Устройство для определения систематической фазовой погрешности амплифазометров

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 01 В 25/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ( 71) Гомельский государственный университет(56) Авторское свидетельство СССР У 1008903, кл. Н 02 М 3/06, 1981.Кравченко С. А. Калибраторы фаз. Л,: Энергоиздат, 1981, с. 8, рис, Зв. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИСТЕМАТИЧЕСКОЙ фАЗОВОЙ ПОГРЕШНОСТИ АИПЛИФАЗОМЕТРОВ(57) Изобретение относится к электро- измерительной технике, а именно к устройствам для определения систематической фазовой погрешности амплифазометров, Цель изобретения - расширение частотного диапазона, Отличительноиособенностью устройства является частотная независимость фазового сдвигаусредненного коэффициента передачи.Устройство содержит измерительный ге-нератор 1 гармонического сигнала иблок 8 переключения, В устройствовведены согласующий разветвитель 2,реактивный динамический делитель (Д)5 напряжения и вольтметр 9, Счет циклического переключения элементов навыходе Д 5 формирует ряд напряжений,связанных известной зависимостью.При проведении калибровки фазоизмерительная аппаратура подключается квходным и выходным шинам Д 5В описании приведены примеры реализацииД 5 и блока 8 переключения, 2 з,п.ф-лы, 6 ил.Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно кустройствам для определения систематической фазовой погрешности ампли 5фазометров в диапазоне частот от килогерц до единиц мегагерц.Цель изобретения - расширениечастотного диапазона,На фиг. 1 изображена структурнаясхема устройства для определения систематической фазовой погрешностиамплифазометров; на фиг. 2 - типыреактивных элементов; на фиг 3 -функциональная схема реактивного динамического делителя напряжения; нафиг, 4 - эквивалентная схема подключения одного реактивного элемента кэлементам делителя; на фиг 5 - конструкция платы; на фиг. 6 а,б,в - 20состояние ветвей реактивного динамического делителя напряжения при раз- .личных положениях управляемых ключей;на фиг. бг - векторные диаграммыкомплексных коэффициентов передачи 25указанного делителя при различныхего состояниях и результат суммирования при К = 4,Устройство (фиг. 1) содержит измерительный генератор 1 гармонического 30сигнала, выходом соединенный с входомсогласующего разветвителя 2, первыйвыход которого соединен с клеммой 3для подсоединения опорного входа поверяемого амплифазометра 4, а второйвыход - с входом реактивного динамического делителя 5 напряжения, выходкоторого соединен с клеммой 6 дляподключения измерительного входа поверяемого амплифазометра 4, И управляющих входов упомянутого делителя 5соединены с соответствующими выходами7 блока 8 переключения, контрольныйвыход согласующего разветвителя 2 соединен с вольтметром 9,Реактивный динамический делитель5 напряжения (фиг. 3) содержит И реактивных элементов 10,1, 10,210,И,первые выводы которых подключены квыходной шине делителя 5, а вторыевыводы - к соответствующим Б выходамуправляемых ключей 1,1, 11,211,И,первые входы которых (нормально замкнутые с выходом ключей) соединены сшиной "Общ," нулевого потенциала, втовторые входы (нормально разомкнутые55с выходом) соединены с входной шиной12 делителя 5, а управляющие входыуправляемых ключей являются управляющими входами делителя 5 и подключенык соответствуницим выходам 7.1,7.27.М блока 8 переключения,Блок 8 переключения содержит генератор 13 прямоугольных импульсов,выходом подсоединенный к счетномувходу счетчика 14, разрешающий входкоторого через ключ 15 с фиксациейположения (например, тумблер) соединен с шиной нулевого потенциала, авыходы счетчика 14 подключены к соответствующим входам дешифратора 16,выходные шины которого через И согласователей 171, 172,.17.И подключе+ны к соответствующим И управляющимвыходам .1, 7,27,Б блока переключения.