Способ измерения параметров многоэлементных двухполюсников и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОБЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 511 4 Г 01 Б. 17/1 НИЕ ИЗО НИЯ ВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСК зо Ю 4 Р ьЬ ыр Изобмерител е точсится к электроизенией тех имене- уравно- емени может быть исрении параметров ников. к м п льзован ассивных вух ю ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники(56) Авторское свидетельство СССР1307354, кл. С О 1 К 17/10, 1987. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено дпя измерения параметров физических объектов, эквивалентная электрическая схема которых является многоэлемент- ным двухполюсником (Д). Цель изобретения - повышение точности и расширение области измерений за счет испольвания для уравновешивания только однотипных элементов с сохранением раздельного уравновешивания. Это достигается введением трех масштабных усилителей, пяти повторителей напряжения, параллельного сумматора, чет ехплатного коммутатора и четырех потенциометров путем выполнения следующих операций. Д, состоящий из И ЯО 152 О 45 элементов (устройство реализовано для случая И=4), подключают к измерительной цепи (ИЦ), образованной последовательно соединенным образцовымэлементом и Д. ИЦ питают последовательностями импульсных сигнапов сизменением напряжения в импульсах по закону степенных функций, показатель степени которых принимает значения 0,1,2 И, и формируют первую активную величину (АВ), например напряжение, зависящую от параметровД, сравнивают с моделирующей ее второй АВ и приводят их разность к нулю . Вторую АВ формируют в виде суммы из +1 импульсного сигнала, каждый из которых изменяется по закону соответствующей степенной функции с показателями степени 0,1,2, При первом уравновешивании х присваивают значение О, а при каждом последующем увеличивают его на единицу, Каждое уравновешивание выполняют после окончания переходных процессов в ИЦ изменением амплитуды сигнала, входящего во вторую АВ и имеющего форму прямоуголь ных импульсов. После выполнения Н-го уравновешивания искомые параметры Допределяют из решения системы Б алгебраических уравнений, которыми выра.жаются условия равновесия. 2 с.п,ф-лы, 1 ил. Цель изобретения - повышности и расширение областиния за счет использования д вешивания только однотипных(4) тов с сохранением раздельного уравновешивания.Способ измерения параметров многоэлементных двухпапюсников осуществля 5 ют следующим образом.Вначале на измерительную цепь подают последовательность прямоугольных импульсов (2.=0). Выходное напряжение измерительной цепи Н(с) = ЦА где А- коэффициент пропорциональности, сравнивают с напряжением Б (.) =К, приводят разность к нулю изменением значения регулировочного коэффициента К, и получают, таким образом, пер вое условие равновесия Затем подают на измерительную цепь 20 последовательность линейно изменяющихся импульсов (г.=1), сравнивают напряжение Н(с) = (А,с+А ) с напряже 0Ппнием Н(С), которое формируют в виде 25 суммы двух слагаемых П (с) = К,С+Уви+ ЦК . С учетом выполнения условия(1) второе условие равновесия имеетвид30 Далее подают на измерительную цепь 35 последовательность квадратичных импульсов (г. = 2), сравнивают напряжение П,(С) = - (А,С 2 +2 А+А ) с напряНупчжением 0 (с), которое Формируют уже в 40 виде суммы из трех слагаемых 0 (с) = -- К к 2 + в -К с + Н К , (3)Нм 2 Ьч2мЬ45 С учетом выполнения (1) и (2) тре-.тье условие равновесия имеет вид Далее подают на измерительную цепьпоследовательность кубичных импульсови теде 55При +1-м сравнении на измерительную цепь подают последовательность импульсов вида Б ( в -) , а напряже- ц ние Б(с) Формируюг в виде суммы изг.+1 слагаемого С учетом выполнения предыдущих условий равновесия г.+1-е условие имеет вид После И-го уравновешивания получают И условий равновесия, представляющих систему И алгебраических уравнений вида (б), н которую в качестве М неизвестных входят искомые параметры двухполюсника, Функциями которых являются коэффициенты А. Из решения этой системы уравнений определяют искомые параметры двухполюсника.Из условий равновесия (6) следует, что разность между сравниваемыми величинами Б(с) и П (с) всегда имеет (после окончания переходных процессов) форму импульса с плоской вершиной, полярность которого однозначно определяет. знак, а амплитуда - степень рассогласования сравниваемых величин, что удобно для организации процесса уравновешивания.Таким образом предлагаемый способ позволяет определить параметры любого многоэлементного двухполюсника, для которого известна схема замещения и выполнены условия однозначности определения параметров.Известность схемы замещения необходима для записи коэффициентов А, входящих в левую часть системы уравнений (6). При измерении параметров двухполюсников с различными схемами замещения алгоритм реализации способа полностью сохраняется, а изменяет" ся лишь вид формул (6) для расчета параметров.На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения параметров многоэлементных двухполюсников.