Стробоскопический измеритель модуля и аргумента комплексного сопротивления

 

СПИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик и765753

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22)Заявлено 13.11.78 (21) 2683990/18-21 с присоединением заявки М (23) П риоритет (51)М. Кя.

6 01 R 27!02

3Ъеударотввнный комитет

СССР

DD делам изобретений и открытий

Опубликовано 23.09.80. Бюллетень Рй 35

Дата опубликования описания 23.09.80 (53) УДК621З17, .33 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. В. Волохин, Е. Т. Володарский, В. И. Губарь и Ю. М. Туз

Киевский ордена Ленина политехнический институт им. S0-летия Великой Октябрьской социалистической революции (71) Заявитель (54) СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МОДУЛЯ

И АРГУМЕНТА КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электроизмерительI ной технике и может быть использовано при определении составляющих комплексного сопротивления исследуемых двух- и четырехполюсников.

Известно устройство для измерения импеданса, содержащее задающий высокочастотный генератор, подключенный через эталонный первый резистор к внешним зажимам, к которым подключается измеряемый импеданс, стробоскопический преобразователь, состоящий из опорного канала с системой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) и ситнального канала, причем вход первого смесителя опорного канала подключен к эталонному первому резистору, а выход соединен последовательно с фазовым детектором, усилителем постоянного тока, перестраиваемым генератором и со своим вторыМ входом, опорный генератор, подключенный к входу фазового детектора, индикатор, подключенный к нуль-органу,, первый вход которого соединен с выходом смесителя, а второй— с управляющим сопротивлением и через второй эталонный резистор — с выходом смесителя (11.

Недостатком этого измерителя является отсутствие возможности автоматического выбора пределов измерения при работе устройства в составе информационно- измерительных систем.

Это обусловливается трудностями переключения пределов (эталонных резисторов) на высокой частоте 1 — 100 МГц в выносном пробнике.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является измеритель активной и реактивной составляющих полного сопротивления, содержащий опорный генератор, вклю- ченный последовательно с эталонным сопротивлением и внешней клеммой для подключения измеряемого сопротивления, причем. вход сигнального канала стробоскопического преобразователя подключен к внешней клемме, а опорного канала — к выходу опорного генератора, выходы этих каналов подключены к входаМ дифференциального усилителя, кроме того выходы сигнального канала и дифференциального усилителя подключены к вычислительному блоку, который содержит второй дифференциальный усилитель, регулируемый фазовращатель, индикатор равенства фаз, операционный усили7657

30

40 тель, источник опорного напряжения с двумя переменными резисторами, нуль-орган, фазовращатель, усилители-ограничители, стробированные усилители и индикаторы .составляющих полного сопротивления, ключи и отсчегное Т ройс тво (2) .

Недостатками этого устройство являются: отсутствие возможности автоматического вы. бора пределов измерения при работе его в составе информационно-измерительных систем, что обусловливается трудностями в переключении пределов (эталонных резисторов) на частотах 1 — 100 МГц в выносном пробнике; отсутствие возможности нормирования напря 15 жения на измеряемом импедансе; большая погрешность измерения составляющих полного сопротивления (активной, реактивной или модуля и аргумента); она обусловлена тем, что при определении активной и 20 реактивной составляющих или модуля и аргу3 мента комплексного сопротивления используются амплитудно-фаэовые соотношения между напряжениями, выделяемыми на эталонном резисторе и измеряемом сопротивлении. 25

Цель изобретения — повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей измерителя.

Поставленная цель достигается тем, что в стробоскопический измеритель модуля и аргумента комплексного сопротивления, содержащий задающий генератор, двухканальный стробоскопический преобразователь, источник опорного напряжения, два усилителя, индикатор, вы35 числительный блок, блок управления, внешние клеммы для подключения измеряемого сопротивления, причем сигнальный вход стробоскопического преобразователя подключен к внешней клемме, вычислительный блок соединен с индикатором, введены два управляемых резистора, конденсатор, две индуктивности, цифровой омметр, аттенюатор, фазочувствительный вольтметр, два дифференциальных компаратора, цифровой низкочастотный фазометр, причем вы- 45 ход задающего генератора подключен через первый управляемый резистор к входу опорного канала стробоскопического,преобразователя, а через конденсатор и второй управляемый резистор — к внешней клемме, выход ситнально50 го канала стробоскопического преобразователя соединен с одним из входов первого дифференl е циального компаратора, фазочувствительного вольтметра и цифрового низкочастотного фазометра, выход опорного канала стробоскопического преобразователя соединен с другим входом

