Мостовой измеритель параметров многоэлементных rlc двухполюсников

Авторы патента:


Мостовой измеритель параметров многоэлементных rlc двухполюсников
Мостовой измеритель параметров многоэлементных rlc двухполюсников
Мостовой измеритель параметров многоэлементных rlc двухполюсников

 


Владельцы патента RU 2499263:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) (RU)

Изобретение относится к измерительной технике. Мостовой измеритель параметров многоэлементных RLC двухполюсников содержит генератор импульсов напряжения, выход которого подключен ко входу четырехплечей мостовой цепи, первая ветвь которой состоит из последовательно включенных одиночного резистора в первом плече отношения и многоэлементного двухполюсника с уравновешивающими элементами в первом плече сравнения, а вторая ветвь - из одиночного резистора во втором плече отношения и одиночного резистора во втором плече сравнения, дифференциальный усилитель, входы которого соединены с выходом мостовой цепи, а выход подключен к n-каскадному дифференциатору, состоящему из n последовательно включенных дифференцирующих RC звеньев; нуль-индикатор; устройство управления, выход синхронизации которого соединен с входами синхронизации генератора импульсов и нуль-индикатора. При этом в качестве многоэлементной двухполюсной цепи с уравновешивающими элементами в плечо сравнения первой ветви введен потенциально частотно-независимый двухполюсник, который содержит две последовательно соединенные двухполюсные цепи, одна из которых состоит из параллельно включенных первого резистора и последовательно соединенных первого конденсатора и второго резистора, параллельно которому подключен второй конденсатор, другая двухполюсная цепь содержит параллельно включенные первую катушку индуктивности и последовательную цепь, состоящую из резистора и второй катушки индуктивности; свободный полюс второй двухполюсной цепи соединен с первой клеммой для подключения двухполюсной RLC цепи объекта измерения, вторая клемма для подключения двухполюсной RLC цепи заземлена. Технический результат - расширение функциональных возможностей измерителя. 1 ил.

 

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

Известен мостовой измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников по патенту РФ 2365921, G01R 17/00, Бюл. №24, 2009, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов напряжения, изменяющегося по закону степенных функций, в состав которого входят коммутируемые формирователи импульсов прямоугольной, линейной, квадратичной и кубичной формы, мостовую цепь для определения параметров двухполюсников с разнородными реактивными элементами (R-L-C) и нуль-индикатор. Для расширения функциональных возможностей вторая ветвь содержит многоэлементные двухполюсники и в плече отношения (с фиксированными параметрами элементов), и в плече сравнения (с регулируемыми параметрами). Недостатками такого измерителя являются:

1) наличие потерь и искажение формы питающих мостовую цепь импульсов в цепях коммутации;

2) невозможность измерения параметров двухполюсников с нулевым сопротивлением между полюсами на постоянном токе;

3) отсутствие унифицированной процедуры и сложный вид аналитических выражений для вычисления измеряемых параметров при различных конфигурациях схемы замещения объектов.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению является мостовой измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников по патенту РФ 2144195, G01R 17/10, Бюл. №1, 2000. С целью упрощения аппаратуры мостовой измеритель содержит единственный генератор последовательностей импульсов напряжения кубичной формы. В измерительную диагональ моста включены входы дифференциального усилителя, а к выходу дифференциального усилителя подключены последовательно соединенные три дифференциатора. Выходы дифференциаторов, а также выход дифференциального усилителя подключены к входам нуль-индикатора. Уравновешивание моста осуществляют после окончания переходных процессов в его цепях, последовательно приводя к нулевому значению напряжения на выходах третьего, второго и первого дифференциаторов, а затем и дифференциального усилителя. Недостатками этого мостового измерителя являются:

1) сложная схема ветви с многоэлементным двухполюсником отношения и многоэлементным уравновешивающим двухполюсником, в состав которого входят регулируемые резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности;

2) невозможность измерения параметров двухполюсников с индуктивной ветвью между полюсами, т.е. с нулевым сопротивлением на постоянном токе;

3) отсутствие унифицированной процедуры и сложный вид аналитических выражений для вычисления измеряемых параметров при различных конфигурациях схемы замещения объектов.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в расширении функциональных возможностей мостовой цепи, упрощении и унификации процедуры вычисления измеряемых параметров многоэлементных пассивных двухполюсников.

