Способ преобразования в активные величины параметров многоэлементных двухполюсников

 

35657I

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Респтблин

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 20.Х.1970 (№ 1487555f18-10) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 23.Х.1972. Бюллетень №,32

Дата опубликования описания 05.1.1973

М. Кл. G Olr 17/06

G 01" 27/02

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.317 73:083.5 (088.8) 4 т

1 р Р > 1 Д фД

В. Ю. Кнеллер и Л. П. Боровских

Ордена Ленина институт проблем управления (автоматики и телемеханики) Авторы изобретения

Заявитель

СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В АКТИВНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ

ПАРАМЕТРОВ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ

Изобретейие относится к области электро измерительной техники, занимающейся преобразованием и измерением комплексных величин переменного тока и величин, определяемых ими. Оно может быть использовано, например, при исследовании процессов на границе электрод=электролит в задачах электроХимии, при исследовании процесов в живых тканях и организмах,и при контроле и измерении параметров объектов переменного тока 10 с многоэлементной схемой замещения.

Известен способ преобразования параметров м ногоэлементных двухполюоников в активные величины, сущность которого состоит в том, что цепь уравновешивания, содержащая 15 исследуемый двухполюсник и набранную по идентичной с ним схеме его модель, питается дискретным:набором частот и уравновешивается на каждой частоте путем регулировки активных величин, под воздействием которых 20 изменяются параметры управляемых элементов модели. При этом в положении равновесия регулируемые активные величины соот.ветственно пропорциональны параметрам исследуемого двухполюсника. 25

Однако преобразование,по такому способу приводит к дополнительной погрешности преобразования из-за нестабильности и нелинейности характеристик управляемых элементов, Кроме того, известный способ предполагает 30 использование разнотипных управляемых элементов (сопротивление, емкость, индуктивность), что затрудняет его техническую реализацию.

Для использования однотипных управляемых элементов, например активных управляемых сопротивлений, предлагается способ, по которому каждый элемент трехэлементнаго двухполюсника, являющегося многоэлементHbIM двухполюсником, моделируют звеном направленного действия с регулируемым коэффициентом передачи, например, операционным усилителем, причем последовательно соединенные элемвнты моделируют звеньями, выходные величины которых суммируют и коэффициенты передачи которых совпадают по характеру с импедансами этих элементов, а два параллельно соединенных элемента моделируют звеном с коэффициентом передачи, совпадающим по характеру с импедансом одного элемента и охваченным звеном обратной связи, характер коэффициента передачи которого совпадает с характером проводимости другого элемента.

Кроме того, для преобразования в активные величины параметров многоэлементных двухполюсников, образованных последовательно-параллельным соединением трехэлементных двухполюсников, модель многоэлементного двухполюоника набирают путем сое356571 динения моделей трехэлементных двухполюсников, причем выходные величины моделей последовательно соединенных трехэлеменгных двухполюсников суммируют, а модель одного из двух параллель но включенных трехэлементных двухполюсников охватывают цепью обратной связи, содержащей модель другого, параллельно включенного с ним трехэлементного двухполюсника; при этом для повышения точности преобразования для получения активяых величин, пропорциональных параметрам многоэлементного двухполюсника, на входы звеньев направленного действия подается сигнал известной величины.

На фиг. 1 (а, б) показаны схемы трехэлементных двухполюоников с двумя возможными вариантами последовательно-параллельного включения элементов; на фиг. 2 (а, б)— цепи уравновешивания для преобразования параметров двухполюсников, изображенных на фиг. 1 (а, б); на фиг. 3 — цепь уравновешивания для преобразования параметров трехэлементного двухполюсника, модель которого набрана по схеме, дуальной схеме модели фиг. 1, б; на фиг. 4 — схема сложного многоэлементного двухполюсника; на фиг. 5— цепь уравновешивания для преобразования параметров сложного многоэлементного двухполюсника.