55 фаэочувствителъного вольтметра и цифрового низкочастотного фазометра, а через аттенюатор подключен к одному из входов второго диф53 4 ференциального компаратора, Второн вход которого соединен с выходом фазочувствительного вольтметра, а его выход подключен через первый усилитель постоянного тока к управляющему входу второго управляемого резистора, кроме того один вход цифрового омметра подключен через первую индуктивность к одному из выводов второго управляемого резистора, второй вход цифрового омметра подключен через вторую индуктивность к другому выводу второго управляемого резистора, а кодовые выходы цифрового омметра подключены к входам вычислительного блока, друтие входы которОго соединены с кодовыми выходами цифрового низкочастотного фазометра, выход управляемого источника опорного напряжения подключен к другому входу первого дифференциального компаратора, выход которого через второй усилитель постоянного тока соединен с управляющим входом первого управляемого резистора.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого стробоскопического измерителя; на фиг. 2 — векторные диаграммы напряжений.

Стробоскопический измеритель содержит задающий генератор 1, первый управляемый резистор 2, конденсатор 3, второй управляемый резистор 4, измеряемое комплексное сопротивление 5, стробоскопический преобразователь 6, фаэочувствительный вольтметр 7, первый дифференциальный компаратор 8, цифровой низко1 частотный фазометр 9, аттенюатор 10, второй дифференциальный компаратор 11, первый усилитель постоянного тока 12, цифровой омметр 13, две индуктивности 14 и 15, вычислительный блок 16, источник опорного напряжения 17, второй усилитель постоянного тока 18, индикатор 19 и блок управления 20.

Стробоскопический измеритель модуля и аргумента комплексного сопротивления работает следующим образом.

Высокочастотное напряжение, снимаемое с задающего генератора 1, поступает через первый

8> управляемый резистор 2 (оптрон, диод или фоторезистор), конденсатор 3, второй Нч2 управляемый резистор 4 на измеряемое Z „ комплексное сопротивление 5. Амплитуднофазовые соотношения высокочастотных напряжений 01, снимаемых с выхода первого управляемого резистора 2 и Uz„, выделяющееся на 2Х, преобразуются стробоскопическим преобразователем 6 на низкую частоту. Активная

I составляющая преобразованного напряжения U „ кх измеренная фазочувствительным вольтметром 7, сравнивается в дифференциальном компараторе 11 с половиной амплитуды преобразованно°

ro напряжения U<, полученной на выходе аттенюатора 10. Разностное напряжение усили765753

20

)u girl 17 r-l (uz = вается усилителем постоянного тока 12 и воздействует на второй управляемый резистор 4 до тех пор, пока оно не будет минимальным.

При этом справедливо (М„).» „»g 16 ) »» саы)»ц.», = (1) "Ц1 011 10 Ех С т Со о" (2) где К „, K, — коэффициенты преобразоВания опорного и сигнального каналов стробоскопического преобразователя 6; а — фазовый сдвиг между на1 пряжениями 0 и Оя, т. Х и в случае, если Кю=0,5, то С4 »

Учитывая, что напряжение гдеKо=0,5,К=К=К.=!;

25 а =фх/2, после подс1ановки в выражение (2) и преобразования его модуля )Z „(определится как

О,5Rqg (СОЭ @х+СОЬ1Р„+„) Х„-- (3) 0,5 icos y

После анализа выражения (3) видно, что моуль Z х ) равен Величине R aToporo ynparr

35 ляемого резистора 4.

Х ЦХ (4)

Измерив цифровым омметром 13 величип1у

Rr1 g моЖНО судить о ВОЛИ IHÍC модуЛя » 4

Ийдуктнвнос ги 14, 15 и конденсатор 3 необходимы для развязки цепей по постоянному и переменному току. Блок управления 20 служит для синхронизации работы блоков измерителя.

