Способ измерения параметров многоэлементных двухполюсников и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения параметров физических объектов, эквивалентная электрическая схема которых является многоэлементным двухполюсником (Д). Цель изобретения - повышение точности и расширение области измерений за счет использования для уравновешивания только однотипных элементов с сохранением раздельного уравновешивания. Это достигается введением трех масштабных усилителей, пяти повторителей напряжения, параллельного сумматора, четырехплатного коммутатора и четырех потенциометров путем выполнения следующих операций. Д, состоящий из N элементов (устройство реализовано для случая N=4), подключают к измерительной цепи (ИЦ), образованной последовательно соединенными образцовым элементом и Д. ИЦ питают последовательностями импульсных сигналов с изменением напряжения в импульсах по закону степенных функций, показатель степени которых принимает значения 0,1,2....N- 1, и формируют первую активную величину (АВ), например напряжение, зависящую от параметров Д, сравнивают с моделирующей ее второй АВ и приводят их разность к нулю. Вторую АВ формируют в виде суммы из I+1 импульсного сигнала, каждый из которых изменяется по закону соответствующей степенной функции с показателями степени 0,1,2...I. При первом уравновешивании I присваивают значение 0, а при каждом последующем увеличивают его на единицу. Каждое уравновешивание выполняют после окончания переходных процессов в ИЦ изменением амплитуды сигнала, входящего во вторую АВ и имеющего форму прямоугольных импульсов. После выполнения N-го уравновешивания искомые параметры Д определяют из решения системы N алгебраических уравнений, которыми выражаются условия равновесия. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОБЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (gg 4 0 01 R 17/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4327740/24-21 (22) 12. 11. 87 (46) 07. 11.89. Бюл. K 41 (71) Научно-исследовательский инстигуг автоматики и электромеханики при

Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) А.Н.Сапрыкин (53) 621.317.733(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

К - 1307354, кл. G 01 R 17/10, 1987. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено дпя измерения параметров физических объект ов, эквивалентная электрическая схема которых является многоэлемент-.:. ным двухполюсником (Д) . Цель изобретения — повышение точности и расширение области измерений за счет использования для уравновешивания только однотипных элементов с сохранением раздельного уравновешивания. Это достигается введением трех масштабных усилителей, пяти повторителей напряжения, параллельного сумматора, четырехплатного коммутатора и четырех потенциометров путем выполнения следующих операций. Д, состоящий из N

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении параметров пассивных двухполюсников.

„„Я0„„152О454 А 1

2 элементов (устройство реализовано для случая N=4), подключают к измерительной цепи (ИЦ), образованной последовательноо соединенным образцовым элементом и Д. ИЦ питают последовательностями импульсных сигнапов с изменением напряжения в импульсах по закону степенных функций, показатель степени которых принимает значения 0,1,2...N-1, и формируют первую активную величину (АВ), например напряжение, зависящую от параметров

Д, сравнивают с моделирующей ее второй АВ и приводят их разность к нулю.

Вторую АВ формируют в виде суммы из

i+1 импульсного сигнала, каждый из

Ю которых изменяется по закону соответстнующей сзепенной функции с показа- (Д телями степени 0,1,2...i При первом уравновешивании i присваивают значе- С т ние О, а при каждом последующем увеличивают его на единицу. Каждое уравновешивание выполняют после окончания переходных процессов в ИЦ измене- р нием амплитуды сигнала, входящего во вторую AB и имеющего форму прямоуголь. ных импульсов. После выполнения N-ro уравновешивания искомые параметры Д определяют из решения системы N алгебраических уравнений, которыми выра- 4 жаются условия равновесия. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Цель изобретения — повышение точности и расширение области применения за счет использования для уравновешивания только однотипных элемен1520454 (5) А !-! — -т- = К

4 4. 1

U (б) А,=К!

А

= К си (2) А — — = К с2 ч (4) 50 тов с сохранением раздельного уравновешивания.

Способ измерения параметров многоэлементных двухпапюсников осуществля5 ют следующим образом.

