Измеритель пассивных параметров электрических цепей

 

.-знйл

ЪВ»

ОП Ё НИЕ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< 1 737871

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (51)М. Кл.

G 01 R 27/02 (22) Заявлено 180478 (21) 2475867/18-21

1 с присоединением заявки ¹â€”

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) ПриоритетОпубликовано 300580. Бюллетень ¹ 20 .Дата опубликования описания 05. 06. 80

{53) УДК 621 317..33 (088.8) (72) Авторы изобретения

Б. P. Иванов, Ю. Н. Федоренко и A. A. Байгулов

Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники и Томский политехнический институт им. С. М. Кирова (71) Заявители (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАССИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЗЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения сопротивлений, индуктивностей и емкостей, а также для измерения входных сопротив- > лений электронных, электрических и электромеханических устройств в ре- альных условиях эксплуатации.

Известен измеритель пассивных параметров электрических цепей, который 10 содержит интегрирующие или дифференцирующие звенья, в состав которых вводятся исследуемые элементы. Напряжения с выходов этих звеньев подаются на сравнивающее устройство, име-15 ющее определенный порог срабатывания, на входе которого формируется импульс с длительностью, пропорциональной измеряемому параметру (13.

Недостатком измерителя является 20 низкая достоверность результатов пре, образования.

Наиболее близким техническим решением к изобретенйю является преобразователь RLC параметров, содержащий25 измерительную цепь, состоящую из исследуемого И образцового элементов, к которой подключен задатчик интервалов. времени, переключатель, интегратор и нуль-орган (2). 30

Недостатком преобразователя, является то, что он не позволяет реализовать операцию точного преобразования пассивных параметров и йнтервал времени в случае иэменения формы, амплитуды и длительности подаваемых на измерительную цепь сигналов, поэтому достоверность его результатов преобразования мала.

Цель изобретения — повышение дос-. товерности результатов преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель пассивных параметров электрических цепей, содержащий измерительную цепь, первый вывод которой соединен со входом задатчика интервала,. времени, выход которого соединен с управлякщим входом переключателя, один вход последнего соединен со вторым выходом измерительной цепи, а выход переключателя соединен с неинвертирующим входом интегратора, выход которого соединен со входом нуль-органа, введены дополнительный интегратор, три ключа, и триггер, управляющий вход первого ключа соединен с выходом задатчика интервала времени, вход первого ключа соединен с третьйм выводом измерительной цепи, а выход 737871 йервого ключа соединен с инвертирую» щим входом интегратора и выходом второго ключа, неинвертирующий вход интегратора соединен со входом дополнительного интегратора, в цепь обратной связи которого включен ключ, выход дополнительного интегратора соединен со входом третьего клйча, управляющие входы второго и третьего ключей соответственно соединены с выходом нуль-органа, соединенного с одним из входов триггера и с выходом триггера, другой вход которого соединен с другим выходом задатчика интервала времени, а второй вход переключателя соединен с земляной шиной измерителя.

Кроме того, в качестве эадатчика интервалов времени применяют ждущий мультивибратор, последовательно соединенный с делителем частоты с регулируемым коэффициентом деления и охваченные цепью импульсной обратной свяэи.

На чертеже приведена функциональная электрическая схема устройства.

Измеритель пассивных параметров . электрических цепей включает в себя измерительную цепь 1, состоящую из последовательно соединенных исследуемого и образцового элементов 2 и 3.

Измерительная цепь 1 соединена с за- 35 датчиком 4 интервалов времени, в состав которого входит ждущий мультивибратор 5 и делитель 6 частоты с регулируемым коэффициентом деления, которые соединены последовательно и ох- Я вачены общей цепью импульсной обратной связи. Один из выходов эадатчика

4 интервалов времени подключен к управляющему входу ключа 7, соединяющего измерительную цепь 1 с инверсным О входом дифференциального интегратора

8,, постоянная времени которого задается резистором 9, конденсатором 10, резистором 11 и конденсатором 12. Выход дифференциального интегратора 8 соединен со входом нуль-органа 13. 45

Прямой вход дифференциального интегратора 8 через переключатель 14 соединен с нулевой шиной и со средней точкой измерительной цепи 1, а также непосредственно соединен со входом до- Я) полнительного интегратора 15, постоянная времени которого устанавливается резистором 16 и конденсатором 17, который зашунтирован ключом 18. Выход интегратора 15 через ключ 19 соединен с инверсным входом дифференциального интегратора 8. Управляющий вход ключа 18 подключен к выходу нульоргана 13 и к однсиу входу триггера:20, второй вход которого соединен с выходом задатчика 4 интервалов времени. Выход триггера 20 подключен к управляющему входу ключа 19 и является выходом устройства .

