Спосіб багатодіапазонного вимірювання параметрів імпедансу

Спосіб багатодіапазонного вимірювання параметрів імпедансу, при якому на кожному піддіапазоні порівнюють об'єкт вимірювання зі взірцевою мірою, який відрізняється тим, що кожну взірцеву міру застосовують для вимірювань на двох суміжних піддіапазонах, причому на одному з них на об'єкті вимірювання встановлюють режим заданого струму, а на другому - режим заданої напруги. (19) (21) a200811076 (22) 12.09.2008 (24) 25.05.2010 (46) 25.05.2010, Бюл.№ 10, 2010 р. (72) СУРДУ МИХАЙЛО МИКОЛАЙОВИЧ, ЛАБУЗОВ ОЛЕКСАНДР ЄВГЕНІЙОВИЧ, ЛАМЕКО ОЛЕКСАНДР ЛЬВОВИЧ (73) ТОВАРИСТВО З ОБМЕЖЕНОЮ ВІДПОВІДАЛЬНІСТЮ "КОМЕРЦІЙНО-ПРОМИСЛОВА ФІРМА "ПРОМІКС" (56) SU 520546 A; 17.09.1976 SU 1264085 A1; 15.10.1986 UA 38892 A; 15.05.2001 UA 41458 C2; 17.09.2001 3 Zx 1 Z0 k 90787 (3) У рівняннях (1), (2), (3): Ζx - імпеданс (опір) об'єкту вимірювань; Υx - адмітанс (провідність) об'єкту вимірювань; Z0 - імпеданс (опір) міри; Y0 - адмітанс (провідність) міри; k - коефіцієнт пропорційності, значення якого в процесі вимірювань змінюється. Якщо k змінюється від 0 до 1 при застосуванні однієї міри, то згідно (1), при режимі ЗС на об'єкті вимірювання, можна визначити невідомий імпеданс Zx у піддіапазоні 0 Zx Z0, а при режимі ЗН на об'єкті вимірювання, згідно (3) можна визначити невідомий імпеданс Zx у піддіапазоні Z0 Zx< . Отже, при застосуванні лише однієї міри можливо здійснити вимірювання в діапазоні 0 Zx< . У конкретному випадку діапазон значень коефіцієнта k визначається допустимою похибкою від дискретності. Так, наприклад, при подекадному розподілі на піддіапазони, коли k змінюється від 0,1 до 1, шляхом почергового вимірювання як при режимі ЗС так і при режимі ЗН на об'єкті вимірювання, згідно (1), (3), використовуючи одну міру Z0 можна визначити невідомий імпеданс Zx на двох суміжних десяткових піддіапазонах: 0,1Z0 Zx 10Z0. Слід зауважити, що для досягнення очікуваного технічного результату, послідовність встановлення режимів на об'єкті вимірювання на цих піддіапазонах не має значення. Суть способу пояснюється на прикладі роботи електричних схем, зображених на Фіг.1 та Фіг.2, які реалізують запропонований спосіб: - Фіг.1 - структурна схема приладу на основі вимірювального кола трансформаторного мосту із порівнянням струмів; - Фіг.2 - структурна схема приладу на основі вимірювального кола прямого перетворення імпедансу. На фігурах прийняті умовні позначення: 1 - трансформатор напруги з вторинними обмотками 2 і 3, які є плечовими обмотками моста, 4 - детектор рівноваги, 5 - міра, 6 - об'єкт вимірювання, 7 - комутатор, 8 - перемикач, 9 - операційний підсилювач, 10 - генератор напруги, 11 - векторний аналого-цифровий перетворювач (ВАЦП). Приклад 1 (схема Фіг.1). Приклад 1 ілюструє мостовий метод вимірювання, в якому об'єкт вимірювання підключають в одне з пліч моста, і, після зрівноважування моста, величину невідомого імпедансу об'єкта вимірювання визначають за відомими значеннями параметрів зрівноважених вимірювальних кіл. Схема Фіг.1 реалізує мостовий метод вимірювання імпедансу з врівноважуванням шляхом комутації числа витків плечової обмотки 2 трансформатору 1 за показами детектора рівноваги 4. Процес вимірювання запропонованим способом відбувається наступним чином. 