Пристрій для роздільного вимірювання параметрів нелінійних електричних двополюсників

Пристрій для роздільного вимірювання параметрів нелінійних електричних двополюсників, що містить генератор синусоїдної напруги, перший вимірювальний перетворювач, який складається з операційного підсилювача із зразковим резистором в колі від'ємного зворотного зв'язку і вимірюваним двополюсником у вхідному колі, два вузли вибірки-зберігання, два аналого-цифрових перетворювачі одновібратор і два блоки індикації, причому вихід генератора синусоїдної напруги приєднаний до одного із затискачів для під'єднання вимірюваного двополюсника, другий затискач при цьому з'єднаний з входом операційного підсилювача із зразковим резистором в колі зворотного зв'язку, входи аналого-цифрових перетворювачів з'єднані з виходами вузлів вибірки-зберігання, а до входу керування першого вузла вибірки-зберігання приєднаний вихід одновібратора, який відрізняється тим, що в нього введені другий вимірювальний перетворювач, що складається з операційного підсилювача із зразковим резистором у вхідному колі та в колі від'ємного зворотного зв'язку, диференціатор, цифро-аналоговий перетворювач, джерело опорної постійної напруги, перемикач, компаратор, однокристальна мікро-ЕОМ, причому вихід першого вимірювального перетворювача приєднаний через диференціатор до входу першого вузла вибірки-зберігання і безпосередньо до першого входу перемикача, вхід другого вимірювального перетворювача під'єднаний до виходу генератора синусоїдної напруги, а його вихід - до входу другого вузла вибірки-зберігання, вихід цифро-аналогового перетворювача, приєднаний до другого входу перемикача, а виходи перемикача з'єднані з входами компаратора , а вихід останнього з входом одновібратора, вихід одновібратора з'єднаний з входом керування записом другого вузла вибірки-зберігання, опорні входи аналогоцифрових і цифро-аналогового перетворювачів приєднані до джерела опорної напруги, цифрові виходи аналого-цифрових перетворювачів з'єднані з входами однокристальної мікро-ЕОМ, до входу керування однокристальної мікро-ЕОМ під'єднаний вихід компаратора, перший вихід керування однокристальної мікро-ЕОМ з'єднаний з входами керування скиданням обох вузлів вибірки-зберігання, другий - з входами керування аналого-цифрових перетворювачів, третій - з входом керування перемикача, до цифрових виходів однокристальної мікро-ЕОМ приєднані входи цифро-аналогово перетворювача і двох блоків індикації Винахід відноситься до електровимірювальної техніки і може бути застосований для вимірювання параметрів нелінійних двоелементних електричних ДВОПОЛЮСНИКІВ Відома низка пристроїв для вимірювання параметрів комплексних опорів електричних двополюсників з використанням миттєвих часових залежностей напруг і струмів - розгортувального зрівноваження (МПК GOIR 17/06 А С №779890 опубл В Б И , 1980, №42), - інтегрувального перетворення (МПК GOIR 27/02 А С №664121 опубл В Б И , 1979, №19), - стробувального перетворення (МПК GOIR 27/26 А С №744371 опубл В Б И , 1980, №24) Загальним недоліком відомих пристроїв є те, що при вимірюванні комплексних опорів нелінійних електричних двополюсників на основній гармоніці їм притаманні значні похибки через несинусоїдність вимірюваних напруг Крім того, при використанні вказаних пристроїв не можуть бути виміряні О о 00 49980 параметри, які характеризують не ЛІНІЙНІСТЬ електричних двополюсників Найбільш близьким по технічній суті до винаходу, що заявляється є "Устройство для раздельного измерения параметров комплексных величин" (MnK3GOIR27/02 А С СССР №815678 опубл в Б И , 1981, №11), що містить генератор синусоїдної напруги, перший вимірювальний перетворювач, що складається з операційного підсилювача, в колі зворотного зв'язку якого ввімкнений зразковий резистор, а у вхідному колі - вимірюваний двополюсник, фазоповертач, три формувачі прямокутних імпульсів, три