Измерительная цепь (ее варианты)

 

I, Измерительная цепь, содержащая генератор синусоидальных колебаний , одним из зажимов соединенный с общей шиной, испытуемый и образцовый двухполюсники первыми зажимами подключенные к инвертирующему входу операционного усилителя, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерения , в нее введены первый дополнительный образцовый двухполюсник и коммутатор, причем второй зажим генераърра подключен к второму зажиму основного образцового двухполюсника , второй зажим испытуемого двухполюсника подсоединен к первому контакту коммутатора и первому зажиму дополнительного образцового двухполюсника , второй зажим которого соединен с вторым контактом комму (Л татора, общий зажим которого подключен к выходу усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной.

(19) () 3) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 G Ol R 27/26

l с с

1 !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬГГИЙ (21) 3526254/24-21 (22) 21.12.82 (46) 23.08.85. Бюл. N - 31 (72) В.А.Волков, В.Г.Евсеев, А,Ф.Прокунцев и P.Ì.Þìàåâ (71) Пензенский сельскохозяйственный институт (53) 62!.317.33(088.8) (56} Эпштейн С.Л, Цифровые приборы и системы для измерения параметров конденсаторов, — М,: 1978, с. 16-17, рис. 1.4ж.

Авторское свидетельство СССР

У 819749, кл. G 01 R 27/26, 1981, (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ (ЕЕ ВАРИ: АНТЫ), (57) 1, Измерительная цепь, содержащая генератор синусоидальных колебаний, одним из зажимов соединенный с общей шиной, испытуемый и обраэцовый двухполюсники, первыми зажимами подключенные к инвертирующему входу операционного усилителя, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерения, в нее введены первый дополнительный образцовый двухполюсник и коммутатор, причем второй зажим генераТора подключен к второму зажиму основного образцового двухполюсника, второй зажим испытуемого двухполюсника подсоединен к первому контакту коммутатора и первому зажиму дополнительного образцового двухполюсника, второй зажим которого соединен с вторым контактом коммутатора, общий зажим которого подключен к выходу усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной.!

2, Цепьпоп. 1, отличаю щ а я с я тем, что в нее введен второй дополнительный образцовый двухполюсник, первым зажимом подключенный к общему выводу испытуемого и первого дополнительного двухполюс ников, вторым — к третьему контакту коммутатора.

3. Измерительная цепь, содержащая генератор синусоидальных колебаний, одним иэ зажимов соединенный с общей шиной, испытуемый и образцовый двухполюсники, первыми зажимами подключенные к инвертирующему входу операционного усилителя, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в нее введены> два дополнительных образцовых двухполюсника и коммутатор, причем второй зажим генератора подключен к второму зажиму основного образцового двухполюсника, дополнительные двухполюсники первыми зажимами подключены к общему выводу испытуемого и основного образцового двухполюсников, вторым — соответственно к первому и второму контактам коммутатора, второй зажим испытуемого двухполюсника подключен к третьему и общему контактам коммутатора и входу усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, 4. Измерительная цепь, содержащая генератор синусоидальных колебаний, одним из зажимов соединенный с общей шиной, испытуемый двухполюс ник и образцовый двухполюсник, включенный н отрицательную обратную связь усилителя, отличающаяся . тем, что, с целью повышения точности измерения, в нее введены два дополнительных двухполюсника и два комму74877 татора, причем второй зажим генератора подключен к первому контакту первого коммутатора и первому зажиму испытуемого двухполюсника, второй зажим .которого соединен с первым контактом второго коммутатора и первым зажимом первого дополнительного двухполюсника, второй зажим которого подключен к второму контакту второго коммутатора, общий зажим первого коммутатора через второй дополнительный двухполюсник подсоединен к общему зажиму второго коммутатора и инвертирующему входу усилителя, второй контакт первого коммутатора и неинвертирующий вход усилителя соединены с общей шиной.

5. Измерительная цепь, содержащая генератор синусоидальных колебаний, первый зажим которого соединен с общей шиной, второй — с неинвертирующим входом операционного усилителя, в отрицательную обратную связь которого включен основной образцовый двухполюсник, и испытуемый двухполюсник, включенный между общей шиной и иивертирующим входом усилителя, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью . повышения точности измерения, в нее введены два допдлнительных образцовых двухполюсника, ключ и коммутатор, причем второй зажим генератора подключен к первому контакту коммутатора, общий контакт которого через первый дополнительный образцовый двухполюсник подсоединен к инвертирующему входу усилителя, последовательно соединенные ключ и второй дополнительный образцовый двухполюсник соединены параллельно с испытуемым двухполюсником, второй контакт коммутатора подключен к общей шине.

