Квазиуравновешенный мост для измерения эквивалентных электрических параметров пьезоэлектрических резонаторов

 

Изобретение относится к измерительной технике. Может быть использовано для измерения динамического сопротивления, динамической и статической емкости, динамической индуктивности пьезоэлектрических резонаторов . Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет раздельного .z.i (Л sl СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОтнРытий (21 ) 391 3926/24-21 (22) 17.06.85 (46) 15.02.87. Бюл, Ф 6 (71) Ивано-Франковский институт нефти и газа (72) Г.А.Штамбергер, А.Г.Конник, В.Г.Плотников и Ю.М.Сорока (53) 621. 317, 733 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1029106, кл. G 01 R29/20,,1981.

Авторское свидетельство СССР

В 849107, кл. С 01 К 29/22, 1979.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1054794, кл. G 0 i R 27/02, 1982.

„„SU„„2 01 9 А1 (51) 4 С 01 R 17/10, С 01 R 27/02, 01R29 22 (54) КВАЗИУРАВНОВЕШЕННЫИ МОСТ ДЛЯ

ИЗМЕРЕНИЯ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

РЕЗОНАТОРОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Может быть испольэовано для измерения динамического сопротивления, динамической и статической емкости, динамической индуктивности пьезоэлектрических резонаторов. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет раздельного

129017 и зависимого уравновешивания. Устройство содержит генераторы 1, 2 синусоидальных сигналов различной частоты, объект измерения 6, вычислитель 36, блоки 37, 38 памяти, блоки

31, 32 вычитания, инвертирующий дифференцирующий усилитель 11 (ДУ), переключатели 3, 4, усилитель 7, сумматор 33 напряжения. Введение инвертирующего повторителя 41, инвертирующих ДУ 12, 13, усилителей 8, 9, 10, интегратора 24, резисторов: образцовых 21-23, переменных 14, 15, 16, переключателя 5, переменного конден9 сатора 40, двухполюсных:выключателей

28, 29, 30, коммутатора 34, генераторов 26, 27 тактовых импульсов, вольтметра 35, индикатора 25 нулевого напряжения, цифрового индикатора

39, образование новых функциональных связей позволило достичь поставленную цель. Определив эквивалентные электрические параметры пьезоэлектрического резонатора, можно с высокой точностью определить другие его характеристики, добротность, частоты последовательного и параллельного резонаторов ° 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения динамического ,сопротивления, динамической и статической емкости и динамической индуктивности пьезоэлектрических резонаторов.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет раздельного и зависимого уравновешивания.

На фиг.1 изображена структурная схема квазиуравновешенного моста для измерения параметров кварцевых резонаторов; на фиг.2 — эквивалентная электрическая схема пьезоэлектрического резонатора °

Квазиуравновешенный мост для измерения эквивалентных электрических параметров пьезоэлектрических резонаторов содержит генераторы 1 и 2 синусоидальных сигналов различной частоты, переключатели 3-5, объект

6 измерения, усилители 7-10, инвертирующие усилители 1 1-13, переменные резисторы 14-16, резисторы 1720, образцовые резисторы 21-23, интегратор 24, индикатор 25 нулевого напряжения, генераторы 26 и 27 тактовых импульсов, двухполюсные выключатели 28-30, блоки 31 и 32 вычитания, сумматор 33 напряжения, коммутатор 34, вольтметр 35, вычислитель 36, блоки 37 и 38 памяти, цифровой индикатор 39, переменный конденсатор 40 и инвертирующий повторитель 41, статическую емкость 42, 5

f0

35 динамическую емкость 43, динамическое сопротивление 44 и динамическую индуктивность 45.

Выходы reнераторов 1 и 2 синусоидальных сигналов через переключатель 3 подключены ко входу инвертирующего повторителя 41 и к одному из зажимов„объекта 6 измерения (пьезоэлектрического резонатора), другой зажим которого соединен со входом усилителя 7 и через переменный конденсатор 40 подключен к выходу инвертирующего повторителя 41 и входу дифференцирующего усилителя 11, а выход последнего через образцовый резистор 21 соединен со входом усилителя 8. Выход усилителя 7 через переменный резистор 14 подключен ко входу усилителя 8, выход которого через образцовый резистор 22 подключен ко входу усилителя 9. Выход усилителя 7 через дифференцирующий усилитель 12 и переменный резистор 15 соединен со входом усилителя 9, выход последнего через образцовый резистор 23 подключен ко входу усилителя 10. Выход дифференцирующего усилителя 12 через дифференцирующий усилитель 13 и переменный резистор 16 соединен со входом усилителя 10, выход которого подключен к индикатору !

