RU2003123C1 - Устройство дл измерени составл ющих комплексного сопротивлени - Google Patents

Description

Введение сумматора с разными коэффициентами передач по входам позвол ет увеличить разрешающую способность и уменьшить погрешность преобразовани  активной составл ющей комплексного сопротивлени  (проводимости) дзтчика в амплитуду гармонического сигнала.

Действительно, введение сумматора позвол ет скомпенсировать напр жение разбаланса частотно-независимого моста противофазным сигналам, поступающим на один из входов сумматора с усилител . Т.е. на выходе сумматора, в отсутствие объекта исследовани , можно получить напр жение , близкое или равное нулю (в зависимости от поставленной задачи), что позвол ет увеличить разрешающую способность преобразовани  (особенно малых проводимо- стей, изменение величины напр жени  на выходе частотно-независимого моста, от которых на один, два пор дка меньше, чем напр жение разбаланса данного моста). Введение сумматора позвол ет также уменьшить температурную погрешность преобразовани  активной составл ющей датчика, о амплитуду гармонического сигнала , поскольку температурный дрейф рабочей точки, термистора, вызывающий изменение исходной величины напр жени  разбаланса частотно-независимого моста, приводит и к изменению амплитуды сигнала в усилителе.

Таким образом, температурное изменение одного сигнала в сумматоре компенсирует температурное изменение другого сигнала, что также увеличивает разрешающую способность преобразовател . Кроме того, при использовании сумматора, обеспечивающего полную компенсацию напр жени  разбаланса (с соответствующими коэффициентами передач по входам), можно получить непосредственный отсчет активной составл ющей дзтчика. по показани м индикаторного прибора, что в свою очередь, сокращает врем  измерени , так как нет необходимости из информационного сигнапа вычитать величину напр жени  разбаланса частотно-независимого моста.

Следует отметить, что наилучший образом поставленна  цель достигаетс , когда второй вход сумматора подключен к выходу усилител , соединенному с термистором, поскольку в данном случае сигналы на входах сумматора будут практически впротиво- фазе и на более высоких частотах, что очень важно дл  достижени  полной компенсации , т.е. нул  на выходе сумматора. Проти- вофазность сигналов в указанном случае обуславливаетс  тем, что мост, на входную

диагональ которого поступают противофазные сигналы с выхода усилител ,  вл етс  частотно-независимым, в то врем  как в усилителе имеютс  реактивности (входные, 5 проходные и т.д. емкости транзисторов). Поэтому у сигнала, хогорый подаетс  на второй вход сумматора не с выхода усилител . а с коллекторной (стоковой) нагрузки нечетных каскадов усилител  или с эмиттерной

10 (истоковой) нагрузки четных каскадов усилител  (расположенных перед последним каскадом усилител ), с повышением частоты автоколебаний по витс  фазовый сдвиг по отношению к сигналу, подаваемому на вто5 рой вход сумматора с выхода усилител , и тем больше, чем выше частота автоколебаний . Грл этом следует отметить, что подключение датчика с исследуемым объектом к преобразователю, привод щее к измене0 нию частоты автоколебаний, вызовет в таком случае дополнительный фазовый сдвиг между сравниваемыми сигналами, что увеличит погрешность преобразовани .

На чертеже приведено функциональна 

5 схема предложенного устройства.

Предлагаемой устройство состоит из усилител  1, частотно-независимого моста 2 с термистором в одном из плеч, сопротивлени  3, измерительного колебательного кон0 тура 4 и сумматора сигналов 5, один вход которого подключен к выхрдной диагонали частотно-независимого моста 2, а второй вход - к усилителю 1 или к выходу усилител  1, соединенному с термистором. Усили5 тель 1, частотно-независимый мост 2, входна  диагональ которого подключена к выходу усилител  1, и делитель в цепи положительной обра гной св зи, составленный из сопротивлени  3 и измерительного ко0 лебательного контура 4, образуют автогенератор , исходна  частота которого определ етс  характеристиками измерительного колебательного контура д а амплитуда-характеристиками

5 частотно-независимого моста 2.

Устройство работает следующим образом .

При .-подключении датчика с исследуемым объектом параллельно изморительно0 му колебательному контуру 4 (если колебательный контур - параллельный), или последовательно с измерительным колебательным контуром 4 (если колебательный контур-последовательный), происходитиз5 менение частоты автоколебаний преобразовател  и изменение амплитуды автоколебаний на выходе (на выходной диагонали ) частотно-независимого моста2. При этом изменение частоты автоколебаний дает информацию о реактивной составл ющей комплексного сопротивлени  (проводимости ) датчика, а изменение амплитуды на выходе частотно-независимого моста 2 определ ет величину активной составл ющей датчика. С выхода частотно-независимого моста 2 сигнал поступает на один из двух входов сумматора 5, на второй вход которого подаетс  сигнал с какого-либо каскада усилител  1 (подключение каскадов к сумматору 5 оговариваетс  выше), или с выхода усилител  1, соединенного с термисто- ром. Оба сигнала, поступающие на входы сумматора 5, наход тс  в противофазе, поэтому при соответствующем выборе коэффициентов передач по входам сумматора 5, в нем достигаетс  частична  или полна  компенсаци  напр жени  разбаланса частотно-независимого моста 2, т. е. на выходе сумматора 5 будем иметь напр жение, близкое или равное нулю. Поскольку при подключении датчика с исследуемымЪбъек- том к измерительному колебательному контуру , амплитуда автоколебаний в усилителе 1 и на выходе усилител  1 не измен етс , то изменение напр жени  на выходе сумматора S определ ет величину активной составл ющей комплексного сопротивлени  (проводимости) датчика и происходит на уровне сигнала; близкого или равного нулю. Очевидно, что дл  получени  нул  на выходе сумматора 5, необходимо, чтобы отношение коэффициентов передач по входам сумматора 5, было обратно пропорционально отношению напр жений, действующих на соответствующих входах, и как говорилось ранее эти напр жени  должны быть строго в противофазе.

