Измеритель параметров пассивных двухполюсников

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 191 1 Е 27/02 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 11 а:,АО21) 3 571 3 С 22) 30.03 (46 23.05 72) А.И,М В.М.Чайков 71) Пензе ститут (53) 621. 56) 1. А Р 493021,6/18-218384. Бюлартяшинкий и Аский по Р 19Б.В.Цыпин,А.Булютинитехнический о. пряже-, ор и входной лемен- илите- вхои хра- вычиОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 317. 322 (088. 8)вторское свидетельство СС кй. С 01 В 27/02, 1976. рское свидетельство СССР кл. С; 01 В, 27/02, 1982 2. АвтоР 938199,прототип),54) 157) 1. ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВПАССИВНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ, содержащиформирователь напряжения внешнеговоздействия, образцовый элемент,операционный усилитель, первый и втрой элементы выборки и хранения,первый и второй вычитатели нания, дифференциатор, интегратблок управления, причем одинзажим соединен с образцовым этом и входом операционного усля, выход которого соединен сдом второго элемента выборкинения и первым входом первоготателя напряжения, выход которогосоединен с дифференциатором, о т лч а ю щ и й с я тем, что, с цельюрасширения функциональных возможностей, в него введены сумматор, управляемый интегратор, функциональныйпреобразователь, пиковый детектор,масштабирующий преобразователь, причем выход формирователя напряжениявнешнего воздействия соединен с первым входом масштабирующего преобразователя, а через сумматор - с вторым входом блока управления, выходоперационного усилителя соединен спервым и седьмым входами блока упраления и вторым входом масштабирующего преобразователя, выход второгоэлемента выборки и хранения черезфункциональный преобразователь соединен с первым входом второго вычитателя напряжения, второй вход ко" торого соединен с третьим выходом масштабирующего преобразователя, вход дифференциатора соединен с входом пикового детектора, через пер вый элемент выборки и хранения - с третьим входом второго вычитателя напряжения, а через интегратор соединен с пятым входом блока управления, первый выход масштабирующего преобразователя соединен с восьмым входом блока управления, выход дифференциатора соединен с шестым входом блока управления, первый выход блока управления соединен с вторым выводом образцового элемента, второй 19выход блока управления соединен с вторым входным зажимом, третий выход блока управления через управляемый интегратор соединен с третьим Вюв входом блока управления, четвертый выход блока управления соединен с вторым входом первого вычитателя на-: пряжения, второй выход Масштабирующего преобразователя соединен с четвертым входом блока управления, пяфтый и шестой выходы блока управления соединены с вторым и третьим входами сумматора соответственно, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с земляной клеммой, выходы второго вычитателя напряжений, пикового детектора и седьмой, девятый и восьмой выходы блока управления соединены с первым, вторым, третьим, четвертым .и пятым выходными зажимаьГи устройства. :Ь2. Измеритель по п.1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что блок управления содержит четыре переключателя и три ключа, причем первый вход блока управления соединен с первым входом четвертого переключателя, второй вход - с вторым входом четвертого переключателя, третий1093991 вход - с первыми входами первого ивторого переключателей, четвертыйвход - с входом третьего переключателя, пятый, шестой и седьмой входыблока управления - соответственнос входами первого, третьего и второго ключей, восьмой вход - с вторымвходом второго переключателя, первый,второй и третий выходы четвертогопереключателя являются первым, вторым и третьим выходами блока управления, выходы первого, второго итретьего переключателей соединеныс пятым, четвертым и шестым выходами блока управления, а выходы первого,третьего и второго ключей соединенысоответственно с,седьмым, восьмыми девятым выходами блока управления.Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и можетбыть использовано для измерения параметров пятиэлементных двухполюсников, а также для измерения параметров процессов в гальванотехнике ивлагометрии.