Устройство для измерения электрических величин

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

<Ä>687411 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 06.01.76 (21) 2308170/18 21 с присоединением заявки Ж— (23) Приоритет

Опубликовано 25 09.79. Бюллетень ¹ 35

Дата опубликования описания 30.09.79 (5E)M. Кл.

Cj 01 Я 27/00

Гаеудврстненньй неинтет

СССР не делаю нзоеретеннй н аткритнй (53) УЙК 621.317. . 7 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Ю. Ф. Чубаров, В. l1. Дмитриев и B. А. Шабанов

Куйбышевский политехнический институт им. В. B. Куйбышева (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН то

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к универсальным приборам, измеряюшим постоянные, импульсные, переменные напряжения и сопр оти влени я.

Известно устройство для измерения электрических величин, содержашее блок сравнения, генератор стабильной частоты, счетчик и генератор линейно-изменяюшегося напряжения (1).

Недостатками известного устройства являются сложность конструкпии и сравнительно низкая точность измерения.

Известно устройство, содержашее блок сравнения, генератор высокой частоты, генератор линейно-нзменяюшегося напряжения и счетчик(21.

Недостатками этого устройства являются возможность измерения только сопротивления, сложность конструкции и сравнительно низкая точность.

Цель изобретения повышение точности и расширение функциональных возможностей за счет изменения напряжения различной формы.

Для этого предлагаемое i стройство, содержашее генератор высокочастотного напряжения, счетчик импульсов и генератор линейно-изменяюшегося напряжения, снабжено радиочастотным преобразователем, переключателем с четырьмя коммутационными элементами и RC «фильтром, причем выход генератора высокочастотнсьго напряжения подключен к первому входу радиочастотного преобразователя,, первтлй выход которого через фильтр соединен с входом генератора линейно-иэменяюшегося напряжения, второй вход радиочастотного преобразователя через входные клеммы для подключения исследуемых резисторов, зашунтированные нормально замкнутым первым коммутационным элементом переключателя, подсоединен к первому выходу генератора линейно-изменяюшегося напряжения, второй выход генератора линейньизменяюшегося напряжения соединен через нормально замкнутый второй коммутапион3 6874 ный алемент переключателя к третьему входу радиочастотного преобразователя, а через нормально разомкйутый третий коммутационный алемент переключателя1 к входной клемме-для подключения исследуемых напряжений, другая клемма соединена с третьим входом радиочастотного преобразователя, второй выход которого через нормально разомкнутый четвертый коммутационный алемент переклю- 1о чателя подключен к входу счетчика импульсов, все коммутапионные элементы переключателя механически связаны.

Радиочастотный преобразователь выполнен на биполярном транзисторе, коллектор и база которого соединены через последовательно включенные первые кон« денсатор и резистор, а амиттер и база последовательно соединены через переменный резистор и параллельно включенные индуктивность и второй конденсатор, база биполярного транзистора через диод образует второй выход преобразователя, пер вый вход преобразователя - общая точка соединения первого резистора и первого

25 конденсатора, второй вход и первый выходсоответственно аммитер и коллектор биполярного транзистора, а третий - общая точка соединения переменного резистора зо и индуктивности.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство снабжено радиочастотным преобразователем, питаемым генератором высокочастотного напряжения, причем управляемый генератор линейно35 изменяющегося напряжения и источник измеряемого напряжения подключены к входной эмиттерной цепи преобразователя, его управляющая коллекторная выходная цепь через фильтр соединена с входом генератора линейно-изменяющегося напряжения, а выход преобразователя связан с

;входом счетчика; в режиме изменения сопротивления измеряемое сопротивление включается в цепь, соединяющую выход генератора линейного напряжения и вход преобразователя.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.

2 - частотная характеристика преобразователя.

Устройство для измерения алектрических величин состоит из генератора высокочастотного напряжения 1; счетчика импульсов 2; генератора 3 линейно-изменяющегося напряжения; радиочастотного преобразователя 4 с входящим в него биполярным транзистором 5, первым 6 и

11 г( вторым 7 конденсаторами, первым резистором 8, переменным резистором 9, индуктивностью 10 и диодом 1 1; фильтра

l2 с входящим в него фитрующим конденсатором 13, резистором 14 и конденсатором 15; клеммы для подключения исследуемых напряжений 16 и резисторов

17; переключателя 18 с четырьмя коммутационными элементами 19-22.

