Устройство для раздельного из-мерения параметров комплексныхвеличин

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социвпистичесних Республик(23) ПриоритетОпубликовано 230331, Бюллетень Й 9 11Дата опубликования описания 230381 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЬНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНЫХ ВЕЛИЧИН низкого добного Изобретение относится к электро-.1 измерительной технике и может бытьиспользовано для раздельного измерения параметров комплексных величин, например при измерении параметров электрических цепей, а такжепри измерении неэлектрических величин с помощью емкостных и индуктивных первичных преобразователей.Известно устройство прямого преобразования емкости или активной проводимости конденсатора в напряжениепостоянного тока, содержащее генератор напряжения переменного тока,линейный измерительный преобразователь, фазовый детектор и фильтр 1 .Недостатком подобных устройствявляется низкая точность измерения,сложность технической реализации ималое быстродействие,Известно также, устройство, содер;жащее генератор синусоидального напряжения, измерительный преобразователь, формирователь импульсов, электронный ключ, генератор импульсов образцовой частоты, кольцевой счетчикимпульсов, нуль-орган и цифровойиндикатор 23Однако кроме сравнительнобыстродействия устройствам по 2,типа свойственна случайная погрешность, поскольку в момент квазиравновесия возможно влияние на измеряемое напряжение различных факторов.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяизмеритель параметров конденсаторов,который содержит генератор синусоидального напряжения, измерительный преобразователь, ключи, фазовращатель, коммутатор, Формировательпрямоугольных импульсов, одновибратор, коммутатор, запоминающий конденсатор, источник тока разряда, 35 нуль-орган, формирователь временныхинтервалов, генератор образцовойчастоты, блок индикации и устройствоуправления. В таком измерителе осуществляется вырезка очень узкой по лоски иэ напряжения, несущего информацию о составляющих конденсатора.Высота этой полоски пропорциональнаамплитудным значениям составляющихнапряжения на выходе измерительного 25 преобразователя, а значит и параметрам конденсатора (3) .Однако известное устройство обладает сравнительно низкой точностью,что обусловлено необходимостью ЗО "вырезать" очень узкую, по сравнению с периодом измеряемого напряжения,полоск 7 в момент перехода опорного напряжения через нулевое или максимальное значения. В данном случае имеет место методическая погрешность, выраженная зависимостью отношения длительности полоски к длительности периода напряжения. Кроме того, существенное влияние оказывает также и случайная погрешность, поскольку в момент "вырезки" возможны любые воздействия на измеряемое, напряжение.Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для раздельного измерения параметров комплексных вели 15 чин, содержащее генератор синусоидального напряжения, соединенный с фазовращателем, первым входом источника разряда и с одним зажимом для .подключения измеряемого объекта, дру О гой зажим при этом соединен с входом операционного усилителя с.образцовым элементом в цепи обратной связи, выход операционного усилителя через сигнальный вход первого ключа соеди нен со входом нуль-органа, первым выходом источника тока разряда и со входом накопительного устройства, выход которого и второй выход источника тока разряда соединены с земляной шиной, выход формирователя прямоугольных импульсов через одновибратор подключен к первому управляющему входу формирователя временных интервалов, второй вход которого соединен с выходом нуль-органа, а выход формирователя,временных интервалов подключен к управляющему входу второго ключа, через сигнальный вход которого выход генератора образцовой частоты соединен со входом блока индикации, 4 О введены вторые и третьи формирователи прямоугольных импульсов и одновибраторы, третий-шестой электронные ключи, вторые нуль-орган, источник тока разряда, накапливающий 45 блок, формирователь временных интервалов, блок индикации, а также делитель частоты, распределитель импульсов и счетчик импульсов, причем вход первого формирователя прямоугольных 5 О импульсов соединен с выходом фаэовращателя, вход второго одновибратора через второй формирователь прямоугольных импульсов подключен к выходу генератора синусоидального напряжения, а выход второго одновибратора соеди.