1. Нехай у вихідному стані імпеданс Z0 міри 5 дорівнює Z01, а об'єкт вимірювань 6 відповідно до 4 Фіг.1 знаходиться у режимі ЗН. Для цього стану N N3 Z0 , виконується умова (3) при k=N2/N3: Z x N2 де Ν2 i Ν3- число витків плечових обмоток 2 и 3 відповідно, відношення яких може змінюватись у 10 разів (0,1 k 1,0). Змінюючи комутатором 7 відношення N2/N3 від 1,0 до 0,1 на даному піддіапазоні вимірюють невідомий імпеданс від Ζ01 до 10Ζ01. 2. За допомогою перемикача 8 переводять об'єкт вимірювання у режим ЗС. Для цього стану умова врівноважування моста описується рівнянN2 Z0 . ням (1) при k=N2/N3: Z x N3 Змінюючи комутатором 7 відношення N2/N3 від 0,1 до 1,0 на даному піддіапазоні вимірюють невідомий імпеданс від 0,1Ζ01 до Ζ01. 3. Підключають іншу міру 5 з імпедансом Ζ02. Для переходу на сусідню пару піддіапазонів величина імпедансу Ζ02 повинна відрізнятись від Z0 в число разів n: n kmax 2 kmin (4) де kmах, kmin - максимальне і мінімальне значення коефіцієнта k. У даному прикладі при десятковому розподілі на піддіапазони Z02=0,01Ζ01, або Ζ02=100Ζ01. 4. Переводять об'єкт вимірювання 6 у режим ЗН і повторюють процес аналогічно пп.1-3. Примітка: якщо одночасно з переключенням міри 5 не інвертувати режим на об'єкті вимірювання 6, то спочатку вимірюють імпеданс у піддіапазоні від Z02 до 10Z02 за п.2, а потім у піддіапазоні від 0,1Ζ02 до Z02 відповідно п.1. Приклад 2 (схема Фіг.2). Приклад 2 ілюструє методи вимірювання імпедансу, в яких на об'єкт вимірювання і міру подають однакові або у відомих співвідношеннях електричні сигнали, вимірюють відповідні зміни струму або напруги у колах об'єкту вимірювання і міри, і за цими даними визначають параметри невідомого імпедансу. Схема Фіг.2 реалізує метод прямого перетворення імпедансу в напругу. Процес вимірювання запропонованим способом за такою схемою відбувається наступним чином. 1. Нехай у вихідному стані відповідно до Фіг.2 об'єкт вимірювань 6 знаходиться у режимі ЗН, а міра 5 в режимі ЗС. Для такого стану схеми спраU0 Z0 , ведлива умова (3) при k=Ux/U0: Z x Ux де Ux - вихідна напруга операційного підсилювача 9; U0 - вихідна напруга генератора 10; а відношення напруг Ux/U0 визначається векторним аналого-цифровим перетворювачем 11. Якщо прийняти, що параметри об'єкта вимірювання 6 всередині піддіапазону змінюються у 8 разів (1/8 k 1), то при даному стані схеми вимірюють імпеданс від Z0 до 8Z0. 5 90787 2. Перемикачем 8 переводять об'єкт вимірювань 6 у режим ЗС, а міру 5 в режим ЗН. Такий стан описується рівнянням (1) при k=Ux/U0: Ux Zx Z0 . U0 У такому стані схеми вимірюють невідомий імпеданс від Ζ0/8 до Z0. 3. Підключають міру 5 з іншим значенням відтворюваної величини (наприклад, згідно з (4) - Z0/64 або 64Ζ0). 4. Перемикачем 8 переводять об'єкт вимірювань 6 у режим ЗН, а міру 5 в режим ЗС. 5. Повторюють процес за пп.1-4. З наведених прикладів видно, що запропонований спосіб багатодіапазонного вимірювання параметрів імпедансу забезпечує вимірювання на двох суміжних піддіапазонах при використанні лише однієї міри. Як правило, у вимірювальних приладах діапазон вимірювань поділяється на десяткові піддіапазони, так, що параметри об'єкта вимірювання всередині піддіапазону змінюються у 10 разів. Тоді, наприклад, для вимірювання запропонованим способом активного опору в діапазоні (1-106)Ом достатньо трьох зразкових опорів номіналами 10Ом, 1кОм, 100кОм (10Ом, 103Ом, 105Ом). Спосіб дозволяє використовуючи три міри здійснювати вимірювання в шести десяткових піддіапазонах, наведених у таблиці: Таблиця Z0 10Ом 1кОм 100кОм Режим ЗС (режим вимірювання Zx) Zx, Ом 1