделения цепей по постоянномуи переменному току. На выходе сигнального канала преобразователя 9 снимается напряжение, содержащее постоянную составляющую, пропорциональную По., и переменную составляющую, пропорциональную О , которые в видеоусилителе 16 усихливаются, Постоянная составляющая проходит без потерь через Фильтр нижних частот 24 на вход вычитающего блока 18, Переменная составляющая преобразуется в детекторе 22 с закрытым входом (преобразователь амплитудных средних или эффективных значений)и на вычитаюцем блоке 18 сравнивается с постоянным напряжением, снимаемым с выхода Фильтра 24. Разностное напряжение усиливается усилителем постоянного тока 26 и воздействует на упранляющий элемент второго управляемого резистора 4. Величина управляемого резистора 4 изменяется до тех пор, пока напряжение по среднему, действующему или амплитудному значении не будет равно постоянному напряжению.Если управляемый резистор считать безреактивным, то измерив цифровым омметром 27 резистор, нетрудно определить модуль неиэнестного импеданса,0 15 Формула изобретения Цифровой стробоскопический импедансметр, содержащий задающий ге нератор, внешние клеммы, двухканальный стробсскопический преобразователь, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью автоматизации переключения пределов и повышения точности измерения, в него введены два управляемых резистора, цифровой омметр, управляемый источник опорного постоянного напряжения, реэистивный делитель, два нидеоусилителя, 50 двадетектора, два фильтра низких частот, два нычитающих блока, два усилителя постоянного тока, дифференциальный усилитель, цифровой низкочастотный Фаэометр, вычислительный блок, цифровой отсчетный блок, шесть5 конденсаторов и четыре индуктивности, причем выход задающего генератора Зная коэффициент деления делителя и аргумент, нетрудно в вычислительном блоке 32 определить модуль, а также и составляющие неизвестного импеданса. 20Индуктивности 28, 29 необходимы для разделения цепей по переменному току.Цифровой низкочастотный Фазометр измеряет Фазовый сдвиг между напряжениями промежуточной частоты,В дифференциальном усилителе 31 формируется напряжение, равное по модулю .и совпадающее по фазе с напряжением, приложенным к управляющему резистору 4. Фазовый сдвиг между этим напряжением и напряжением, снимаемым с сигнального канала стробоскопического преобразователя, равен аргументу импеданса.35 псдключен последовательно через первый управляемый резистор, первыйконденсатор, второй управляемый резистор, второй конденсатор к внешнейклемме, выход источника опорногопостоянного напряжения подключенчерез первую индуктивность ко входуопорного канала стробоскопическогопреобразователя и через третий конденсатор к выходу первого управляемого резистора, а через резистивныйделитель и вторую индуктивность ковходу сигнального канала стробоскопического преобразователя, соединенного через четвертый конденсаторс внешней клеммой,. выход опорногоканала через первый видеоусилитель,соединен с одним иэ нходов первоговычитаюцего блока через пятый конденсатор и первый детектор, а сдругим - через первый фильтр нижнихчастот, выход первого нычитающегоблока через первый усилитель постоянного тока подключен к упранляюцемувходу первого управляемого резистора,выход сигнального канала через второйвидеоусилитель соединен с одним извходрв второго вычитающего блока через шестой конденсатор и второй детектор, а с другим - через второйфильтр нижних частот, выход второгонычитаюцего блока подключен черезвторой усилитель постоянного тока купранляющему входу второго управляемого резистора, дна входа цифровогоомметра подключены через третью ичетвертую индуктивности к второмуупранляемому резистору, первый извходов цифрового низкочастотногоФаэометра через дифференциальныйусилитель подключен к выходу опорного канала стробоскопического преобразователя, а его второй вход, который соединен с другим входом дифференциального усилителя, подключенк выходу сигнального канала стробоскопического преобразователя, входы вычислительного блока подключенык выходам цифровых омметра и низкочастотного фазометра, а выходы соединены с цифровым отсчетным блоком.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Векторный импедансметр. Модель4815. Каталог, 1975, с, 427.2. Измеритель активной и реактивной составляюцих сопротивление. Патент СИА 3284705, кл. 324-57.3. Устройство для измерения импеданса. Патент США 3260936,кл. 324-57.786035 А. Беляевурка Коррек филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,Составител к тор Н. Кеыеля Техред Н. Бказ 8345/53 Тираж 1019 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Ракомит открыская Подписноеа СССРйб., д. 4/5