нен со вторыми управляющими входами четвертого, пятого и шестого ключа, через сигнальный вход которого выход операционного усилителя соединен со входом второго нуль-органа, первым 60 выходом второго источника тока разряда и со входомвторого накапливающего блока, выход которого и второй выход второго источника тока разряда соединены с земляной шиной, пер вый вход второго источника тока раэ-ряда подключен к выходу генераторасинусоидального напряжения, входтретьего одновибратора через третийформирователь прямоугольных импульсовподключен к выходу операционного усилителя, а выход тртеьего одновибратора соединен с первым управляющимвходом пятого ключа, сигнальный входкоторого подключен к выходу генератора образцовой частоты, а выход пятого ключа соединен с первым входом счетчика импульсов, второй вход которого через четвертый ключ и делитель частоты подключен к выходу генератора обраэцовой частоты, выход счетчика через распределитель импульсов подклю-.чен к первому управляющему входу четвертого ключа, вторым входам второгоисточника тока разряда и второго формирователя временных интервалов, первому управляющему входу третьего ключа и второму управляющему входу первого ключа, выход второго нуль-органа подключен к первому управляющемувходу третьего ключа и второму управляющему входу первого ключа, выходвторого нуль-органа подключен к первому входу второго формирователя временных интервалов, выход которогоподключен к управляющему входу шестого ключа через сигнальный вход которого выход генератора образцовойчастоты соединен со входом второгоблока индикации,На фиг, 1 представлена структурная схема устройства для раздельного из" мерения параметров комплексных величин; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Устройство содержит генератор 1 напряжения переменного тока, первичный измерительный преобразователь 2, состоящий из операционного усилителя 3 постоянного тока, в цепи обратной связи которого включено образцовое сопротивление, а во входной - измеряемое, электронные ключи 4-9, фазовращатель 10, формирователи 11-13 прямоугольных импульсов, одновибраторы 14- 16, накопительные устройства 17 и 18, источники 19 и 20 тока разряда, нуль-органы 21 и 22, формирователи 23 и 24 временных источников генератор 25 опорной частоты, делитель 26 частоты, счетчик 27 импульсов, распределитель 28 импульсов и блоки 29 и 30 счета и индикации. На временных диаграммах (фиг, 2) изображены графики процесса измерения, где О., О, - выходные напряжения генератора 1 и фазовращателя 10; О - выходное напряжение первичного преобразователя 3, содержащее синфаэную составляющую О , совпадающую по фазе с О и квадратурную составляющую О ОьО, О 1 а - последовательность, коротких импульсов на выходе одновибраторов 16, 15, 14соответственно; О -последовательность импульсов на выходе счетчика импульсов 27; О, О 18 - напряжения на накопительных устройствах 17 и 18.Напрях.ение О. с выхода генератора 1 подается на вход первичного измерительного преобразователя 2, фазовращателя 10, формирователя 1.2 прямо,угольных импульсов и источников 19 и 20 тока разряда. При этом на выходе измерительного преобразователя 2 создается напряжение О, синфазная Ос и. квадратурная Ок, составляющие которого содержат информацию об измеряемых параметрах и подлежат измерению. На выходах одновибраторов 16, 15 и 14 образуются последователь ности коротких импульсов О , О , О+,соответствующие моментам перехода напряжений ОЗ, О и О о через нулевое значение, Первый импульс последовательнос и 01 Ь с выхода одно О вибратора 16 открывает электронный ключ б. При этом импульсы от генератора 25 образцовой частоты поступают на счетчик 27 импульсов. Частота следования импульсов генератора 25 и емкость счетчика 27 выбирается из условия заполнения последнего через интервал времени - , где Т - периодтУсинусоидального напряжения ОПервый импульс последовательности Зп О закрывает электронный ключ 8 и открывает электронные ключи 7 и б. При этом напряжение 08 на накопительном устройстве 18 стайовится равным мгновенному значению выходного напряжения 03, которое определяет амплитудное значение квадратурной составляющей О напряжения 03, поскольку в этот момент синфазная составляющая Ос равна нулю. Задний фронт импульса с выхода одновибратора 15 4 О закрывает ключ.