Изобретение отнесйтся к электроиэмерительной технике и предназначено для измерения параметров двухэлементных двухполюсников.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

На фиГ. 1 изображена униьерсальная измерительная цепь для измерения параметров комплексных двухэлементных двухполюсников; на фиг. 2 — измерительная. цепь для измерения параметров комплексных двухэлементных двухполюсников, имеющих последовательную схему замещения, на фиг. 3 — измерительная цепь для измерения параметров комплексных двухполюсников, имеющих параллельную

3 1174 схему замещения, на фиг. 4 — универсальная измерительная цепь, Позволяющая осуществлять измерения параметров комплексных двух— полюсников, не зависящих от нестабильности коэффициента передачи усилителя, шунтирующего влияния со сторонв1 вхадного и выходного сопротивлений усилителя на результат измеренияу на фиг, 5 — универсальная изме- !О рительная цепь, позволяющая осуществлять измерения параметров комплексных двухполюсников, не зависящих от нестабильности коэффициента передачи усилителя, шунтирующего влия- !5 ния со стороны входного и выходного сопротивлений усилителя и внутреннего сопротивления генератора на результат измерения; на фиг. 6 . . — †схемы замещения измерительной цепи, 20 изображенной на фиг. 4, на фиг. 7 варианты схемы замещения измерительной цепи, изображенной на фиг. 5, В устройстве (фиг. I} генератор

1 через основной образцовый двух- 25 полюсник 2 подключен к инвертирующему входу операционного усилителя

3 и первому зажиму исследуемого двухполюсника 4, второй зажим которого через дополнительный двухполюсник

5 подключен к коммутатору 6, общий контакт которого соединен с выходсм усилителя 3.

В устройстве (фиг. 2) генератор

35 ! через основной образцовый двух полюсник 2 подключен к инвертирующему входу операционного усилителя

3 и первому зажиму исследуемого двухполюсника 4 второй зажим которого

3 40 через дополнительные двухполюсники

5 и 7 подключен к коммутатору 6, общий контакт которого соединен с выходом усилителя 3.

В устройстве (фиг. 3) генератор

1 через основной образцовый двухполюсник 2 подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 3 и первому зажиму исследуемого двух— полюсника 4 и дополнительных двух50 полюсников 5 и 7, вторые зажимы которых подключены к коммутатору 6, общий контакт которого соединен с исследуемым двухполюсником 4 и выходом усилитсля 3.

В устройстве фиг. 4 генератор соединен с первым зажимом исследуемого двухполюсника 2 и вторым

877 коммутатором 8, второй зажим исследуемого двухполюсника 2 через первый дополнительный двухполюсник 4 подключен к первому коммутатору 6, общий контакт первого коммутатора 6 через второй дополнительный двухполюсник 7 соединен с общим зажимом второго коммутатора 8 и инвертирующим входом операционного усилителя

3, в отрицательную обратную связь которого включен основной образцовый двухполюсник 9.

В устройстве (фиг, 5) генератор

1 подключен к коммутатору 8, общий зажим которого через первый дополнительный двухполюсник 7 подключен к исследуемому двухполюснику 4, пос.педовательно соединенным второму дополнительному двухполюснику 5 и ключу 10, инвертирующему входу операционного усилителя 3, в отрицательную обратную связь которого включен основной образцовый двухполюсник 9.

На фиг. 6 и 7 приняты следующие обозначения. 7В„ — напряженис, вырабатываемое генератором 1; V — наВых пряжение, снимаемое с выхода измерительной цепи; КЧ я„ — входное напряжение усилителя; Е, — сопротивление исследуемого двухполюсника; Z< сопротивление основного образцового двухполюсника; Z — входное сопротивпение усилителя Zo — сопротивление дополнительного двухполюсника;

Z — выходное сопротивление усилителя; Z< — сопротивление нагрузки;

I < — ток, протекающий в первом контуре; 1 — ток, протекающий во втором контуре; I — ток, протекающий в третьем контуре.