Известен преобразователь параметров нерезонансных трехэлементныхдвухполюсников в напряжение, содержащий образцовый элемент и элементсравнения 11,Недостатком преобразователя является невозможность измерения параметров пятиэлементных двухполюсников.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности является преобразователь параметров четырехэлементных двухполюсников в напряжение, содержащий Формирователь опорного напряжения, исследуемый двухполюсник, операционный усилитель,образцовый элемент, первый элементвыборки и хранения, первый вычитатель напряжения, дифференциатор,второй вычитающий усилитель, второйи третий элементы выборки и хранения, задатчик интервала времени,ключ, интегратор и третий вычитатель напряжений 2 .Недостатком известного преобразователя является, невозможностьизмерения параметров пятиэлементного двухполюсника, который, например,может представлять собой схемузамещения гигрометрического первичного преобразователя влажности, гдеэлементы К;С и В В, С 2 определяют соответственно параметры барьерного и пористого слоев. Причем по 3. Измеритель по пп. 1 и 2, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что Формирователь внешнего воздействия содержит генератор тактовых импульсов. 4. Измеритель по пп.1 - 3, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что масштабирующий преобразователь состоит из трех каналов, причем первый вход масштабируЮщего преобразователя соединен с входами первого и второго каналов, второй вход - с входом третьего канала, а выходы первого, второго и третьего каналов соединены соответственно с первым, третьим и вторым выходами масштабирующего преобразователя. ристый слой является источником полезного сигнала, а барьерный - источником помех, в связи с чем возникает необходимость раздельного из мерения параметров пористого слоянезависимо от параметров В и С,значение которых в процессе преобразования остается неизменным.цель изобретения - расширение Щ функциональных возможностей измерителя параметров пассивных двухполюсников.3Поставленная цель достигаетсятем, что в измеритель параметров 15 пассивных двухполюсников, содержащий Формирователь напряжения внешнего воздействия, образцовый элемент,операционный усилитель, первый и второй элементы выборки и хранения, 0,первый и второй,вычитатели напряжения, дифференциатор, интегратор иблок управления, причем один входнойзажим соединен с образцовым элементом и входом операционного усилите ля, выход которого соединен с входом второго элемента выборки и хранения и первым входом первого вычитателя напряжения, выход которого соединен с дифференциатором, введены З 0 сумматор, управляемый интегратор,,функциональный преобразователь, пиковый детектор, масштабирующий преобразователь, причЕм выход формирователя напряжения внешнего воздействия соединен с первым входом масштабирующего преобразователя, а через сумматор - с вторым входом блока управления, выход операционногоусилителя соединен с первым и седьмым входами блока управления и вто рым входом масштабирующего преобразователя, выход второго элемента выборки и хранения через функциональный преобразователь соединен с первым входом второго вычитателя напряжения, второй вход которого соединен с третьим выходом масштабирующего преобразователя, вход дифференциатора соединен с входом пиковогодетектора, через первый элемент выборки и хранения - с третьим входомвторого вычитателя напряжения, а 10через интегратор соединен с пятымвходом блока управления, первый выход масштабирующего преобразователя соединен с восьмым входом блокауправления, выход дешифратора соединен с шестым входом блока управления, первый выход блока управления соединен с вторым выводом образцового элемента, второй выход блокауправлениясоединен с вторым входным зажимом, третий выход блока управления через управляемый интегратор соединен с третьим входом блоа управления, четвертый выход блоа управления соединен с вторым 25 рходом первого вычитателя напряжения,:рторой выход масштабирующего преобразователя соединен с четвертымвходом блока управления, пятый и шестой выходы блока управления соедине- З 0 ны с вТорым и третьим входами сумматора соответственно, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с земляной клеммой, выходывторого вычитателя напряжений, пикового детектора и седьмой, девятыйи восьмой выходы блока управления 35 соединены с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым выходными зажима-.