Устройство работает следующим образом.

При включении генератора 1 напряжение подается на преобразователь. Если его величина выше порога отпирания транаНсгора 5, а частота колебаний входит в полосу пропускания контура 10,7, то транзистор 5 отпирается.

В момент отпирания транзистора входное сопротивление транзисторного каскада становится нелинейным, причем составляющими его компонентами являются отрицательное активное сопротивление, нелинейная емкость и нелинейная индуктивность. Отрицательное входное сопротивление значительно увеличивает добротность контура, что ведет к еше большему увеличению входного сигнала и отпиранию транзистора. Нелинейные индуктивность и емкость, включаясь параллельно в контур 7, 10, деформируют частотную характеристику (см. фиг. 2, где gj - частотная характеристика контура до отпирания транзистора 5, а И вЂ” IY частотные характеристики контура после отпирания транзистора), Частоту настройки контура f выбирают равной частоте 1„напряжения, генерируемого генератором 1, т. е. f 1 ( (см. фиг. 2). Изменяя величину резис« тора 9, добиваются такого режима работы преобразователя, чтобы полоса пропускания была минимальной, но не равной нулю (см. фиг. 2; характеристика g ), при условии, что в генераторе 3 произведен "сброс" и выходное напряжение

1 = О. Процесс измерения разделяется на два этапа: установку нулевой точки шкалы" и изменение электрической величины.

Установка "нулевой точки шкалы начинается с подачи импульса пуск на генератор 3. В этот момент начинается увеличение компенсационного напряжения

У имеющего полярность, указанную на фиг. 1. Увеличение запирающего напряжения ведет к уменьшению полосы пропускания характеристики до нуля (характеристика T ). Как только полоса пропускания станет равной нулю, напряжение на

6874

5 контуре уменьшается с U до U и гран эистор 5 запирается. В этот момент в результате параметрического аффекта на коллекторе образуется отрицательный импульс, который. проходя через фильтр 12, поступает на вход генератора линейноизменяюшегося напряжения и останавливает рост линейного напряжения U .Óñтановленное напряжение U является начальным напряжением, характеризук шим "нулевую точку шкалы измеряемой величины (сопротивления или напряжения).

Перед измерением сопротивления Я „, подключенного последовательно во входную цепь преобразователя, осушествляется сброс счетчика 2; и затем размыкаются шунтируюшие контакты 19.

Наличие измеряемого сопротивления

% уменьшает отрицательный потенциал на амиттере транзистора 5, он отпирается, полоса пропускания контура расширяется (см. фиг. 2, характеристика !Ч ), и напряжение на контуре возрастает от Ug до D . Положительный параметрический импульс с коллектора транзистора запускает генератор 3, и начинается дальнейшее увеличение запираюшего напряжения

l3 . B это время на счетчик 2 поступают счетные импульсы. Счет импульсов зэ осушествляется до тех пор, пока дополнительно возросшее напряжение О < не уменьшит полосы пропускания до йуля (см. фиг. 2, характеристика - ) и не сорвет колебания нв контуре с У до 0, В этот момент отрицательный параметрический импульс останавливает рост Цк а счет импульсов счетчиком 2 прекрашается. Число импульсов, прошедших в счетчик

2 за время измерения, пропорционально 4о величине Ях . Возможно параллельное подключение Я„резистора 9 и 9<> но тогда результат измерения пропорционален проводимости— Х

Перед измерением напряжения Ц„осуществляются установка "нулевой точки шкалы, сброс с че т чика 2 и включение переключателя 18. Напряжение к отпирает транзистор 5, полоса пропускания контура расширяется (см. фиг. 2, характеристика

Q(), и напряжение на контуре возрастает с U> no . Положительный параметрический импульс запускает генератор 3, и Uy увеличивается. На счетчик 2 посту- 5 пают счетные импульсы. При измерении постоянного напряжения счет импульсов осушествляется до тех пор, пока дополнительно возросшее напряжение Uy. не

11 6 станет равным U< > что соответствует срыву колебаний на кон уре и прекрашо= нию роста напряжения

При измерении импульсного или переменного напряжения полоса пропускания преобразователя изменяется не только за счет изменения U< но и эа счет изменения в положительные полпериоца напряжения U . В связи с этим может оказаться, что за время действия импульса или первого полпериода полной компенсации амплитуды не происходит, преобразователь отключается, прекрашая рост U< и счет импульсов. С приходом следуюшей положительной полуволны преобразователь включается, снова начинаются увеличение

У„, счет импульсов и затем срыв колебаний, останов Ц < и т. д. Как только преобразователь прекрашает срабатывать в положительные полпериода, амплитуда напряжения U оказывается равной напряжению U и соответствует числу импульсов, прошедших на счетчик.

