Мостовое устройство для измерения параметров трехэлементных двухполюсников

 

Использование в электроизмерительной технике и в автоматике, телемеханике и связи Сущность изобретения устройство дополнительно снабжено одним регулируемым резистором, двумя детекторами, служащими для определения экспоненциальной формы напряжения, а также взаимосвязями между элементами Введение регулируемого резистора и двух детекторов приводит к повышению точности измерения при малых параметрах К обьекта измерения 1 ил Ј

СОК)3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

s G 01 R 17/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4899720/21 (22) 08.01,91 (46) 15.09.92; Бюл. N. 34 (71) Самарский институт инженеров железнодорожного транспорта им. M.T.Елизарова (72) M.M.ÇèíèH (56) Авторское свидетельство СССР

N. 938167. кл. G 01 R 17/10, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N..1219970, кл. G 01 Я 17/10, 1988.

Каменев Л.B., Ермильцев В.П., Кон А.М.

Автоматический диэльнометр в сб. Автоматизация химических производств. Госкомитет по химии, Вып, 2, 1963, с.50-53.

Измерение в электронике, под ред.

В.А.Кузнецова. М., Энергоатомиздат, 1987, с.510.

Авторское свидетельство СССР

N 1307354, кл. G 01 R 17/10 1989.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а более конкретно к мостовым цепям и может быть использовано в автоматике, телемеханике. связи.

Известно устройство. предназначенное для измерения параметров трехэлементных двухполюсников. содержащее первый и второй операционные усилители, к входу первого подключен резистор, к входу второго— регулируемый резистор, в цепь отрицательной обратной связи второ о включен конденсатор, дифференциальный усилитель, нуль-индикатор, источник напряжения и объекты измерения. Имеются интегратор, дифференциатор, два ключа, третий операционный усилитель, регулируемый конденсатор, резистор, сумматор, детектор определения линейности переходного на Ы, 1762247 Al (54) МОСТОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛНЭСНИКОВ (57) Использование: в электроизмерительной технике и в автоматике, телемеханике и связи. Сущность изобретения: устройство дополнительно снабжено одним регулируемым резистором, двумя детекторами, служащими для определения экспоненциальной формы напряжения, а также взаимосвязями между элементами. Введение регулируемого резистора и двух детекторов приводит к повышению точности измерения при малых параметрах К объекта измерения. 1 ил. пряжения, детектор выделения информации о наличии линейной составляющей, входы двух операционных усилителей через резисторы соединены с интегратором, шунтированным ключом, соединенным с генератором прямоугольных импульсов, вход третьего операционного усилителя через объект измерения соединен с выходом интегратора, в цепь отрицательной обратной связи третьего операционного усилителя, выход которого через дифференциатор, шунтированный ключом, соединен с первым входом дифференциального усилителя и детектором определения линейности переходного напряжения, включают последовательно соединенные резистор и регулируемый конденсатор. в цепь отрицательной обратной связи первого операци1762247 онного усилителя включен регулируемый резистор, а выходы первого и второго операционных усилителей через сумматор соеди н я ют с вт(2р ы м входаM дифференциального усилителя, выход которого присоединен к первому входу детектора выделения информации о наличии линейной составляющей, второй вход которого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов.

Рассматриваемое устройство обладает низкой точностью измерения при малых параметрах К /1/ (и сравнительно больших постоянных времени объекта измерения) вследствие неточности установления раВеНсТВВ регулируемого нуля пол осу изображения выходного напряжения операционного усилителя 5.

Известно устройство, содержащее генератор прямоугольных импульсов, соединенный с интеграторам. шунтированным клю ом. Выход инте(ратора через резистор соединен с входом операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен объект измерения. Выход операционного усилителя соединен через регулируемый резистор с входом операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи катара го BK/Iючен конденсатор. Выход операционного усилиTell#1 через резистор соединен со входом операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор. Выходы операционных усилителей соединены с входами сумматора, выход которого через диффеРенциатор, шунтированный ключом, соединен с детектором определения линейнос:,и переходного напряжения, Выход генератора прямоугольных импульсов через резистор соединен с операционным усилителем, в цепь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор. Выход операционного . усилителя соединен с сумматором, соединенным с одним входом дифференциального усилителя. Выход генератора прямоугольных импульсов через регулируемый резистор соединен с входам

50 дифференциального усилителя, выход кото- 55 рого соединен с нуль-индикатором и с детектором выделения информации о наличии линейной составляющей.