Преобразователь работает следующим образом. Д

В исходном состоянии ключи 7, 18, 19 закрыты, а прямой вход дифференциального интегратора 8 и вход дополнительного интегратора 15 через пе.реключатель 14 соединены с нулевой шиной. При подаче на измерительную цепь

1 напряжения 0 () срабатывает ждуAN мультивибратор 5 эадатчика 4 интервалов времени, выходными импульсом которого открывается ключ 7 и через переключатель 14 входы дифференциального и дополнительного интеграторов

8 и 15 соединяются со средней точкой измерительной цепи 1. Дифференциальный и дополнительный интеграторы 8 и

15 интегрируют напряжения, пропорциональные значениям исследуемого и образцового элементов 2 и 3 измеритель ной цепи 1, в течение времени t, которое задается постоянной времейи Г ждущего мультивибратора 5. В конце дифференционного и дополнительного интервала tz яа выходах интеграторов

8 и 15 присутствуют напряжения

U < пропорциональные среднему эначению 0 напряжения Uz(t), подаваемого на измерительную цепь 1

О

Zst

15 (T tz ТС J "А (Г z 1Й а э ао з

С1 = Й9С40 = В С вЂ” постоянная

М времени дифференциал ьного интегратора 8;

= R С вЂ” постоянная

2 времени дополнительного интегратора 15;

R, Р„„я„ь — сопротивления ,резисторов 9, 11, 16;

С„„С„,,С1 — емкости конденсаторов 10, 12, 17;

1, 7 — комплексные сопротивления исследуемого и обраэцового элементов 2 и 3 измерительной цепи.

После окончания интервала t задатчиком 4 интервалов времени закрывается ключ 7 и через переключатель 14 входы дифференциального дополнительного интеграторов 8 и 15 соединяются с нулевой шиной. Одновременно опрокиды вается триггер 20, выходным сигналом которого открывается ключ 19. В этом положении дополнительный интегратор

15 переводится в режим запоминания, а дифференциальный интегратор 8 разряжается выходны напряжением Ц< дополнительного интегратора 15 до нулевого значения. При появлении нуля на выходе дифференциального интегратора

7871 бО

5 3

8 срабатывает нуль-орган.13, который возвращает триггер 20 в исходное состояние и открывает ключ 18, производя сброс дополнительного интегратора 15 в нулевое состояние. Время разряда дифференциального интегратора 8 и, соответственно,.длительность. импульса Ug на выходе триггера 20 определяется уравнением Z2Ô,ñ Ос хьtкuñò (.Z78< (ZYC„g и Ь 1 исходя из которого время разряда

Zg T= — С

В случае измерения сопротивлений или иидуктивностей исследуемые элементы ,R< или L „включаются в качестве ис,следуемого элемента 2 измерительной цепи 1, а образцовые элементы Ry или

L вводятся вместо образцового элемента 3. В этом случае интервал времени Т равен

Q, — при измерении сопротивлений;

29, йА при измерении индуктивностей. о

Если необходимо измерять проводимость сопротивлений или емкость C„, то указанные элементы включаются вместо образцового элемента 3, а в образцовые элементы g и С включаются вместо исследуемого элемента 2, При этом интервал времени Т равен при измерении проводимостей, (4

2 6о

T= 0 - при измерении емкостей.

С

2 Со

Таким образом, при постоянных значениях величин R, Ь, С, g и С длительность Т выходного импульса

U триггера 20 прямо пропорцио нальна параметрам исследуемых элементов RÄ, Ь,С и g„, независимо от значений напряжения U (1) и дпительности первого такта преобразования

t у,.

Если сигнал U (t) представляет собой одиночный импульс искаженной формы, то соответствующие ему напряжения U», U„4 снимаемые с выходов ключа 7 и переключателя 14, интегрируются дифференциальным и дополнительным интеграторами 8 и 15 в течение длительности tq этого импульса, после окончания которого начинается процесс формирования интервала Т.

При этом устанавливается единичный коэффициент деления делителя б частоты с регулируемым коэффициентом .деления, а постоянная времени ждущего мультивибратора 5 выбирается таким образом, чтобы дифференциальный и дополнительный интеграторы 8.и 15 не входили в насыщение при интегриро ваиии напряжений Uq и U 4 в течение времени t>. Если длительность импульса Ux(t) меньше постоянной времени Г ждущего мультивибратора 5, то интегрирование выполняется на интерв але t.<=t, а в случае, когда интегрируются только определенная часть импульса U „(t), т. е. интегрирование производится на интервале вре ме ни t = с

При исследовании параметров емкостей или индуктивностей на измеритель- ную цепь подается либо последовательность импульсов, либо высокочастотный гармонический сигнал. В этом слу- ° чае ждущий мультивибратор 5 совмест,но с ключом 7 и переключателем 14

15 производит детектирование сигнала, и:на входе дифференциального и дополнительного ицтеграторав 8 и 15 поступают однополярные импульсы Uq

0„4, сформированные из полуволн или импульсов напряжения U>(t) .