Кроме того, при изменении температуры окружающей среды, а следовательно при изменении характеристики термистора, происходит изменение амплитуды автоколебаний как на выходе частотно-независимого моста 2 с термистором.в одном из плеч, так и в усилителе 1, поскольку сигнал с выхода частотно-независимого моста 2 через делитель в цепи положительной обратной св зи, составленный из сопротивлени  3 и измерительного колебательного контура 4, поступает на вход усилител  1. Поэтому, компенсиру  в сумматоре 5 напр жение разбаланса частотно-независимого моста 2 (в отсутствии исследуемого объекта) сигналом с усилител  1 или с выхода усилител  1, тем самым компенсируем и температурное изменение напр жени  на выходе частотно- независимого моста 2, т.е. уменьшаем температурную погрешность преобразовани  активной составл ющей датчика. Теоретическа  оценка температурной погрешности преобразовани  активной составл ющей

датчика показала, что у предлагаемого решени  данна  погрешность меньше, чем у прототипа, и не зависит от величины измер емого активного сопротивлени  (проводимости ) датчика, в то врем  как в прототипе она растет с уменьшением активной проводимости (ростом активного сопротивлени ) датчика.

Дл  экспериментальной оценки проведены измерени  с помощью прототипа и предлагаемого решени . С этой целью к измерительному колебательному контуру 4 подключились резисторы разной величины и измер лось соответствующее каждому резистору напр жение на выходе частотно-независимого моста 2 и на выходе сумматора 5. Проводилось измерение исходных напр жений на данных выходах при изменении температуры. При этом сумматор сигналов

5 был выполнен в двух вариантах. В одном случае он был собран на двух последовательно соединенных резисторах, один из которых - регулируемый. Выходной сигнал снималс  с выводов резисторов, соединенных между собой. Другой вывод у одного резистора, подключалс  к выходу частотно- независимого моста 2, а у второго резистора - к усилителю 1. В другом случае сумматор сигналов 5 был выполнен на основе операционного усилител , на вход которого подавались напр жени  (подлежащие сложению (компенсации)) через те же резисторы, что были использованы в первом варианте сумматора сигналов 5. Кроме того, сигнал на

второй вход сумматора 5 подавалс  как с усилител  1 (со стоковой нагрузки первого каскада усилител  1), так и с выхода усилител  1, соединенного с термистором. Частота автоколебаний при этом составила 20 и 2

кГц.

В табл. 1 приведены экспериментальные результаты измерени  напр жений на выходе частотно-независимого моста 2 (Км) и на выходе сумматора 5(UC), собранногб из

резисторов в зависимости от частоты (f) и температуры (t°), причем в 1 случае (№) второй вхЪд сумматора 5 был подключен к первому каскаду усилител  1, а в 2 случае (№) - к выходу усилител  1,

Из табл. 1 видно, что при подключении второго входа сумматора 5 к выходу усилител  1 и с понижением частоты автоколебаний , лучше удаетс  скомпенсировать напр жение разбаланса частотно-независимого моста 2, кроме того, при изменении температуры, изменение напр жени  на выходе сумматора 5 во много раз меньше, чем уход напр жени  на выходе частотно- независимого моста 2,

В табл, 2 приведены результаты измерени  тех же выходных напр жений (Uc и UM) до и после подключени  резисторов к измерительному колебательному контуру 4, пои этом использовалс  сумматор 5, реализованный на основе операционного усилител  с коэффициентом передачи, равным по одному входу 1. по другому - 100, Частота автоколебаний преобразовател  составл ла 2 кГц, Второй вход сумматора 5 был подключен к выходу усилител  1.

Из табл. 2 видно, что у предлагаемого решени  разрешающа  способность увеличилась по сравнению с прототипом и не надо проводить операцию вычитани  дл  определени  активной составл ющей исследуемого объекта, как в прототипе.

Теким образом, предлагаемое устройство , позвол ющее получить раздельную и независимую информацию о составл ющих комплексного сопротивлени  нелинейных и

высокопотерных объектов, отличаетс  более высокой разрешающей способностью преобразовани  активной составл ющей в амплитуду гармонического сигнала, что важно при измерении девиаций малых проводимостей . Кроме того, устройство позвол ет уменьшить температурную погрешность преобразовани  активной проводимости, получить непосредственный отсчет данной составл ющей, а следовательно , и сократить врем  ее измерени .

(56) Авторское свидетельство СССР

№ 359619, к . G 01 R 27/26, опублик. 1972.

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ , содержащее усилитель с измерительным колебательным контуром в цепи положительной обратной св зи, частотно-независимый мост с термистором в одном из плеч моста, одна диагональ которого подключена к выходу усилител , а друга  через сопротивление - к измерительному колебательному контуру, отличающеес  тем, что, с целью увеличени 

Таблица 1

25

Таблица 2

разрешающей способности преобразовани  активной составл ющей комплексного сопротивлени  в амплитуду гармонического сигнала, а него введен сумматор, один вход которого подключен к выходу чзстог- но-независимого моста, а второй - к усилителю .

2. Устройство по п.1, отличающеес  тем, что, С иелью повышени  точности, второй вход сумматора подключен к выходу усилител , соединенного с термисто- ром.