Измерительный генератор 1 гармонического сигнала (фиг. 1) включаетв себя последовательно соединенныезадающий генератор 18, согласующийэлемент 19 и регулируемый усилитель20 выходного напряжения,Согласующий разветвитель 2 содержит делитель 21, первое плечо которого является первым выходом развет-вителя 2, а второе плечо через проходной элемент 22 соединено с вторымвыходом разветвителя 2. К выходупроходного элемента 22 подсоединенчерез зонд 23 контрольный выход разветвителя 2,Устройство работает следующим образом,Сигнал измерительного генератора1, прошедший, через согласующий разветвитель 2, в виде опорного сигналас постоянными амплитудой и фазой подается на первый вход амплифазометра4 (клемма 3),С другого выхода согласующегоразветвителя измерительный сигналчерез реактивный динамический делитель 5 напряжения подается на второйвход амплифазометра 4 (клемма 6).На Б управляющих входов реактивного динамического делителя последовательно и циклически подаются сигналы управления с соответствующих выходов блока 8 переключения, обеспечивая необходимое изменение амплитудыи фазы измерительного сигнала наклемме 6,Для контроля амплитуды сигнала на,измерительном выходе согласующегоразветвителя 2 к третьему выходуразветвителя подключен вольтметр 9.Основную роль в работе калибрато . ра играет реактивный динамический делитель напряжения.Реактивный динамический делитель5 напряжения работает следующим образом.Входное напряжение, представляющее собой гармоническое колебание с комплексной амплитудой ОВХ, приложено к шине 12. При последовательном переключении ключей 11,111,Б (на фиг, 3 слева направо) каждый элемент 10.110,Б поочередно на время одного переключения подключается к первой 15 шине 12, На фиг. ба,б,в показаны состояния ветвей делителя 5 при последовательном его переключении. Первые два состояния (на фиг. б сверху вниз соответствуют последовательному сра батыванию первых двух ключей 11,1 и 11.2, а последнее состояние - срабатыванию последнего ключа 11,И. За время И переключений среднее значение выходного напряженияБ, я на выход ной клемме 6 оказывается равным:цср 8 д -бых 1 Пвых вф.-выход)=18 х- ч где басри - среднее значение комплексной амплитуды напряженияна выходе за вРемя Б циклов;Б - количество циклов, равноеколичеству реактивных элементов 10.110.И;- комплексная амплитуда напряжения на входе;11 в,х - комплексная амплитуда навьгкпряжения на выходе за время 1-го цикла (х = 1,2. Б).Учитывая, что(К,;, ц, - модуль и фаза коэффициента передачи К;, выражение (1) может быть представлено в комплексном виде:(4) где Е - полное сопротивление -гоэлемента делителя 5.Переходя к тригонометрической форме комплексных чисел, полагаем, что начальная фаза входного напряжения равна нулю, т.е. 1 ех = 11 ьх е = Пьх (5) Из выражений (3) и (4) получаем й 111 К; соя р.,= 311 ьх(6)нБв 1 К;яхп р. = О.1=1 Учитывая,окончательно что 1" вх1 К; 1=118 ьух 1получаем.Ксоя ч,. =К,.соя Ц;=1; (8)1 йьы,;1:1 8 Х и 1) Фяхп Ч; =К; яз.л;=О (9) 1 ф 1 11 8 Х151 Выражения (8) и (9) описывают соотношения между фазовыми сдвигами, модулями входных и выходных напряжений, вносимыми реактивным делителем 5 при различных его состояниях. Из выражений следует, что сумма активных составляющих выходных напряжений равна величине входного напряжения, а сумма реактивных составляющих выходных напряжений - нулю. Полученные соотношения поясняются на векторной диаграмме комплексных коэффициентов передачи К,К для четырех состояний делителя 5, состоящего из четырех реактивных элементов 10.110.4 с произвольным комплексным сопротивлением (фиг. бг), Каждый коэффициент передачи КК в обозначен в видевектора, модуль которого соответствует модулю коэффициента, а угол наклона относительно горизонтальной оси фазе коэффициента передачи, Как видно из диаграммы, суммарный векторн.СК =К,+Кг+Кз+К1 длину, равную единице, и расположенвдоль действительной оси, что иллюстрирует выполнение условий (8) и (9).