Мостовой измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике, в частности, оно позволяет определять параметры трехэлементных двухполюсников или параметры датчиков с трехэлементной схемой замещения. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор питающего сложного электрического сигнала, мостовую цепь и нуль-индикатор. Новым в мостовом измерителе параметров двухполюсников является введение в двухполюсник с уравновешивающими элементами, входящий в состав мостовой цепи, дополнительного второго конденсатора, который соединен параллельно с имеющейся цепью из последовательно соединенных первого конденсатора, первого резистора и первой индуктивности, а также дополнительного второго резистора, который соединен параллельно с имеющейся цепью из последовательно соединенных первого резистора и первой индуктивности, при этом три из пяти функциональных элементов двухполюсника с уравновешивающими элементами являются регулируемыми, а функциональные элементы двухполюсника объекта измерения - выступают в качестве искомых трех параметров - первой емкости, первого резистора и первой индуктивности. Технический результат - упрощение и ускорение измерения. 1 ил.

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике. В частности, оно позволяет определять параметры трехэлементных двухполюсников или параметры датчиков с трехэлементной схемой замещения.

Известен способ измерения сложных комплексных сопротивлений [1]. Схема измерителя содержит генератор питающего сложного электрического сигнала, а именно синусоидального напряжения и напряжения постоянного тока, мостовую цепь и нуль-индикатор.

Недостатком его является многократная последовательная регулировка значений уравновешивающих параметров, что затягивает и усложняет измерение.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному устройству является выбранный в качестве прототипа способ уравновешивания моста для измерения параметров комплексного сопротивления [2]. Мостовой измеритель содержит генератор качающейся частоты, мостовую цепь для определения трех параметров и нуль-индикатор.

Недостатком такого мостового измерителя является то, что для уравновешивания мостовой цепи требуется многократная регулировка трех параметров.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в упрощении и ускорении измерения за счет обеспечения лучшего варианта уравновешивания мостовой цепи - раздельного уравновешивания, т.е. однократной регулировки значений параметров каждого уравновешивающего элемента.

Это достигается тем, что в мостовой измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор питающего сложного электрического сигнала, формирующий последовательности прямоугольных, линейно изменяющихся и квадратичных импульсов и имеющий два выхода, образованных тремя выводами, один из которых заземлен, первый выход относительно земли является выходом питающих сигналов и подключен к генераторной диагонали четырехплечей мостовой цепи, второй выход относительно земли является выходом синхронизации, в первой ветви четырехплечей мостовой цепи последовательно включены двухполюсник объекта измерения, состоящий из последовательно соединенных первого резистора, первой индуктивности и первого конденсатора, последовательно с которыми соединен двухполюсник с уравновешивающими элементами, состоящий из последовательно соединенных первого конденсатора, первого резистора и первой индуктивности, во второй ветви мостовой цепи последовательно включены одиночные резисторы первого плеча отношения и второго плеча отношения соответственно, общий вывод двухполюсника объекта измерения и одиночного резистора первого плеча отношения образует первый вывод генераторной диагонали мостовой цепи, общий вывод двухполюсника с уравновешивающими элементами и одиночного резистора второго плеча отношения заземлен и образует второй вывод генераторной диагонали мостовой цепи, в первой ветви мостовой цепи общий вывод двухполюсника объекта измерения и двухполюсника с уравновешивающими элементами образует первый вывод измерительной диагонали мостовой цепи, во второй ветви мостовой цепи общий вывод одиночного резистора первого плеча отношения и одиночного резистора второго плеча отношения образует второй вывод измерительной диагонали мостовой цепи, первый и второй выводы измерительной диагонали образуют относительно земли дифференциальный выход четырехплечей мостовой цепи, который соединен с дифференциальным входом нуль-индикатора, общая шина которого заземлена, а второй вход нуль-индикатора - вход синхронизации соединен с выходом синхронизации генератора, введены в двухполюсник с уравновешивающими элементами дополнительный второй конденсатор, который соединен параллельно с имеющейся цепью из последовательно соединенных первого конденсатора, первого резистора и первой индуктивности, а также дополнительный второй резистор, который соединен параллельно с имеющейся цепью из последовательно соединенных первого резистора и первой индуктивности.