Вначале на измерительную цепь подают последовательность прямоугольных импульсов (i=O). Выходное напряжение измерительной цепи U„(t) = U А,, где

А — коэффициент пропорциональности, сравнивают с напряжением U (t) = Н К„, приводят разность к нулю изменением значения регулировочного. коэффициента К, и получают, таким образом, пер- 15 вое условие равновесия

Затем подают на измерительную цепь 20 последовательность линейно изменяющихся импульсов (i=1), сравнивают напряжение U„(t) = (А, t+A ) с напряжеUn

Пn нием U (t), которое формируют в виде 25 суммы двух слагаемых U<(t) = K,с+

Um и

+ Ц„К . С учетом выполнения условия (1) второе условие равновесия имеет вид

Далее подают на измерительную цепь последовательность квадратичных импульсов (i = 2), сравнивают напряжение U,(Ñ) = — (А,t2 +2Aqt+A ) с напряUe ч жением U (t), которое формируют уже в 40 виде суммы из трех слагаемых

U (с) = — — К t2 + †-К t + U К . (3)

Um 2Um с2 м ч ч

С учетом выполнения (1) и (2) тре-. тье условие равновесия имеет вид

Далее подают на измерительную цепь последовательность кубичных импульсов и T ° äâ

При i+1-м сравнении на измерительную цепь подают последовательность с t импульсов вида U (— -), а напряжеси ние U<(t) формируюг в виде суммы из

i+1 слагаемого

<+<

И (с) U„„,7 .— .—, -- К х — (3-1) (1-j+1)! ) (a-111! к()

Ъ сч

С учетом выполнения предыдущих i условий равновесия i+1-е условие имеет вид

После N-ro уравновешивания получают N условий равновесия, представляющих систему N алгебраических уравнений вида (б), н которую в качестве М неизвестных входят искомые параметры двухполюсника, функциями которых являются коэффициенты А. Из решения этой системы уравнений определяют искомые параметры двухполюсника.

Из условий равновесия (6) следует, что разность между сравниваемыми величинами U,,(t) и Uz(t) всегда имеет (после окончания переходных процессов) форму импульса с плоской вершиной, полярность которого. однозначно определяет. знак, а амплитуда — степень рассогласования сравниваемых величин, что удобно для организации процесса уравновешивания.

Таким образом предлагаемый способ позволяет определить параметры любого многоэлементного двухполюсника, для которого известна схема замещения и выполнены условия однозначности определения параметров. !

Известность схемы замещения необходима для записи коэффициентов А, входящих в левую часть системы урав- . нений (6). При измерении параметров двухполюсников с различными схемами замещения алгоритм реализации способа полностью сохраняется, а изменяется лишь вид формул (6) для расчета параметров.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения параметров многоэлементных двухполюсников.

Устройство, реализованное для случая 0=4, содержит задающий генератор

1, выход которого соединен с входами управления генераторов 2-1, 2-2, 2-3 н 2-4 импульсов прямоугольной, линей-.

К = А

R+R о < (7) S 52045 но изменяющейся, квадратичной и кубичной форм соответственно, четырехплатный коммутатор 3 на четыре положения.

Выход генератора 2-1 прямоугольных импульсов подключен к первому, второму, 5 третьему и четвер гому контактам плат

3-1, 3-2, 3-3 и 3-4 коммутагора 3 соответственно. Выход генератора 2-2 линейно изменяющихся импульсов подклю-10 чен к второму контакту первой платы

3-1 непосредственно, а к третьему и четвертому контактам второй и гретьей плат 3-2 и 3-3 коммутатора 3 — через первый 4-1 и второй 4-2 масштабные усилители соответственно. Выход генерагора 2-3 квадратичных импульсов соединен с третьим конгактом первой платы 3-1 непосредственно, а с четвергым контактом второй платы 3-2 — через 2р третий усилитель 4-3. Выход генератора 2-4 кубичных импульсов подключены к четвертому кощ акту первой плагы

3-1. Первый выход коммутатора 3 через образцовьп1 резистор 5 соединен с пер- 25 вой клеммой 6, а вторая клемма 7 для подключения исследуемого двухполюсника 8 подкпючена к общей шине. Схема замещения исследуемого двухполюсника

8 содержит первьп резистор 9 (К1), 3р параллельно которому включены последовательно соединенные первый конденсатор 10 (С1) и второй резистор 11 (К2) параллельно которому включен второй конденсатор 12 (С2) . Первые выводы поте нциометр ов 1 3-1, i 3-2, i 3-3, 1 3-4 соединены с соогветствующими выходами коммутатора 3, а вторые выводы через повторители 14-1, 14-2, 14-3, 14-4 напряжения подключены к соответствую- 4р

@им входам параллельного сумматора 15, выход которого соединен с первым выводом нуль-органа 16. Вгорой вывод нуль-органа 16 через пятый повторитель 14-5 напряжения подключен к пер- 45 вой клемме 6, третий вывод соединен с выходом задающего генератора 1. Четвертый вывод нуль-органа 16 и третьи выводы потенциометров подключены кобщей шине. .50

Устройсгво, осуществляющее способ, работает следующим образом.

