Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



автоматизации как основных, так и промежуточных операций и получения минимальных погрешностей измерения для заданных диапазонов частот. Эти методы должны удовлетворять современным требованиям, т. е. обеспечить прямой отсчет добротности; функциональную универсальность; достаточно полную автоматизацию всех операций измерения; высокое быстродействие; технологичность для массового производства. Перечисленным требованиям в наибольшей степени удовлетворяют следующие три метода: самовозбуждения, ударного возбуждения, расстройки частоты.

Метод самовозбуждения является разновидностью метода отношения напряжений, в котором добротность определяется как отношение выходного напряжения последовательного колебательного контура к входному.

Основное принципиальное отличие метода самовозбуждения от обычного метода отношения напряжений состоит в том, что он исключает необходимость иметь в приборе такой сложный узел, как широкодиапазонный генератор. Колебательное напряжение в измерительном контуре создается за счет автоколебательного режима, получаемого путем охвата широкополосного усилителя положительной обратной связью через измерительный колебательный контур.

Таким образом, при использовании метода самовозбуждения исключается не только широкодиапазонный генератор из структурной схемы прибора, но и самая трудоемкая операция настройки измерительного контура в резонанс.

Метод позволяет реализовать следующие технические характеристики и операции:

диапазон частот 1 кГц - 1 МГц;

цифровой отсчет добротности, частоты и напряжения на измеряемом устройстве;

автоматизацию процессов измерения - настройки в резонанс, переключения пределов измерения по частоте и добротности;

хорошую развязку измерительного контура от внешних цепей;

отсутствие составляющей погрешности измерения добротности за счет активного сопротивления входного элемента связи;

уменьшение уровня напряжения на измеряемом объектедо 300 мВт;

поддержание постоянного уровня напряжения независимо от значения измеряемой добротности на измеряемом объекте;

плавную регулировку напряжения на измеряемом объекте;

отсутствие методической погрешности измерения малых значений добротности

6 = (1/1-6-6)76.

Структурная схема измерителя добротности с самовозбуждением показана на рис. 6.4. Измерительный контур, в состав которого входит измеряемая катушка индуктивности, включен в цепь положительной обратной связи последовательно соединенных фазосдвигающего устройства и усилителя с регулируемым коэффициентом усиления. Вход контура соединен с входом устройства стабилизации амплитуды, состоящего из дифференциального усилителя, источника опорного напряжения, подключенного к одному из входов усилителя и амплитудного детектора, с помощью которого другой вход усилителя связан с входом измерительного контура. Выход устройства стабилизации амплитуды подключен к управляющему входу усилителя Параллельно измерительному контуру включен блок измерения отношения напряжений.

В процессе работы схемы, если выполняется условие баланса фаз и амплитуд в автоколебательной цепи, состоящей из усилителя, фазосдвигающего устройства, измерительного контура, происходит нарастание амплитуды автоколебаний. Баланс фаз обеспечивается фазосдвигающим устройством, а баланс амплитуд достигается тем, что в исходном состоянии коэффициент усиления усилителя больше

»Jimj/e™„,

где Qmin - минимальная измеряемая добротность; mi и - коэффициенты деления входного и выходного делителей измерительного контура соответственно.

Когда напряжение на выходе амплитудного детектора превысит заданное источником опорного напряжения, на управляющий вход усилителя поступит усиленный сигнал ошибки, уменьшающий коэффициент передачи последнего. Это уменьшение происходит до значения, определяющего установившийся режим в автоколебательной цепи при заданном значении напряжения, вводимого в измерительный контур. Из-за инерционности устройства стабилизации амплитуд коэффициент усиления за время, равное периоду колебаний, уменьшается на небольшое значение, поэтому схеме почти не присуща погрешность, вызванная несинусоидальностью вводимого в контур напряжения. Однако она обладает узкой полосой частот и небольшим диапазоном измеряемых добротностей, что объясняется неустойчивостью автоколебаний, возникающих при уменьшении измеряемых добротностей и повышении частоты.



Амплитудный детектор

Блок измерения отношений напряжений

Измерительный контур

Усилитель с переменным коэффициентом усиления

Фазос двигающая цепь

Дифференциальный усилитель

Источник опорного напряжения

Устройство I стабилизации напряжения J

Рис. 6.4. Структурная схема измерителя добротности с самовозбуждением

Неустойчивость автоколебаний вызвана уменьшением времени установления переходных процессов в контуре по отношению ко времени установления переходных процессов в устройстве стабилизации амплитуды. Эти процессы определяются постоянной времени амплитудного детектора Тдет = = RC и постоянной времени измерительного контура Хк = 2(2/(в.

При ХдетТк устройство стабилизации алшлитуды успевает следить за изменением уровня напряжения на контуре, а в этом случае можно относительно легко добиться поддержания необходимого коэффициента для устойчивого режима автоколебаний. Когда Тдет » Ч, переходные процессы в контуре протекают гораздо быстрее, чем в амплитудном детекторе; наступает режим пре-

Устройство стабилизации амплитуды

Усилитель генераторный

Измерительный контур

Усилитель измерительный

Устройство регистрации возбуждения

Блок измерения отношения напряжений

Рис. 6.5. Структурная схема измерителя добротности с положительной обратной связью

рываемой генерации в связи с тем, что устройство стабилизации амплитуды не будет успевать реагировать на кратковременные действия внешних факторов, приводящих колебательную систему к срьшу генерации.