Поставленная задача решается тем, что в мостовой измеритель параметров многоэлементных RLC двухполюсников, содержащий генератор импульсов напряжения, изменяющегося по закону n-й степени времени, выход которого подключен ко входу четырехплечей мостовой цепи, первая ветвь которой состоит из последовательно включенных одиночного резистора в первом плече отношения и многоэдементного двухполюсника с уравновешивающими элементами в первом плече сравнения, а вторая ветвь - из одиночного резистора во втором плече отношения и одиночного резистора во втором плече сравнения, общий вывод плеча отношения и плеча сравнения первой ветви образует первый вывод выхода мостовой цепи, а общий вывод плеча отношения и плеча сравнения второй ветви - второй вывод выхода мостовой цепи, свободный вывод плеча сравнения второй ветви моста заземлен; дифференциальный усилитель, входы которого соединены с выходом мостовой цепи, а выход подключен к w-каскадному дифференциатору, состоящему из n последовательно включенных дифференцирующих RC звеньев; нуль-индикатор, первый вход которого соединен с выходом n-го RC звена, второй вход - с выходом (n-1)-го RC звена, и т.д., n-й вход - с выходом 1-го RC звена, (n+1)-й вход - с выходом дифференциального усилителя; устройство управления, выход синхронизации которого соединен с входами синхронизации генератора импульсов и нуль-индикатора, в качестве многоэлементной двухполюсной цепи с уравновешивающими элементами в плечо сравнения первой ветви введен потенциально частотно-независимый двухполюсник, который содержит две последовательно соединенные двухполюсные цепи, одна из которых состоит из параллельно включенных первого резистора и последовательно соединенных первого конденсатора и второго резистора, параллельно которому подключен второй конденсатор, другая двухполюсная цепь содержит параллельно включенные первую катушку индуктивности и последовательную цепь, состоящую из резистора и второй катушки индуктивности; свободный полюс второй двухполюсной цепи соединен с первой клеммой для подключения двухполюсной RLC цепи объекта измерения, вторая клемма для подключения двухполюсной RLC цепи заземлена.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1). Мостовой измеритель параметров пассивных двухполюсников содержит генератор 1 импульсов напряжения, имеющих форму степенной функции времени:

u и ( t ) = U m t n t и n ,

где Um - амплитуда, tи - длительность импульса, n - целочисленный показатель степени. Выход генератора 1 подключен к диагонали питания четырехплечей мостовой электрической цепи. Первая ветвь мостовой цепи состоит из двух последовательно включенных двухполюсников, первый из которых содержит одиночный резистор 2, а второй - многоэлементную двухполюсную цепь 3. Вторая ветвь мостовой цепи состоит из двух последовательно включенных резисторов 4 и 5. Двухполюсники 2 и 4 являются плечами отношения, а двухполюсники 3 и 5 - плечами сравнения мостовой цепи. Общий вывод двухполюсников 2 и 3 служит первым выводом выхода мостовой цепи, а общий вывод двухполюсников 4 и 5 - вторым выводом вывода моста. Выход мостовой цепи соединен с симметричным входом дифференциального усилителя 6, к выходу которого подключен n-каскадный дифференциатор, содержащий n последовательно соединенных дифференцирующих RC звеньев. На рисунке представлена схема мостового измерителя с питающими импульсами кубичной формы: n=3. Каскады дифференциатора выполнены на конденсаторе 7 и резисторе 8, конденсаторе 9 и резисторе 10, конденсаторе 11 и резисторе 12. Выходы дифференцирующих RC звеньев соединены с 1-м, 2-м и 3-м входами нуль-индикатора 13, 4-й вход нуль-индикатора подключен к выходу дифференциального усилителя 6. Входы синхронизации генератора импульсов 1 и нуль-индикатора 13 подключены к выходу синхронизации устройства управления 14.

Плечо сравнения первой ветви мостовой цепи содержит многоэлементный двухполюсник 3 с регулируемыми элементами. Он состоит из двух последовательно включенных двухполюсных цепей, первая из которых содержит параллельно включенные первый резистор 15 и цепь последовательно соединенных первого конденсатора 16 и второго резистора 17, параллельно с которым включен второй конденсатор 18, вторая двухполюсная цепь содержит параллельно включенные первую катушку индуктивности 19 и последовательную цепь, состоящую из резистора 20 и второй катушки 21 индуктивности. В состав плеча сравнения первой ветви моста входит также RLC двухполюсник 22 объекта измерения. Первая клемма для подключения RLC двухполюсника объекта измерения соединена со свободным полюсом второй двухполюсной цепи, входящей в двухполюсник 3. Вторая клемма для подключения объекта измерения заземлена. В качестве примера объект измерения 22 представлен двухполюсной цепью, содержащей параллельно включенные первый резистор 23 и цепь последовательно соединенных конденсатора 24, второго резистора 25 и катушки 26 индуктивности.

Рассмотрим работу мостового измерителя. При возбуждении мостовой цепи импульсом кубичной формы

u и ( t ) = U m t 3 t и 3

на выходах первой и второй ветвей моста появляются импульсы напряжения, которые содержат свободные и принужденные составляющие. После окончания переходных процессов в мостовой цепи устанавливаются сигналы, используемые для определения параметров двухполюсника 22. Выходное напряжение резисторного делителя R4-R5 второй ветви имеет форму питающего импульса

u в ы х .2 ( t ) = R 5 R 4 + R 5 U m t 3 t и 3 . ( 1 )

Выходное напряжение первой ветви содержит импульсы степенной формы с показателями степени от n до нулевой:

u в ы х .1 ( t ) = H 0 U m t 3 t и 3 + 3 H 1 U m t 2 t и 3 + 6 H 2 U m t t и 3 + 6 H 3 U m t и 3 , ( 2 )