б, Через открытый ключ 7 импульсы от генератора 25 продолжают поступать на счетчик импульсов 27, однако теперь с частотой в два раза меньше частоты генератора 25, ф 5 поскольку они проходят через делитель частоты 26 с коэффициентом деления равным двум, Очевидно, в этом случае момент заполнения счетчика будет соответствовать электричес О кому углу- Ч, где Ч - сдвиг фаз между напряжениями О и О Импульс с выхода счетчика 27 через первый выход распределителя 20 импульсов в этот момент открывает ключ 4 и напряжение на накопительном устройстве 17 становится равным мгновенному значению выходного напряжения О которое определяет амплитудное значение синфазной составляющей О напряжения О . Данное утверждение ;спра ведливо вследствии симметрии "синусоиды относительно ее максимального значения. Задний фронт импульса с выхода 1 распрелепителя 28 импульсов закрывает ключ 4. Поскольку ключ" 65 7 остается открытым, начинается новое заполнение счетчика 27 импульсами генератора 25 через делитель 26 частоты. Первый импульс последовательности О одновибратора 14, соответствующий моменту перехода. напряжения 01 через нулевое значение открывает ключ 4 и к напряжению на запоминающем устройстве 17, запомненному в момент первого импульса с выхода счетчика 27, добавляется мгновенное напряжение 03, которое равно амплитудному значению синфазной составляющей О напряжения ОЭ, поскольку в этот момент квадратурная составляющая О равна нулю. Задний фронт этого импульса закрывает электронный ключ 4 и одновременно запускает формирователь 23 временных интервалов и источник 19 тока разряда.Величина тока разряда пропорциональна амплитуде выходногонапряжения О, генератора 1, поскольку питание источника 19 тока разряда осуществляется от этого генератора. Напряжение с накопительного устройства, поступающее на нуль-орган 21, изменяет свою величину в процессе разряда источника 19. Время разряда с на 1 копительного устройства 17 до нулево. го значения пропорционально амплитудному значению синфазной Осоставляющей напряжения Оз, т.е. одному из контролируемых параметров комплексного сопротивления 2.В момент, когда напряжение на накопительном устройстве 17 становится равным нулю, срабатывает нуль-орган 21, который выдает на формирователь 23 временных интервалов импульс окончания интервала.Интервал й, ,выделенный формирователем 29, измеряется путем подсчета .импульсов генератора 25 опорной частоты, прошедших через управляемый формирователем 23 ключ 5 блоком 29 . счета индикации.В момент полного заполнения счетчика 27 последний вырабатывает второй импульс последовательности 07, который через второй выход распределителя импульсов 28 передним фронтом открывает ключ б и закрывает ключ 7, При этом к напряжению на накопительном устройстве 18, равному амплитудному значению квадратурной составляющей Одобавляется мгновенное значение напряжения О, которое также равно амплитудному значению О вследствии симметрии выходного напряжения Оз относительно максимального значения. Задний фронт второго импульса с выхода счетчика 27 через второй выход распределителя 28 импульсов закрывает ключ б, запускает формирователь 24 временных интервалов и источник 20 тока разряда.В этом случае величина тока разряда также пропорциональна амплиту 815678.де выходного напряжения О генератора 1.,Напряжение с накопительного устройства 18, поступающее на нуль-орган 22, изменяет свою величину впроцессе разряда источника 20, а время разряда с нахопительного устройства 18 до нулевого значения пропорционально амплитудному значениюквадратурной составляющей Онапряжения О, т.