Сущность изобретения поясняется чертежом. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит генератор сложного электрического сигнала 1, который может формировать последовательности прямоугольных, линейно изменяющихся и квадратичных импульсов и имеет два выхода, образованных тремя выводами, один из которых заземлен, первый выход относительно земли является выходом питающих сигналов и подключен к генераторной диагонали четырехплечей мостовой цепи, второй выход относительно земли является выходом синхронизации. В первой ветви мостовой цепи последовательно включены двухполюсник объекта измерения, состоящий из последовательно соединенных первого резистора 2 (R2), первой индуктивности 3 (L3), первого конденсатора 4 (С4), и двухполюсник с уравновешивающими элементами, состоящий из последовательно соединенных первого конденсатора 5 (С5), первого резистора 6 (R6) и первой индуктивности 7 (L7), а также второй емкости 11 (СП), которая включена параллельно имеющейся цепи из последовательно соединенных первого конденсатора 5 (С5), первого резистора 6 (R6), первой индуктивности 7 (L7), и второго резистора 12 (R12), включенного параллельно имеющейся цепи из последовательно соединенных первого резистора 6 (R6) и первой индуктивности 7 (L7). Во второй ветви мостовой цепи последовательно включены одиночный резистор первого плеча отношения 8 (R8) и одиночный резистор второго плеча отношения 9 (R9). Общий вывод двухполюсника объекта измерения и одиночного резистора первого плеча отношения образует первый вывод генераторной диагонали мостовой цепи, общий вывод двухполюсника с уравновешивающими элементами и одиночного резистора второго плеча отношения заземлен и образует второй вывод генераторной диагонали мостовой цепи. В первой ветви мостовой цепи общий вывод первого резистора 4 (R4) двухполюсника объекта измерения и первой емкости 5 (С5) двухполюсника с уравновешивающими элементами образует первый вывод измерительной диагонали мостовой цепи. Во второй ветви мостовой цепи общий вывод одиночного резистора первого плеча отношения 8 (R8) и одиночного резистора второго плеча отношения 9 (R9) образует второй вывод измерительной диагонали. Первый и второй выводы измерительной диагонали образуют относительно земли дифференциальный выход четырехплечей мостовой цепи, который соединен с дифференциальным входом нуль-индикатора 10, общая шина которого заземлена, а второй вход нуль-индикатора 10 - вход синхронизации соединен с выходом синхронизации генератора 1.

Мостовой измеритель параметров двухполюсников работает следующим образом. В исходном состоянии напряжения на входе и выходе четырехплечей мостовой цепи равны нулю. Подадим на мост с генератора 1 последовательность импульсов прямоугольной формы. При воздействии очередного импульса в установившемся режиме в ветвях мостовой цепи устанавливаются неизменяющиеся напряжения, разность которых определяет напряжение в измерительной диагонали мостовой цепи (выходное напряжение моста). Оно зависит от значений емкостей 4 (С4), 5 (С5), 11 (C11) и от значений сопротивлений 8 (R8) и 9 (R9). Первое условие равновесия моста

Выполнить его можно регулировкой значения емкости конденсатора 11 (С11). Однократной регулировкой значения емкости этого конденсатора плоская вершина импульсного сигнала неравновесия приводится к нулю, тем самым выполняется первое условие равновесия моста (1). Равновесие моста здесь и в дальнейшем отмечается по нуль-индикатору 10 (осциллографу), при этом подача сигнала синхронизации со второго выхода генератора 1 на второй вход нуль-индикатора 10 обеспечивает устойчивость его показаний. Далее подаем на мост с генератора 1 последовательность импульсов линейно изменяющегося напряжения. При воздействии очередного такого импульса, на выходе моста, после окончания переходного процесса, устанавливается импульсный сигнал неравновесия с плоской вершиной. Напряжение ее не зависит от значений индуктивностей 3 (L3) и 7 (L7). Второе условие равновесия моста

Однократной регулировкой значения сопротивления резистора 12 (R12) приводим плоскую вершину импульсного напряжения неравновесия к нулю, т.е. выполняем второе условие равновесия (2), при этом первое условие (1) не нарушается, т.к. регулируемый здесь параметр 12 (R12) в него не входит. После этого подаем на мост с генератора 1 последовательность квадратичных импульсов. При воздействии очередного импульса, после окончания переходного процесса, на выходе моста устанавливается импульсный сигнал неравновесия с плоской вершиной. Третье условие равновесия моста

Однократной регулировкой индуктивности 7 (L7) приводим плоскую вершину импульсного напряжения неравновесия к нулю и выполняем третье условие равновесия (3), при этом первые два условия равновесия (1), (2) не нарушаются, т.к. регулируемый здесь параметр 7 (L7) в них не входит.

