Устройство для определения параметров многоэлементных двухполюсных цепей

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частностти к измерению параметров многоэлементных двухполюсных РС- или Р -цепей. Цель изобретения - повышение быстробействия устройства за счет получения сигналов, необходимых для определения параметров двухполюсника, в ходе переходного процесса в исследуемой цепи, не дожидаясь установившегося режима. Устройство содержит последовательно соединенные источник опорного напряжения, исследуемую двухполюсную цепь, операционный усилитель и первый блок выборки-хранения, а также опорный элемент, включенный в цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя, блок вычитания напряжений, блок управления, вычислительный блок и шесть блоков выборки-хранения, при этом неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с общей шиной. В устройство введены дифференцирующий усилитель и седьмой блок выборки-хранения. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

2 4 Af (19) (11) щ)5 G 01 R 27/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н вто скомм свидеткльствм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ. И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР

1 (21) 4483526/24-21 (22) 16.09,88 (46) 23.07.90, Бюл. Ф 27 (71) Смоленский филиал Московского энергетического института (72) Н.В,Ковалков и В.П.Фомиченков (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1352405, кл. G 01 К 27/02, 1987.

1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНЫХ

ЦЕПЕЙ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к измерению п араме тров много элеме нтных двухполюсных RC- или RL-цепей, Цель изобретения — повышение быстродействия устройства за счет получения

2 сигналов, необходимых для определения параметров двухполюсника, в ходе переходного процесса в исследуемой цепи, не дожидаясь установившегося режима. Ус тройс тв о содержит - источник I опорного напряжения, операционный усилитель 3 с клеммами для подключения опорного элемента 2 и исследуемой двухполюсной цепи 4 на входе и в цепи обратной связи, блок 5 вычитания напряжений, блоки 7-12 выборки — хранения, вычислительный блок 14 и блок

l5 управления, В устройство введены дополнительный блок 13 выборки — хранения, дифференцирующий усилитель 6, а блок 15 управления выполнен в виде соединенных последовательно ждущих мультивибраторов !6 — 24 и триггера

25. По сигналам с блока 15 управления

1580284

1+РС,Б э в фиксированные моменты времени блоки 8-13 выборки — хранения запоминают четыре значения напряжения на выходе блока 5 вычитания напряжений и два значения производной этого сигнала на выходе дифференцирующего усилителя

Изобретение относится к контроль"..: ,но-измерительной технике,,в частности к измерению параметров многоэлементных двухполюсных RC-или RL-цепей.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства путем получения сигналов, необходимых для определения параметров двухполюсника в ходе переходного процесса в иссле-. дуемой цепи.

На фиг.) приведена структурная схема устройсTBа для определения параметров многоэлементных двухполюсных цепей; на фиг. 2 а-г — видыконтролиру- g$ емых двухполюсников; на фиг,3 — вре- менные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, опорный элемент

2, операционный усилитель 3, исследуемую двухполюсную цепь 4, блок 5 вычитания напряжений, дифференцирующий усилитель 6, блоки 7-13 выборкихранения, вычислительный блок 14 (осуществляющий вычисление параметров цепи по результатам измерений и использующий алгоритмы, приведенные далее), блок 15 управления, в состав которого входят ждущие мультивибрато- 4О ры 16-24 и триггер 25, Выход источника 1 опорного напря" жения через опорный элемент 2 соединен с входом операционного усилителя

3, в цепь отрицательной обратной свя".. 4S зи которого включена исследуемая двухполюсная цепь 4 (в зависимости от вида двухполюсника опорный элемент и исследуемая цепь с точки зрения места включения могут меняться местами, см. 50 таблицу). Выход операционного усилителя 3 подключен к входу блока 7 выборки — хранения и к одному иэ входов блока 5 вычитания напряжений, второй вход которого соединен с выходом блока 7 выборки — хранения. Выход блока

5 вычитания напряжений подключен к входам блоков 8-11 выборки — хранения и к входу дифференцирующего усилите6. В вычислительном блоке 14 по изме-. ренным значениям напряжений с использованием заданного алгоритма производится расчет искомых параметров мно" гоэлементной двухполюсной цепи. 3 ил.

1 табл, ля 6, выход которого соединен с входами блоков 12-13 выборки — хранения.

