Компенсационное устройство для измерения элементов сложных электрических цепей

 

) КОМПЕНСАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО, ,ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНЗ ОВ IСЛОЖНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПО ;авт .св. 9 849082, отличающ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия .измерения параметров элементов слрж них электрических цепей, в нехр введены в каждый блок ypaLBHoiBietiiHBaHiiR , два цифро-аналоговык преЬбраэователя и два суммирукхяих усилителя, выход первого суммируюцего уснли в ля соединен с входом otptHord моду- ; лятора и выходом блока уравновёшивания , выход второго суьп цфуацего усилителя соединен о входом второц го модулятора и вторы выходом Ояо ,ка уравновешивания, первые входы суммирующий усилителей подключещл ; к выхадам цифро-аналоговых преобразователей , а вторые - к выходгм Г: ,фазочувствителы}ых элементов соответственно ./ . ,,, .; -;.. .:-: W С..

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ РЕСПУБЛИК

ЗСЮ а 01 R 02l

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ

Н АВТОРСКОМУ ИДДТЕЙЬОТВУ

ЮСУДАРСТИЕННЦЙ КОМИТЕТ ССОР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 849О82 (21} 3284884/18-21

I (22) 08 ° 05. 81

:. (46.) 15. 05. 83. Бюл. з1 18 (7-2) Б.Я. Лихтциндер и В.К. Задорожный

{71) Винницкий политехническйй институт (53)- 621.317 733(088.8) (56)-1. Авторское:свидетельство СССР . 9-:849082, кл. G 01 R 3,7/02,.09.07 79. .(54). (57-) КОМПЕНСАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО,,ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ .,:1

СЛОЖНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ по авт.св. В 849.082, о т л и ч а, ю - .щ е е с я. тем-„что, с целью повыщения точности и бйстродействия

„.SU, 101802,измерения параметров элементов слож. .

- ных электрических цепей, в него вве дены в каждый блок уравиовешйвания,, два цифро-аналоговых преобразователя и два суммирующих усилителя, выход первого суммирующего усилите- . ля соединен с входом одного модулятора и выходом блока уравновешивания,: выход второго .суммирующего усилителя соединен с Входом второго модулятора и вторым выходом бло".

;ка уравновешивания, первые входы суммирующих усилителей подключены к выходам цифро»аналоговых преобразователей, а вторые - к выходам ,фазочувствительных элементов соот- ветственно. - Я .

1018025

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных измерительных системах (AHC), при измерении параметров резисторов и конденсаторов, резисторов и .tHдуктивностей, образующих сложные электрические цепи.

По основному авт.св. М 849082 известно компенсационное устройство для измерения параметров элементов сложных электрических цепей, содержащее усилитель сравнения напряжения, выход которого соединен с двумя фазочувствительными элементами, выходы которых соединены с блоком атсчетных устройств и через модуляторы подключены к входу суммирующего усилителя, выход которого через первый образцовый резистор присоединен к первому выходу усилителя напряжения, общий вывод для подключения элементов контролируемой схемы соединен с двумя первыми бесконтактными ключами, второй вывод одного иэ них подключен к инвертирующему входу первого усилите ля напряжения, выход которого соединен со вторым выводом второго ключа, а неинвертирующий вход подключен к выходу первого инвертирующего усилителя, вход которого через третий модулятор соединен с источником постоянного напряжения, а вход генератора прямоугольных импульсов через делитель частоты подКлючен к входам двух счетных триггеров, причем выход одного из них соединен с входом третьего модулятора и вторыми входами блоков уравновешивания, выход второго триггера подключен к третьим входам блоков уравновешивания, первые входы которых соединены ао вторыми входами элементов контролируемой схемы, кроме того, первый вход первого блокауравновешивания соединен с .. общими выходами двух вторых ключей, второй вывод одного ключа подключен к инвертирующему входу второго усилителя напряжения, а второй вывод второго ключа соединен с входами двух образцовых резист ров и первым входом усилителя сравнения напряжения, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя напряжения и вторым выводом второго образцового резистора, интегрирующий усилитель включен межцу одним иэ входов суммирующего усилителя и выходом первого модулятора, причем управляющие входы модуляторов и второго фазочувствительного элемента подключены ко второму входу блока уравновешивания, а управляющий вход первого фаэочувствительного элемента, соединен с третьим вхо дом этого блока t1 .