Устройство, реализованное для случая 0=4, содержит задающий генератор 1, выход которого соединен с входами управления генераторов 2-1, 2-2, 2-3 н 2-4 импульсов прямоугольной, линей-.(7) 552045 но изменяющейся, квадратичной и кубичной форм соответственно, четырехплатный коммутатор 3 на четыре положения. Выход генератора 2-1 прямоугольных импульсов подключен к первому, второму,5 третьему и четвертому контактам плат 3-1, 3-2, 3-3 и 3-4 коммутагора 3 соответственно. Выход генератора 2-2 линейно изменяющихся импульсов подключен к второму контакту первой платы 3-1 непосредственно, а к третьему и четвертому контактам второй и гретьей плат 3-2 и 3-3 коммутатора 3 - через первый 4-1 и второй 4-2 масштабные усилители соответственно. Выход генератора 2-3 квадратичных импульсов соединен с третьим конгактом первой платы 3-1 непосредственно, а с четвергым контактом второй платы 3-2 - через 2 О третий усилитель 4-3. Выход генератора 2-4 кубичных импульсов подключены к четвертому кощ акту первой платы 3-1. Первый выход коммутатора 3 через образцовьп 1 резистор 5 соединен с пер вой клеммой 6, а вторая клемма 7 для подключения исследуемого двухполюсника 8 подкпючена к общей шине. Схема замещения исследуемого двухполюсника 8 содержит первьп резистор 9 (К 1), ЗО параллельно которому включены последовательно соединенные первый конденсатор 10 (С 1) и второй резистор 11 (К 2) параллельно которому включен второй конденсатор 12 (С 2). Первые выводы потенциометров 13-1, 13-2, 13-3, 13-4 соединены с соответствующими выходами коммутатора 3, а вторые выводы через повторители 14-1, 14-2, 14-3, 14-4 напряжения подключены к соответствую О Щим входам параллельного сумматора 15, выход которого соединен с первым выводом нуль-органа 16. Второй вывод нуль-органа 16 через пятый повторитель 14-5 напряжения подключен к пер вой клемме 6, третий вывод соединен с выходом задающего генератора 1. Четвертый вывод нуль-органа 16 и третьи выводы потенциометров подключены кобщей шине. 50 Устройство, осуществляющее способ, работает следующим образом.В исходном состоянии подвижные кон- . такты коммутатора 3 находятся в верхнем по схеме положении, а движки потенциометров 13-2 - 13-4 - в крайнем правом положении. Положение движка потенциометра 13-1 произвольное. 4 6Вначале импульсы прямоугольной формы с выхода генератора 2-1 через первый контакг платы 3-1 коммутатора 3 поступают на измерительную цепь и первый вывод потенциаметра 13-1. Выходное напряжение измерительной цепи О(с) после окончания переходных процессов имеет форму прямоугольного импульса. Через повторитель 14-5 напряжения, служащий для уменьшения влияния паразитных параметров схемы, это напряжение поступает на второй вывод нуль-органа 16. Выходное напряжение потенциометра 13-1, равное П К через-повторитель 14-1 напряжения пос 1 упает на первый вход сумматора 15, К - коэффициент передачи потенциомера 13-1, принимающий значения 0 ( К,1. Так как движки потенциометров 13-2 - 13-4 находятся в крайнем правом положении, то на остальных входах сумматора 15 нулевое напряжение, поэтому выходное напряжение П(с) сумматора 15, поступающее на первьп 1 вывод нуль-органа 16, равно Б(с) = Б К,. В нуль-органе 16 осуществляется сравнение двух напряжений П(С) и О (с). Регулируя положение движка потенциометра 13-1, добиваются их равенсгва, выполняя тем самым первое условие равновесия: Состояние равновесия здесь и далее фиксируют по экрану осциллографа, выполняющего функции нуль-органа 16.Затем подвижные контакты коммутатора 3 устанавливают в следующее положение на одну позицию вниз. При этом на измерительную цепь и первый погенциометр 13-1 поступают импульсы линейно изменяющейся формы с выхода генератора 2-2 через второй контакт первой платы 3-1, а на потенциометр 13-2 поступают прямоугольные импульсы с выхода генератора 2 - 1 через второй контакт платы 3-2. Выходное напряжение сумматора 15 сосгоит иэ двух слагаемых: П= -- Кс - П К (8) . Так как коэффициенты А и А имеют отрицательный знак, то повторители напряжения 14-2 и 14-4 подключены к ин+ кйк 2 с, ) 1)з) Из решения системы уравнений (7), (9), (11), (13) находят формулы для вычисления значений параметров К, К, С, Сг двухполюсника 8: Аг В оК С 1К фф с, с(К+К,)Способ измерения параметров многоэлементных двухполюсников, заключающийся в том, что подают на измерительную цепь в виде двухполюсника Н последовательностей импульсных сигналов вида0()Ьз) М)ц 30)ц 11 (с) и- К с 3- - К с 2+К С 3 1 12 2 С Ъ ц Ц 11(,2) 554 Четвертое условие равновесия в соответствии с (6) имеет вид: вертирующим входам параллельного сумматора 15. Регулируя положение движка потенциометра 13-2, добиваются равенства сравниваемых величин 01(с) и 0(с), при этом второе условие равно 5 весия имеет вид; Разность сравниваемых величин после окончания переходных процессов имеет на экране осциллографа форму импуль са с плоской вершиной, полярность и амплитуда которого однозначно определяют направление и расстояние перемещения движка потенциометра.