где Н0, Н1, Н2, Н3 - обобщенные параметры передаточной функции H(p) первой ветви мостовой цепи. Эта функция имеет вид

H ( p ) = Z 3 ( p ) + Z 22 ( p ) R 2 + Z 3 ( p ) + Z 22 ( p ) , ( 3 )

где Z3(p) - операторное изображение комплексного сопротивления двухполюсника 3; Z22(p) - операторное изображение комплексного сопротивления измеряемого двухполюсника 22. Если раскрыть выражения числителя и знаменателя в (3), получим представление Н(p) в виде дробно-рациональной функции оператора p:

H ( p ) = b 0 + b 1 p + b 2 p 2 + a 0 + a 1 p + a 2 p 2 + , ( 4 )

где величины а0, а1, а2, … в знаменателе и b0, b1, b2, … в числителе определяются конфигурацией схем двухполюсников и значениями параметров элементов. Обобщенные параметры передаточной функции Н(p) первой ветви мостовой цепи (см. Иванов В.И., Титов В.С., Голубов Д.А. Применение обобщенных параметров измерительной цепи для идентификации многоэлементных двухполюсников // Датчики и системы. - 2010. - №8. - С.43-45) равны:

H 0 = b 0 a 0 ; H 1 = b 1 a 1 H 0 a 0 ; H 2 = b 2 + a 2 H 0 a 1 H 1 a 0 ;

H 3 = b 3 a 3 H 0 a 2 H 1 a 1 H 2 a 0 . ( 5 )

Из выражений (1) и (2) видно, что уравновешивание напряжений uвых.1(t) и uвых.2(t) в измерительной диагонали моста происходит при следующих условиях:

H 0 = R 5 R 4 + R 5 ; ( 6 )

H 1 = H 2 = H 3 = 0. ( 7 )

Выражения для обобщенных параметров Н0, H1, H2, Н3, определяются параметрами элементов первой ветви мостовой цепи, в первую очередь, суммарным комплексным сопротивлением последовательно включенных многоэлементных двухполюсников Z(p)=Z3(p)+Z22(p), которое также может быть представлено в форме дробно-рациональной функции оператора p:

Z ( p ) = d 0 + d 1 p + d 2 p 2 + e 0 + e 1 p + e 2 p 2 + . ( 8 )

Обобщенные параметры Z0, Z1, Z2, Z3 комплексного сопротивления Z(p) могут быть найдены с помощью формул (5):

Z 0 = d 0 e 0 ; Z 1 = d 1 e 1 Z 0 e 0 ; Z 2 = d 2 e 2 Z 0 e 1 Z 1 e 0 ;

Z 3 = d 3 e 3 Z 0 e 2 Z 1 e 1 Z 2 e 0 . ( 9 )

H-параметры первой ветви мостовой цепи связаны с Z-параметрами многоэлементного двухполюсника, образованного двухполюсниками 3 и 22. В самом деле, учитывая (3), получим:

H ( p ) = d 0 + d 1 p + d 2 p 2 + d 0 + R 2 e 0 + ( d 1 + R 2 e 1 ) p + ( d 2 + R 2 e 2 ) p 2 + . ( 10 )

Сопоставляя (5) и (8), можно выразить H-параметры через Z-параметры:

H 0 = Z 0 Z 0 + R 2 ; H 1 = R 2 Z 1 ( Z 0 + R 2 ) 2 ; H 2 = R 2 Z 2 ( Z 0 + R 2 ) 2 R 2 Z 1 2 ( Z 0 + R 2 ) 3 ;

H 3 = R 2 Z 3 ( Z 0 + R 2 ) 2 2 R 2 Z 1 Z 2 ( Z 0 + R 2 ) 3 + R 2 Z 1 3 ( Z 0 + R 2 ) 4 ; ( 11 )

Таким образом, условия уравновешивания (6) и (7) выражаются более простыми формулами:

Z 0 R 2 = R 5 R 4 ; ( 12 )

Z 1 = Z 2 = Z 3 = 0. ( 13 )

Из выражений (12) и (13) следует, что двухполюсник, образованный последовательно соединенными двухполюсниками 3 и 22, при достижении равновесия в измерительной диагонали моста становится частотно независимым, а его импеданс - вещественной величиной. Покажем это свойство на комплексной частотной характеристике Z(ω), выражение для которой получим, выполнив подстановку в (8)р=jω:

Z ( j ω ) = d 0 + d 1 ( j ω ) + d 2 ( j ω ) 2 + d 3 ( j ω ) 3 + e 0 + e 1 ( j ω ) + e 2 ( j ω ) 2 + e 3 ( j ω ) 3 + . ( 14 )

Вынесем за скобки свободные члены в числителе и знаменателе:

Z ( j ω ) = d 0 e 0 1 + d 1 d 0 ( j ω ) + d 2 d 0 ( j ω ) 2 + d 3 d 0 ( j ω ) 3 + 1 + e 1 e 0 ( j ω ) + e 2 e 0 ( j ω ) 2 + e 3 e 0 ( j ω ) 3 + . ( 15 )

Сопротивление двухполюсника не зависит от частоты и равно Z=Z0 при условиях:

d 1 d 0 = e 1 e 0 , d 2 d 0 = e 2 e 0 , d 3 d 0 = e 3 e 0 , ( 16 )

Из выражений (9) следует, что при выполнении условий (16) все Z-параметры многоэлементного двухполюсника, кроме Z0, равны нулю.