Полученные соотношения (8) и (9)являются частотно-независимыми, таккак они не зависят от сопротивленийэлементов 10,110.И делителя 5,Именно это свойство и положено в основу работы устройства,Блок 8 обеспечивает последовательную выработку управляющих импульсовпереключения, которые управляют работой ключей 11.111,И, входящихв состав делителя 5.Исходное состояние ключей 11,111,И показано на фиг. 3.25После включения электропитанияначинает работать генератор 13 прямоугольных импульсов блока 8, а счетчик 14 находится в нулевом состоянии (предварительно сброшен). Приручном нажатии ключа 15 с фиксациейсчетчик 14 начинает заполняться импульсами от генератора 13, и на еговыходе появляется двоичный код, соответствующий числу поступивших импульсов, Двоичный код поступает на входдешифратора 16, на выходе которогоон преобразуется в униполярный код,обеспечивая последовательное возбуждение выходных шин дешифратора 16,40Длительность импульсов на выходахдешифратора 16 равна периоду генератора 13,Импульсы равной длительности с выходов дешифратора 16 последовательночерез согласователи 17,117,И уров 45ней блока 8 поступают на управляющиеВходы ключей 1 1, 1,1 1, 11 в делителе5, обеспечивая их переключение навремя длительности импульса. По окончании действия импульса ключи возвращаются в исходное состояние, За счетпоследовательного переключения ключейвыводы элементов 10,110,К поочередно подключаются к шине 12, образуяветви делителя 5, После выдачи И импульсов с выхода блока 8 счетчик 14брасывается в нулевое состояние ивновь начинает заполняться, цикл по Е 1 гЕв + Ек 1+ Ек%+ Ер где Е - общее комплексное сопро 12-6тивление между шинами 12и клеммой 6 для верхнейветви;Е ц - комплексное сопротивлениесоединительных проводовверхней ветви;Е к, - комплексное сопротивлениепервой пары контактовключа;Е к - общее комплексное сопротивление ключа 11;Е р - комплексное сопротивлениерезистивного элемента 10.Общее комплексное сопротивление нижней ветви (между шиной "Общи и клеммой 6) при другом положении ключа 11 равно ЕоЕн+ кг + Ек+ Ер (11) где Е- комплексное сопротивлениесоединительных проводовнижней ветви;Е кг - комплексное сопротивлениевторой пары контактов ключа 11.Для исключения влияния соединительных проводов и контактов ключей11 на величины коммутируемых реактивных сопротивлений указанные цепидолжны быть выполнены симметричными,т.е,(12) ЕЕн) Ек,= что обеспечивает равенство(13) вторяется. Для остановки переключений необходимо отключить ключ 15,чтобы заблокировать счетчик 14,В качестве реактивных используютсяэлементы 0.110.И - индуктивность,емкость или их соединения (фиг. 2),Основным требованием к выбору элементов для включения в состав делителя5 является их малогабаритность и правильное конструктивное расположениена плате (фиг, 5),Из рассмотрения эквивалентной схемы включения одного какого-либо элемента 10 на фиг, 4 видно, что общеекомплексное сопротивление верхнейветви (между шиной 12 и клеммой 6)равно1402963 Таким образом, общее коммутируемое комплексное сопротивление обрау С зованное из сопротивления элемента 10, сопротивлений проводов и контактов ключа 1, оказывается одинаковым для двух положений ключа 11. Цепи делителя 5 выполнены симметричными (фиг, 5), а в качестве ключей использованы коммутаторы с одинаковым со противлением коммутируемых каналов ( например, на полевых транзисторах или герконовых реле).(14) Определение систематической погрешности амплифазометра осуществляется по измерениям контрольного.вольтметра и самого амплифазометра, С помощью амплифаэометра осуществляется измерение разности фаэ между сигналами 20 на входах и определение на клемме 6 амплитуды измерительного сигнала в течение каждого цикла. Опорный сиг(1 ы( ( ЗВых(п 1 рвм 1 11 Яп 1 рвм6 х. Вх1=1 11 Ьх 6 ыхн- ЯХП 16= Ьх(16) где 1 рвм Ф ф 11 ьых - разность фаз между ЗОгармоническими сигналами на входахамплифазометра иамплитуда, измеренные во время -гоцикла работы делителя 5.