125 нулевого напряжения, В цепи отри цательной обратной связи усилителей

7-.10 включены соответственно резисторы 17-20. Вход инвертирующего повторителя 41, выходы интегратора 24 и инвертирующего дифференцирующего

3 12901 усилителя 12 подключены к первому полюсу, а выходы усилителя 7, инвертирующего дифференцирующего усилителя 12 и усилителя 9 подключены соответственно ко второму полюсу двухполюсных выключателей 28-30. Полюса двухполюсных выключателей 28-30 соединены со входами блока 31 вычитания и сумматора 33 напряжения, причем ко входу коммутатора 34 подключены 10 выход блока 31 вычитания, вторрй полюс двухполюсных выключателей 28-30 и выход сумматора 33 напряжения.

Выход коммутатора 34 через вольтметр 35 соединен со входом вычислителя 36, выход которого через переключатель 4 подключен к входам блоков 37 и 38 памяти, выходы последних соединены со входами блока 32 вычитания. Выходы блока 38 памяти и бло- 20 ка 32 вычитания через переключатель

5 соединены со входом цифрового индикатора 39. Выход генератора 26 тактовых импульсов соединен с управляющими входами переключателей 3 и 4, 25 а выход генератора 27 тактовых импульсов соединен с управляющими входами коммутатора 34 и вычислителя 36, причем синхронизирующие входы генераторов 26 и 27 тактовых импульсов соединены между собой, 1

Квазиуравновешенный мост для измерения эквивалентных электрических параметров пьезоэлектрических резисторов работает следующим образом.

Генератор 26 тактовых импульсов периодически и в два такта управляет переключателями 3 и 4. При этом в первом такте измерительная цепь пи- 40 тается от генератора 1 синусоидального сигнала, а во втором такте — от генератора 2 синусоидального сигнала.

Аналогично в первом такте выход вычислителя 36 подключен ко входу блока45

37 памяти, а во втором такте — ко входу блока 38 памяти. Частоты генераторов 1 и 2 синусоидальных сигналов выбираются близкими к частоте последовательного резонанса пьезоэлектри-50 ческого резонатора.

На выходе усилителя 7 возникает напряжение, пропорциональное разности комплексных сопротивлений объекта 6 измерения и переменного конденсатора 40. На первом этапе замыкается двухполюсный выключатель 28 и на входах блока 31 вычитания и сумматора

33 напряжения появляются напряжение .

79 генератора 1 синусоидального сигнала (для первого такта) и напряжение с выхода усилителя 7. На входах коммутатора 34 возникают разность этих напряжений (через блок 31 вычитания) и сумма этих напряжений (через сумматор 33 напряжения). Поскольку частота генератора 27 тактовых импульсов в три раза выше частоты генератора 26 тактовых импульсов, то за один такт генератора 26 происходит три последовательных подключения входов коммутатора к его выходу. Вольтметр-35 последовательно измеряет напряжение на выходе коммутатора 34 и эти результаты в цифровом коде заносятся в вычислитель 36, который производит над ними простейшие арифметические операции. Работа коммутатора

34 и вычислителя 36 синхронизирована от генератора 27 тактовых импульсов.

Результаты вычислений на частотах генераторов 1 и 2 синусоидальных сигналов через переключатель 4 заносятся в блоки 37 и 38 памяти, где запоминаются. В момент занесения информации в блоки 37 и 38 памяти ранее записанная в них информация автоматически стирается. Цифровой индикатор

39 индицирует разность результатов, записанных в блоках 37 и 38 памяти, полученную от блока 32 вычитания.

Изменением емкости переменного KOH денсатора 40 добиваются нулевого значения на цифровом индикаторе 39. При этом значение искомой статической емкости 42 (С ) пропорционально емкости переменного конденсатора 40 (первое состояние квазиравновесия).

На втором этапе размыкается двухполюсный выключатель 28 и замыкается двухполюсный выключатель 29. На выходе усилителя 8 образуется напряже1 ние, пропорциональное значению сопротивления переменного резистора 14, разности напряжений с выхода усилителя 7 с учетом выполнения условия первого состояния квазиравновесия и напряжению с выхода дифференцирующего усилителя 11, Напряжение с выхода усилителя 8 через интегратор 24 подается на первый полюс, а напряжение с выхода дифференцирующего усилителя

12 подается на второй полюс двухполюсного выключателя 29. Преобразование этих напряжений происходит аналогично работе устройства на первом этапе, Изменением сопротивления переменного резистора 14 добивается нуле129017 вого значения на цифровом индикаторе 39. При этом значение искомой динамической емкости 43 (C) пропорционально значению сопротивления переменного резистора 14 (второе состояние квазиравновесия).

На третьем этапе размыкается двухполюеный выключатель 29, gàìûêàåòñÿ двуполюсный выключатель 30 и переключатель 5 переводится в положение, 10 соединяющее выход блока 38 памяти с цифровым индикатором 39. На усилителе 9 возникает напряжение, пропорциональное значению сопротивления переменного резистора 15, разности нап-15 ряжений с выхода усилителя 8 и выхода дифференцирующего усилителя 12 (с учетом выполнения условий первого и,второго состояний квазиравновесия) .