Точность измерения устройства для измерения электрических величин значительно повышается, так как вместо двух сравнивающих устройств и нескольких функциональных узлов оно снабжено одним многофункциональным преобразователем, что одновременно упрошает прибор. При этом функциональная схема такова, что сразу же за установкой нулевой гочки шкалы" следует процесс измерения 3, или Ц причем установка нуля" и компенсация в момент окончании измерения происходят при одном и roM же напряжении, т. е. в одной и той же точке. Это позволяет исключить погрешность от изменения и нелинейности параметров всех элементов устройства. Твк квк сравнение и компенсация Я„и U> производятся в линейных цепях, шкала всего измерительного устройства линейна в любом допустимом диапазоне измерения. Устройство измеряет сопротивления от единиц Ом до сотен и тысяч КОм без переключения диапазона. Динамический диапазон измеряемых напряжений U ограничен допусХ тимыми напряжениями на базе транзистора. Быстродействие устройств ограничи- вается лишь скоростью счета импульсов счетчиком, так квк скорость срабатывания преобразователя "напряжение-полосапачка импульсов как и любой параметрической системы, ограничивается несколькими десятками наносекунд.

7 687411

Ф ормула изобретения кле

1. Устройство для измерения электрических величин, содержашее генератор высокочастотного напряжения, счетчик импульсов и генератор линейно-изменяюшегося напряжения, о т л и ч а ю ш ее с я тем, что, с пелью повышения точности и расширения функциональных возможностей засчет изменения напряжения различной формы, оно снабжено радиочастотным преобразователем, переключателем с четырьмя механически связаннымикоммутапионными элементами и ЫС-фильтром, причем выход генератора высокочастотно- го напряжения подключен к первому входу радиочастотного преобразователя, первый.выход которого через фильтр соединен с входом генератора линейно-изменяюшегося напряжения, второй вход радиочас- о тотного преобразователя через входные клеммы для подключения исследуемых резисторов, зашунтированные нормально замкнутым первым коммутационным элементом переключателя, подсоединен к перво му выходу генератора линейно-изменяюшегося напряжения, второй выход генератора линейно-изменяюшегося напряжения соединен через нормально замкнутый второй коммутационный eaeMeHr переключате30 ля к третьему входу радиочастотного преобразователя, а через нормально разомкнутый третий коммутационный элемент переключателя - к входной клемме для подключения исследуемых напряжений, другая з мма которого соединена с третьим входом радиочастотного преобразователя, второй выход которого через нормально р зомкнутый четвертый коммутационный. элемент переключателя подключен к входу счетчика импульсов, все коммутационные элементы переключателя механически связаны.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а юш е е с я тем, что радиочастотный преобразователь выполнен на биполярном транзисторе, коллектор и база которого соединены через последовательно включенные первые конденсатор и резистор, а эмиттер и база последовательно соединены через переменный резистор и параллельно включенные индуктивность и второй конденсатор, база биполярного транзистора через диод образует второйвыходпреобразователя, первый вход преобразователя - обшая точка соединения первого резистора и первого конденсатора, второя вход и первый выход — соответственно эмиттер и коллектор биполярного транзистора, а третий вход - обшая точка соединения переменного резистора и индуктивности

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бутусов И. В. "Измерительные информационные системы", П., "Недра", .1970, с. 265.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 313174, кл. G 01 Р 27/00, 27. 05. 70.

ИСК Сф

687411

Фиг.2

Составитель М. Барашков

Редактор Т. Иванова Техред И. Асталош Корректор А- "рипенко

Заказ 5572/43 Тираж 1090 Подписное

IIHHHITH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раущская наб., n. 4/S

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4