Выходы блоков 7-13 выборки — хранения соединены с соответствующими входами вычислительного блока 14. Блок 15 управления состоит из включенных последовательно ждущих мультивибраторов

16-24 и триггера 25. Установочный вход триггера 25 соединен с выходом ждущего мультивибратора 16, а вход сброса — с выходом ждущего мультивибратора 24. Выходы ждущих мультивибраторов

16, 18 и 20 соединены с управляющими входами соответственно блоков 7, 8 и 9 выборки — хранения, а выходы ждущих мультивибраторов -22 и 24 — соответственно блоков 10, 12 и 11, 13 выборки — хранения, Выход триггера 25 подключен к управляющему входу источника 1 опорного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Пусть подключен двухполюсник, представленный на фиг ° 2а, имеющий функцию сопротивления где р — комплексная частота;

R), R, R> — резисторы;

С.1е С2 р

С вЂ” конденсаторы.

На входе операционйого усилителя

3 при этом необходимо включить опорный элемент — резистор- 2 сопротивлением Ro, По сигналу "Пуск" импульс напряже." ния с выхода мультивибратора 16 перевыбрасывает триггер 25 в единичное состояние. При этом источник 1 опорного напряжения подает на вход операционного усилителя скачок напряжения величиной U . Выходное напряжение операционного усилителя, 3 имеет вид

1580284

HH t< H t Импульс напряжения c sai(1-е г z )+

2 хода ждущего мультивибратора 24 перебрасывает триггер 25 в нулевое состояние, что приводит к прекращению подачи напряжения от источника 1 опорного напряжения на вход операционного усилителя 3 °

В вычислительном блоке 14 по изме1р ренным значениям напряжений У (сд), U (t,), П (с„), Uq(tz) определяются

5 величины емкостей С,, С и сопротивления К по формулам

US(t) Ko

+ » «t +

С, + R (1«e )

15 отсюда (2) С

1 а-1 1

Ko Cz

К1=— о

Пъ(С1) Ko t + ф 1

5() 3( с

+ R (1-е ) й

+Кз(1 е з з) . Сз 113

ЗО

К1 Ьо

С вЂ”; R = ——

3 bo, 3 КЬ, Uo. где К = —; t - текущее время, о

По сигналу с выхода ждущего мультивибратора 16 блок 7 выборки." хранения запоминает значение U (t) в момент t О, которое пропорцио-. нально величине сопротивления R

U П (с) =KR,, Для выходного напряжения блока 5 вычитания напряжений можно записать

На выходе дифференцирующего усилиля 6 напряжение имеет вид. R„c

U (t) =К (— + — е +

6 C1 Сг

1 Rзез

+ — е ), С и, где К, = К, 1 *qy — постоянная диф35 ференцйрования).

Раздельное измерение параметров однотипных частей двухполюсника R С и

R C> может быть произведено лишь при ,выполнеHHH jjcJIoBHB К зСз )) RzCz HIIH наоборот. Это позволяет при малых значениях времени с в напряжении Uy(t) пренебречь экспоненциальной составляющей, связанной с наличием элементов R Cy, 45 тогда

U,(ñ) = K,(— C с + Rz(1-е )1 .

1 Ra@ 11

По сигналам с выходов ждущих мультивибраторов 18, 20, 22 и 24 блоки

8, 9, 10 и 11 выборки — хранения запоминают значения напряжения U (с) соответственно в моменты времейи с

t4 H t ai Одновременно по сигналам. с выходов ждущих мультивибраторов

22 и 24 блоки 12 и 13 выборки — хра- нения запоминают з наче ния напряжения

U6(t) соответственно в моменты времеС

ЗазКО à z

2 z. Эа С

2а где а, а1, а и аз — коэффициентыполинома

L>(t) = а„+а, t+azt +а>t, аппрок2 2. симирующего кривую U<(t) на участке

Ф (с 2г tyj

Величина сопротивления К1 определяется по формуле (1).

После определения значений С г, Cz и R в вычислительном блоке 14 произв водится пересчет значений U (t4) и

У Ь(с .) по формулам

Ь Ф 6 4

1О 1 . -;1+ — е ), 1 с В

С2

6 Ь 6 1 С

11 1 5

+ — е ) °

1 C2Rz

В результате определяются вспомо3» гательные значения напряжений U (ñ4) и U<(tg). По найденным значениям

U6(с4) и U (с ) определяются далее

% Ф коэффициенты Ъ „и Ь, полинома L1(t)

= Ь +Ь с, аппроксимирующего кривую о 1

U (t) K з з

1 c R

6, С

3 на участке (с4, сД, а величины емкости С и сопротивления R з рассчитываются по формулам

Связь коэффициентов аппроксимируюmего полинома 1 параметрами двухполю1580284 сной цепи определяется разложением экспонент; входящих в состав функции переходного процесса, в степенной ряд вида

Х Х е 1+ Х+ — +- -+

2, 3.