В этом устройстве имеется низкая точность измерения при малых параметрах К операционного усилителя. в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор. Выход опeðàöèoíiloão усилителя соединен с сумматором. Выходдифференциатара соединен с вторым входом

45 импеданса объекта измерения, что обусловлено неточностью установления равенства регулируемого нуля полюсу изображения выходного напряжения сумматора. Причиной является высокая погрешность, в данном случае вызванная детектором определения линейности переходного напряжения. Малые коэффициенты К (при постоянной времени порядка 10 сек) встречаютсяпри измерениях состава бинарных растворов. влажности веществ с использованием ем

Для достижения пост вленной цели устройство, содержащее генератор прямоугольных импульсов, операционный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор, второй операционный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включен перемеHHblvI резистор, выходы. ооаих ап-.рациîiiных усилителей присоединены к сумматору, соединснному с дифференциатаром, шунтированным ключом, интегратор, шунтираванный вторым ключом, резистор, соединенный с инвертирующим входом третьего операционного усилителя, в цепь отрицательной обратнаи связи которого включен измеряемый двухполюсник, четвертый операционный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор, соединен со вторым сумматором, который соединен с выходом пятого операционного усилителя, s цепь отрицательной обратной связи к торого включен конденсатор, а инвертирующий вход через регулируемый;,езистор соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов. Выход второго сумматора и выход интегратора соединены со.входами третье:о сумматора, к выходу которого подкл ачен нуль-индикатор. Име.атся два резистора и два регулируемых резистора. Устройство снабжено одним регулируемым резистором, двумя детекторами, служащими для определения зкспоненцлальнай формы напряжения..

Генератор npRMQóãoëI-ÿûõ импульсов через два резистора подключен к инвертирующим входам операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого параллельно конденсатору включен переменный резистор, и второго операционного усилителя. Дифференциатор подключен к резистору, соединенному с инвертирующим входом тьетьего операционного усилителя, выход которого подключен через интегратор к детектору, служащему для определения экспоненци1762247 альной формы напряжения. В цепь отрицательной обратной связи пятого операционного усилителя параллельно конденсатору . включен регулируемый резистор, Инвертирующий вход четвертого операционного 5 усилителя через регулируемый резистор соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов. Выход третьего сумматора соединен со вторым детектором, служащим для определения экспоненциальной формы 10 напряжения.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит генератор прямоугольных импульсов 1, соединенный через 15 резистор 2 с инвертирующим входом операционного усилителя 3, в цепь отрицательной обратной связи которого параллельно включены регулируемый резистор 4 и конденсатор 5. Выход операционного усилите- 20 ля 3 соединен с сумматором 6, соединенным с операционным усилителем

7, в цепь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор 8, к инвертирующему входу подключен рези- 25 стор 9, соединенный с выходом генератора прямоугольных импульсов 1, Сумматор 6 через дифференциатар 10, параллельно которому включен кляч 11 подключен к резистору 12, соединенному с инвертирую- 30 щим входом операционному усилителю 13, в цепь отрицательной обратной связи котоpolo включен измеряемый двухполюсник

14. Выход операционного усилителя ",3 через интегратор 15, параллельно которому 35 включен ключ 16, соединен с детектором, служащим для определения экспоненциальной формы напряжения 17. Выход генератора прямоугольных импульсов 1 через резистор 18 соединен с инвертирующим 40 входом операционного усилителя 19, в цепь отрицательной обратной связи которого параллельно включены регулируемый резистор 20 и конденсатор 21. Выход операционного усилителя 19, соединен с 45 сумматором 22, соединенным с выходом операционного усилителя 23, в цепь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор 24. а к инвертирующему входу подключен регулируемый рези- 50 стор 25, соединенный с выходом генератора прямоугольных импульсов 1. Сумматор 22 соединен с сумматором 26, подключенным к выходу интегратора 15, к детектору, служащему для определения экспоненциаль- 55 ной формы напряжения 27, нуль-индикатору 28.

Устройство работает следующим образом, Операторное сопротивление объекта измерения 14 описывают выражением

Р— К Г

Р+а где К, a,P — масштабный коэффициент, полюс и нуль объекта измерения 14;

n = О, + 1 — в зависимости от вида объекта 14 измерения (трехэлементного двухполюсника);

P — комплексный параметр.

При и = 0 ключи 11 и 16 замкнуты, при и = 1 ключ 11 разомкнут, а ключ 16 замкнут, при

n = -1 ключ 11 замкнут, а ключ 16 разомкнут.

Напряжение на выходе сумматора 6, при условии, что в промежутках между прямоугольными импульсами переходные процессы s цепи затухают, равно

Е 1 1 +ЕRB

P Rg Cs P + 1 Rg Cg P Rg 4С5

=Š— е — Š— +Е—

R2 2 R9 где Š— амплитуда прямоугольных импульсов;

Вг, R4, Ra, Rg — активные сопротивления резисторов 2, 4, 8, 9;

ф— емкость конденсатора 5.

При условии я — /В4С5 — -= — — е п2 Р2

- я,c,U5(t) =- E — е.

К4

R, При замкнутых ключах 11 и 16 напряжение на выходе операционного усилителя 13 равно

Я4 1 1 Р+Я

"" = 11, Г ттГГ, В„ а+а =.