Для нахождения параметров комплексного двухэлементного двухполюсника, имеющего, например, последовательную схему замещения, измерительная цепь (фиг. 1) работает следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает синусоидальный сигнал, который подается на измерительную цепь. Коммутатор 6 устанавливается в положение 1. На выходе измерительной цепи формируется сигHQlI действующее значение которого равно ! ) !" +х„

Затем коммутатор 6 устанавливается в положение П. К исследуемому двухполюснику 4 последовательно подклю1! 74877 (й,„„,I = Iv,,I в ()

4 где М!х, ВЬ,«,—

Хх

50!

s,(!ч .,! -!ч «! ) ;(!ye.фф,„„,! )

2Р

211!(1»!1вых,! -! "выл,И 2о,(! Vsblx,! цвыл,! ) (8) чается дополнительный двухполюсник

5. gp»« этом на выходе измерительной цепи формируется сигнал, действующее значение которого равно выходные напряжения измерительной цепи при нахождении коммумутатора 6 соответственно в положениях

1 ИП; напряжение, вырабатываемое генератором 1; сопротивление активной составляющей исследуемого двухполюс-20 ника; сопротивление реактивной составляющей исследуемого двухполюсника;

25 сопротивление основ- ного образцового двухполюсника; сопротивление дополнительного обраэцо- З0 вого двухполюсника, Решая совместно систему уравнений (1) и (2 ) и учитывая, что R =R

0 получают выражение 35

1 и !"вы«! l>eblx!!

8» 2 IV,„! 1V,„, (3)

Для того, чтобы найти Х« необ. ходимо, чтобы образцовые двухполюсники 2 и 5 были однородной реактивной составляющей исследуемого двухполюсника 4 (т.е. Х и Х1), 45

При условии Х =Х q получают выражение . хО 1Vsblx>o! lVebi>tol

2 . Т

Х î î i (4)

Я Р При параллельной схеме замещения исследуемого двухполюсника 4 уравнения (3) и (4) имеют вид фвю» 4 ! Мвщх в — О !Чвл1 ЧЬл1, (5) .1Чвл

I !!!вью l I üü õ!,I

>Чвмха 1

I V„ l (6) где g — проводимость активной сос« тавляющей . исследуемого двухполюсника;

Ь вЂ” проводимость реактивной составляющей исследуемого двухполюсника;

g,,Ь вЂ” проводимость дополнительных образцовых двухполюсников.

Для реализации описанных напряжений необходимо знать как входное

VBx так и выходное 7в,л напряжения измерительной цепи.

Дальнейшим усовершехствованием измерительной цепи (фиг, 1), является измерительная цепь (фиг. 2), которая позволяет осуществить измерение параметров исследуемого двухйолюсника 4,имеющегопоследовательную схему замещения,еиспользованием лишь выходного напряженияизмерительной цепи

Измерительная цепь, изображенная на фиг. 2, работает аналогично измерительной цепи, изображенной на фиг, l только при положении коммутатора 6 в положение Ш на выходе измерительной цепи формируется сигнал, действующее значение которого равно

I где 1 !« - выходное напряжение измериs тельной цепи при нахождении коммутатора в положении Ш. I

Решая совместно систему уравне ний (1), (2) и (7), полУчают уравнение

7 1174877 8

Для того чтобы найти Х необ- l тавляющей исследуемого двухполюсниФ У

*одимо, чтобы образцовые двухполюс-, ка (т,е, Х, Х < и Х ). Тогда полу/ ники были однородны реактивной сос- чают выражение для Х„

"1(! S(IXI((l l a(IXZO) )+Х,(1ЬЬ(Ю „ -linet(X«> )

Хх=

° Ф О вых2 Новых(ol ) " г(вых, 1 вых I) ® лельную схему замещения, с помощью измерительной цепи, изображенной на фиг, 3.

В,((у ы (*-(увых Д К2 ((ув..,(-(у„„,(*) ((2 2

2 (10) 2(((IVw I I Vsse,l ) 2ф,((у»,„ I -(у,„„() ((въ(хам (Чвь(х2о! ) Ъ (ФВы(;„1-lVsbix() I( в ("2о I Ab((((о1 ) 2011 gb(y (о! Чв((хВв ) Анализируя данные уравнения, видно, что для получения отсчета параметров исследуемого двухполюсника необходимо учитывать только действующее значение напряжений без учета фазовЬ(х соотношений между сигна- лами, снимаемыми с измерительной цепи, зависящих от девиации частоты генератора, что позволяет по срав. нению с известным значительно повысить точность измерения в широком диапазоне частот.