В исходном состоянии подвижные кон- . такты коммутатора 3 находятся в верхнем по схеме положении, а движки потенциометров 13-2 — 13-4 — в крайнем правом положении. Положение движка потенциометра 13-1 произвольное.

4 6

Вначале импульсы прямоугольной формы с выхода генератора 2-1 через первый контакг платы 3-1 коммутатора 3 поступают на измерительную цепь и первый вывод потенциаметра 13-1. Выход— ное напряжение измерительной цепи

U (t) после окончания переходных процессов имеет форму прямоугольного импульса. Через повторитель 14-5 напряжения, служащий для уменьшения влияния паразитных параметров схемы, это напряжение поступает на второй вывод нуль-органа 16. Выходное напряжение потенциометра 13-1, равное U K,, через-повторитель 14-1 напряжения пос1 упает на первый вход сумматора 15, К„ - коэффициент передачи потенцио.мегра 13-1, принимающий значения

0 К, 1. Так как движки потенциометров 13-2 — 13-4 находятся B крайнем правом положении, то на остальных входах суммагора 15 нулевое напряжение, поэтому выходное напряжение

U<(t) сумматора 15, поступающее на первьп1 вывод нуль-органа 16, равно

U<(t) = U К,. В нуль-органе i6 осуществляется сравнение двух напряжений U„(t) и И,(c). Регулируя положение движка потенциометра 13-1, добиваются их равенсгва, выполняя тем самым первое условие равновесия:

Состояние равновесия здесь и далее фиксируют по экрану осциллографа, выполняющего функции нуль-органа 16.

Затем подвижные контакты коммутатора 3 устанавливают в следующее положение на одну позицию вниз. При этом на измерительную цепь и первый потенциометр 13-1 поступают импульсы линейно изменяющейся формы с выхода генератора 2-2 через второй контакт первой платы 3-1, а на потенциометр 13-2 поступают прямоугольные импульсы с выхода генератора 2 — 1 через второй контакт платы 3-2. Выходное напряжение сумматора 15 состоит иэ двух слагаемых:

U,(с) = — - К,t — - П К (8) Um

Так как коэффициенты А и А+ имеют отрицательный знак, то повторители напряжения 14-2 и 14-4 подключены к ин! 520454

А 6RîÌ С

= — — = — -- — - — — В C (R +R ) + ? (-з ta (р +R ) и и о (+ 2К К,К2С, (R,+R ) + в.2С (R +R„)2 +

° »*,Е;С,) ()3) Из решения системы уравнений (7), (9), (11), (13) находят формулы для вычисления значений параметров R, К, С<, С двухполюсника 8:

А В.оВ. С( к ц (Ко+1 () (9)

К(- R =R (- - - — К) () 1 К 2 () 2К и (г сиКа

С вЂ” — — С = t 2К К вЂ” ЗК (1—

ВКз 2 ((г 4- а

О 1

-K,,) (К +2К вЂ” К,К ) — ВК,(1-y)»

"(К(Kç,2К ) (К + 2К - К,K )

ЗК (К,К вЂ” 2»<) J ) /())((у — К,К,)), . ()4) А. 2R()R CikRoR(+Ra(R()+R» )3»

t>(R +R )з () Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я о

Um ."Um - Um

Ц (t) -K t3 -" «К t2 + -- К, з (г 2

Il (((( (,2) 55

4 вертирующим входам параллельного сумматора 15. Регулируя положение движка потенциометра 13-2, добиваются равенства сравниваемых величин Ui (t) и

U<(t), при этом вгорое условие равно5 весия имеет вид:

Разность сравниваемых величин после. окончания переходных процессов имеет на экране осциллографа форму импуль. са с плоской вершиной, полярность и амплитуда которого однозначно определяют направление и расстояние перемещения движка потенциометра.

Затем подвижные контакты коммутатора 3 устанавливают в следующее третье положение, перемещая еще на одну позицию вниз. Выходное напряжение сумматора 15 формируется из трех слагаемых:

Ц () K t K t+UK (10) 5 цв 2Um 2

)() з ° () ((Удвоение значения второго слагаемого происходит вследствие того, что линейно изменяющиеся импульсы с выхода генератора 2-2 поступают на первый вывод потенциометра 13-2 через масштабный усилитель 4-1, имеющий коэффициент усиления 2.