R4 1/R4C5 — -1 й4с5

=Е К е

Rg 12 1 В4С5 — гх

-га

Й4 а—

R2R12 " C5R4 а где R)2 — сопротивление резистора 12.

Регулировкой резистора R4 добиваются того, что О1з(т) является экспоненциальной функцией (при этом Ва также изменяют, чтой4 R8 бы поддерживалось условие — = — ), Mo 2 R9 мент когда

Я4С55 засекают по детектору, служащему для определения экспоненциальной формы напряжения 17.

На выходе сумматора 22 получают аналогично напряжению на выходе сумматора

6 напряжение

Я20 Й20С21

Uzz= Е е п18 при условии

1762247

R20 R24 где Й2о, R18, Й24, R25 — сопротивления Резисторов 18, 20, 24, 25;

С21 — емкость конденсатора 21. 5

На выходе сумматора 26 получают напряжение

U28 =— ГХ P

ЕЯ вЂ”, —R,,— R„- КтЛ: Я;=-

Регулируя Й2о (при .выполнении условия

Й20 Й24 — = — ) получают

R 18 Й25

ГХ =

Выполнение данного условия определяют с помощью детектора, служащего для определения экспоненциальной формы напряжения 27, Тогда

028 = ЕГ%О R4 К ГХ Я У вЂ” а(Й 18 R2R12 17С5Й4 — Гх

Регулировкой Й18 (при выполнении условия Й18 = R25) добиваются

Й2о R4 Гх — Р

R 18 Й2Й 12 С5Й4

Выполнение данного условия определяют с помощью нуль-индикатора 28. ЗО

Тогда

К—

Й20 R2R12 1/С5Й4 — Гх

R18 R4 Гх — Д

Мостовое устройство, предназначенное для измерения параметров трехэлементных 35 схем замещения, используемое в лабораторной практике, описано в /3/,. При малых значениях параметра К наблюдается увеличение погрешностей измерения. описанного в /3/ мостового устройства, Кроме того, 4р необходимо априорное знание одного параметра схемы замещения для проведения измерений данным мостом, Введение регулируемого резистора и двух детекторов, служащих для определе- 45 ния экспоненциальной формы напряжения, приводит к повышению точности измерения при малых параметрах К объекта измерения. Данный эффект вызван тем, что в устройстве, выбранном в качестве прототипа, 5р квазиравновесное состояние (равенство нуля полюсу) проявляется в появлении линейной составляющей напряжения. При малом

К напряжение медленно растет и его форму трудно зафиксировать детектором опреде- 55 ления линейности переходного напряжения. В заявляемом устройстве используются детекторы. служащие для определения экспоненциальной формы напряжения, на работе которых малое значение К сказывается в меньшей степени.

Потребности в измерении параметров емкостных датчиков, представленных трехэлементными схемами замещения, с малым значением К существуют при изучении бинарных растворов. влажности и т,д.

Формула изобретения

Мостовое устройство для измерения параметров трехэлементных двухполюсников, содержащее регулируемый резистор, генератор прямоугольных импульсов, резистор, первый операционный усилитель. в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор. второй операционный усилитель. в цепь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор, а инвертирующий вход которого соединен с резистором. выходы обоих операционных усилителей присоединены к входам сумматора, выход которого соединен с входом дифференциатора, параллель- . но которому включен ключ, интегратор, параллельно которому включен второй ключ, резистор; соединенный с инвертирующим входом третьего операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включены клеммы для подключения измеряемого двухполюсника, четвертый операционный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор, соединенный с одним входом второго сумматора, другой вход которого соединен с выходом пятого операционного усилителя. в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор, а инвертирующий вход через регулируемый резистор соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов. выход второго сумматора соединен с первым входом третьего сумматора, к выходу которого подключен нуль-индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что; с целью повышения точности, оно снабжено двумя регулируемыми резисторами, двумя детекторами для определения экспоненциальной формы напряжения. выход генератора прямоугольных импульсов соединен через регулируемый резистор с инвертирующим входом четвертого операционного усилителя, через резистор — с инвертирующим входом первого .операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого параллельно конденсатору включен регулируемый резистор. и с вторым выводом резистора, первый вывод которого соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, выход дифференциатора соединен с вторым выводом оеэистора, первый вывод которого сое10

1762247

Составитель M.Çèíèí

Техред M.Ìoðãåíòàë . Корректор M.Äåì÷èê

Редактор

Заказ 3257 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. ужгород, ул.Гагарина, 101 динен с инвертирующим входом третьего операционного усилителя, выход которого через интегратор соединен с входом перво- . го детектора для определения экспоненциальной формы напряжения, в цепь 5 отрицательной обратной связи пятого oneрационного усилителя параллельно конденсатору включен регулируемый резистор, второй вход третьего сумматора соединен с выходом интегратора, а выход его — с входом второго детектора для определения зкспоненциальной формы нап ряжения.