Измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к области измерения физических величин. Измеритель содержит генератор прямоугольных импульсов, двухполюсники объекта измерения и регулируемых элементов, инвертирующий усилитель, аналоговый сумматор, нуль-индикатор. Первый выход генератора подключен к ветви, состоящей из последовательно соединенных двухполюсника объекта измерения и двухполюсника регулируемых элементов. Вход инвертирующего усилителя соединен с общим выводом двухполюсников, а выход - с первым входом аналогового сумматора. Второй вход сумматора подключен к первому выходу генератора прямоугольных импульсов. Между выходом аналогового сумматора и первым входом нуль-индикатора включен разделительный конденсатор. Изобретение позволяет упростить схему измерителя. 1 ил.

 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, автоматике, промышленной электронике и может быть использовано для контроля и определения параметров объектов измерения, а также физических величин посредством параметрических датчиков.

Известен емкостный электрический мост [1], содержащий генератор трапецеидальных импульсов, мостовую цепь и нуль-индикатор с дифференциальным входом.

Недостатком его является понижение точности за счет составляющей погрешности от неидеального подавления напряжения синфазного сигнала дифференциального усилителя, входящего в нуль-индикатор.

Известен электрический мост переменного тока [2], содержащий генератор импульсов прямоугольной формы, мостовую цепь, два усилителя напряжения неравновесия, на входе одного из них включена интегрирующая цепочка, а на входе второго - схема расширения пикообразных импульсов, визуальный нуль-индикатор.

Недостатком его является усложнение схемы устройства за счет двух каналов преобразования сигналов с выхода мостовой цепи вместо одного.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор прямоугольных импульсов, ветвь из измеряемого двухполюсника и двухполюсника с регулируемыми элементами, неинвертирующий повторитель напряжения, инвертирующий усилитель, двухвходовой аналоговый сумматор, разделительный конденсатор и нуль-индикатор.

Недостатком его является усложнение схемы измерителя за счет необходимости использования в качестве первого (входного) электронного каскада такого каскада, который имеет возможно большее входное сопротивление и возможно малую входную емкость, так как эти паразитные параметры включаются в измерительную цепь и вносят соответствующие составляющие погрешности измерения.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в упрощении схемы измерителя параметров двухполюсников.

Это достигается тем, что в измерителе параметров двухполюсников, содержащем генератор прямоугольных импульсов, первый выход которого подключен к ветви, состоящей из последовательно соединенных двухполюсника объекта измерения и двухполюсника регулируемых элементов, каждый из этих двухполюсников содержит параллельно соединенные резистор и конденсатор, инвертирующий усилитель, выход которого соединен с первым входом двухвходового аналогового сумматора, второй вход его подключен к первому выходу генератора прямоугольных импульсов, разделительный конденсатор, включенный между выходом аналогового сумматора и первым входом нуль-индикатора, второй вход нуль-индикатора - вход синхронизации соединен со вторым выходом генератора прямоугольных импульсов - выходом синхронизации; вход инвертирующего усилителя соединен с общим выводом двухполюсника объекта измерения и двухполюсника регулируемых элементов.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена функциональная схема измерителя параметров двухполюсников.

Измеритель параметров двухполюсников содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, последовательно соединенные двухполюсник объекта измерения из параллельно включенных резистора 2 (R2) и конденсатора 3 (С3) и двухполюсник регулируемых элементов из параллельно включенных резистора 4 (R4) и конденсатора 5 (C5). Эта цепь (ветвь) подключена к первому выходу генератора. Общий вывод двух двухполюсников соединен со входом инвертирующего усилителя 6, где 7 (R7) его входной резистор, а 8 (R8) - резистор обратной связи. Выход инвертирующего усилителя соединен с первым входом двухвходового аналогового сумматора 9, второй вход его подключен к первому выходу генератора. Выход аналогового сумматора через разделительный конденсатор 10 подключен к первому входу нуль-индикатора 11. Второй его вход - вход синхронизации соединен со вторым выходом генератора-выходом синхронизации.