На входы блока 31 вычитания и сумма- 20 тора 33 напряжения поступают с выхода дифференцирующего усилителя 12 и с выхода усилителя 9. Работа блока

31 вычитания, сумматора 33 напряжения, коммутатора 34, вольтметра 35, 25 вычислителя 36, переключателя 4 и блока 38 памяти аналогична их работе на первом этапе измерений. На цифровом индикаторе 39 индицируется информация, находящаяся в блоке 38 памяти, Изменением сопротивления переменного резистора 15 добиваются нулевого значения на цифровом индикаторе 39. При этом значение искомого динамического сопротивления 44 (К) 35 пропорционально значению сопротивления переменного резистора 15 (третье состояние кваэиравновесия).

На выходе усилителя 10 появляется напряжение, пропорциональное зна- 40 чению сопротивления переменного напряжения 16 и разности напряжений с выхода усилителя 9 и дифференцирующего усилителя 13, (с учетом выпол-. нения условий трех состояний квазиравновесия). Изменением сопротивления переменного резистора 16 добиваются равенства нулю напряжения с выхода усилителя 10 что фиксируется индикатором 25 нулевого напряже.— ния (состояние равновесия) ° При этом значение искомой динамической индуктивности 45 (1.) пропорционально значению сопротивления переменного резистора 16. 55

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет производить измерения с высокой точностью полной — че9 6 тырехэлементной электрической схемьi замещения пьезоэлектрического резонатора при помощи квазиуравновешен— ного моста с независимыми регулировками. Кроме того, определив эквивалентные электрические параметры пьезоэлектрического резонатора, можно с высокой точностью определить другие его характеристики — добротность, частоты последовательного и параллельного резонансов.

Формула изобретения

Квазиуравновешенный мост для измерения эквивалентных электрических параметров пьезоэлектрических резонаторов, содержащий два генератора синусоидальных сигналов, выходы которых через первый переключатель соединены с первой клеммой для подключения объекта измерения, вторая клемма для подключения которого соединена с входом первого усилителя, вычислитель, выход которого через второй переключатель подключен соответственно к входам первого и второго блоков памяти, выходы которых соединены соответственно с входами первого блока вычитания, первый инвертирующий дифференцирующий усилитель, второй блок вычитания, сумматор напряжения, при этом управляющие входы первого и второго переключателей соединены между собой, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет раздельного и зависимого уравновешивания моста, в него введены инвертирующий повторитель, второй и третий инвертирующие дифференцирующие усилители, второй, третий и четвертый усилители, интегратор, три образцовых резистора, три переменных резистора, переменный конденсатор, три двухполюсных выключателя, третий переключатель, коммутатор, два генератора тактовых импульсов, вольтметр, индикатор нулевого напряжения и цифровой индикатор, при этом выход первого переключателя через последовательно соединенные йнвертирующий повторитель, первый инвертирующий дифференцирующий усилитель и первый образцовый резистор соединен с входом второго усилителя, выход инвертирующего повторителя через переменный конденсатор соединен с входом первого усилителя, выход которого через первый переменный резистор под1290179

Составитель В. Семенчук

Техред В. Кадар т

Корректор И.Эрдейи

Редактор А.Ревин

Заказ 7894/40

Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðîä, ул. Проектная, 4 ключен к входу второго усилителя, выход которого соединен с входом интегратора и через второй образцовый резистор подключен к входу третьего усилителя, выход первого усилителя через последовательно соединенные второй инвертирующий дифференцирующий усилитель и второй переменный резистор соединен с входом третьего усилителя,выход которого через третий об- 0 разцовый резистор подключен к входу четвертого усилителя, выход второго инвертирующего дифференцирующего усилителя через последовательно соединенные третий инвертирующий дифференцирующий усилитель и третий переменный резистор подключен к входу четвертого усилителя, выход которого соединен с входом индикатора нулевого напряжения, вход инвертирующего повторителя, выходы интегратора и второго инвертирующего дифференцирующего усилителя подключены к пер,вым полюсам, а выходы первого усилителя, второго инвертирующего дифференцирующего усилителя и третьего усилителя подключены к вторым полюсам соответственно, первого, второго и третьего двухполюсных выключателей, полюса которых соединены с соответствующими входами второго блока вычитания и входами сумматора напряжения, а к соответствующим первому,второму и третьему входам коммутатора подключены выход второго блока вычитания, второй полюс первого, второго и третьего двухполюсных выключателей и выход сумматора напряжения, выход коммутатора через вольтметр соединен с входом вычислителя, выход первого генератора тактовых импульсов .соединен с управляющим входом первого переключателя, а выход второго генератора тактовых импульсов подключен к управляющим входам коммутатора и вычислителя, синхрониэирующие входы генераторов тактовых импульсов соединены между собой, при этом выходы первого блока вычитания и второго блока памяти через третий переключатель соединены с входом- цифрового индикатора.