ми устройства. 40 дом второго переключателя, первый,второй и третий выходы четвертогопереключателя являются первым, вторым и третьим выходами блока управ"ления, выходы первого, второго итретьего переключателей соединены спятым, четвертым и шестым выходами блока управления, а выходы первого, третьего и второго ключей соединены соответственно с седьмым,восьмым и девятым выходами блока уп.равления. 55 Блок управления содержит четыре переключателя и три ключа, причем первый вход блока управления соединен с первым входом четвертого переключателя, второй вход - с вторым 45 входом четвертого переключателя, третий вход - с первыми входами первого и второго переключателей, четвертый вход - с входом третьего переключателя, пятый и седьмой входы50 блока управления - соответственно с входами первого, третьего и второго ключей, восьмой вход - с вторым вхоФормирователь внешнего воздейстия содержит генератор тактовых имульсов.Масштабирующий преобразователь состоит из трех каналов, причем первый вход масштабирующего преобразователя соединен с входами первого и второго каналов, второй вход - с входом третьего канала, а выходы первого, второго и третьего каналов сое-. динены соответственно с первым, третьим и вторым выходами масштабирующего преобразователя.На чертеже приведена структурная схема измерителя параметров пассивных двухполюсников.Измеритель содержит тактовый генератор 1, формирователь 2 напряжения внешнего воздействия, сумматор 3, первый 4, второй 5, третий б и четвертый 7 переключатели, клемана для подключения исследуемого двухполюсника 8, образцовый элемент 9, операционный усилитель 10, первый 11 и второй 12 каналы масштабирующего преобразователя, управляемый интегратор 13, первый вычитатель 14 напряжений, дифференциатор 15, первый 1 б и второй 17 элементы выборки и хранения, функциональный преобразователь 18, второй вычитатель 19 напряжений, интегратор 20,первый 21, второй 22 и третий 23 ключи, пиковый детектор 24, третий канал 25 масштабирующего преобразователя, масштабирующий преобразователь 26 и блок управления (не показан).Одна из клемм для подключения исследуемого двухполюсника В и один иэ выводов образцового элемента 9 соединены с входом операционного усилителя 10, выход которого соединен с входом второго элемента 17 выборки и хранения, а также с одним из входов первого вычитателя 14 напряжений, выход которого. соединен с дифференциатором 15.Выход тактового генератора 1 соединен с входом формирователя 2 напряжения внешнего воздействия, выход которого через второй канал 12 масштабирующего преобразователя 25 соединен с вторым входом второго переключателя. 5 блока управления, а также - с первым входом сумматора 3, выход которого соединен с вторым вхбдом четвертого переключателя 7 блока управления, первый вход которого соединен с выходом операционного усилителя 10Первый выход четвертого переключателя 7 соединен с вторым выводом образцового элемента 9, второй - с другой клеммой для подключения исследуемого двухполюсника 8, третий - с входом управляемого интегратора 13, выход которого соединен с входомпервого переключателя 4 и с первымвходом второго переключателя 5 блока управления, четвертый выход которого соединен с другим входом первого вычитателя 14 напряжений.Выход операционного усилителя 10соединен с входом второго ключа 22блока управления и через последовательно соединенные первый канал 111 масштабирующего преобразователя 26и третий переключатель 6 - с вторымвходомсумматора 3, третий выходпервого вычитателя 14 напряжений соединен с входом пикового детектора24, через интегратор 20 - с входомпервого ключа 21 блока управления, 15а через первый элемент 16 выборкии хранения - с первым входом второго вычитателя 19 напряжений, второйвход которого соединен с выходомфункционального преобразователя 18, 20вход которого соединен с выходомпервого элемента 16 выборки и хранения.