Итерационный преобразователь rlc параметров

СОЮЗ СОНЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК е игг 1 3 51)5 С 01 К 27/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМУ СВИ ЕЛЬСТВУ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Азербайджанский институт нефтии химии им. М,Азизбекова(56) Авторское свидетельство СССРУ 1183919, кл, С 01 К 27/02, 1985,Авторское свидетельство СССРВ 1046707, кл. С 01 К 27/02, 1983,(57) Изобретение относится к .электроизмерительной технике и предназначено для измерения КЬС-параметров.,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей - достигается за счет того, что обеспечивается возможность измерения емкости и индуктивности. В режиме измерения емкости переключатели 25, 26, 27 режима работы устанавливаются в такие положения, при которых напряжения логического 0 подаются на соответствующие входы элементов И 22, 23 и логической " 1" - на вход элемента И 21. На выходе формирователя 19 такта интегрирования устанавливается напряжение логической 11", на выходе инвертора 20 - напряжение логического "0. Начальное напряжение блока 14 выборки и хранения в те- а чение всего первого такта интегрирования переписывается в блок 15 выборки и хранения, аналоговый ключС"1661673 3 замкнут, переключатель 16 находится в положении а, аналоговые ключи 4, 5 и б разомкнуты. К входу операционного усилителя 11 подключается5 преобразуемая емкость Сх, на входы умножителя 2 двух напряжений одновременно поступают два сигнала; напряжение с выхода генератора 1 синуаоидального напряжения и постоян ые напряжения с выхода переключаеля 16 - источника 17 опорного наряжения и выходное напряжение с выода блока 15 выборки и хранения,Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения КЬС-параметров свысокой точностью,Целью изобретения является расширение функциональных возможностейпреобразователя на переменном токе,На чертеже представлена схема итерационного преобразователя КЬС-параметров.Итерационный преобразователь КЬСцараметров содержит генератор 1 синусоидального напряжения, умножитель 2двух напряжений, аналоговые ключи 3,4, 5 и 6, измерительный блок 7, содержащий образцовые опорные элемен 35ты - резистор К) 8, индуктивность(Ь ) 9 и емкость (Со) 10, операционный усилитель 11 с емкостью (С с) 12Ц его обратной связи, ИтерационныйПреобразователь ВЬС-параметров со 40Держит также интегратор 13; блоки 14и 15 выборки и хранения, переключатель 16, источник 17 опорного напряжения и блок 18 управления, содержащий формирователь 19 такта интегрирования, инвертор 20, логические элементы И 21, 22 и 23, логический элемент ЗИ-ИЛИ 24, переключатели 25, 26 и 27 режима работы, зажимы 28 и 29 для подключения преоб 50раз уемых пассивных величин К , Ь , С ,Выход источника 17 опорного напряжения соединен с первым неподвижным контактом переключателя 16, второй неподвижный контакт которого соединен с выходом итерационного преобразователя КЬС-параметров и выходомблока 15 выборки и хранения. Первыйвывод образцового резистора 8 соедиНапряжение с выхода интегратора 13записывается в блок 14 выборки ихранения в течение всего второго такта преобразования. Измерение сопротивления и индуктивности осуществляется аналогично, но при иныхположениях переключателя 16 и переключателей 25, 26 и 27 режима работы, Преобразователь содержит такжеобразцовые резистор 8, индуктивность9, емкость 10, емкость 12 обратнойсвязи, логический элемент ЗИ"2-ИЛИ24, входные зажимы 28 и 29. 1 ил. нен с инвертирующим входом операционного усилителя 11, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной преобразователя.Выход генератора 1 синусоидального напряжения соединен с входом формирователя 19 такта интегрирования и первым входом умножителя 2, второй вход которого соединен с подвижным контактом переключателя 16, а выход - с подвижными контактами аналоговых ключей 3, 4, 5 и 6, Неподвижный контакт аналогового ключа 3 соединен с зажимом 28, первые выводы образцовой индуктивности 9 и образцовой емкости 10 соединены с инвертирующим входом операционногоуусилителя 11 и зажимом 29, неподвижные контакты аналоговых ключей 4, 5 и б соединены соответственно с вторыми выводами образцового резистора 8, образцовой индуктивности 9 и образцовой емкости 10. Зажим 29 соединен с первым выводом емкости 12 обратной связи, второй вывод которой соединен с выходом операционного .