Для достижения свойства частотной независимости многоэлементного двухполюсника в первой ветви мостовой цепи необходимо, чтобы и отдельно взятый двухполюсник 3 с регулируемыми элементами был потенциально частотно-независимым. Двухполюсная цепь 3 состоит из двух последовательно соединенных многоэлементных двухполюсников: резистивно-емкостного, который содержит первый резистор 15, параллельно которому включена последовательная цепь, состоящая из первого конденсатора 16 и параллельно соединенных второго резистора 17 и второго конденсатора 18, и резистивно-индуктивного двухполюсника, в состав которого входят параллельно включенные первая катушка индуктивности 19 и цепь, содержащая последовательно соединенные резистор 20 и вторую катушку индуктивности 21. При последовательном соединении двухполюсников происходит суммирование их Z-параметров с одинаковыми индексами. Это свойство позволяет существенно упростить процедуру нахождения выражений для условий уравновешивания через Z-параметры. Операторное изображение комплексного сопротивления двухполюсника R15-C16-R17-C18 имеет вид

Z ( p ) = R 15 + p R 15 R 17 ( C 16 + C 18 ) 1 + p [ R 15 C 16 + R 17 ( C 16 + C 18 ) ] + p 2 R 15 C 16 R 17 C 18 .

Z-параметры резистивно-емкостного двухполюсника равны

Z0=R15; Z 1 = R 15 2 C 16 ; Z 2 = R 15 2 C 16 2 ( R 15 + R 17 ) ;

Z 3 = R 15 2 C 16 2 [ ( R 15 + R 17 ) 2 C 16 + R 17 2 C 18 ] . ( 17 )

Операторное изображение комплексного сопротивления двухполюсника L19-R20-L21 имеет вид

Z ( p ) = p R 20 L 19 + p 2 L 19 L 21 R 20 + p ( L 19 + L 21 ) .

Z-параметры резистивно-индуктивного двухполюсника равны

Z 0 = 0 ; Z 1 = L 19 ; Z 2 = L 19 2 R 20 ; Z 3 = L 19 2 R 20 2 ( L 19 + L 21 ) . ( 18 )

Операторное изображение комплексного сопротивления двухполюсника объекта измерения r23-c24-r25-l26 имеет вид

z ( p ) = r 23 + p r 23 r 25 c 24 + p 2 r 23 l 26 c 24 1 + p ( r 23 + r 25 ) c 24 + p 2 l 26 c 24 .

Z-параметры двухполюсника объекта измерения равны

z0=r23; z 1 = r 23 2 c 24 ; z 2 = r 23 2 c 24 2 ( r 23 + r 25 ) ;

z 3 = r 23 2 c 24 2 [ ( r 23 + r 25 ) 2 c 24 l 26 ] . ( 19 )

Сложим Z-параметры всех двухполюсных цепей, входящих в состав двухполюсников 3 и 22.

Z Σ 0 = R 15 + r 23 ; ( 20 )

Z Σ 1 = L 19 R 15 2 C 16 r 23 2 c 24 ; ( 21 )

Z Σ 2 = R 15 2 C 16 2 ( R 15 + R 17 ) L 19 2 R 20 + r 23 2 c 24 2 ( r 23 + r 25 ) ; ( 22 )

Z Σ 3 = L 19 2 R 20 2 ( L 19 + L 21 ) R 15 2 C 16 2 [ ( R 15 + R 17 ) 2 C 16 + R 17 2 C 18 ] r 23 2 c 24 2 [ ( r 23 + r 25 ) 2 c 24 l 26 ] . ( 23 )

Для уравновешивания моста согласно (12)и(13) необходимо обеспечить условия:

Z Σ 0 R 2 = R 5 R 4 , и л и R 15 + r 23 R 2 = R 5 R 4 . ( 24 )

Z Σ 1 = Z Σ 2 = Z Σ 3 = 0. ( 25 )

Процесс уравновешивания осуществляется в такой же последовательности, в какой приведены условия равновесия (24), (25). Для того чтобы можно было избирательно регулировать амплитуды кубичной, квадратичной и линейной составляющих напряжения в измерительной диагонали моста, выходное напряжение дифференциального усилителя подается на дифференциатор, который содержит три последовательно включенных дифференцирующих RC-звена: конденсатор 7 и резистор 8, конденсатор 9 и резистор 10, конденсатор 11 и резистор 12. Выходы каскадов дифференциатора и дифференциального усилителя подключены к входам нуль-индикатора (НИ) 13. Работа НИ и генератора 1 импульсов синхронизируется устройством управления 14 (УУ). На выходе третьего каскада дифференциатора после трехкратного дифференцирования выходного напряжения дифференциального усилителя по окончании переходного процесса формируется и поступает на первый вход нуль-индикатора 13 постоянное напряжение u3RC, пропорциональное разности амплитуд кубичных составляющих выходных напряжений первой и второй ветвей мостовой цепи:

u 3 R C ( t ) = 6 ( R C ) 3 U m K u t и 3 ( Z Σ 0 Z Σ 0 + R 2 R 5 R 4 ) ,

где Ku - коэффициент передачи дифференциального усилителя. Полагаем, что все RC звенья имеют одинаковые постоянные времени: R8C7=R10C9=R12C11=RC.