третий вход второго вычитателя 19напряжений соединен с выходом третьего канала 25 масштабирующего преобразователя 2 ф, первый вход которогосоединен с выходом Формирователя 2напряжения внешнего воздействия.Выход дифференциатора 15 соединен 30с входом третьего ключа 23 блокауправления.Измеритель параметров пассивныхдвухполюсников работает следующимобразом. 35На первом этапе работы измерителяпереключатели 4 и 6 находятся в разомкнутом состоянии, переключатели5 и 7 - в положении, указанном начертеже, вследствие чего исследуемый двухполюсник 8 включен в цепьобратной связи операционного усилителя 10, а образцовый элемент 9 Вна входе последнего.При поступлении на первый входпереключателя 7 напряжения внешнего 45воздействия Оо, представляющего собой импульсное напряжение прямоугольной формы типа "меандр", и выра-.батываемого формирователем 2 напряжения внешнего воздействия, выходное 50напряжение операционного усилителя10 равно:О,й,й, ., О,гО,й О,О (Ц= е + - (.е )+ о + - фю р,р а, й,1где а= Сг Вг+Б 1Напряжение Ош(1)через вычитатель 14 напряжений и дифференциатор 15 60 поступает на вход ключа 23, на выходе которого формируется напряжение, пропорциональное 1/С, последнее измеряется при помощи цифрового вольтметра. Затем переключатель 5 переводится в среднее положение, при этом на другой вход вычитателя 14 напряжений начинает поступать выходное напряжение управляемого интегратора 13, коэффициент передачи которого описывается выражением К Р=1/РС,гВО, причем регулировка К осуществляется путем изменения значения параметра С 6.Регулировка К 1 осуществляется до тех пор, пока выходное напряжение дифференциатора 0, не станет равно нулю в установившийся момент времени 1 ст 1 5-6) а, т.е. после окончания переходного процесса на выходе операционного усилителя 10, обусловленного действием напряжения О, необходимо, чтобы 601=0.Выделение напряжения ьО, осуществляется при помощи ключа 23, управляемого тактовым генератором 1.В результате проведения данной операции компенсации линейно изменяющейся составляющей напряжения 04 И) коэФфициент передачи управляемого интегратора 13 равенКР 1/РС В,Выходное напряжение первого вычитателя 14 напряжений поступает на вход первого элемента 16 выборки и хранения, который по команде тактового генератора 1 в начальный мо- мент 10 действия напряжения Од Фиксирует напряжение Оо "г ъ "о "О ац й.Афй 1 й.и хранит его в течение всего процесса измерения.далее осуществляется перевод переключателя 7 в положение, обратное приведенному на чертеже, переключатель 5 переводится в нижнее положение, а переключатель 4 замыкается.В результате.данных коммутаций исследуемый двухполюсник 8 включается на входе операционного усилителя 10, а образцовый элемент 9 В в цепь обратной связи, дополнительно замыкается цепь положительной обратной связи, образуемой управляемым интегратором 13 и переключателем 4.В результате действия положительной обратной связи выходное напряжение операционного усилителя 10 описывается выражением:1093991 Тогда РЙоЙ 7 С 2 Йол РЙоЙЗСгю Йгл Йлф р"ЛСгф Р ЙлЙгСгф р ЙлЙ 1 сгО Я С 1 "ъ, р ,жоао л 5О о 2 Ь рлС Ъ р+дЙ.Е,где 3 - "Ь =сг нг в+В, Вг+В, Вз) 1Ъгт,е, напряжение Олоь) не зависит от параметра С.Но временной области напряжение цлоР) имеет вид:о 2В момент времени 1 о по команде тактового генератора,1 нацря 7 кениео 0 Й 2+Йъ)0 ло о) равное , периЙ 1 " Й "гф "лЙ З 20 одйчески фиксируется-вторымэлементом 17 выборки и хранения.Далее замыкается переключатель 6 и начинается регулировка коэффициента передачи канала 11 масштабирую щего преобразователя 26, который описывается выражением Клл=В/Во, причем регулировка Кллосуществляется путем изменения значения параметра ВллПри этом выходное напряжение опе рационного усилителя 10 описывается выражением 10 35 где й,рС,В.л л. л)1 р) =Й лрСгЙзФрСгЙг+1 40 45 50 55 н 60 е- . Тогда"о ц Ю= Очевидно, чт венства Н=Вл/В не зависит от п ОоЙо Р Я Р+с где ли с,в, о време ной области Н оЙо .сд 0 оЯоМ= е т. е. напр мент изме стан следи следовательности.