И

В результате напряжение U>(t) представляется в виде 10

1(- Г 1 1 1 2 (((с) - к L(— + — >в — — с +

5 О С, С2 2Кгса

"1 з

66(С 2 2 15

Сравнение данного времени с аппроксимирующим полиномом Е t) позв о- ляет записать систему уравнений

1 1 а6

+ 6 °

С, Сг Ко

1 а гк С К, 25

1 аз

68 С Кд 6 решение которой и приводит к формулам (2). 30

Выражения для расчета R и С вы-1 водятся аналогично после разложения в степенной ряд функций U (t).

В таблице приведены расчетные формулы для вариантов исследуемых двухполюсников, а также указанЬ место включения и вид опорного элемента и исследуемого двухполюсника.

Рассмотрим на примере, каким образом предлагаемое устройство позволяет 40 повысить быстродействие. Пусть для изображенного на фиг.2а двухполюсника априорно известно, что время переходного процесса зависит в основном от постоянной времени ь3 = КьС 1 с.

В известном устройстве для определе-:. ния параметров двухполюсника необходимо запомнить два значения выходного напряжения блока вычитания напряжений в установившемся режиме, следо- 50 вательно, время измерения не может .быть меньше (3-5) ь, что составляет

3-5 с.

В предлагаемом ус тройс тв е в ремя измерения определяется длительностями импульсов С 6 и Сь, вырабатываемых соотв етс твенно ждущими мультивибраторами 16, 18, 20, 22, 24 и 17, 19, 21, 23 (фиг. 3) . Выбрав t< = 5 мкс и

t „" 100 мс, получаем, что t „, =

5tg + 4t л 0 4 с.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить быстродействие примерно в 7-12 раэ по сравнению с известным.

Формула изобретения

Устройство для определения параметров многоэлементных двухполюсных цепей, содержащее последовательно со" единенные источник опорного напряже"... ния, исследуемую двухполюсную цепь, операционный усилитель и первый блок выборки — хранения, а также опорный элемент, включенный в цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя, блок вычитания напряжений, блок управления, вычислительный блок и шесть блоков выборки — хранения, при этом неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с общей шиной, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены дифференцирующий усилитель и седьмой блок выборки — хране ния, причем первый вход блока вычитания напряжений подключен к выходу one"" рационного усилителя, второй вход - к выходу первого блока выборки — хранения, а выход соединен с входом дифференцирующего усилителя и с первыми входами второго, третьего, четвертого и пятого блоков выборки — хранения, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам блока управле-; ния,а выходы в к соответствующим входам вычислительного блока, выход дифференцирующего усилителя соединен с первыми входами шестого и седьмого блоков выборки — хранения, вторые входы которых подключены соответственно к шестому и седьмому выходам блока управления, а выходы . — к шестому и седьмому входам вычислительного блока.

1580284.0

6»

4э

44 О,Ю.а

6а о

t4 О.О чо (л

Io

Ct

Р» о

-Iu! с4 — (1 о

44 О э о

Cl3 о о

- э

Ctl о

К о

4 D

Il

М т и 4 и

С4 (И

Ctl 4 1

40 Cd

ll

44 о

II -1 о

4 о д

Cd с 1

II

44

44 х о

Ф о И1)

II сР и

4=г и и х! к

Ф

Cf о х

Р3

I о х

М !

44 г о

Ctj O х

И и о

ctj a

cd Э х а

I х!

1 — — — -

/ « I ! р, ! г ! я

I I

Г (I I

44 о и э х

g в 2

1 о о

Ф

«,4 4

Щ Cd

C») N ол

Э" о о о ,Л Н 44

40 3

Yl 4 4

&Е о «с .Д 3

О О

C4t

44 4!

4 СИ о -4 «

С4

cd Cd

<«4 Fl. 4 ! C4 л cd

I !

I ! 1

1580284

Составитель А.Шикеруи

Редактор С,Пекарь Техред М.Дидык Корректор С.Шекмар

Заказ 2009 Тирад 556 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