усилителя 11 и входом интегратора 13, Выход последнего соединен с входом блока 14 выборки и хранения, выход которого соединен с входом блока 15 выборки и хранения, Выход формирователя 19 такта интегрирования соединен с управляющим входом переключателя 16, входом инвертора 20, первыми входами элементов И 22 и 23 и управляющим входом блока 15 выборки и хранения. Управляющий вход блока 14 выборки и хранения соединен с выходом инвертора 20 и с первым входом элемента И 21, Вторые входы элементовИ 21, 22 и 23 соединены соответственно с выходами переключателей 25, 26 и 27 режима работы, а выходы - с управляющими входами аналоговых ключей 6, 4 и 5 соответственно, Управляющий вход аналогового ключа 3 соединен с выходом элемента ЗИ-ИЛИ 24, первый и второй входы которого соединены с выходами формирователя 19 такта интегрирования и переключателя 25 режима работы, третий и четвертый - с выходами инвертора 20 и переключателя 26 режима работы пятый и шестой - с выходами инвертора 20 и переключателя 27 режима работы. Входы переключателей 25, 26 и 27 режима работы соединены с общей шиной преобразователя.Итерационный преобразователь КЬС- параметров работает следующим образом.В основу принципа действия преобразователя положен итерационный метод коррекции погрешностей. Сущность метода состоит в такой организации процедуры преобразования, при которой (в случае преобразования С) результат определяется иэ равенства произведений значения источника опорного напряжения 11 о на электрическое сопротивление измеряемой емкости С 1 полученное при заданной частоте.я синусоидального питающего напряжения, и значения 111 выходного напряжения преобразовайия на электрическое сопротивление опорной емкости Сполученное при той же частоте Я;1/1 Я Сор 1/1 Я Со,с0о 1/3 ИС1/ЫС,з 03 СхЫСоЦЦ м,ЯСос 3 ЯСасВ случае преобразования К(Ь) результат определяется из равенства произведений значения Б на образцовое опорное Ко(Ьо) и значения Б на измеряемое К(Ь х), т. е.1/ Я Со,о 1/ 1 (д Со,с(3) Во всех режимах работы процедураизмерительного преобразования протекает в два такта, причем первому такту условно соответствует положительная полуволна, а второму такту - отрицательная полуволна питающего синусоидального напряжения, выделяемыепри помощи формирователя 19,Режим преобразования С. Переключатели 25, 26, 27 устанавливаются втакие положения, при которых напряжения логического "0" подаются .на20 соответствующие входы элементов И 22,23, логической "1" - на вход элемента И 21.В первом такте преобразования устанавливаются следующие режимы: на25 выходе формирователя 19 - напряжениелогической " 12 в соответствии с прохождением положительной полуволныпитающего синусоидального напряжения,на выходе инвертора 20 - напряжение30 лочо 0на выходах элемтов И 21; 22, 23 - "0", а на выходеэлемента ЗИ-ИЛИ - "1", При этом начальное напряжение блока 14 выборкии хранения Б в течение всего первого35такта переписывается в блок 15 выборки и хранения, ключ 3 замкнут, переключатель 16 находится в положении а,а ключи 4, 5 и 6 разомкнуты, К входуоперационного усилителя 1 подклю 40 чается преобразуемая емкость С,На входы умножителя 2 одновременно поступают два сигнала: напряжениес выхода генератора 1 (непрерывно),имеющее фиксированное амплитудноезначение и синусоидальную форму, ипостоянные напряжения с выхода переключателя 16 - Б источника 17 опороного напряжения и выходное напряжение 11, поступающее с выхода блока 15выборки и хранения. Напряжения О и111 имеют разные уровни, в соответствии с которыми изменяется и уровеньамплитуды синусоидального напряженияна выходе умножителя 2. Б и Оп задают масштаб преобразования, Напряжениедалее масштабируется блоком 7 в соответствии со значением измеряемойемкости С (значение емкости 12 постоянно), Напряжение синусоидальнойформы на выходе умножителя 2 в те чение действия положительной пол волны питающего синусоидального напряжения интегрируется при помощи5 интегратора 13 и фиксируется в нем к моменту окончания такта.Во втором такте преобразования ,устанавливаются следующие режимы: на выходе формирователя 19 - напря 10 кение логического "0" в соответствии с прохождением отрицательной попуволны питающего синусоидального наспряжения, на выходе инвертора 20 - напряжение логической "1", на выходе элемента И 21 - "1", на выходах элементов И 22, 23 и элемента ЗИ- 1 ЛИ 24 - напряжение логического "О", При этом напряжение с выхода интегратора 13 записывается в блок 14 выборКи и хранения в течение всего второго тракта преобразования, ключ 6 замкнут, ключи 3, 4, 5 разомкнуты, переключатель 16 находится в положении б,К входу умножителя 2 подключаются 25 выходное (Б) напряжение преобразователя, взятое с блока 15 выборки и Хранения, а к входу операционного усилителя 11 - образцовая опорная емКость 10. На интеграторе 13 производится интегрирование синусоидаль 