Недостатком известного устройства является сильная взаимосвязь контуров уравновешивания и, как следствие, снижение точности изме-, рения при контроле низкодобротных

5 двухполюсников, образующих сложные цепи.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия измерения параметров элементов сложных эЛект 0 рических цепей.

Поставленная цель достигается тем, что в компенсационное устройство для измерения параметров элементов сложных электрических цепей, 15 содержащее усилитель сравнения на« пряжения, выход которого соединен с двумя фаэочувствительными элементами, выходы которых соединены с блоком отсчетных устройств и через

20 модуляторы подключены к входу суммирующего усилителя, выход которого через первый образцовый резистор присоединен к первому выходу усилителя напряжения, общий вывод для

25 подключения элементов контрблируемой схемы соединен с двумя первыми бесконтактными ключами, второй вывод одного из них подключен к инвертирующему входу первого усилителя напряжения, выход которого соединен со вторым выводом второго ключа, а неинвертирующий вход подключен к выходу первого инвертируюего усилителя, вход которого чеез третий модулятор соединен с

З5 источником постоянного напряжения, а вход генератора прямоугольных импульсов .через делитель частоты подключен к входам двух счетных триггеров, причем выход одного из них

4О соединен с входом третьего модулятора и вторыми входами .блоков уравновешивания, выход второго триг. гера подключен к третьим входам блоков уравновешивания, первые входы которых соединены со вторыми входами элементов контролируемой схе-. мы, кроме того, первый вход первого блока уравновешивания соединен с общимн выходами двух вторых ключей, 5О второй вывод одного ключа подключен к инвертирующему входу второго усилителя напряжения, а второй вывод второго ключа соединен с входами двух образцовых резисторов и первым: входом усилителя сравнения напряже55 ния, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя напряжения и вторым выводом второго образцового резистора, интегрирующий усилитель включен между одним из

60 входов суммирующего усилителя и выходом первого модулятора, причем управляющие входы модуляторов и второго фазочувствительного элемента подключены ко второму входу бло1ка уравновешивания, а управляющий

1018025 вход первого фазочувствительйого элемента соединен с третьим входом этого блока, введены в каждый блок уравновешивания два цифро-аналоговых преобразователя и два суммирующих усилителя, выход первого суммирующего усилителя, соединен с входом одного модулятора и -выходом .бло. ка уравновешивания, выход второго суммирующего усилителя соединен с. входом второго модулятора и вторым выходом блока уравновешивания, первые входы сувачирующих усилителей подключены к выходам цифро-аналоговых преобразователей, а вторые — к выходам фазочувствительных элемен- . тов соответственно, На чертеже представлена структурная схема устройства для допускового контроля .

Устройство содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, который подключен через делитель 2 частоты, управляемый от программного устройства (ПУ), к счетным триггерам 3 и 4, .выход триггера. 3 соединен с управляющим входом модулятора 5 и входами 6,7 и 8 блоков 9,10 и 1.1 . уравновешивания соответственно, а выход триггера 4 подключен к входам

12,13 и 14 одинаковых блоков 9,10 и ll уравновешивания соответственно

Источник 15 постоянного напряжения через модулятор 5 соединен с входом интегрирующего усилителя 16, выход которого подключен к неинвертирующему входу усилителя 17 напряжения, инвертирующий вход которого соединен с. бесконтактным ключом 18,, который присоединен к бесконтачтному клюу 19 и выводам элементов . 20-24 контролируемой. схемы 25, при(чем второй вывод элементов 23 и. 24. подключен к входу -26 блока 9, второй вывод элементов 21 и 22 подключен к входу 27. блока 10, а второй вывод,. элемента 20 подключен к входу 28 блока .11. Вход 26 блока 9 соединен с бесконтактными:ключами 29 и 30, причем .второй вывод ключа 29 присоединен к инвертирующему входу усилителя 31 напряжения, а второй satвод ключа 30 подключен к образцовьач резисторам 32,33 и первому- входу усилителя 34 сравнения напряжения, второй вход которого подключен к выходу усилителя 31 напряжения и резистору 32,.а выход соединен с первыми входами.фазочувствительных элементов (ФЧЭ) 35 и 36, выходы которых подключены к выходам 37 и 38 блока 9 выход модулятора 39 .через интегри:рующий усилитель 40 подключен к одному входу суммирующего усилителя

