Мостовое устройство

 

Изобретение относится к мостовым устройствам, предназначенным для измерения активных и реактивных сопротивлений и может найти применение в различных областях приборостроения и измерительной техники. Изобретение позволяет исключить синфазный сигнал на выходе мостового устройства, что является техническим результатом. Мостовое устройство содержит две цепочки, состоящие из двух последовательно соединенных сопротивлений Rl, R2 и R3, R4, источники питания, усилитель. Условие равновесия мостового устройства описывается выражением R1/R2+1=KR3/R4, где Rl, R2, R3, R4 - сопротивления, К - коэффициент передачи усилителя. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к мостовым устройствам, используемым для измерения активных и реактивных сопротивлений, и может найти применение в различных областях приборостроения и измерительной техники.

Известное мостовое устройство Машкинова, являющееся прототипом (патент РФ N 2138056, G 01 R 17/14, 17/10, Б.И.N 26, 20.09.99 г.), содержит две цепочки, состоящие из двух последовательно соединенных сопротивлений, источники питания, в качестве которых применены стабилизатор тока и инвертор напряжения, причем к первому выходу стабилизатора тока подключены первый вход инвертора напряжения и цепочка, состоящая из двух последовательно соединенных сопротивлений R1, R2, между точкой соединения этих сопротивлений и выходом инвертора напряжения подключена вторая цепочка, состоящая из двух последовательно соединенных сопротивлений R3, R4, а выходом мостового устройства является промежуток между точкой соединения сопротивлений второй цепочки и точкой заземления второго выхода стабилизатора тока, второго входа инвертора и сопротивления R2, причем условие баланса мостового устройства описывается выражением KR1R3= R2(R4-KR3-KR1), где R1, R2, R3, R4 - сопротивления мостового устройства, K - коэффициент передачи инвертора.

Недостатками этого мостового устройства являются применение инвертора напряжения с единичным коэффициентом усиления и стабилизатора тока, а не произвольного источника питания, что сужает область применения устройства.

Задачей изобретения является расширение области применения мостового устройства, а также его упрощение.

Задача решается за счет того, что: 1. В мостовом устройстве, используемом для измерения активных и реактивных сопротивлений, содержащем две цепочки, состоящие из двух последовательно соединенных сопротивлений R1, R2 и R3, R4, источник питания, инвертирующий усилитель, к первому выходу источника питания подключены сопротивления R1 и R3 двух цепочек, к точке соединения сопротивлений R1, R2 подсоединен инвертирующий вход усилителя, к выходу усилителя подсоединено сопротивление второй цепочки R4, а выходом мостового устройства является промежуток между точкой соединения сопротивлений R3, R4 и общей точкой второго выхода источника питания, неинвертирующего входа усилителя и сопротивления R2, причем условие равновесия мостового устройства описывается выражением R1/R2+1=KR3/R4, где R1, R2, R3, R4 - сопротивления мостового устройства, K - коэффициент передачи усилителя.

2. В мостовом устройстве, содержащем две цепочки, состоящие из двух последовательно соединенных сопротивлений R1, R2 и R3, R4, два источника питания противоположной полярности, неинвертирующий усилитель, к первому выходу первого источника питания подсоединена цепочка, состоящая из двух последовательно соединенных сопротивлений R1, R2, к точке соединения этих сопротивлений подключен неинвертирующий вход усилителя, вторая цепочка, состоящая из двух последовательно соединенных сопротивлений R3, R4 подключена между выходом усилителя и первым выходом второго источника питания, а выходом мостового устройства является промежуток между точкой соединения сопротивлений R3, R4 и общей точкой вторых выходов первого и второго источников питания, инвертирующего входа усилителя и сопротивления R2.

Применение произвольного источника питания (стабилизатора тока, напряжения, химического источника и т.п.) вместо конкретного стабилизатора тока, а также усилителя, коэффициент передачи которого может быть как больше, так и меньше единицы вместо инвертора с единичным коэффициентом передачи, расширяет области применения мостового устройства, а измененные связи упрощают устройство.

