Способ формирования сигналов для преобразования параметров пассивных нерезонансных двух-или трехполюсников

 

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОа ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПАССИВНЫХ НЕРЕЗОНАНСНЫХ ДВУХ- ИЛИ ТРЕХПОЛЮСНИКОВ, по которому на двухили трехполюсник, являющимися исследуемым объектом, непрерывно подают постоянное или медленно меняющееся испытательное напряжение и дополнительное напряжение той же полярности, значение которого определяют , исходя из значения сопротивления исследуемого объекта переменной составляющей полного тока, протекающего через исследуемый объект, а значение постоянной составляющей полного тока используют в качестве выходного сигнала, о тличающийся тем, что, с целью упрощения преобразования и повышения точности, дополнительное напряжение подают в виде периодической последовательности прямоугольных импульсов постоянной частоты и длительности, причем в первую часть периода импульса на вход исследуемого объекта подают испытательное и дополнительное напряжение, а во вторую часть периода - только испытательное напряжение,/при этом значение полного тока, протекающего через исследуемый объект, запоминают во второй части периода импульса и используют в качестве сигнала рассогласования для формирования значения дополнительного напряжения в первой части периода таким образом, чтобы величина сигнала рассогласования была минимальной, причем значение переменной составляющей полного тока, протекающего через исследуемый объект, также используют в качества выходного сигнала.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (I9) SU(III (51)4 G 01 R 27 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHONY СВИДЕТЕЛЬСТВУ и;

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ, СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21 ) 3685836/24-21 (22) 03.01.84 (46) 07.11.85. Бюл. У 41 (72) P.Ô. Алтынбаев (53) 621.317.333 (088.8) ,(56) Авторское свидетельство СССР

:И 451020, кл. G 01 R 27/00, 1974.

2. Analytical chemistry,voE 47, У 6, Иау 1975, р. 876-879. (54) (57) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ. ДЛЯ ПРЕОБРАЭОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ПАССИВНЫХ НЕРЕЗОНАНСНЫХ ДВУХ- ИЛИ

ТРЕХПОЛЮСНИКОВ, по которому на двух- или трехполюсник, являющийся исследуемым объектом, непрерывно подают постоянное или медленно меняющееся испытательное напряжение и дополнительное напряжение той же полярности, значение которого определяют, исходя из значения сопро-, тивления исследуемого объекта переменной составляющей полного тока, протекающего через исследуемый объект, а значение постоянной составляющей полного тока используют в качестве выходного сигнала, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения преобразования и повышения точности, дополнительное напряжение подают в виде периодической последовательности прямоугольных импульсов постоянной частоты и длительности, причем в первую часть периода импульса на вход исследуемого объекта подают испытательное и дополнительное напряжение, а во вторую часть периода — только испытательное напряжение,;при этом значение полного тока, протекающего через исследуемый объект, запоминают Я во второй части периода импульса и используют в качестве сигнала рассогласования для формирования значения дополнительного напряжения в первой части периода таким. образом, la@ чтобы величина сигнала рассогласования была минимальной, причем значение переменной составляющей полного тока, протекающего через исследуемый объект, также используют в качестве выходного сигнала.

1190296

Преобразователь параметров пассивных нерезонансных двухполюсников содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, ключи 2 и 3, источник 4 медленно меняющегося напряжения, сумматор 5, образованный операцион55

Изобретение относится к электро. измерительной технике и -может быть использовано в полярографах и потенциостатах, электролитическая ячейка которых может быть .представлена в виде схемы замещения, состоящей из сопротивления раствора, измеряемой проводимости, и емкости, возникающей на границе раздела фаз. 10

Цель изобретения — упрощение преобразования и повышение точности преобразования.

В отличие от известного в предлагаемом способе на выход исследуе- 15 мого объекта подают сумму двух (вместо трех) напряжений, способ не требует проведения нелинейньм аналоговых операций деления или умножения. В результате этого достигается 20 упрощение способа и повышение его точности. Так как .по предлагаемому способу запоминание сигнала рассогласования производят в то время, когда дополнительное напряжение не 25 подают на исследуемый объект, а во время подачи дополнительного на.пряжения на исследуемый объект сигнал рассогласования не формируют, дополнительное напряжение не явля- ется напряжением положительной обратной связи, несмотря на то, что полярность его совпадает с полярностью испытательного напряжения. Поэтому устройства, .реализующие предлагае35 мый способ, отличаются большей устойчивостью, большим быстродействием. В связи с тем, что по предлагаемому способу переменная составляющая полного тока, протекающего через исследуемый объект, используется в качестве выходного сигнала так же, как и постоянная составляющая полного тока, в устройствах, реализующих предлагаемый способ, просто решаются вопросы гальванической развязки.

На чертеже представлена структурная схема преобразователя параметров пассивных нерезонансных двухполюсников, реализующего предлагаемый способ. ным усилителем 6 и резисторами 7-9, преобразователь 10 тока в напряжение, состоящий из операционного усилителя 11 и резистора 12, инвертор

13, состоящий из операционного усилителя 14 и резисторов 15 и 16, ре-.: гулятор 17, содержащий операционный усилитель 18 и образцовые элементы (резисторы, конденсаторы и их цепи) 19 и 20, исследуемый двухполюсник 21, состоящий иэ резисторов 22 и 23 и конденсатора 24, запоминающий элемент 25,выполненйый в виде конденсатора, разделительный конденсатор 26, трансформатор 27, регистрирующий блок 28.

