Способ определения заземленных параллельно включенных емкости сх и сопротивления rх пассивного двухполюсника
Владельцы патента RU 2365925:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Обнинский Государственный Технический Университет Атомной Энергетики (RU)
Изобретение может быть использовано для измерения параметров объектов, представляемых пассивными 2-элементными заземленными RC-двухполюсниками, имеющими параллельно включенные емкость Cx и сопротивление Rx. Способ определения заземленных параллельно включенных емкости Cx и сопротивления Rx пассивного двухэлементного двухполюсника заключается в определении времени переходного процесса разряда емкости Cx на сопротивление Rx от напряжения Uв до напряжения Uн при отключении контролируемого двухполюсника от источника питания и формировании на выходе устройства прямоугольных импульсов, длительность которых равна времени переходного процесса. Изобретение обеспечивает возможность снижения требований к стабильности параметров источника питания и повышение точности измерений. 3 ил.
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров объектов, представляемых пассивными 2-элементными заземленными RC-двухполюсниками, имеющими параллельно включенные емкость Cx и сопротивление Rx.
Наиболее близким к предлагаемому является способ, заключающийся в формировании прямоугольных импульсов различных частот, получаемых в процессе заряда-разряда цепи при включении и выключении входного сигнала прямоугольной формы от управляемого источника питания и изменения топологии измерительной цепи. Изобретение RU 2312366 C1 от 11.04.2006. Авторы Жуган Л.И. и др. Бюллетень №34.
Устройство измерения формирует на выходе последовательность прямоугольных импульсов, частота которых определяется временем заряда и разряда. Три частоты, полученные в результате изменения топологии измерительной цепи, используются для определения параметров Cx и Rx.
Недостаток данного способа - высокие требования к стабильности параметров источника питания.
Цель изобретения - снижение требований к стабильности параметров источника питания, повышение точности измерений.
Предлагаемый способ измерения заземленных параллельно включенных емкости Cx и сопротивления Rx пассивного двухэлементного двухполюсника (объекта измерения) заключается в формировании на его выходе прямоугольных импульсов, длительность которых определяется временем разряда цепи, при различных топологиях с последующим вычислением значений емкости Cx и сопротивления Rx по формулам, приведенным в описании изобретения.
В отличие от прототипа для определения неизвестных параметров объекта используется только время разряда конденсатора Cx через сопротивление Rx, при этом источник питания отключен, т.е. его параметры не влияют на определение времени разряда. Коммутация цепи производится только один раз при измерении времени разряда, что позволяет сократить число коммутаций цепи. При этом измеряются две длительности импульсов вместо трех измерений частоты.
Способ измерения может быть продемонстрирован на устройстве, показанном на фиг.1. Устройство содержит источник питания 1, блок коммутации 2, объект измерения 3, эталонный конденсатор 4 с емкостью С0 известной величины, двухпороговый компаратор 5, вычислительное устройство 6 и переключающие элементы 7, 8.
На вход объекта при замыкании ключа 7 подается сигнал от источника питания, происходит заряд CxRx-цепи объекта в соответствии с фиг.2 (режим 1). При достижении напряжения на конденсаторе величины верхнего уровня Uв двухпорогового компаратора блок коммутации ключом 7 отключает источник питания, и начинается процесс разряда цепи объекта. При достижении напряжения на объекте величины нижнего уровня Uн блок коммутации вновь подключает источник питания для заряда цепи и так далее, обеспечивая процесс «заряд-разряд» цепи в пределах опорных верхнего и нижнего уровней напряжений компаратора.
На выходе компаратора происходит формирование последовательности прямоугольных импульсов Uвыx, длительность которых соответствует времени разряда CxRx-цепи Tp1 и определяется по формуле:
где τ1=RxCx - постоянная времени цепи;
Uв и Uн - верхнее и нижнее напряжения двухпорогового компаратора.
Далее с помощью ключа 8 параллельно Cx подключается эталонный конденсатор C0 (фиг.2, режим 2), и вновь выполняются операции «заряд-разряд» полученной цепи. Аналогично предыдущей процедуре определяется время разряда Tp2
где τ2=Rx(Cx+C0)
Разделив выражение (2) на (1), получим:
,
откуда определим неизвестную емкость объекта Cx:
Величина Rx определится по формуле:
где 
.
Техническая реализация предлагаемого способа может быть продемонстрирована на упрощенной схеме, приведенной на фиг.3.
Микросхема DA 1 реализует функции двухпорогового компаратора.
В схеме возможны 2 режима.
Режим 1: вход а=0, производится процесс «заряд-разряд» цепи двухполюсника Cx,
Rx и измерение времени разряда Tp1
Режим 2: вход а=1, производится процесс «заряд-разряд» цепи Cx+C0 и измерение времени разряда Tp2.
Способ определения заземленных параллельно включенных емкости Cx и сопротивления Rx пассивного двухэлементного двухполюсника, включающий измерение длительности импульсов, соответствующих времени разряда конденсатора, и вычисление значений емкости Cx и сопротивления Rx, отличающийся тем, что формируют на выходе устройства прямоугольные импульсы различной длительности, получаемые в процессе разряда измерительной цепи, состоящей из источника питания, блока коммутации, двухпорогового компаратора с двумя опорными напряжениями нижнего Uн и верхнего Uв уровней, эталонного конденсатора и вычислительного устройства, при отключении источника питания, путем изменения топологии измерительной цепи: вначале подключают собственную цепь двухполюсника и измеряют длительность разряда Tp1, затем подключают в цепь эталонный конденсатор и определяют длительность разряда Tp2, а значения емкости Cx и сопротивления Rx вычисляют по формулам
Cx=C0/(Tp2/Tp1-1),
Rx=Tp1/(CxA),
где A=ln(Uв/Uн).