30

Все укаэанное справедливо лишь в том случае, когда коэффициент передачи К и выходное сопротивление усилителя равны оо, а входное сопротивление О.

Однако в реальных случаях эти величины только стремятся к Оо или к О, но не равным им. Поэтому для более точного измерения параметров исследуемого двухполюсника приходится не только учитывать зти вели40

«I(-„2 )

Zè 1 1(1 Z Z(Zc>Z,l Z Z Z<(Z iZ ) ZZ

Zz- . X Z Z, ((ã>

XctZo " иметь вид, изображенный на фиг. бб.

Аналогично, решая систему уравнений методом контурных токов, получают

При подключении дополнительного

I двухполюсника параллельно схема sa-. мещения измерительной цепи будет

Аналогично получают уравнение и. для определения параметров ксследу1О емого двухполюсника, имеющего паралчины, но и исключить их влияние на результат измерения, Исключить влияние выходного сопротивления усилителя и его коэффициента передачи позволяет измерительная цепь (на фиг. 4), которая работает следующим образом.

В начале работы коммутатор 6 устанавливается в положение 1. Далее, переключив дополнительный двухполюсник 7 сначала параллельно входу усилителя 3, а затем параллельно исследуемому двухполюснику,. формируют выходные напряжения усилителя, отношение которых не зависит от Ев„, Е и К. Для доказательства обВых ратнмсн к схемам замещения, изображенным на фиг. 6. При подключении дополнительного двухполюсника 7 параллельно входу усилителя 3 схема замещения измерительной цейи будет иметь вид, изображенный на фиг. 6а.

Решение системы уравнений методом контурных токов позволяет определить (вых.

1174877

vi i-„) (х + о х а, 1(,, < »+ а Z,(Z,+Zp) К Z, Z Z- Z < <1 ) н с » о Z»4о с » 2а с н н

l4bilr »l

- Е

ЧВЫХ, ь

Таким образом, доказано, (14) что вы»1

15

30!

1Уьы»г1 19Выхга1

Х<> 1ИВы» 1 1Veblxbp1

14ы»г 9 Вы» га.

g. (1 „,«,1 IV gbr>io1

Решая совместно систему уравнечий (12), (13), получают 1О

Yew» q не зависит от 2В, Zgb и К. х, Затем коммутатор 6 устанавливается в положение П и, переключив коммутатор 8 сначала в положение П, О а затем в положение 1, получают уравнение Вы» а Х 2 о В (15)

ЧВы»га Zo

25 где Z — дополнительный двухполюс2 ник 4.

Решая совместно систему уравнений ((4) и (15) относительно действующих значений напряжений и сопротивлений, получают

При измерении параметров комплекс- 5 ных двухполюсников, соизмеримых с внутренним сопротивлением генератора, нельзя достичь высокой точности измерений, так как на результат измерения влияет внутреннее сопротивление генератора..

Измерительная цепь, позволяющая исключить указанный недостаток, изоб- . ражена HG фиг, 5. Она работает аналогично измерительной цепи, изображенной на фиг. 4, уравнения отсчета аналогичны описанным. Исключить влияние на результат измерения внутреннего сопротивления генератора позволяет подключение исследуемого двухполюсника к инвертирующему входу усилителя. Для доказательства сравнивают схемы замещения, изображенные на фиг. 6 и 7. На фиг, б ток от генератора 1 течет сначала через Е „ а затем через Zp, Поэтому при очень малом сопротивлении Ех, соизмеримым с внутренним сопротивлением генератора, нельзя получить требуемую точность измерения, так как на внутреннем сопрогивлении генератора неинформативное падение напряжения, приводящее к дополнительной погрешности измерения, будет соизмеримо с падением напряжения на исследуемом двухполюснике, В общем случае погрешность напряжения может достигать 507 и более, А на фиг. 7 ток течет сначала через Z c, а затем через Zx, поэтому каким бы малым не было Ех, сопротивление генератора не будет влиять на результат измерений..

Реализация указанных уравнений не представляет собой трудности при использовании микропроцессорной техники. Достаточно сформировать действующие значения напряжений, снимаемых с измерительной цепи и в со— ответствии с программой, составленной по указанной и заложенной в микропроцессор, произвести отсчет параметров исследуемого двухполюсника.!

174877

ФигЯ

1174877

2„

Ььц

Zff

Составитель Н.Михалев

Редактор Н.Гунько Техред А. Бабинец Корректор Г.Решетник

Заказ 5181/47 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4