Компенсация кубичной составляющей осуществляется приведением к нулю выходного напряжения третьего RC звена путем регулирования сопротивления R15 резистора 15 при установленных значениях сопротивлений R2, R4, R5 резисторов 2, 4 и 5 соответственно или регулированием сопротивления R5 резистора 5 при фиксированных значениях сопротивлений R2, R4, R15 резисторов 2, 4 и 15.

Затем анализируют напряжение u2RC, поступающее на второй вход НИ с выхода второго RC-звена дифференциатора. В результате компенсации кубичной составляющей и двукратного дифференцирования выходного напряжение дифференциального усилителя по окончании переходного процесса напряжение u2RC будет пропорционально амплитуде квадратичной составляющей выходного напряжения первой ветви моста:

u 2 R C ( t ) = 6 ( R C ) 2 U m K u t и 3 R 2 Z Σ 1 ( Z Σ 0 + R 2 ) 2 .

Компенсация квадратичной составляющей осуществляется приведением к нулю выходного напряжения второго RC-звена путем регулирования емкости конденсатора 16 при фиксированной индуктивности катушки 19, либо регулировкой индуктивности катушки 19 при фиксированной емкости конденсатора 16. При этом параметр Z Σ 1 приводится к нулю: Z Σ 1 =0.

Далее анализируют установившееся по окончании переходного процесса напряжение u1RC на выходе первого дифференцирующего RC-звена, которое после компенсации кубичной и квадратичной составляющих в результате дифференцирования пропорционально амплитуде линейной составляющей выходного напряжения первой ветви моста:

u 1 R C ( t ) = 6 R C U m K u t и 3 R 2 Z Σ 2 ( Z Σ 0 + R 2 ) 2 .

Это напряжение подается на третий вход НИ. Компенсация линейной составляющей напряжения осуществляется приведением к нулю выходного напряжения первого. RC-звена путем регулирования сопротивления резистора 17 при фиксированном сопротивлении резистора 20 или регулировкой сопротивления резистора 20 при фиксированном сопротивлении резистора 17. При этом параметр Z Σ 2 приводится к нулю: Z Σ 2 =0.

И, наконец, для компенсации постоянной составляющей напряжения на выходе первой ветви моста приводят к нулю выходное напряжение дифференциального усилителя 6

u д у ( t ) = 6 U m K u t и 3 R 2 Z Σ 3 ( Z Σ 0 + R 2 ) 2 .

которое подается на четвертый вход нуль-индикатора, регулируя емкость конденсатора 18 при фиксированной индуктивности катушки 21, либо регулировкой индуктивности катушки 21 при фиксированной емкости конденсатора 18. При этом параметр Z Σ 3 приводится к нулю: Z Σ 3 =0.

После четырех этапов уравновешивания выходных напряжений первой и второй ветвей моста вычисляют с помощью формул (20)-(23) параметры элементов измеряемой двухполюсной RLC цепи. В частности, для приведенного примера сопротивление r23, емкость c24, сопротивление r25 и индуктивность l26 соответственно равны:

r 23 = R 2 R 5 R 4 R 15 ;

c 24 = L 19 R 15 2 C 16 r 23 2 ;

r 25 = L 19 2 R 20 R 15 2 C 16 2 ( R 15 + R 17 ) r 23 2 c 24 2 r 23 ;

l 26 = R 15 2 C 16 2 [ ( R 15 + R 17 ) 2 C 16 + R 17 2 C 18 ] L 19 2 R 20 2 ( L 19 + L 21 ) r 23 2 c 24 2 ( r 23 + r 25 ) 2 c 24 .

Мостовой измеритель позволяет определять параметры двухполюсников и с нулевым сопротивлением между их полюсами на постоянном токе. Например, двухэлементный двухполюсник, состоящий из параллельно включенных катушки индуктивности L и резистора R имеет комплексное сопротивление в операторной форме

Z ( p ) = p R L R + p L .

Его Z-параметры равны: Z0=0; Z1=L; Z2=-L2/R. При подстановке Z0=0 в (24) получим условие равновесия на первом этапе в виде

R 15 R 2 = R 5 R 4 .

На втором и третьем этапах определяем параметры двухполюсника:

L = L 19 R 15 2 C 16 ;

R = L 2 R 15 2 C 16 2 ( R 15 + R 17 ) L 19 2 R 20 .

Таким образом, получено расширение функциональных возможностей измерителя, унифицирован процесс измерений на этапах определения обобщенных параметров измеряемого двухполюсника, упрощены аналитические выражения для вычисления искомых электрических параметров элементов схемы: сопротивлений резисторов, емкостей конденсаторов, индуктивностей катушек.