одновібратори, два електронних ключі та два накопичувальні пристрої, які в подальшому названі двома вузлами вибіркизберігання, два аналого-цифрових перетворювачі, що складаються з двох джерел струму розряду, двох нуль-органів, двох формувачів часових інтервалів, двох електронних ключів, а також генератор зразкової частоти, подільник частоти, лічильник імпульсів, два електронних ключі, розподілювач імпульсів, два блоки підрахунку та індикації Причому вихід генератора синусоїдної напруги приєднаний до одного з затискачів для під'єднання вимірюваного двополюсника, другий затискач при цьому з'єднаний з входом операційного підсилювача із зразковим резистором в колі зворотного зв'язку, а його вихід - до входів двох вузлів вибірки-зберігання, виходи кожного з яких приєднані до входів двох аналого-цифрових перетворювачів, їх виходи з'єднані з блоками індикації, крім того, до входу операційного підсилювача через перший формувач прямокутних імпульсів приєднаний перший одновібратор, а до виходу генератора синусоїдної напруги ВІДПОВІДНО через другий формувач прямокутних імпульсів і через третій формувач прямокутних імпульсів та фазоповертач - другий та третій одновібратори, до виходу першого одновібратора приєднані перші входи керування двох електронних ключів, до виходу другого одновібратора - другі входи керування цих електронних ключів та вхід керування записом другого вузла вибірки-зберігання, до виходу третього одновібратора під'єднані вхід керування записом першого вузла вибірки-зберігання та вхід керування першого аналого-цифрового перетворювача, генератор зразкової частоти з'єднаний з тактовими входами аналого-цифрових перетворювачів і через подільник частоти та безпосередньо з сигнальними входами двох ключів, виходи яких з'єднані з входами лічильника імпульсів, а вихід останнього - з входом розподілювача імпульсів, два виходи розподілювача імпульсів з'єднані з входами керування скиданням вузлів вибірки-зберігання та входом керування другого аналого-цифрового перетворювача Недоліком пристрою є низька точність вимірювання складових комплексного опору нелінійних двополюсників на основній гармоніці напруги живлення, а також неможливість вимірювання параметрів, що характеризують не ЛІНІЙНІСТЬ електричних ДВОПОЛЮСНИКІВ В основу винаходу поставлено задачу створення пристрою для роздільного вимірювання параметрів нелінійних електричних двополюсників, в якому за рахунок введення нових елементів та зв'язків, МІЖ НИМИ досягається фіксація та аналого цифрове перетворення миттєвих значень напруги, струму та похідної струму, що діють в вимірюваному двополюснику, роздільний ВІДЛІК статичного опору резистивного елемента та диференціальної індуктивності індуктивного елемента, що приводить до підвищення точності, а також до розширення функціональних можливостей вимірювання параметрів нелінійних електричних двополюсників Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для роздільного вимірювання параметрів комплексних величин, який містить генератор синусоїдної напруги, перший вимірювальний перетворювач, який складається з операційного підсилювача із зразковим резистором в колі від'ємного зворотного зв'язку і вимірюваним двополюсником у вхідному колі, два вузли вибірки-зберігання, два аналого-цифрових перетворювачі, одновібратор і два блоки індикації, причому вихід генератора синусоїдної напруги приєднаний до одного із затискачів для під'єднання вимірюваного двополюсника, другий затискач при цьому з'єднаний з входом операційного підсилювача із зразковим резистором в колі зворотного зв'язку, входи аналогоцифрових перетворювачів з'єднані з виходами вузлів вибірки-зберігання, а до входу керування першого вузла вибірки-зберігання приєднаний вихід одновібратора, введені другий вимірювальний перетворювач, що складається з операційного підсилювача із зразковими резисторами у вхідному колі та в колі від'ємного