41, а выход модулятора 42 подключен ко второму входу усилителя 41, вы« ход которого соединен с одним из

:выводов резистора 33. Выходы 37.и 38 блока 9, выходы 43 и 44 блока 10 и выходы 45 и 46 блока ll под-, ключены к блоку 47 отсчетных устройств. Кроме того, устройство содержит цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП):-48 и 49, управляемые от ПУ, выходы которых присоединены к первым входам суммирующих усили телей 50 и .51 соответственно„ второй вход усилителя 50 соединен с

10 выходом фазочувствительного элемента 35, второй вход усилителя 51 соединен с выходом фазочувстви» тельного. элемента 36, выход усилителя 50 подключен к входу модулято15 ра 39 и выходу 37 блока 9, а выход усилителя 51 подключен к входу модулятора 42 и выходу 38 блока 9.

Устройство работает следующим образом.

20 Источник 15 вырабатывает постоянное напряжение, которое с помощью модулятора 5 преобразуется s переменное напряжение прямоугольной формы, с частотой, равной половине

25 частоты следования импульсов на выходе делителя 2 частоты, причем скважность импульсов напряжения на выходе модулятора 5 всегда равна двум за счет применения счетного триггера 3, управляющего модулятора

5, н не зависит от стабильности длительности импульсов генератора l

Затем напряжение прямоугольной формы подается на вход. интегрирующего уси-, лителя 16, где преобразуется в переменное напряжение треугольной формы, которое подается на неинвертирующий вход усилителя 17 напряже,ния, с включенными двумя бесконтактными ключамн 18 и 19 в цепи отрица40 тельной:обратной связи (00C), которые являются элементами коммутатора, осуществляющего подключение

;переменного опорного напряжения к общей точке элементов 20-24 конт45 ролнруемой схемы 25.,Учитывая свой. ство Оу поддерживать на своих вхддах одинаковое.;напряжение с выао,Ь - ., кой точностью, а также то, что вход" ной -ток,современных Оу составляет

50 единицы например; можно видеть, :ч о йапряжение в точке соединейия открытых ключей с высокой точностью.. повторяет напряжение на неинвертирующем входе усилителя 17.

Таким образом, на входы 26,27 и. 28 блоков уравновешивания подается переменный ток, значение которого равно произведению величинч переменного напряжения с выхода Оу 17 на значение суммарной -проводимости со60 ответствующего элемента 20 или 21

22 или 23,24 контролируемой схемы

27. Та® как усилитель 31 включен по схеме усилителя тока, то падение напряжения на образцовом резисторе

32 прямо пропорционально значению

18025

10 суммарной проводимости элементов 23,, 24 и не зависит от значений сопротин лений аткрытых ключей 29 и 30. Учитывая свойство рассмотренного ОУ, потенциал напряжения на входах 26 и 27 стремится к нулю, так как неинвертирующие входы усилителей заземлены, что позволяет электрически развязать измеряемые двухполюсники и тем самым исключить шунтирующее влияние других элементов схемы

25. Падение напряжения на резисторе 32 прямо пропорционально разности токов, протекающих через элементы 23,24., и компенсирующего тока, протекающего по резистору 33. Это падение напряжения, будучи усиленным с помощью усилителя 34, подается на два канала демодуляции, причем ФЧЭ