9 ого напряжения противоположной полярности, взятое уже в масштабе значений напряжения Б и образцовой емуКости С . Полученное к концу второ 35 "о такта напряжение фиксируется в блоке 14 выборки и хранения и приниМается за первое улучшенное приблиЖение к искомой величине. В следующем такте это напряжение перепи Сывается в память блока 15 выборки и хранения, и в дальнейшем действия, описанные в первом и во втором тактах преобразования, выполняются поочередно 145В р езульт ате после и т актов работы преобразователя в установившемся режиме в соответствии с выражением (1) получают5 ОП (Ц ИБ . --- +П)1 ОСХм О о Засос д"П (У ИУ- +П) =О, (4)1 ЯСом а и;ЫСгде П и Пд - соответственно мульти 55Мпликативная и аддитивная погрешности тракта преобразованияБ - амплитудное значениевыходного сигнала генератора 1 синусоидального напряжения. Из выражения (4) следует Б =- - СНоИ СО(5) Режим преобразования К. Переключатели. устанавливаются в такое положение, когда на соответствующие входы элементов И 21 и 23 подается напряжение логического "0", а на элемент И 22 - напряжение логической " 1".В первом такте преобразования устанавливаются следующие режимы: на выходе формирователя 19 - логическая "1", на выходе инвертора 20 - логический "0", на выходах элементов И 21 и 23 - логический "О", на выходе элемента И 22 - логическая "1", на выходе элемента ЗИ-ИЛИ 24 - логический "0". При этом начально напряжение блока 14 выборки и хранения Б в течение всего первого так 11та преобразования переписывается в блок 15 выборки и хранения, ключ 4, замкнут, ключи 3, 5 и 6 разомкнуты, переключатель 16 находится в положении а. К входу умножителя 2 двух напряжений подключается напряжение П , а к входу операционного усилителя 11 - образцовое Ко опорное сопротивление 8, На интеграторе 13 в течение действия положительной полу- волны генератора 1 синусоидального напряжения производится интегрирование напряжения, взятое в масштабе значений П и К. К моменту окончания такта преобразования это напряжение фиксируется в интеграторе 13.Во втором такте преобр аз ования устанавливаются следующие режимы: на выходе формирователя 19 - напряжение логического "0" в соответствии с прохождением отрицательной полуволны питающего синусоидального напряжения, на выходе инвертора 20 - напряжение логической " 1", на выходах элементов И 21, 22 и 23 - логический "0", на выходе элемента ЗИ-ИЛИ 24 - логическая "1", При этом напряжение с выхода интегратора 13 записывается в блок 14 выборки и хранения в течение всего второго такта преобразования, ключ 3 замкнут, ключи 4, 5 и 6 разомкнуты, переключатель16 находится в положении б, К входу умножителя 2 двух напряжений подклю чается напряжение У, а к входу операционного усилителя 11 - преобразуемое сопротивление К . После интегри 5 рования на интеграторе 13 напряжение противоположной полярности, полученное к концу второго такта преобразования напряжения, фиксируется блоком 14 выборки и хранения и принимается эа первое улучшенное приближение к искомой величине. В следующем такте преобразования это напряжение переписывается в блок 15 выборки и хранения, и в дальнейшем работа преобразователя протекает аналогично описанному.В результате после п тактов работы преобразователя, в установившемся режиме в соответствии с выражениями (2) и (4) получают(6)25Режим преобразования Ь. Пере-, ключатели устанавливаются в такое положение, когда на соответствующие входы элементов И 21 и 22 подается напряжение логического "О", а на эле мент И 23 - напряжение логической 1,В первом такте преобразования устанавливаются следующие режимы: на выходе формирователя 19 - логическая1 , на выходе инвертора 20 - лои н35 гический "О", на выходах элементов И 21 и 22 - логический "О", на выходе элемента И 23 - логическая " 1", на выходе элемента ЗИ-ИЛИ 24 - логи 40 ческий "О"., При этом начальное напряжение блока 14 выборки и хранения Уп в течение всего первого такта преобразования переписывается в блок 15 выборки и хранения, ключ 5 зам кнут, ключи 3, 4 и 6 разомкнуты, переключатель 16 находится в поло-. жении а. К входу умножителя 2 подключается напряжение Б , а к входу операционного усилителя 11 - образ 50 цовая (Ь ) опорная индуктивность 9. В течение действия положительной полуволны генератора 1 синусоидального напряжения напряжение, взятое в масштабе Бд и Ьо, интегрируется и фиксируется интегратором 13.55Во втором такте преобразования устанавливаются следующие режимы: на выходе формирователя 19 - логи В результате после и тактов работы преобразователя, в установившемся режиме в соответствии с выражениями (3) и (4) получают