зворотного зв'язку, диференціатор, цифро-аналоговий перетворювач, джерело опорної постійної напруги, перемикач, компаратор, однокристальна мікро-ЕОМ, причому вихід першого вимірювального перетворювача приєднаний через диференціатор до входу першого вузла вибірки-зберігання і безпосередньо - до першого входу перемикача, вхід другого вимірювального перетворювача під'єднаний до виходу генератора синусоїдної напруги, а його вихід - до входу другого вузла вибірки-зберігання, вихід цифро-аналогового перетворювача, приєднаний до другого входу перемикача, а виходи перемикача з'єднані з входами компаратора, а вихід останнього - з входом одновібратора, вихід одновібратора з'єднаний з входом керування записом другого вузла вибірки-зберігання, опорні входи аналогоцифрових і цифро-аналогового перетворювачів приєднані до джерела опорної напруги, цифрові виходи аналого-цифрових перетворювачів з'єднані з входами однокристальної мікро-ЕОМ, до входу керування однокристальної мікро-ЕОМ під'єднаний вихід компаратора, перший вихід керування однокристальної мікро-ЕОМ з'єднаний з входами керування скиданням обох вузлів вибірки-зберігання, другий - з входами керування аналого-цифрових перетворювачів, третій - з входом керування перемикача, до цифрових виходів однокристальної мікро-ЕОМ приєднані входи цифро-аналогово перетворювача і двох блоків індикації На кресленні (Фіг) представлена структурна схема пристрою Пристрій для вимірювання параметрів нелінійних електричних двополюсників містить генератор синусоїдної напруги 1, вимірювальні перетворювачі 2, 3 причому вимірювальний перетворювач 2 складається з операційного підсилювача 4, із зразковим резистором 5 в колі ві 49980 д ємного зворотного звязку і вимірюваним двополюсником із резистивного 6 та індуктивного 7 елементів у вхідному колі, а вимірювальний перетворювач 3 складається з операційного підсилювача 8 із зразковими резисторами 9 в колі від'ємного зворотного зв'язку і 10 - у вхідному колі, диференціатор 1 1 , вузли вибірки-зберігання 12 і 13, аналого-цифрові перетворювачі 14 і 15, цифроаналоговий перетворювач 16, джерело опорної постійної напруги 17, перемикач 18, компаратор 19, одновібратор 20, однокристальну мікро-ЕОМ 2 1 , два блоки індикації 22, 23 При цьому вихід генератора синусоїдної напруги 1 приєднаний до входів вимірювальних перетворювачів 2 і 3, а вихід вимірювального перетворювача 2 через диференціатор 11 - до входу вузла вибірки-зберігання 12 і безпосередньо - до першого входу перемикача 18, до другого входу якого приєднаний вихід цифро-аналогового перетворювача 16, виходи перемикача 18 з'єднані з входами компаратора 19, а вихід останнього - з входами одновібратора 20, його вихід - з входами керування записом вузлів вибірки-зберігання 12 і 13, виходи вузлів вибіркизберігання 12 і 13 з'єднані з входами аналогоцифрових перетворювачів 14, 15, опорні входи аналого-цифрових 14, 15 і цифро-аналогового 16 перетворювачів приєднані до джерела опорної напруги 17, цифрові виходи аналого-цифрових 14, 15 перетворювачів з'єднані з входами однокристальної мікро-ЕОМ 2 1 , до входу керування якої під'єднаний вихід компаратора 19, перший вихід керування однокристальної мікро-ЕОМ 21 з'єднаний з входами керування вузлів вибірки-зберігання 12 та 13, другий - з входами керування аналогоцифрових перетворювачів 14, 15, другий - з входом керування перемикача 18, до цифрових виходів однокристальної мікро-ЕОМ 21 приєднані входи цифро-аналогового перетворювача 16 і блоків індикації 22 та 23 Пристрій працює таким чином При подачі синусоїдної напруги ui з виходу генератора 1 на вимірювальні перетворювачі 2 і 3 на їх виходах появляються напруги и г т а из U2 — Ril x , U3 — R2I3, (1) де R-i, R2 - опори зразкових резисторів 5 і 9, іх, із - струми у вимірюваному двополюснику Z x , що складається із елементів 6, 7, і опорі R3 зразкового резистора 10 Струм і х крім