Регулировкой коэффициента деления делителя б частоты с регулируемым коэффициентом деления устанавливают различную длительность t> первого так та преобразования в зависимости от амплитуды и скважности сигнала U <(t)

При этом интервал t< пропорционален длительности периода сигнала U„(t), помноженной на коэффициент деления делителя б частоты с регулируемым коэффициентом деления, а на входы дифференциального и дополнительного интеграторов 8 и 15 поступает определенное число импульсов. Выходные напряжения Пб, Б дифференциального и дополнительного интеграторов 8 и 15 в этом случае соответствуют усредненной амплитуде данных импульсов, причем по"ле окончания интервала t+ делитель б частоты с регулиру4О емым коэффициентом деления по цепи обратной связи запрещает дальнейшее срабатывание ждущего мультивибратора

5 на время формирования выходного интервала Т.

Пэи использовании в качестве

U (t) постоянного напряжения длительность такта усреднения „ устанавливается регулировкой постоянной времени С ждущего мультивибратора 5 так же, как и в случае подачи на измерительную цепь 1 импульсов U<(t) большой длительности (t„ ? V ). Запуск ждущего мультивибратора 5 производится либо по команде оператора, либо автоматически эадатчиком 4 интервалов

55 времени.

Использование в качестве задатчика 4 интервалов времени ждущего мультивибратора 5 и делителя б частоты с регулируемым коэффициентом деления.. охваченных общей цепью импульсной оЦ ратной связи, позволяет применять данный преобразователь при различной форме, амплитуде и частоте сигналов

Uq(t), подаваемых на измерительную

65 цепь 1.

737871

Формула изобретения

Предлагаемый измеритель применяет ся как для контроля статических и динамических параметров пассивных элементов электрических цепей, так и для исследования температурной и временной стабильности элементов.

Данное.положение обусловлено тем, что минимальная длительность первого такта преобразования tz определяется только быстродействием ключевых схем и лежит в пределах наносекундного диапазона, а максимальное время интегрирования является практически неограниченньм.

Предлагаемый измеритель устраняет погрешности от формы и нестабильност амплитуды импульсов, подаваемых на йзмерительную цепь, поскольку в процессе преобразования производится одновременное усреднение амплитуды напряжений, снимаемых с образцового и исследуемого элементов измерительной цепи, и формирование интервала времени, пропорционального отношению данных величин, Это позволяет использовать предлагаемый измеритель для точного измерения параметров линейных и нелинейных элементов электрических цепей а режимах, близких к эксплуатационныч, или непосредственно а рабочих режимах, что значительно повышает достоверность результатов преобразования.

1. Измеритель пассивных параметров электрических цепей, содержащий измерительную цепь, первЫй вывод которой соединен со входом задатчика интервала времени, выход которого соединен с управляющим входом переключателя, один вход последнего соединен со вто- 40 рым выходом измерительной цепи, а выход переключателя соединен с неинвертирующим входом интегратора, выход которого соединен со входом нуль-органа, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности результатов преобразования в измеритель введены дополнительный интегратор, три ключа и триггер, причем управляющий вход первого ключа соединен с выходом задатчика интервала времени, вход первого ключа соединен с третьим выводом измерительной цепи, а выход первого ключа соединен с инвертирукааим входом интегратора и выходом второго ключа, неииаертирующий вход интегратора соединен со входом дополнительного интегратора, в цепь обратной связи которого включен ключ, выход дойолнительного интегратора соединен со входом третьего ключа, управлякщие входы второго g третьего ключей соответственно соединены с выходом нуль-органа, соединенного с одним нз входов триггера и с выходом триггера, другой вход которого соединен с другим выходом задатчнка интервала времени, а второй ахоп переключателя соединен с земляной шиной измерителя.

2. Измеритель по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что в качестве задатчнка интервалов времени применен ждущий мультивибратор,последовательно соединенний с делителем частоты с регулируемьм коэффициентом деления, и охваченные цепью импульсной обратной связи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Авторское свидетельство СССР

М 472455, кл. Н 03 К 13/20, 1972.

2. Мартяшин А. К. и др. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения. И., Энергия, 1976, с. 286, рис. 4-6 (прототип).

ЦНИИПИ Заказ 2563/7

Тирам 1019 Подписное

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