Перетворювач комплексних опору і провідності в напругу

Винахід відноситься до електровимірювальної техніки і може бути використаний при контролі параметрів конденсаторів і катушок індуктивності в широкому діапазоні частот. Найбільш близьким по технічній реалізації до заявлюваного пристрою є операційний перетворювач складений із вхідних зажимів для підключення вимірюваного об'єкту, зразкового резистора, генератора синусоїдної напруги, двох перемикачів і повторювача напруги [2]. Недоліком відомого пристрою є низька точність перетворення комплексного опору або провідності в напругу. Функція перетворення в режимі вимірювання комплексного опору і комплексної провідності має вигляд (див. фіг.3) і де - опір зразкового резистора. Наближені рівності в рівняннях (1) і (2) є функціями перетворення ідеальних перетворювачів опору і провідності і виконуються відповідно при умовах і Однак виконання вказаних умов приводить до різкого зниження чутливості перетворювача. Таким чином, відносні похибки перетворення відомим пристроєм комплексних опорів і провідностей оцінюються виразами і Для забезпечення необхідної чутливості на кожному із піддіапазонів вимірювання потрібно, щоб і Тому в відомому пристрої похибка перетворення комплексних опорів і провідностей досягає 50%. Задачею винаходу є підвищення точності перетворювача комплексних опору і провідності за рахунок використання корекції сигналів, яка здійснюється по розробленому автором алгоритму. Це дозволяє, як показано нижче, на кілька порядків зменшити похибку перетворення параметрів комплексних опору і провідності. Поставлена задача досягається тим, що в операційний перетворювач, який містить два вхідних зажими для підключення вимірюваного об'єкту, зразковий резистор, генератор синусоїдної напруги, повторювач напруги і два перемикачі, причому спільний контакт першого перемикача з'єднаний з першим вхідним зажимом перетворювача, а другий вхідний зажим одночасно зв'язаний із входом повторювача напруги і з першим виводом зразкового резистора, другий вивід якого підключений до спільного контакту другого перемикача, нормально розімкнений контакт першого і нормально замкнений контакт другого перемикачів, а також генератор синусоїдної напруги - заземлені, згідно винаходу додатково введені два диференційні підсилювачі, причому вихід генератора синусоїдної напруги підключений до неінвертуючого входу першого диференційного підсилювача, вихід якого зв'язаний одночасно з нормально замкненим контактом першого і нормально розімкненим контактом другого перемикачів, а також з неінвертуючим входом другого диференційного підсилювача, вихід повторювача напруги з'єднаний з інвертуючими входами першого і другого диференційних підсилювачів, вихід др угого ди ференційного підсилювача є виходом пристрою. На фіг.1 показана структурна схема пристрою; на фіг.2 варіанти побудови диференційних підсилювачів; на фіг.3 - схема прототипу. Перетворювач комплексних опору і провідності в напругу містить вхідні клеми 1 для підключення вимірюваного об'єкту 2, зразковий резистор 3, генератор 4 синусоїдної напруги, повторювач 5 напруги, перший 6 і другий 7 перемикачі, перший 8 і другий 9 диференційні підсилювачі. Вихід генератора 4 підключений до неінвертуючого входу першого диференційного підсилювача 8, вихід якого зв'язаний одночасно з неінвертуючим входом другого диференційного підсилювача 9, з нормально замкненим контактом першого 6 і нормально розімкненим контактом другого 7 перемикачів, спільні контакти першого 6 і другого 7 перемикачів з'єднані з одним із виводів відповідно вимірюваного об'єкту 2 і зразкового резистора 3, другі виводи яких зв'язані між собою і через повторювач 5 підключені до інвертуючи х входів першого 8 і другого 9 диференційних підсилювачів, нормально розімкнений контакт першого 6 і нормально замкнений контакт другого 7 перемикачів, а також генератор 4 - заземлені, вихід другого диференційного підсилювача 9 є виходом пристрою. Розглянемо спочатку роботу перетворювача в режимі вимірювання параметрів комплексного опору. В цьому випадку перемикачі 6 і 7 знаходяться в положенні До дільника напруги, утвореному із вимірюваного опору і зразкового резистора підключена вихідна напруга першого диференційного підсилювача. Через вимірюваний об'єкт протікає струм де - напруга в спільній точці з'єднання вимірюваного об'єкту і зразкового резистора. Спад напруги на вимірюваному об'єкті становить Зв'язок вихідної і вхідних напруг і першого диференційного підсилювача 8, схема якого приведена на фіг.2,а, описується виразом де - коефіцієнт підсилення, Вихідна напруга перетворювача відповідає різниці напруг на входах другого диференційного підсилювача 9 (див. схему на фіг.2,б). Розв'язуючи систему чотирьох рівнянь (5), (6), (7), (8) з чотирма невідомими одержимо рівняння перетворення Похибка перетворення комплексного опору запропонованим пристроєм становить Для вимірювання параметрів комплексної провідності перемикачі 6 і 7 переводяться в положення До дільника напруги, утвореному із зразкового резистора прикладена і вимірюваної провідності напруга вимірюваний об'єкт при цьому знаходиться під напругою і де - стр ум через досліджуваний об'єкт. Падіння напруги на зразковому резисторі становить Рівняння перетворення може бути одержано шляхом розв'язку системи рівнянь (7), (8), (11), (12) Похибка перетворення комплексної провідності запропонованим пристроєм становить Як випливає із виразів (10) і (14), при коефіцієнті передачі похибка перетворення комплексних опорів і провідностей не перевищує 0,1%, що на декілька порядків менше, ніж відповідні похибки у відомому пристрої.