Мостовой измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промышленной электронике и может быть использовано для определения параметров трехэлементных двухполюсников или параметров датчиков с трехэлементной схемой замещения. Согласно изобретению мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор питающего сложного электрического сигнала, мостовую цепь и нуль-индикатор. Особенностью мостового измерителя параметров двухполюсников является введение в двухполюсник с уравновешивающими элементами, входящий в состав мостовой цепи, дополнительных второго резистора и второго конденсатора, которые между собой включены параллельно, а также параллельно соединены с имеющейся цепью из последовательно соединенных первого конденсатора и первого резистора. Функциональные элементы двухполюсника с уравновешивающими элементами являются регулируемыми, а функциональные элементы двухполюсника объекта измерения выступают в качестве искомых трех параметров - первого и второго резисторов и первой емкости. Изобретение обеспечивает раздельное уравновешивание мостовой цепи при однократной регулировке каждого из трех параметров, что упрощает проведение измерений. 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 комплексных сопротивлений [1]. Схема измерителя содержит генератор качающейся частоты, мостовую цепь для определения трех параметров и осциллограф.

Такой измеритель требует проведения многократной продолжительной регулировки трех параметров.

Известен 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.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному устройству является выбранный в качестве прототипа способ измерения сложных комплексных сопротивлений [3], содержащий 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.

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 параллельно соединенных первого резистора и первого конденсатора, последовательно с которыми соединен второй резистор, и одиночный резистор первого плеча отношения, во второй ветви мостовой цепи последовательно включены двухполюсник с уравновешивающими элементами, состоящий из последовательно соединенных первого конденсатора и первого резистора, и одиночный резистор второго плеча отношения, общий вывод двухполюсника объекта измерения и двухполюсника с уравновешивающими элементами образует первый вывод генераторной диагонали мостовой цепи, общий вывод одиночных резисторов двух плеч отношения заземлен и образует второй вывод генераторной диагонали мостовой цепи, в первой ветви мостовой цепи общий вывод двухполюсника объекта измерения и одиночного резистора плеча отношения образует первый вывод измерительной диагонали мостовой цепи, во второй ветви мостовой цепи общий вывод двухполюсника с уравновешивающими элементами и одиночного резистора 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 дополнительные второй резистор и второй конденсатор, которые между собой включены параллельно, а также параллельно соединены с имеющейся цепью из последовательно соединенных первого конденсатора и первого резистора.

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 параллельно соединенных первого резистора 2 (R2) и первого конденсатора 3 (С3), последовательно с которыми включен второй резистор 4 (R4), а также одиночный резистор первого плеча отношения 5 (R5). Во второй ветви мостовой цепи последовательно включены двухполюсник с уравновешивающими элементами, состоящий из последовательно соединенных первого конденсатора 6 (С6) и первого резистора 7 (R7), а также второго резистора 10 (R10) и второго конденсатора 11 (С11), которые между собой включены параллельно, а также параллельно соединены с цепью из последовательно соединенных первого конденсатора 6 (С6) и первого резистора 7 (R7), и одиночный резистор 8 (R8) второго плеча отношения. Общий вывод двухполюсника объекта измерения и двухполюсника с уравновешивающими элементами образует первый вывод генераторной диагонали мостовой цепи, общий вывод одиночных резисторов 5 (R5) и 8 (R8) двух плеч отношения заземлен и образует второй вывод генераторной диагонали мостовой цепи, в первой ветви мостовой цепи общий вывод одиночного резистора плеча отношения 5 (R5) и второго резистора 4 (R4) двухполюсника объекта измерения образует первый вывод измерительной диагонали мостовой цепи, во второй ветви мостовой цепи общий вывод одиночного резистора плеча отношения 8 (R8) и первого резистора 7 (R7) двухполюсника с уравновешивающими элементами 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 9, общая шина которого заземлена, а второй вход нуль-индикатора 9 - 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. Напряжение неравновесия зависит здесь только от значений сопротивлений, исключая 7 (R7). Первое условие равновесия моста:

Однократной регулировкой значения сопротивления регулируемого резистора 10 (R10) 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 9 (осциллографу), при этом подача сигнала синхронизации со второго выхода генератора 1 на второй вход нуль-индикатора 9 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 равновесия с плоской вершиной. Второе условие равновесия моста:

Выполнить его можно регулировкой значения емкости конденсатора 11 (С11). Однократной регулировкой этого конденсатора приводим плоскую вершину импульсного сигнала неравновесия к нулю, т.е. выполняем второе условие равновесия (2), при этом первое условие (1) не нарушается, т.к. регулируемый здесь параметр 11 (С11) 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 резистора 7 (R7) 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 (R7) в них не входит.

Из приведенного вытекает, что мостовая цепь обладает свойством раздельного зависимого уравновешивания и уравновешивание следует проводить в приведенной выше последовательности 10(R10), 11 (C11), 7 (R7). Из трех уравнений [трех условий равновесия (1)-(3)] берется отсчет искомых трех параметров: 2(R2), 3(С3), 4(R4). Значения параметров элементов 5 (R5), 6 (С6), 8 (R8) являются постоянными.

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. 158627 СССР. МПК G01r. Способ измерения комплексных сопротивлений. - Опубл. 12.11.1963. Бюлл. №22.

2. А.с. 413430 СССР. М.Кл. G01r 17/10. Способ уравновешивания моста для измерения параметров комплексного сопротивления. - Опубл. 30.01.1974. Бюлл. №4.

3. А.с. 200662 СССР. МПК G01r. Способ измерения сложных комплексных сопротивлений. - Опубл. 15.08.1967. Бюлл. №17 (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 параллельно соединенных первого резистора и первого конденсатора, последовательно с которыми соединен второй резистор, и одиночный резистор первого плеча отношения, во второй ветви мостовой цепи последовательно включены двухполюсник с уравновешивающими элементами, состоящий из последовательно соединенных первого конденсатора и первого резистора, и одиночный резистор второго плеча отношения, общий вывод двухполюсника объекта измерения и двухполюсника с уравновешивающими элементами образует первый вывод генераторной диагонали мостовой цепи, общий вывод одиночных резисторов двух плеч отношения заземлен и образует второй вывод генераторной диагонали мостовой цепи, в первой ветви мостовой цепи общий вывод двухполюсника объекта измерения и одиночного резистора плеча отношения образует первый вывод измерительной диагонали мостовой цепи, во второй ветви мостовой цепи общий вывод двухполюсника с уравновешивающими элементами и одиночного резистора 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 дополнительные второй резистор и второй конденсатор, которые между собой включены параллельно, а также параллельно соединены с имеющейся цепью из последовательно соединенных первого конденсатора и первого резистора.