На первом этапе на выходе23 измеряется напряжение, обр. пропорциональное параметру С лючатно о о при выполнении ранапряжение 0 ло ( Р) араметра В при этом ОЛ Р ОоЙо7Йг рс ЙгЙС 2 рс при проведении регулировки К жение, Фиксируемое вторым эл м 17 выборки и хранения, буд яться и при равенстве К 1 л=йлл/ т равно 0 В, (Вг+Вл) /ВгВ 3, по ее поступает на вход Функцио нального преобразователя 18, выходное напряжение которого, равноепоступает на вычитатель 19;1 ВВ2 Ънапряжений.Синхронно с регулировкой К 1 л изменяется и коэффициент передачи канала 25 масштабирующего преобрабователя 26, который описывается выражением Кг=Вг/Во, регулйровка К осуществляется изменением значения параметра К, причем на всех этапах регулировки К 2 =Ки.Напряжение ОЙ, равное 0 оМ поступает на третий вход второго вычитателя 19 напряжений.Процесс регулировки значения К а следовательно. и К прекращается, как только выходное напряжение второго вычитателя 19 напряжений 01 д Ц-Ощ-ОгфЬОЙбудет равно нулю, т.е.далее начинается изменение коэфФициента передачи канала 12 масштабирующего преобразователя 26, выходное напряжение которого 0, =0 1 л через переключатель 5 поступает на один вход вычитателя 14 напряжений, на другой вход которого поступает напря- жениеЦ, Ф) , при этом контролируется напряжение на выходе ключа 23 ьОл и как толькоь 01 =О, процесс регулировки К прекращается. При этом устраняется наличие постоянной составляющей на выходе вычитателя 14 напряжений, тогда"оо .ЫОЧ Й еНапряжение 0,4 Ц поступает на вход пикового детектора 24, выходное напряжение которого пропорционально значению 1/В 3, и на вход интегратора 20, из выходного напряжения которого при помощи ключа 21, управляемо. го тактовым генератором .1 в момент времени 1 от Формируется напряжение, пропорциональное значению параметра С.При помощи ключа 22, управляемого тактовым генератором 1, из напря- женияО"о(Ц в момент времени 1 с Формируется напряжение, пропорциональное значению 1/В 2.Ключи 21 - 23 содержат на выходе фильтры низких частот, в результате чего значение их выходных напряжений может быть измерено при помощи цифрового вольтметра постоянного тока.Таким образом, работа с измерителем параметров пассивных двухполюсников должна вестись в следующей поТираж 711 осударственного лам изобретений сква, Ж, Рауш Подписноекомитета СССРи открытийская наб., д. 4/5 к филиал.ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектна Далее переключатель 5 переводит-ся в среднее положение и осуществляется регулировка коэффициента передачи управляемого интегратора 13 до момента равенства нулю выходного напряжения ключа 23.Затем переключается переключатель 7, замыкаются переключатели 4 и 6, переключатель 5 переводится в нижнее положение, при этом вольтметр подключается к выходу вычитателя 19 напряжений, и добиваются установки равенства нулю его выходного напряжения путем регулировки коэффициентов передачи каналов 11 и 25 масштабирующего преобразователя 26. 15На завершающем этапе работы вольтметр вновь подключается к выходу ключа 23 и регулировкой коэффициента передачи .канала 12 масштабирующего преобразователя 26 добиваются равенства нулю выходного напряжения ключа 23.Затем вольтметр подключается к любому из выходов измерителя для измерения напряжения, пропорционального тому или иному параметру исследуемого двухполюсника.В общем случае задача измерения параметров двухполюсников данного вида является некорректной, т.е. данный внд двухполюсника является фиэбыточным" и его параметры однозначно не определяются. В предлагаемой измерителе измерениепараметров данного двухполюсника стало возможным благодаря использованию метода компенсации элементов, включенных последовательно с основной частью двухполюсника. Эффект компенсации достигается созданием для каждого компенсируемого элемента своего контура положительной обратной связи, имеющего конкретный коэффициент передачи, установленный определенным образом.. Предлагаемый измеритель путем значительного повышения информативности процесса измерения может найти широкое применение в области контроля параметров пятиэлементных двухполюсников, а также в области гальванотехнических измерений и влагометрии.