На фиг. 1 приведена схема, поясняющая первый вариант мостового устройства.

Устройство содержит две цепочки 1 и 2, состоящие из двух последовательно соединенных сопротивлений R1, R2 и R3, R4, источник питания 3, инвертирующий усилитель 4. Входное сопротивление усилителя должно быть намного больше величины сопротивлений R1, R2, для того чтобы не учитывать его "шунтирующего" влияния на указанные сопротивления. Тогда условие равновесия мостового устройства можно найти следующим образом. Напряжение в точке соединения сопротивлений R1, R2 равно U1=UR2/R1+R2, где U - напряжение источника питания. Напряжение в точке соединения сопротивлений R3, R4, являющейся выходом мостового устройства, при его равновесии, равно "нулю". Напряжение на выходе усилителя равно U2 = -KUR2/R1+R2.

Учитывая общий для сопротивлений R3, R4 ток в их цепи, можно записать равенство U/R3=KUR2/R4(R1+R2), где K - коэффициент передачи усилителя. Отсюда после упрощения условие равновесия мостового устройства примет вид R1/R2 + 1 = KR3/R4.

На фиг. 2 приведен второй вариант мостового устройства. В нем содержатся два источника питания 3, 5 противоположной полярности. Неинвертирующий вход усилителя 4 подключен к точке соединения сопротивлений R1, R2, а инвертирующий вход заземлен. Цепочка последовательно соединенных сопротивлений R3, R4 подключена между выходами усилителя 4 и второго источника питания 5. Условие равновесия аналогично приведенному выше в первом варианте мостового устройства.

В первом варианте мостового устройства при коэффициенте передачи усилителя K < 1 напряжение питания мостового устройства может превышать напряжение питания стандартных операционных усилителей, т.е. может быть практически любым по величине, достаточно лишь выбрать соответствующую величину сопротивлений, задающих коэффициент передачи усилителя. Это расширяет область применения мостового устройства. Этой же задаче служит применение произвольного источника питания вместо стабилизатора тока.

Предложенные варианты мостового устройства Машкинова имеют более простые уравнения равновесия, упрощающие расчет.

Формула изобретения

1. Мостовое устройство, используемое для измерения активных и реактивных сопротивлений, содержащее две цепочки, первая из которых состоит из последовательно соединенных первого и второго сопротивлений, а вторая - из последовательно соединенных третьего и четвертого сопротивлений, источник питания и усилитель, отличающееся тем, что к выходу источника питания подключены первое и третье сопротивления, к точке соединения первого и второго сопротивлений подсоединен инвертирующий вход усилителя, к выходу которого подсоединено четвертое сопротивление, к общей точке устройства и источника питания подключено второе сопротивление и неинвертирующий вход усилителя, а выходом устройства является общая точка третьего и четвертого сопротивлений, причем условие равновесия мостового устройства описывается выражением R1/R2+1= KR3/R4, где R1, R2, R3, R4 - величины первого, второго, третьего и четвертого сопротивлений, соответственно, К - коэффициент передачи усилителя.

2. Мостовое устройство, используемое для измерения активных и реактивных сопротивлений, содержащее две цепочки, первая из которых состоит из последовательно соединенных первого и второго сопротивлений, а вторая - из последовательно соединенных третьего и четвертого сопротивлений, два источника питания, включенных в противоположной полярности, усилитель, отличающееся тем, что к выходу первого источника питания подключена первая цепочка, к точке соединения первого и второго сопротивлений подключен неинвертирующий вход усилителя, вторая цепочка подключена между выходом усилителя и выходом второго источника питания, к общей точке устройства и первого и второго источников питания подключено второе сопротивление и инвертирующий вход усилителя, а выходом мостового устройства является точка соединения третьего и четвертого сопротивлений, причем условие равновесия мостового устройства описывается выражением R1/R2+1=KR3/R4, где R1, R2, R3, R4 - величины первого, второго, третьего и четвертого сопротивлении, соответственно, К - коэффициент передачи усилителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2