е. второму контролируемому параметру. В момент равенства напряжения О,н на накопительном устройстве 18 нулю, срабатывает нуль-орган 22, который выдает на формирователь 24 временных интервалов импульс окончания интервала, Также каки н первом случае дляинтервал 15времени с измеряется путем подсчетаимпульсов генератора 25 опорной частоты, прбходящих через управляемыйФормирователем 24 ключ 9, блоком 30счета и индикации,Предлагаемое устройство для раздельного измерения параметров комплексных величин по сравнению с известным обладает повышенной точностьюпоскольку на результат измерения неоказывает влияние методическая погрешность, т.е, не влияет длительность импульса выборки. Случайнаяпогрешность также уменьшена из-заусреднения результатов измерения безснижения быстродействия,Формула изобретенияУстройство для раздельного измерения параметров комплексных величин,содержащее генератор синусоидальчого напряжения, соедин енный сФаэонращателем, первым входом источника тока разряда и с одним зажимом дляподключения измеряемогообъекта, другой зажим при этом соединен с входом операционного усилителя 40с образцовым элементом э цепи обратной снязи, выход операционного усилителя через сигнальный вход первогоключа соединен со входом нуль-органа,первым выходом источника тока разря.да и со входом накапливающего блока,выход которого и второй выход источника тока разряда соединены с земляной шиной, выход формирователя прямоугольных импульсов подлкючен ковходу однонибратора, выход которогосоединен с первым управляющим входомпервого ключа, вторым входом источнику тока разряда и первым входомФормирователя нременных интервалов,второй вход которого подключен к 55выходу нуль-органа, а выход Формирователя соединен с управляющим входомвторого ключа, через сигнальный входкоторого выход генератора образцогойчастоты соединен со входом блока ин- щдикации, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точности,в него введены вторые и третьи Формирователи прямоугольных импульсов и однбвибраторы, третий, четвертый,пятый и шестой электронные ключи, вторые нуль-орган, источник тока разряда, накапливающий блок, формировательвременных интервалоэ, блок индикации,делитель частоты, распределитель импульсов и счетчик импульсов, причемвход первого формирователя прямоугольных импульсов соединен с выходом Фазовращателя, нход второго одновибратора через второй формирователь прямоугольных импульсов подключен к выходу генератора синусоидального напряжения, а выход второго однонибратора соединен со вторыми управляющими входами четвертого, пятого ишестого ключа, через сигнальный входкоторого выход операционного усилителя соединен со входом второго нуль"органа, первым выходом второго источника тока разряда и со входомвторого накапливающего блока, выходкоторого и второй выход второго источника тока разряда соединены сземляной шиной, первый выход второго источника тока разряда соединенс выходом генератора синусоидальногонапряжения, вход третьего одновибратора через третий Формирователь прямоугольных импульсов подключен к выходу операционного усилителя, а выходтретьего одноэибратора соединен спервым управляющим входом пятогоключа, сигнальный вход которого подключен к выходу генератора образцовой частоты, а выход пятого ключа соединен с первым входом счет".ика импульсов, второй вход которого черезчетвертый ключ и делитель частотыподключен к выходу генератора образцовой частоты, выход счетчика черезраспределитель импульсов подключенк первому управляющему входу четвертого ключа, вторым входам второгоисточника тока разряда и второгоформирователя временных интерэалоэ,первому управляющему Входу третьегоключа и второму управляющему входупервого ключа, выход второго нульоргана подключен к первому управляющему входу третьего ключа ивторому упраэляющему входу первогоключа, выход эторого нуль в оргаподключен к первому входу второгоФормирователя временных интервалов,выход которого подключен к управляющему входу шестого ключа через сигнальный вход которого выход генератора образцовой частоты соединен совходом второго блока индикации.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское снидетельство СССРэ 363047, кл. С 01 й 27/26, 1972.2. Авторское свидетельство СССР9 521522, кл. 6 01 й 17/06, 1974.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2137818 (прототип).