Из приведенного следует, что мостовая цепь (Фиг.1) обладает свойством раздельного зависимого уравновешивания, и уравновешивание следует проводить в приведенной выше последовательности 11 (С11), 12 (R12), 7 (L7). Из трех уравнений [трех условий равновесия (1)-(3)] берется отсчет искомых трех параметров: 4 (С4), 2 (R2), 3 (L3)

С₄=R₉(C₁₁+C₅)/R₈;

R₂=R₆R₁₂C₅(C₄R₈-R₉С₁₁)/C₄R₉(С₁₁+C₅)(R₁₂+R₆);

L₃={L₇C₅R₁₂(C₄R₈-R₉C₁₁)+C₄R₂R₉[(L₇(C₁₁+C₅)+С₁₁С₅R₆R₁₂)]}/C₄R₉(R₆+R₁₂)(C₁₁+C₅).

При этом значения параметров элементов 5 (С5), 6 (R6), 8 (R8), 9(R9) являются постоянными. Все регулируемые уравновешивающие элементы - 11 (C11), 12 (R12), 7 (L7) заземлены.

Таким образом, данный мостовой измеритель параметров двухполюсников позволяет реализовать раздельное уравновешивание мостовой цепи при выполнении однократных регулировок значений уравновешивающих параметров, что упрощает и ускоряет проведение измерений.

Источники информации

1. А.с. 200662 СССР, МПК G01R 17/10. Способ измерения сложных комплексных сопротивлений. - Опубл. 15.08.1967. Бюлл.№17.

2. А.с. 413430 СССР, М.Кл. G01R 17/10. Способ уравновешивания моста для измерения параметров комплексного сопротивления. - Опубл. 30.01.1974. Бюлл. №4 (прототип).

Мостовой измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор питающего сложного электрического сигнала, формирующий последовательности прямоугольных, линейно изменяющихся и квадратичных импульсов, который имеет два выхода, образованных тремя выводами, один из которых заземлен, первый вывод относительно земли является выходом питающих сигналов и подключен к генераторной диагонали четырехплечей мостовой цепи, второй вывод относительно земли является выходом синхронизации, в первой ветви четырехплечей мостовой цепи последовательно включены двухполюсник объекта измерения, состоящий из последовательно соединенных первого резистора, первой индуктивности и первого конденсатора, и двухполюсник с уравновешивающими элементами, состоящий из последовательно соединенных первого конденсатора, первого резистора и первой индуктивности, во второй ветви мостовой цепи последовательно включены одиночный резистор первого плеча отношения и одиночный резистор второго плеча отношения, общий вывод двухполюсника объекта измерения и одиночного резистора первого плеча отношения образует первый вывод генераторной диагонали мостовой цепи, общий вывод двухполюсника с уравновешивающими элементами и одиночного резистора второго плеча отношения заземлен и образует второй вывод генераторной диагонали мостовой цепи, в первой ветви мостовой цепи общий вывод двухполюсника объекта измерения и двухполюсника с уравновешивающими элементами образует первый вывод измерительной диагонали мостовой цепи, во второй ветви мостовой цепи общий вывод одиночного резистора первого плеча отношения и одиночного резистора второго плеча отношения образует второй вывод измерительной диагонали мостовой цепи, первый и второй выводы измерительной диагонали образуют относительно земли дифференциальный выход четырехплечей мостовой цепи, который соединен с дифференциальным входом нуль-индикатора, общая шина которого заземлена, а второй вход нуль-индикатора - вход синхронизации соединен с выходом синхронизации генератора, отличающийся тем, что в него введены в двухполюсник с уравновешивающими элементами дополнительный второй конденсатор, который соединен параллельно с имеющейся цепью из последовательно соединенных первого конденсатора, первого резистора и первой индуктивности, а также дополнительный второй резистор, который соединен параллельно с имеющейся цепью из последовательно соединенных первого резистора и первой индуктивности.