Мостовой измеритель параметров многоэлементных RLC двухполюсников, содержащий генератор импульсов напряжения, изменяющегося по закону n-й степени времени, выход которого подключен ко входу четырехплечей мостовой цепи, первая ветвь которой состоит из последовательно включенных одиночного резистора в первом плече отношения и многоэлементного двухполюсника с уравновешивающими элементами в первом плече сравнения, а вторая ветвь - из одиночного резистора во втором плече отношения и одиночного резистора во втором плече сравнения, общий вывод плеча отношения и плеча сравнения первой ветви образует первый вывод выхода мостовой цепи, а общий вывод плеча отношения и плеча сравнения второй ветви - второй вывод выхода мостовой цепи, свободный вывод плеча сравнения второй ветви моста заземлен; дифференциальный усилитель, входы которого соединены с выходом мостовой цепи, а выход подключен к n-каскадному дифференциатору, состоящему из n последовательно включенных дифференцирующих RC звеньев; нуль-индикатор, первый вход которого соединен с выходом n-го RC звена, второй вход - с выходом (n-1)-го RC звена, и т.д., n-й вход - с выходом 1-го RC звена, (n+1)-й вход - с выходом дифференциального усилителя; устройство управления, выход синхронизации которого соединен с входами синхронизации генератора импульсов и нуль-индикатора, отличающийся тем, что в качестве многоэлементной двухполюсной цепи с уравновешивающими элементами в плечо сравнения первой ветви введен потенциально частотно-независимый двухполюсник, который содержит две последовательно соединенные двухполюсные цепи, одна из которых состоит из параллельно включенных первого резистора и последовательно соединенных первого конденсатора и второго резистора, параллельно которому подключен второй конденсатор, другая двухполюсная цепь содержит параллельно включенные первую катушку индуктивности и последовательную цепь, состоящую из резистора и второй катушки индуктивности; свободный полюс второй двухполюсной цепи соединен с первой клеммой для подключения двухполюсной RLC цепи объекта измерения, вторая клемма для подключения двухполюсной RLC цепи заземлена.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, к области измерения параметров объектов, имеющих схемы замещения в виде многоэлементных пассивных двухполюсников.

Изобретение относится к промышленной электронике, автоматике, информационно-измерительной технике и может быть использовано для контроля и определения параметров двухполюсников.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промышленной электронике. .

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано в средствах измерений пассивных и активных комплексных величин, например, в мостах и компенсаторах переменного тока или в измерителях параметров электрических цепей, а также в векторных вольтметрах.

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, к технике измерения параметров многоэлементных пассивных двухполюсников. .

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения параметров объектов, имеющих схемы замещения в виде многоэлементных пассивных 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.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к измерению электрических параметров двухполюсников. .

Изобретение относится к области сварочного производства и может найти применение при аттестации сварочного оборудования в любых отраслях промышленности. .

Изобретение относится к системам автоматизации контроля электрохимической защиты стальных подземных коммуникаций, в т.ч. .