35 выделяет синфазную составляющую напряжения, пропорциональную приросту активной проводимости элемента 23 а ФЧЭ 36 — квадратурную составляющую пропорциональную приросту емкостной проводимости элемента 24, последнее обеспечивается предварительной подачей на II@II 48 и 49 от программного .устройства кодов, пропорциональных номинальным значениям элементов

23 и 24 соответственно. Поэтому на выходах усилителей 50 и 51 выделяется постолннае напряжение, пропор-, циональное истинному значению прово димостей элементон 23 и 24 соответственно, которые могут быть больше или меньше номинального. Выделенные постоянные напряжения с выходов элементов 50 и 51 подаются на модуляторы 39 и 42, формирующие переменное напряжение прямоугольной формы с фазой," совпадающей с напряжением на выходе модулятора 5, .что достигается за счет подачи на управляющие входы модуляторов 5, 39 и 42 прямоугольного напряжения с выхода счетйога триггера 3. Обеспечение 90 сдвига фазы напряжения на выходе триггера 4 выполняется за счет исйа>льзонания запускающего фронта имПульеа противоположной полярности, чем для триггера 3. Таким образом, иа выходах триггеров 3 и 4 формируетея два переменных напряжения импульсов са скважнастью, равной 2, и сдвинутых на 90 друг относительна друга.

Переменное Напряжение с выхода модулятора 39 падается на интегри- рукВ1ий Усилитель 40„. где формируется компенсирующее напряжение треугольной формы, которое суммируется с прямоугольным с выхода модулятора

42, и затем результирующее напряжение через образцовый резистор 33 подается в точку компенсации, тем саввж улучшая работу блоков 34,35 и 36 в шираком динамическом диапаэоие, так как процесс уравновешива15

65 ния по. каждому каналу заключается теперь в отслеживании разности напряжений, пропорциональных разности между истинными значениями элементон 23 и 24 и номинальным, хранимым в ПУ.

На выходах ФЧЭ 35 и 36 формируются постоянные напряжения, пропорциональные сопротивлению элемента 23 и емкости элемента 24, которые с выходов 37 и 38 соответственно поступают на блок 47 атсчетных устройств.

Аналогичные элементы содержат блоки

11 и 10, где на выходах 43 и 44 формируются постоянные напряжения, пропорциональные резистивной проводимости элемента 21 и емкостйой проводимости элемента 22, а на выходе

45 формируется постоянное напряжение, пропорциональное проводимости элемента 20. Б общем случае число блоков уравновешивания может быть равно суммарному числу измеряемых одно или двухэлементных двухполюсников, имеющих общую точку для подачи тестирующего напряжения, что позволяет уменьшить среднее время измерения одного днухполюсника в К раз, где M равно числу блоков уравнавешивания. При этом обеспечивается развязка измеряемых проводимостей за счет исключения взаимного влияния блоков уравновешивания и шунтирующeго действия других элементов в схеме 25, что достигается обеспечением нулевого потенциала на всех входах блоков уравновешивания. Использование бесконтактных ключей повышает быстродействие измерений и надежность ЛИС н целом.

Подача н начальный момент компенсирующих напряжений с выходов ЦАП в соответствующие каналы уравновешивания позволяет ускорить процесс уравновешивания, так как теперь„ наиболее инерционные элементы устройства — фильтры ФЧЭ вЂ, работают только с малыми значениями напряжений, пропорциональных разности между номинальным и истинным значением, соответствующего контролируемого элемента. Дополнительно улучшаются условия развязки контуров урпвновешивания и повышается устойчивость н каждом блоке при больших разностях векторов синфазной и квадратурной составляющих входных напряжений, так как теперь блоки 34, 35 и 34, 36 усиливают напряжения одного порядка.

Таким образом, введение цифроаналоговых преобразователей позволяет повысить быстродействие измерений по каждому блоку уравновешивания более, чем в пять раз и пр водить измерение двухэлементных двухполюсников с отношением активной и реактивной составляющих> 100, при обеспечении погрешности измерений40,05%.

Составитель В.. Семенчук

Редактор Я. Бандура Техред Т.Фанта Корректор N, Коста .. Заказ 3530/43 Тираж 710 . Падиисное

ВНИИНК Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4