Представляя значение измереннойразности фаз Чрвмв виде1 рэма =Ю;+ ЛЧ 1где Ц, - фаза коэффициента передачиделителя 5 во время х-гоцикла;Ь 1 - систематическая погрешность45измерения фазы,выражение (16) можно записать(20) Д 1 й А Основное технико-экономическоепреимущество предлагаемого устройства по сравнению с известными заклю чается в значительном расширении рабочего частотного диапазона, Частотная независимость среднего коэффициента передачи позволяет использовать= 2 (яп у.соя Ь ц +1=1 СЯВКА нал на кпемме 3 амплифазометра 4 поддерживается постоянныМ. Результаты измерений считываются с выходных индикаторов поверяемого амплифаэометра, входное напряжение делителя 5 измеряется вольтметром.9Таким образом, после всех И переключений делителя 5 должны быть определены отношения амплитуд Вых 1 . ВыходБ ВБ Ьх и измеренных амплифаэометром фазовыхсдвигов рвм 1 )рвмф " 1 1 ивм й ( 15) Постоянная составляющая погрешности измерения фазы А Ц по результатамизмерений (14) и (15) определяетсяв виде алгебраической суммы В 1 ЮЬых;(+ я 3 п 0. соя= А, (17) ;:1 ВХ Учитывая свойства делителя 5, описанные выражениями (8) и (9), полу- чаем Таким образом, искомая систематическая погрешность д у поверяемого амплифазометра 4 определяется через известное число А, полученное по результатам И измерений, Для малых значений погрешностиустройство в качестве широкодиапазонного измерителя систематических фазовых погрешностей при ловерке амплифазометров, при этом отпадает необходимость в применении отдельныхстабильных прецизионных элементов,формула изобретения1 О1, Устройство для определения систематической фазовой погрешности амплифаэометров, содержащее измерительный генератор гармонического сигнала, блок переключения и клеммы для Подключения поверяемого амплифазо- . Иетра, отличающее с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона, в него введены согласуюций разветвитель, вольтметр и реак О 1 гивный динамический делитель напряжения, причем первый выход согласующего разветвителя соединен с клеммой для подсоединения опорного входа поверяемого амплифазометра, второй вы Ход - с входом реактивного динамического делителя напряжения, выход которого соединен с клеммой для подКлючещя измерительного входа поверяЕмого амплифазометра, а управляющие входы упомянутого делителя - с соответствующими выходами блока переключения, измерительный генератор гармонического сигнала выходом соединен с входом согласующего разветвителя, контрольный выход которого соединен с вольтметром.2. Устройство по п, 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что реактивный динамический делитель напряжения содержит Б реактивных элементов, первые выводы которых соединены с выходом упомянутого делителя, а вторые выводы - с соответствующими выходами И управляемых ключей, первые входы которых соединены с общей шиной нулевого потенциала, а вторые выводы - с входом упомянутого делителя, управляющие входы управляемых ключей являются управляющими входами реактивного динамического делителя напряжения. 3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок переключения содержит генератор прямоугольных импульсов, выход которого подсоединен к счетному входу счетчика, разрешающий вход которого через ключ с фиксацией положения соединен с шиной нулевого потенциала, а выходы счетчика соединены с соответствующими входами дешифратора, И выходных шин которого через М согласователей уровня соединены с выходами блока переключения,402963 Жгх КгКз ф ак аревичва Корректор А, Тяс оставитель Ю.ехред Л,Сердюк Редактор А. Маковск Тираж 77 Подписно Закаэ 2853 ного комитета СССений и открытий д. 4/5 аушская оизводственно-полиграфическое предприяти ВНИИПИ Го суда рс тв по делам иэобр3035, Москва, ЖУжгород, ул. Проектная,