Отсутствие широкополосных фазосдви-гающих устройств на п/2, трудность изготовления усилительных цепочек с частотно-независимым фазовым сдвигом и аттенюаторов с неизменяемым фазовым сдвигом при регулировке их коэффициента передачи затрудняет вьшолнение широкополосных усилителей путем включения в их состав фазосдвигающего устройства с постоянным сдвигом фазы на 90°.

На рис. 6.5 представлена структурная схема, в которой о значении добротности измерительного контура можно судить по факту возникновения автоколебаний. В начале работы измерительный контур подключается в цепь положительной обратной связи измерительного усилителя, после чего коэффициенты усиления обоих усилителей плавно увеличивают до возникновения автоколебаний в цепи контур - измерительный усилитель. Наличие автоколебаний определяется устройством регистрации возбуждения. Этим же устройством фиксируется коэффициент усиления измерительного усилителя, при котором произошло возбуждение, и переключается измерительный контур в цепь обратной связи генераторного усилителя.

Режим устойчивых автоколебаний обеспечивается устройством стабилизации амплитуды. Добротность измеряется блоком измерения отношения напряжения по амгши-туде сигналов на выходе и входе измерительного усилителя.

Эта схема в отличие от предыдущей имеет следующие недостатки:



Индикатор

Измерительный

Фазовый детектор

»

Генератор пилообразного

контур

напряжения

Усилитель

Управляемый

фазовращатель

Рис. 6.6. Структурная схема широкодиапазонного измерителя добротности

более высокую погрешность, которая вызвана тем, что добротность измеряется в неустановившемся режиме, когда

, к > mjmJQ;

малое быстродействие из-за большого времени нарастания амплитуды колебаний до порога срабатывания устройства регистрации возбуждения;

затруднение измерения параметров нелинейных элементов в неустановившемся режиме.

На рис. 6.6 изображена структурная схема измерителя добротности, обеспечивающая широкую полосу рабочих частот и большой диапазон измеряемых добротностей. В этой схеме обеспечение устойчивого возбуждения измерительного контура, на резонансной частоте осуществляется введением в состав усилителя управляемого фазовращателя, фазовый сдвиг которого может изменяться от О до 180° во всей полосе частот.

Для установки фазовращателем фазового сдвига усилителя, равного 90°, применяется устройство поиска и поддержания фазы, состоящее из последовательно соединенных фазового детектора, подключенного параллельно контуру, и управляемого генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с управляющим входом фазовращателя (рис. 6.6). В исходном состоянии, когда сигнал на входе и выходе усилителя отсутствует, а выходное напряжение фазового детектора равно нулю, с выхода генератора на управляющий вход фазовращателя поступает возрастающее напряжение, изменяющее фазовый сдвиг усилителя. При выполнении фазовых и амплитудных условий на одной из частот произойдет самовозбуждение усилителя. Если самовозбуждение произошло при сдвиге фазы, меньшем 90°, то на выходе фазового детектора появится сигнал отрицательной полярности, а на этот сигнал управляемый генератор не реагирует. Фазовый сдвиг усилителя продолжает расти.

Как только он превысит 90°, на выходе фазового детектора появится возрастающий сигнал положительной полярности. Вследствие этого скорость изменения выходного напряжения генератора уменьшится до нуля, и на управляемый фазовращатель будет поступать постоянное напряжение, при котором сдвиг фазы усилителя будет близок к 90°.

Если сдвиг фазы усилителя станет больше 90°, то возрастет положительное напряжение на выходе фазового детектора, в результате чего уменьшится выходное напряжение генератора, а это в свою очередь приведет к уменьшению сдвига фазы усилителя до 90°.

При решении задачи обеспечения режима устойчивых колебаний при небольших нелинейных искажениях выходного сигнала усилителя в схему на рис. 6.6 в состав усилителя вводится цепь с безьшерционной нелинейной характеристикой, а режим автоколебаний поддерживается при одном и том же заданном напряжении на входе этой цепи. В этом случае состав и удельный вес высших гармоник в выходном сигнале цепи с нелинейной характеристикой будет всегда постоянным и погрешность в измерении добротности можно исключить (рис. 6.7).

Структурная схема измерителя добротности, реализующая описанный выше метод самовозбуждения, состоит из следующих основных узлов: измерительного контура, генераторного усилителя, блока измерения отношения напряжений, содержащего преобразователь переменного напряжения в постоянное, преобразователь напряжения и отношения напряжений в интервал времени, и частотомера.

Измерительный контур имеет в своей составе входной и выходной делители напряжения и является одним из основных узлов, определяющих погрешность измерения добротности.

Результирующая погрешность метода

Измерительный контур

Усилитель

Блок измерения отношения напряжений

Частотомер

Рис. 6.7. Структурная схема цифрового измерителя добротности



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 [76] 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.0121