Изобретение относится к измерительной технике. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор, мостовую цепь и нуль-индикатор. Первый выход генератора подключен ко входу четырехплечей мостовой цепи, который образует общий вывод двух параллельно включенных ветвей моста, первую ветвь образуют последовательно соединенные две клеммы для подключения двухполюсников объектов измерения и одиночный резистор первого плеча отношения мостовой цепи, первая клемма подключена к первому выходу генератора импульсов. Объект измерения состоит из последовательно соединенных первого резистора и катушки индуктивности, параллельно которым включен конденсатор, а также последовательно с трехэлементной цепью включен второй резистор. Свободный вывод одиночного резистора заземлен, а общий вывод его и второй клеммы для подключения объектов измерения образует первый вывод выхода моста. Вторая ветвь моста образована последовательно соединенными одиночным конденсатором второго плеча отношения моста и двухполюсником элементов уравновешивания мостовой цепи, состоящим из последовательно соединенных первого конденсатора, первого резистора и катушки индуктивности, параллельно которой включен второй резистор, свободный вывод одиночного конденсатора подключен к первому выходу генератора, свободный общий вывод катушки индуктивности и второго резистора заземлен, общий вывод одиночного конденсатора и двухполюсника элементов уравновешивания моста образует второй вывод выхода моста. Также в устройство введены дополнительный конденсатор и дополнительный резистор, при чем дополнительный конденсатор включен между вторым выводом выхода моста и «землей», а дополнительный резистор - между общим выводом первого конденсатора и первого резистора второй ветви моста и «землей». Технический результат - уменьшение погрешности измерения. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор питающих импульсов с изменением напряжения в течение их длительности пропорционально tn, где n при раздельном уравновешивании принимает значения 0, 1, 2 и 3, мостовую цепь и нуль-индикатор. Мостовая цепь содержит двухполюсник с уравновешивающими резисторами, образующий вторую ветвь мостовой цепи, а также дополнительный конденсатор и два дополнительных резистора. При этом все дополнительные элементы - конденсатор и дополнительные первый и второй резисторы включены между собой последовательно, свободный вывод конденсатора соединен с выходом генератора импульсов, свободный вывод второго резистора заземлен, к общему выводу дополнительных резисторов подключен второй конденсатор второй ветви моста. Общий вывод третьего, четвертого и пятого резисторов второй ветви моста образует второй вывод выхода мостовой цепи, этот вывод соединен с дифференциальным входом нуль-индикатора. Второй, четвертый и оба дополнительных резистора двухполюсника с уравновешивающими элементами являются регулируемыми, а функциональные элементы двухполюсника объекта измерения выступают в качестве искомых параметров - первого и второго сопротивлений резисторов и первой и второй емкостей конденсаторов. Технический результат - повышение точности измерения. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Измеритель содержит генератор импульсов, нуль-индикатор, мостовую цепь. В мостовой измеритель параметров двухполюсников введены четыре дополнительных резистора, дополнительная катушка индуктивности и дополнительный конденсатор, а также цепь из конденсатора и третьего резистора перенесена из первой ветви четырехплечей мостовой цепи в ее вторую ветвь и изменено включение элементов, первый дополнительный резистор и дополнительная катушка индуктивности соединены между собой параллельно и включены в многоэлементном двухполюснике второй ветви между свободным выводом имеющегося второго резистора и «землей», второй дополнительный резистор включен между общим выводом имеющихся первого резистора, второго резистора и катушки индуктивности и первой клеммой для подключения двухполюсника объекта измерения, третий дополнительный резистор включен между вторым выводом выхода четырехплечей мостовой цепи и первой клеммой для подключения двухполюсника объекта измерения, четвертый дополнительный резистор и дополнительный конденсатор соединены между собой параллельно и включены между свободным выводом имеющегося третьего резистора и второй клеммой для подключения двухполюсника объекта измерения, эта вторая клемма соединена с «землей». Технический результат - повышение точности измерений. 1 ил.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может использоваться при измерениях пассивных и активных комплексных электрических величин. Способ состоит в том, что амплитуду А и начальный фазовый сдвиг φ0 вектора гармонического сигнала S(t) с известным периодом Т, действующего совместно с сигналами субгармонических помех Pm(t)=Amsin(2πt/Tm+φ0m), где m = 1, M ¯ , значения периодов Tm которых тоже известны и кратны Т, определяют по соотношениям: A=[(p')2+(p”)2]1/2 и φ0=arctg(p'/p”), где p', p” - проекции вектора сигнала S(t) на два ортогональных вектора опорных сигналов, а значения их измеряют путем частотозависимой дискретизации суммарного сигнала σ ( t ) = S ( t ) + ∑ m = 1 M P m ( t ) суммирования его дискретных отсчетов, производимых с помощью мгновенных импульсов, действующих в моменты времени, образующие соответственно для р' и для р” множества { t i ' } и { t i " } = { t i ' + Δ T } , где ΔТ=(2k±1)T/4, a k=0,1,2,…, которые формируют согласно условию: t i ' = t 0 + T ( i − 1 ± n i ⋅ H ) или t i ' = t 0 − T ( i − 1 ± n i ⋅ H ) , где t0 - произвольный начальный момент отсчета времени, Н - наименьшее общее кратное множества чисел {rm}, i = 1, H ¯ , ni=0,1,2,…, а значения проекций р' и р” получают по соотношениям: p ' = K ∑ i = 1 H σ ( t i ' ) , p " = K ∑ i = 1 H σ ( t i " ) , где K=1/H. Технический результат заключается в повышении точности измерения в реальном времени вектора гармонического сигнала с известным периодом, действующего совместно с сигналами субгармонических помех, значения периодов которых тоже известны.