Затем подвижные контакты коммутатора 3 устанавливают в следующее третье положение, перемещая еще на одну позицию вниз. Выходное напряжение суммато" ра 15 формируется из трех слагаемых: 0(с) К с 2 -- -К с + 11 К, (10) У)зз 20 в 2 и 1) Удвоение значения второго слагаемого происходит вследствие того, что линейно изменяющиеся импульсы с выхо да генератора 2-2 поступают на первый вывод потенциометра 13-2 через масштабный усилитель 4-1, имеющий коэффициент усиления 2,Изменяя положение движка потенциометра 13-3, добиваются равенства срав35 ниваемых величин 111(С) и 11(С), при этом третье условие равновесия имеет внд; Затем подвижные контакты коммута" тора 3 устанавливают в четвертое, крайнее нижнее положение и аналогично уравновешивают сравниваемые величины изменением положения движка потенциометра 13-4. Выходное напряжение сумматора 15 состоит из четырех слагаемых: Таким образом, предлагаемое устройство для измерения параметров четырехэлементных двухполюсников в отличие от известного позволяет определить параметры двухполюсника с применением только однотипных управляемых элементов с сохранением раздельного уравновешивания. Схема замещения двухполюсника может быть и другой. В этом случае алгоритм работы устройства полностью сохраняется, а изменяются только формулы вычисления искомых параметров. где М - число параметров двухполюсника,О с, - амплитуда и длительность импульсов,с - текущее время,3. принимает значения 0,1,2Б,и измеряют первую активную физичес15204 кую величину (например, напряжение), пропорциональную параметрам измерительной цепи, измеряют вторую активную физическую величину (напримерф 5 напряжение), пропорциональную параметрам измерительной цепи, сравнивают ее с первой и регулируют значение второй до получения равенства сравниваемых величин, причем при.первом уравновешивании подают напряжение питания н виде последовательности прямо 1:Оугольных импульсов типа 0 = ( - -)Щ ь 7 а при каждом последующем уравновеши нанни - последовательность импульсов со значением показателя степени на единицу больше, при этом выполняют каждое регулирование после окончания переходных процессов в измерительО ной цепи, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности и расширения области применения, измеряют вторую активную физическую величину при подаче напряжения типа 25 1+ь1)0 И)1 Д 1) (7-Д+1) 7 т.( 7 где К - регулирон очные. коэффициенты30У принимающие значения О К 1, а каждое регулирование выполняют изменением амплитуды прямоугольных имО 35 пульсов типа 0 К;, ( - ,-),причем после выполнения И-го уравновешивания искомые параметры двухполюсника определяют из решения системы И алгебраиАи ческих уравнений вида К + Г40Ч где А - коэффициенты, определяемые параметрами двухполюсника и входящие в систему уравнений, описывающую первую активную величину Б после окон" 45 чания переходных процессов 1+16-1 11 (с) =11 . А , -- ,, -- ( ) е(3 1) (1-+1) С й502. Устройство- для измерения параметров многоэлементных двухполюсников, содержащее задающий генератор,54выход которого соединен с входами управления генераторов импульсов прямоугольной, линейно изменяющейся, кнад - ратичной и кубичной формы, две клеммы для подключения исследуемого двухполюсника, образцовый резистор, первый выход которого соединен с первой клеммой для подключения исследуемого двухполюсника, и нуль-орган, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения, в него введены три масштабных усилителя, пять повторителей напряжения, параллельный сумматор, четырехплатный коммутатор на четыре положения и четыре потенциометра, первые выводы которых соединены с соответствующими выходами коммутатора, а вторые выводы через соответствующие пов-торители напряжения подкпючены к входам сумматора, выход которого соединен с первым входом нуль-органа, при этом второй вывод образцового резистора подключен к первому выходу коммутатора, а первая клемма для подключения исследуемого днухполюсника через пятый повторитель напряжения соединена с вторым входом нуль-органа, третий вход которого подключен к выходу задающего генератора, выход генератора прямоугольных импульсов подключен к первому, второму, третьему и четвертому контактам соответствующих плат коммутатора, выход генератора линейно изменяющихсяимпульсов подключен к второму контакгу первой платы непосредственно, а к третьему и четвертому контактам второй и третьей плат коммутатора через первый и второй масштабные усилители соответственно, выход генератора квадратичных импульсов соединен с третьим контактом первойплаты коммутатора непосредственно, а с четвертым контактом второй платы - через третий усилитель, выход генератора кубичных импульсов подключен к четвертому контакту первой платы коммутатора а вторая клемма для подключения исследуемого двухполюсника, третьи выводы потенциометров и четвертый вход нуль- органа соединены с общей шиной..Составитель В.СеменчукРедактор Н.Тупица Техред М.Ходанич орректор В.Гирня роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина Заказ 6753/47 Тираж 714 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5