БоЬх(7) Как видно из выражений (5), (6) и (7), результат преобразования К-, Ь- и С-параметров не зависит от частоты питающего синусоидального напряжения, а также от систематических погрешностей узлов и блоков преобразователя за исключением источника 17 опорного напряжения и образцовых элементов 8, 9, 10 При этом в отличие от прототипа обеспечивается прямое преобразование измеряемых КЬС- параметров в заданном частотном диапазоне. Обеспечение возможности измерения не только сопротивления но и емкости, и индуктивности на переменном токе расширяет функциональные возможности преобразователя ческий "О", на выходе инвертора 20 - логическая " 1" в соответствии с прохождением отрицательной полуволны питающего синусоидального напряжения, на выходах элементов И 21, 22 и 23 - напряжение логического "О" на выходе элемента ЗИ-ИЛИ 24 логическая " 1", При этом напряжение с выхода интегратора 13 переписывается в блок 14 выборки и хране,ния в течение всего второго такта преобразования, ключ 3 замкнут, ключи 4, 5 и 6 разомкнуты, переключатель 16 находится в положении б,К входу умножителя 2 подключается напряжение Б, а к входу операционного усилителя - преобразуемая индуктивность Ь. После интегрирования на интеграторе 13 напряжение противоположной полярности, полученное к концу второго такта преобразования напряжения, фиксируется в блоке 14 выборки и хранения, принимается за первое улучшенное приближение к искомой величинеВ следующем такте преобразования это напряжение переписывается в блок 15 выборки и хранения, и в дальнейшем работа преобразователя протекает аналогично описанному.12 1661673 Формула изобретения Составитель Ю,МинкинРедактор Т,Юрчикова Техред С,Мигунова Корректор Н,Ревская Заказ 2120 Тираж 4.16 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 Итерационный преобразователь И.С- параметров содержащий источник опор"5 ного напряжения, выход которого соединен с первым неподвижным контактом Переключателя, второй неподвижный контакт которого соединен с выходом преОбразователя, образцовый резистор, Первый вывод которого соединен с инФертирующим входом операционного усиЛителя, неинвертирующий вход которо- Го соединен с общей шиной преОбразойателя, четыре аналоговых ключа, ин" тегратор, первый блок выборки и хранения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены генератор синусоидального напряжения, умножитель двух напряжений, второй лок выборки и хранения, образцовая йндуктивность, образцовая емкость; емкость обратной связи и блок управ 1 ения, содержащий формирователь такта 25 Интегрирования, инвертор, три логических элемента И, логический элемент ЗИ-ИЛИ и три переключателя режима Работы, выход генератора синусоидального напряжения соединен с входом Формирователя такта интегрирования И первым входом умножителя, второй вход которого соединен с подвижным контактом переключателя, а выход -с подвижными контактами четырех аналоговых ключей, неподвижный контактйПервого аналогового ключа соединен с первым входным зажимом, первые выводы образцовой индуктивности и емКости соединены с инвертирующим входом операционного усилителя и вторым входным зажимом, неподвижные контакты второго, третьего и четвертога аналоговых ключей соединены соогветственно с вторыми выводами образцовых резистора, индуктивности и емкости, второй входной зажим соединенс первым выводом емкости обратнойсвязи, второй вывод которой соединенс выходом операционного усилителя ивходом интегратора, выход которогосоединен с входом первого блока выборки и хранения, выход формирователя такта интегрирования соединенс управляющим входом переключателя,входом инвертора, первыми входамипервого и второго элементов И и управляющим входом второго блока выборки и хранений, выход которого соединен с выходом преобразователя, авход - с выходом первого блока выборки и хранения, управляющий входкоторого соединен с выходом инвертора и с первым входом третьего элемента И, вторые входы первого, второгои третьего элементов И соединены соответственно с выходами первого,второго и третьего переключателейрежима работы, а выходы - с управляющими входами второго, третьего ичетвертого аналоговых ключей, управляющий вход первого аналоговогоключа соединен с выходом элементаЗИ-ИЛИ, первйй и второй входы которого соединены с выходами формирователя такта интегрирования и третьего переключателя режима работы, третий и четвертый - с выходами инвертора и первого переключателя режимаработы, пятый и шестой - с выходамиинвертора и второго переключателярежима работы, входы переключателейрежима работы соединены с общей шиной преобразователя,