В соответствии с предлагаемым способом каждый элемент двухполюсника моделируется операционным усилителем. Элементы с импедаНСаМИ ZIp, Z2p, зо дВуХПОЛЮСНИКОВ, ИЗОбраженных на фиг. 1 (а, б), моделируются, соответственно, усилителями 1, 2, 8 (см. фиг. 2).

На фиг. 2, а два параллельно соединенных элемента z20 и газо моделируются усилителями

2 и 8, причем усилитель 8 включен в обратную связь усилителя 2. При этом в точке b на каждой частоте питания а1 и а2 развивается сигнал, пропорциональный величине гм зм гм + зм

Сигнал с модели элемента z

2гм + зм

С объекта (исследуемого двухполюсника), включенного через операционный усилитель О, снимается активная величина

А гз зо

Ао + зо

На фиг. 2, б два последовательно соединен.ных элемента z1p и z20 моделируются усилителями 1 и 2, .выходные напряжения которых суммируются. Усилитель 8, являющийся моделью параллельного элемента газо, включен в обратную связь, которая охватывает модели элементов z

А (71м + ZoÄ) узм

M 9

z„„„+z„„,+z„„„ а с объекта в этом случае снимается активная величина

10 А (210 + Его) Лзо о

Z1o+ Zoo+ зо

Для того, чтобы согласно описываемому способу характеры коэффициентов передачи операционных усилителей совпадали с характерами им|педансов (проводимостей) модулируемых элементов, необходимо соответственное совпадение характеров импедансов г10, 20 а30 B 1м 22м1 Зм °

20 Если, например, 1

Ао = г о Zap = . ) Zso = гоо

j(0C30 то необходимо, чтобы

25 1

Z,„=r,„; 7,м =; Z,„=r,„. у о гм

Уравновешивание величины Ао величиной А„ осуществляется путем регулировки активных

30 величин аь а2, аз, под воздействием K0TOpbIX изменяются величины управляемых сопротивлений RI, R2, R3. После уравновешивания на каждой частоте имеют место соотношения

I Ip — —, C2p R2, fop Rg. Так Как в положе35 нии равновесия коэффициенты передачи операцион ных усилителей пропорциональны параметрам исследуемого двухполюсника, то для получения активных величин, про порцио40 |нальных этим параметрам, достаточно подать сигнал известной величины на входы операционных усилителей. На фиг. 2, а показая один из возможных вариантов подачи известного сигнала е на входы усилителей. При

45 этом с выходов усилителей снимаются активные величины Е1, Е2, Ез, пропорциональные параметрам двухполюсника.

Модель двухполюоника можно набирать таким образом, чтобы после уравновешивания ее

50 выходная активная величина была пропорциональна не импедансу двухполюсника, как сказано выше, а его комплексной проводимости.

Для этого схему набора модели двухполюсника необходимо заменить на дуальную, и все

55 сказанное выше остается в силе. На фиг. 3 показана цепь уравновешивания, где схема набора модели дуальна. схеме на фиг. 1, б.

Здесь-два последовательно соединенных элемента у10 и у20 моделируются усилителями 1 и 2, причем усилитель 2 включен в обратную связь усилителя 1. При этом в точке Ь развивается сигнал, пропорциональный величине

У1м Угм

y1M+ Va

356571

А У1м Угм

У1м + Угм

А У»о Уго

Vio + Van где

Сигнал с модели элемента у3о (т. е. с усилителя 3), включенного параллельно ветви у»о, уго, суммируется с сигналом в точке b. На выходе модели двухполюсника имеем на каждой частоте (о< и о)3 активную величину а с объекта снимаем активную величину

Согласно описываемому способу модель сложного многоэлементного двухполюсника, схему которого можно представить в виде (последовательно-параллельного соединения трехэлементных двухполюсников, набирают путем соединения описанных выше моделей трехэлементных двухполюсников.