При этом выход генератора 1 подключен к управляющим входам ключей 2 и 3, выход исследуемого двухполюсника 21 через последовательно соединенные преобразователь

10 тока в напряжение, инвертор 13, первый ключ 2, запоминающий элемент

25, регулятор 17 и второй ключ 3 подключен к первому входу сумматора

5, второй вход которого подключен к источнику 4 медленно меняющегося напряжения, а вьмод — к входу исследуемого двухполюсника 21.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение на выходе регулятора

17 используется в качестве дополни-. тельного напряжения. Ключ .3 служит для образования импульсов дополнительного напряжения. Эти импульсы суммируются сумматором 5 с напряжением от источника 4 медленно меняющегося напряжения и далее поступают на вход исследуемого двухполюсника

21. В первой части периода импульса ключ 2 закрыт, а ключ 3 открыт.

Если R 1 - R,òo в это время пол9 ное напряжение на выходе двухполюсника 21 где E — значение напряжения на выходе источника 4 медленно меняющегося напряжения, значение напряжения на выходе регулятора 17.

Во второй части периода импульса ключ 3 закрыт, а ключ 2 открыт.

В это время полное напряжение на входе двухполюсника 21 (2) 1190296

Еб—

Ь

2 Ь (14) Йа 116

k.

RIe

22 Я23 2й (S) 20 2 (6) Е+—

2 g»i R» 2R»

Во вто ой части п (9)

R, о а ключ 2

R» Rie — в первой части периода, 0 — во второй части пе23 15

Ютсюда риода, Постоянная составляющая напряже55 ния 0 на выходе инвертора 13 определяется по формуле (17). Переменную составляющую этого напряжения можно определить по формуле 2О

K=-—

RI9 (13) 3

Полное напряжение U на входе двухполюсника имеет постоянную 0, и переменную 01 составляющие.

Если в течение периода импульса время открытого состояния ключей равно времени их закрытого состояния, то d

u, =-(e++-,) (3) (4) 1О где знак "плюс" в формуле 4 соответствует второй части периода импульса, а знак "минус" — первой части периода импульса.

Полный ток 3 протекающий через 15 исследуемый двухполюсник, также состоит из постоянной 1 и переменной

3 составляющих. Если

1 22 23

c„) 22 23

d .то Е 2 3 = б Ц 2 Ь

2Й (7) 25

Ь . 22 г ь

Ъ- о б1 +- RR 2 (3) гз где c — длительность импульса.

Иапряжение на выходе инвертора

13 определяется. по формуле

P ери д 35 открыт, а,ключ 3 закрыт. В результате этого напряжение на конденсаторе

25 равно г Ь Р и

d.

0- „,к „", (10) 4О

22 23 И. 5

Это напряжение является напряжением рассогласования регулятора 17 и в установившемся режиме его значение не превышает погрешности регулирования. Поэтому

Ь

2 d (11) л л

2й,2

d R22 5Р (12)

Если в качестве элементов 19 и

20 выбраны резисторы, то коэффициент передачи регулятора 17

При этом напряжение на выходе регулятора

Отсюда Ь Е R22

2 2RIS(R22+ Rtyj "22

23(1+ р р р

It 16 23

2й,5 (Р22б "23) R22

k» ,7

П. 16 25 то из (15) получаем формулу (12).

Иэ формулы (9) с учетом (12) имеем

2Е " 2к e — в первой части (16)

0 — во второй

/ части периода. Таким образом напряжение на выходе инвертора 13 можно разложить на постоянную Ut и переменную U2 составляющие, причем

102-1 2 e, (17)

23 "13

Предполагалось, что в .течение периода импульса время открытого состояния ключей равно времени их закрытого состояния (или длительность первой части периода равна длительности второй части периода),. что соответствует скважности импульса Q = 2. В более общем случае Q g 2.

Можно показать, что в этом случае что совпадает с формулой (16) при

Я = 2.

1190296 — в первой части периода, (18а), — во второй. части

Е "n "è периода, что совпадает с формулой 18 при

/=2.

Из формул (16), (16а), (17), (18) и . (18а) следует, что напряжение 0 и его составляющие не зависят от величины резистора R исследуемого двухполюсника, причем постоянная и переменные составляющие этого напряжения эквивалентны по информативному параметру. Но так как переменная составляющая просто допускает осуществление гальванической развязки, в качестве выходного параметра в данном примере выбрана переменная составляющая напряжения Ug,êîòoðàÿ отделяется от постоянной составляющей конденсатором 26, и далее через транс-. форматор 27 поступает на регистрирующий блок 28.

В предлагаемом устройстве положительная обратная связь отсутствует, так как в любой момент времени один из ключей закрыт. Это позволяет увеличить частоту генератора 1 и тем самым повысить быстродействие преобразования. В преобразователях, реализующих известный

10.способ с положительной обратной связью, повышение частоты генератора ограничивается требованием сох, ранения устойчивости преобразователя. С другой стороны повышение

15 частоты генератора повышает также и точность преобразования, так как по известному и предлагаемому способу необходимо выполнение условия (5). Кроме того, точность пре-.

20 образователей по предлагаемому способу повышается, так как по нему не требуется проведения аналогового деления или умножения. Исключение операции деления или умножения

25 приводит также к упрощению преобразования. Кроме того, преобразование упрощается и увеличивается его точность за счет того, что по данному способу необходимо суммировать

З0 меньшее количество сигналов, подаваемых на исследуемый объект (два вместо трех).

ИИПИ Заказ 6974/47 аж 747 Подписное иал ППП "Патент", жгород, ул.Проектная, 4