основної гармоніки, на якій живиться вимірювальне коло, містить вищі гармоніки Для послідовної схеми заміщення RLдвополюсника з нелінійним індуктивним елементом і ЛІНІЙНИМ резистивним елементом де i'x(t) - похідна струму i x (t), R x - опір резистивного елемента 6, І_х - диференціальний опір індуктивного елемента 7 вимірюваного двополюсника Струм із в ідеальному випадку синусоїдний iH(t) = R 3 i 3 (t) (3) З рівняння (2) випливає, що при виконанні умови i'x(t) = 0 значення активного опору може бути визначене як відношення миттєвих значень напруги ui(t) до струму ix(t) Позначивши цей момент часу t = to, значення Rx буде (4) R, Для визначення І_х[і] при відомому Rx необхідно задати значення їх = і, зафіксувати момент часу t = t 1 , при якому ix(t) = ix(ti) = і, а також значення Ui(t1) та i'x(t1) Тоді З рівняння (2) дістанемо і Lv u r i 1 R - i(ti)- x'x(ti)_RiR3"3(ti)-RxR2»2(ti) . І — ' — — (t) (с\ l ) Для об'єктів з гістерезисом значення Ц має бути визначене за формулою (5) при зростанні (t = t1) і при спаданні (t = t2) миттєвого значення струму 1 Сигнал иг ^), пропорційний i'x(t), формується з допомогою диференціатора 1 1 , а його миттєве значення фіксується вузлом вибірки-зберігання 12 Миттєве значення ui(t) фіксується вузлом вибіркизберігання 13, а миттєве значення U2(t) визначається за значенням U0 при виконанні рівності U2(t) = U0, де U0 - опорна постійна напруги, що існує на виході цифро-аналогового перетворювача 16 Цифрові коди на виходах аналого-цифрових перетворювачів 14 і 15 пропорційні миттєвим значенням ВІДПОВІДНО i'x(t) та ui(t), а цифровий код на вході цифро-аналогового перетворювача 16 пропорційний ix(t) в цей же момент часу Визначення параметрів двополюсника відбувається в такій ПОСЛІДОВНОСТІ Однокристальна мікро-ЕОМ 21 задає код на цифрових входах цифро-аналового перетворювача 16 В момент часу, що відповідає рівності U2(t) = U0 спрацьовує компаратор 19, одновібратор 20 формує короткочасний стробуючий імпульс і миттєві значення U2'(t) та из® фіксуються вузлами вибірки-зберігання 12 і 13 За командами з однокристальної мікро-ЕОМ відбувається зчитування цих значень аналого-цифровими перетворювачами 14, 15 та їх аналого-цифрове перетворення Масиви цифрових даних з виходів аналогоцифрових 14, 15 та входів цифро-аналогового 16 перетворювачів зберігаються в однокристальній мікро-ЕОМ 21 Перемикач 18 використовується для визначення І_х[і] на зростаючій та спадній вітках характеристики нелінійного двополюсника Для цього напруга U2(t) спочатку подається на прямий, а потім на інвертуючий вхід компаратора 19, а опорна напруга U0 - на інвертуючий, а потім на прямий вхід компаратора 19 Математична обробка, яка виконується з допомогою однокристальної мікро-ЕОМ 2 1 , зводиться до знаходження моменту часу t = to, що відповідає нульовому значенню значення иг 1 ^), розрахунку Rx з формули (4) за значеннями ііз(Ю) та U2'(tO) Після ЦЬОГО З формули (5) розраховуються значення І_х[і] Для цього використовується ВІДПОВІДНІ значення U2(t1), U3(t1) та U2'(t1) при збільшенні, U2(t2), U3(t2) та U2'(t2) при зменшенні струму Результати вимірювання І_х[і] виводяться разом з R x на блоки індикації 22, 23 При необхідності на блоки індикації можуть бути виведені струмові або часові залежності Rx, Lx, може використовуватися апроксимація характеристик 7 49980 нелінійних елементів степеневим поліномом, тощо Пристрій для роздільного вимірювання параметрів нелінійних електричних двополюсників забезпечує вимірювання нелінійних двополюсників з обома нелінійними елементами І_х[і] та Rx[i] Параметри визначають з таких формул [Косарев Б И , Щуров А И , Фролов А В , Ключников С В Синтез двухэлементных нелинейных двухполюс 8 ников с потерями/ /Электричество 1992, №3 С 15] L R 1 — ІІІІІІІ-L ix(tl) X 2 )* m'xOl) ix Ol ) при певному значенні струму їх = і ФІГ. ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 (61 (7)