Изменяя положение движка потенциометра 13-3, добиваются равенства срав

35 ниваемых величин U,(t) и U<(t), при этом третье условие равновесия имеет внд:

Затем подвижные контакты коммута" тора 3 устанавливают в четвертое, 45 крайнее нижнее положение и аналогично уравновешиваюг сравниваемые величины изменением положения движка потенциометра 13-4. Выходное напряжение сумматора 15 состоит из четырех слагаемых:

Четвертое условие равновесия в соответствии с (6) имеет вид:

Таким образом, предлагаемое устройство для измерения параметров ч тырехэлементных двухполюсников в отличие от известного позволяет определить параметры двухполюсника с применением только однотипных управляемых элементов с сохранением раздельного уравновешивания. Схема замещения двухполюсника может быть и другой. В этом случае алгоритм работы устройства полностью сохраняется, а изменяются только формулы вычисления искомых параметров.

Способ измерения параметров многоэлементных двухполюсников, saключающийся в том, что подают на измерительную цепь в виде двухполюсника N последовательностей импульсных сигналов вида где N — число параметров двухполюсника, U си — амплитуда и длительность импульсов, t — влекущее время, принимает значения 0,1 2,...,N-1, и измеряют первую активную физичес15204 кую непичи ну (например, папряжение), пропорциональную параметрам измерительной цепи, измеряют вторую активную физическую величину (например

5 напряжение), пропорциональную параметрам измерительной цепи, сравнивают ее с первой и регулируют значение второй до получения равенства сравниваемых величин, причем при,первом уравновешивании подают напряжение питания н виде последовательности прямоI !

=0

- угольных импульсов типа U = (†-)

m 7 а при каждом последующем уравновешивании — последовательность импульсов со значением показателя степени на единицу больше, при этом выполняют каждое регулирование после окончания переходных процессов в измеритель- 0 ной цепи, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения, измеряют вторую активную физическую величину при подаче напряжения типа 25 где К вЂ” регулирон очные. коэффициенты

У принимающие значения

О а К; 1, а каждое регулирование выполняют изменением амплитуды прямоугольных имс о 35 пульсов типа 0 К;+ (—,-),причем после выполнения N-ro уравновешивания искомые параметры двухполюсника определяют из решения системы N алгебраиA <+i ческих уравнений вида К !+! Г i

Ч где А,, — коэффициенты, определяемые параметрами двухполюсника и входящие в систему уравнений, описывающую первую активную величину U после окон- 45 чания переходных процессов

2. Устройство- для измерения параметров многоэлементных двухполюсников, содержащее задающий генератор, 54 выход которого соединен с входами управления генераторов импульсов прямоугольной, линейно изменяющейся, кнад— ратичной и кубичной формы, две клеммы для подключения исследуемого днухполюсника, образцовый резистор, первый выход которого соединен с первой клеммой для подключения исследуемого двухполюсника, и нуль-орган, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения, н него введены три масштабных усилителя, пять повторителей напряжения, параллельный сумматор, четырехплатный коммутатор на четыре положения и четыре потенциометра, первые выводы которых соединены с соответствующими выходами коммутагора, а вторые выводы через соответствующие пов- торители напряжения подкпючены к входам сумматора, выход которого соединен с первым входом нуль-органа, при этом второй вывод образцового резистора подключен к первому выходу коммутатора, а первая клемма для подключения исследуемого днухполюсника через пятый повторитель напряжения соединена с вторым входом нуль-органа, третий вход которого подключен к выходу задающего генератора, выход генератора прямоугольных импульсов подключен к первому, второму, третьему и четвертому контактам соответствующих плат коммутатора, выход генератора линейно изменяющихсяимпульсов подключен к второму контакгу первой платы непосредственно, а к третьему и четвертому контактам второй и третьей плат коммутатора через первый и второй масштабные усилители соответственно, выход генератора квадратичных импульсов соединен с третьим контактом первой платы коммутатора непосредственно, а с четвертым контак! ом второй платы — через третий усилитель, выход генератора кубичных импульсон подключен к четвертому контакту первой платы коммутатора„ а вторая клемма для подключения исследуемого двухполюсника, третьи выводы потенциометров и четвертый вход нульоргана соединены с общей шиной.

1520454 .Составитель В. Семенчук

Редактор Н.Тупица Техред М. Ходанич Корректор В.Гирняк

Заказ 6753/47 Тираж 714 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101