Цифровой низкочастотный фазометр 9 измеряет угол а. Аргумент Ф„комплексного сопротивления при соблюдении равенства (2) равен удвоенному значению угла а ч „= 2а (5)

В вычнслйтельном блоке 16 определяются

50 модуль и аргумент измеряемого комплексного сопротивления

R = )Z„(cosg; х = )Z 1>з пФ а результат выводится на индикатор 19. Необходимая величина высокочастотного напряже55 ния 1.1 устанавливается автоматически с помощью первого управляемого резистора 2. I

Напряжение О „сравнивается в дифференциальном компараторе 8 с постоянным напряжением Uo, снимаемым с выхода источника опорного напряжения 17. Разница этих напряжений усиливается усилителем постоянного тока 18 н воздействует на первый управляемый

° ( резистор 2 до тех пор, пока 16 „ = Uq. Таким образом, в изобретении есть возможность автоматически нормировать высокочастотное напряжение 0 „на измеряемом комплексном сопротивлении э.

Погрешность измерения модуля и аргумента меньше, чем в известно1ч техническом решении, так как погрешности 5»1 и 7 отсутствуют, если обеспеч пь условие у „= 2y, соз11 „/g, где 1 и y — погрешности опорного и сигои с нального каналов стробоскопического преобразователя 6 соответственно, а у — погрешность т,х измерения модуля комплексного сопротивления.

Формула изобретения

Стробоскопический измеритель модуля и аргумента комплексного сопротивления, содержащий задающий генератор, двухканальный стробоскопический преобразователь, источник опорного напряжения„ два усилителя, индикатор, вычислительный блок, блок управления, внеш ние клеммы для подключения измеряемого сопротивления, причем сигнальный вход стробоскопичеСкого преобразователя подключен к внешней клемме, вычислительный блок! соединен с индикатором, о т л и ч а ю щ и Й с я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностеЙ измерителя, в него введены два управляемых резистора, конденсатор, две индуктивности, цифровой омметр, аттенюатор, фазочувствительный вольтметр, два дифференциальных компаратора, цифровой низкочастотный фазометр, причем выход задающего генератора подключен через первый управляемый резистор к входу опорного канала стробоскопического преобразователя, а через конденсато0 и второй управляемый резистор — к внешней клемме, выход сигнального канала стробоскопического преобразователя соединен с одним из входов первого дифференциального компаратора,,фазочувствительнОго вольтметра и цифрового низкочастотного фазометра, выход опорного канала стробоскопнческого преобразователя соединен с другим входом фазочувствительного вольтметра и цифрового низкочастотного фазометра, а через аттенюатор подключен к одному из входов второго дифференциального компаратора, второй вход которого соединен с выходом фазочувствительного вольтметра, а его выход подключен через первый усилитель постоянного тока к управляющему входу второго управляемого резистора, кроме того один вход цифрового омметра подключен че7 765753 8 рез первую индуктивность к одному из выво- к другому входу первого дифференциального дов второго управляемого резистора, второй компаратора, выход которого через второй усивход цифрового омметра подклю е м тра подключен через вто- литель постоянного тока соединен с управлярую индуктивность к другому в уг му выводу второго ющим входом первого управляемого резистора. управляемого резистора, а кодовые выходы Источники информации, цифрового омметра подключены к входам вы- пр инятые во внимание при экспертизе

1. Патент США У 3260936, НКИ 324 — 57, числительноГо блока, другие входы которого соединены с кодовыми выходами цифрового 1966.

2. Авто кое свидетельство ССС P N 564608 ,низкочастотного фазометра, выход управляемо- рс

1 го источника опорного напряжения подключен кл. G 01 R 27/02, 24.11.75 (прототип).

765753

Составитель Л. Фомина

Техред С. Мигунова

Корректор С,. Шекмар

Редактор Т. Иванова

Подписное

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

Заказ 6502/43 Тираж 1019

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

IIo делам изобретений и открытий

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