Измеритель параметров двухполюсников работает следующим образом. С генератора 1 подается последовательность импульсов прямоугольной формы. При воздействии очередного импульса после окончания переходного процесса напряжение на выходе инвертирующего усилителя 6 не зависит от емкостей конденсаторов 3 и 5 и определяется только сопротивлениями резисторов 2, 4, 7 и 8. В интервале времени от окончания переходного процесса и до окончания импульса генератора импульсное напряжение на входе нуль-индикатора 11, в качестве которого можно использовать осциллограф, имеет плоскую вершину. Значение напряжения ее следует привести к нулю и тем самым выполнить первое условие равновесия

В качестве регулируемого можно выбрать резистор 8.

После выполнения первого условия равновесия (1) напряжение на выходе аналогового сумматора 9 имеет форму экспоненциальных всплесков в начале импульса с генератора и после его окончания. Регулировкой значения емкости конденсатора 5 они приводятся к нулю и в результате выполняется второе условие равновесия

Отсчет значений искомых параметров берется из условий равновесия (1), (2)

В данном измерителе параметров двухполюсников реализован нетрадиционный в мостовых измерениях путь - путь учитывания входного сопротивления первого (входного) электронного каскада в отсчете значений искомых параметров. Здесь первым электронным каскадом является инвертирующий усилитель 6. Известно, что его входное сопротивление сравнительно небольшое и, в частности, определяется сопротивлением 7 (R_вх=R₇). Оно учитывается в отсчете значения сопротивления 2 (3). Таким образом, при таком подходе не требуется обязательного большого входного сопротивления первого электронного каскада, что позволило упростить схему измерителя. По сравнению с традиционным решением и, в частности, по сравнению с прототипом в данном измерителе существенно уменьшена составляющая погрешности от входной емкости операционного усилителя первого электронного каскада. Это объясняется тем, что на входе собственно операционного усилителя инвертирующего усилителя 6 действует весьма малое значение напряжения, так как можно выбрать операционный усилитель с большим коэффициентом усиления (например, 140УД25А с К=10⁶). Очень малое напряжение определяет его малую амплитуду и весьма малую скорость изменения этого напряжения. Сила тока через емкость пропорциональна скорости изменения напряжения на ней. При очень малой этой скорости на входную емкость операционного усилителя инвертирующего усилителя 6 ответвляется исчезающе малый ток, что предопределяет исчезающе малую составляющую погрешности от входной емкости. В прототипе [3] к входной емкости первого электронного каскада (неинвертирующий повторитель напряжения на операционном усилителе) прикладывается существенно большее напряжение. Тогда - большая скорость его изменения, сравнительно большой электрический ток ответвляется на емкость и гораздо большая составляющая погрешности от входной емкости. Кроме того, у рассмотренного измерителя сохранено такое важное свойство, как раздельное уравновешивание (1), (2). Допустима небольшая нестабильность амплитуды импульсов генератора, так как она не входит в выражения для отсчета искомых параметров (3), (4). Допустима также небольшая нестабильность длительности импульсов питающего генератора и их частоты повторения.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №498560, G 01 R 17/10, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР №143467, G 01 R 17/10, 1961.

3. Патент РФ №2152622, G 01 R 27/02, 17/10, 2000 - прототип.

Измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор прямоугольных импульсов, первый выход которого подключен к ветви, состоящей из последовательно соединенных двухполюсника объекта измерения и двухполюсника регулируемых элементов, каждый из этих двухполюсников содержит параллельно соединенные резистор и конденсатор, инвертирующий усилитель, выход которого соединен с первым входом двухвходового аналогового сумматора, второй вход его подключен к первому выходу генератора прямоугольных импульсов, разделительный конденсатор, включенный между выходом аналогового сумматора и первым входом нуль-индикатора, второй вход нуль-индикатора - вход синхронизации соединен со вторым выходом генератора прямоугольных импульсов - выходом синхронизации, отличающийся тем, что вход инвертирующего усилителя соединен с общим выводом двухполюсника объекта измерения и двухполюсника регулируемых элементов.