С этой целью схему сложного двухполюсника разбивают на части, каждая из которых представляет собой трехэлементный двухполюсник. Одно- и двухэлементные двухполюсники могут при этом рассматриваться как частные случаи трехэлементных, в которых сопротивления некоторых элементов равны нулю при бесконечности. Затем строят модели трехэлементных двухполюсников согласно изложеным принципам. Выходные величины моделей последовательно соединенных двухполюсников суммируют. Модель параллельного двухполюоника включают в цепь обратной связи, охватывающей модель той части схемы сложного двухполюсника, параллельно которой подсоединен данный двухполюсник.

Сложный многоэлементный двухполюсник изображен на фиг. 4. Разбиваем его на простые двухполюсники 1 — IV, строим их модели и набираем модель сложного двухполюсника, показанную на фиг. 5. Здесь М) и MII— модели, идентичные изображенным на фиг. 1, а и 1, б соответственно.

Элементы г4о и яго моделируются усилителями 4 и 5. На выходе модели получаем на каждой частоте величину (Z»»» + го») Zzм

Ам +Z,, У„» + Угг»+ Z4» а с объекта снимаем величину (10 + го) 24о Ь + го»

Zio + Zoo + 4о

2(о,м) 3(о,м)

А (о, м) — — 1 (о, м) +

2(о, м)+ 3(о,м) (2 к к

Г

1(о,м) + 2(о, м)) 3(o, м)

ZII (O,ì)—

ZI(о, м) + 22(о. М)+ Z3(o, м) Уравновешивание осуществляется путем ре-. гулировки активных величин aI — а5, а„а,а

При достижении положения равновесия на входы операционных усилителей подается

55 известный сигнал, а с выходов снимаются сигналы, пропорциональные параметрам иоследуемого двухполюсника.

А налогично случаю трехэлементного двухполюсника при построении модели сложного многоэлементного двухполюсника также возможен дуальный подход.

Описанный способ принципиально позволяет осуществить преобразование в активные величины»параметров сколь угодно сложного двухполюсника, схема которого может быть представлена в виде последовательно-параллельного соединения элементов.

Предмет изобретения

1. Способ преобразования в активные величины параметров многоэлементных двухполюсников, в частности трехэлементных, основанный на методе сравнения, при котором зависящую от параметров двухполюсника активную величину уравновешивают на нескольких частотах активной величиной, зависящей от параметров регулируемых элементов модели двухполюсника, отличающийся тем, что, с целью использования однотипных управляемых элементов, например, управляемых активных сопротивлений, каждый элемент трехэлементного двухполюсника моделируют звеном направленного действия с регулируемым коэффициентом передачи, например, операционным усилителем, причем последовательно соединенные элементы моделируют звеньями, выходные величины которых суммируют и коэффициенты передачи которых совпадают по характеру с импедансами этих элементов, а два параллельно соединенных элемента моделируют звеном с коэффициентом передачи, совпадающим по характеру с им педансом од ного элемента и охваченным звеном обратной связи, характер коэффициента передачи которого совпадает с характером проводимости другого элемента.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью преобразования в активные величины параметров многоэлементных двухполюсников, образованных последовательно-параллельным соединением трехэлементных двухполюсников, модель многоэлементного двух полюсника набирают путем соединения моделей трехэлементных двухполюсников, причем выходные величины моделей последовательно соединенных трехэлементных двухполюсников суммируют, а модель одного из двух параллельно включенных трехэлементных двухполюсников охватывают цепью обратной связи, содержащей модель другого, параллельно включенного с ним трехэлементного двухполюсника.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования для получения активных величин, пропорциональных параметрам многоэлементного двухполюсника, на входы звеньев направленного действия подается сигнал известной величины.

35657l

Фu,ã. 5

Составитель T. Афонина

Техред Л, Богданова

Редактор С. Хейфиц

Корректор О. Тюрина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 4182/9 Изд. Ме !656 Тираж 406 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5