Изобретение относится к области метрологии. Измеритель содержит генератор импульсов, мостовую цепь, нуль-индикатор. Мостовая цепь состоит из двух ветвей. Первая ветвь содержит клеммы и одиночный резистор. Вторая ветвь содержит два последовательно соединенных двухполюсника. Выходы мостовой цепи подключены к входу нуль-индикатора. Второй многоэлементный двухполюсник второй ветви моста состоит из последовательно соединенных первого резистора и первой катушки индуктивности, к их общему выводу подключен второй резистор, также введена дополнительная катушка индуктивности, которая включена между свободным выводом резистора и землей. Цепь из последовательно соединенных резистора и катушки индуктивности представляет собой цепь наращивания, количество дополнительных этих цепей равно [ n 2 − 2 ] при четном числе элементов n в двухполюснике объекта измерения, начиная с третьей цепи наращивания, в этом случае последняя R-L цепь наращивания является полной, при нечетном числе элементов n количество дополнительных цепей наращивания равно [ n + 1 2 − 2 ] , также начиная с третьей цепи наращивания, в этом случае последняя цепь наращивания является неполной. Технический результат - расширение функциональных возможностей. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при обработке информации, получаемой при проведении многофакторных экспериментальных исследований. Техническим результатом заявляемого устройства является расширение функциональных возможностей для измерения отношения напряжения мостовых датчиков. Устройство для измерения отношения напряжения мостовых датчиков содержит рабочий и сравнительные мосты, источники питания мостов и измерительный усилитель. В цепь отрицательной обратной связи измерительного усилителя включен сравнительный мост, управляющий коэффициентом усиления усилителя переменного тока, подключенного своим выходом к входной обмотке трансформатора. Технический результат достигается тем, что устройство дополнительно снабжено рабочими и сравнительными мостами. Эти мосты включены своими измерительными диагоналями последовательно. Рабочие мосты снабжены дополнительными источниками питания, а сравнительные мосты диагоналями питания связаны с дополнительными выходными обмотками трансформатора. Образованная следящая система автоматического управления обеспечивает высокую точность результирующих измерений. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении уровня диэлектрической жидкости в системах контроля и диагностики технических объектов, а также в системах измерения уровня заправки ракетно-космической техники компонентами топлива. В способе измерения уровня диэлектрического вещества используется емкостной датчик уровня и компенсационный конденсатор, на которые поочередно подают синусоидальные напряжения двух частот. На этих частотах измеряют токи емкостного датчика уровня и компенсационного конденсатора. По величине токов определяют приращение емкости датчика уровня и относительное значение уровня диэлектрической жидкости, заполняющей межэлектродное пространство датчика. Технический результат заключается в повышении точности измерения уровня диэлектрического вещества, повышение степени автоматизации процесса измерений и его технологичности за счет учета текущего значения относительной диэлектрической проницаемости контролируемого вещества, определяемого непосредственно в процессе измерений. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, к технике измерения параметров объектов в виде пассивных двухполюсников, имеющих многоэлементную схему замещения. В устройство, которое содержит генератор прямоугольных импульсов напряжения, n последовательно включенных инвертирующих интеграторов, формирующих импульсы напряжения, изменяющегося по закону первой, второй и т. д. n-й степени, дифференциальный преобразователь «ток-напряжение», (n + 1) регулируемых резисторов, один из выводов каждого из них соединен с выходом генератора импульсов и выходами интеграторов соответственно, (n + 1) аналоговых коммутаторов, входы которых подключены к свободным выводам регулируемых резисторов, выходы коммутаторов соединены с входами дифференциального преобразователя «ток-напряжение», n-каскадный дифференциатор на дифференцирующих RC-звеньях, вход первого звена подключен к выходу преобразователя «ток-напряжение»; (n + 1) нуль-индикаторов (НИ), входы каждого из них соединены соответственно с выходами n-го RC-звена дифференциатора, (n - 1)-го RC-звена и т. д., с выходом дифференциального преобразователя «ток-напряжение», дополнительно введен преобразователь «напряжение-ток» на операционном усилителе с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению и цепью отрицательной обратной связи по току, вход преобразователя подключен к выходу (n - 1)-го интегратора, а выход - к первому полюсу двухполюсника объекта измерения, второй полюс которого заземлен, и к входу повторителя напряжения, в выходную цепь которого включен образцовый резистор, соединенный вторым выводом с одним из входов дифференциального преобразователя «ток-напряжение». Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства при измерении параметров двухполюсников с емкостным элементом в разрыве цепи между полюсами. 2 ил.

Изобретение относится к метрологии, в частности к средствам измерения параметров двухполюсников. Измеритель содержит генератор, четырехплечую мостовую цепь и нуль-индикатор. Генератор состоит из четырех формирователей импульсов, блока синхронизации, коммутатора, усилителя мощности. Измерительный мост состоит из двух параллельных ветвей, в первую из которых включен объект измерения, многоэлементный двухполюсник, резисторы. Вторая ветвь содержит резисторы. Объект измерения состоит из двух резисторов, катушки индуктивности, конденсатора. Нуль-индикатор имеет дифференциальный вход, вход синхронизации, общая шина индикатора равновесия и генератора импульсов заземлена. В мост введены четыре дополнительных резистора. Первый дополнительный резистор включен в многоэлементном двухполюснике моста между выводом конденсатора и выводом катушки индуктивности, последовательно соединенные второй и третий дополнительные резисторы подключены между общим выводом резистора и катушки индуктивности в многоэлементном двухполюснике четырехплечей мостовой цепи и общим выводом одиночного резистора первой ветви и первым выводом выхода моста, четвертый дополнительный резистор включен параллельно цепи из последовательно соединенных второго и третьего дополнительных резисторов. Технический результат - повышение точности измерений. 1 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к измерению электрических параметров двухполюсников, используемых в качестве датчиков физических процессов (температуры, давления, уровня жидких и сыпучих сред и др.) на промышленных объектах и транспортных средствах. Техническим результатом является повышение точности измерения, которое достигается путем измерения параметров кабельной линии связи и учета измеренных параметров кабельной сети при определении параметров двухполюсника с помощью схемы замещения. Способ определения параметров двухполюсника заключается в воздействии на двухполюсник, подключенный через линию связи, и эталон синусоидальным напряжением на n заданных частотах, где n - число элементов двухполюсника. Далее производится последовательное измерение значений токов через двухполюсник и эталон на каждой из n заданных частот с последующей фиксацией результатов измерений. Параметры двухполюсника определятся по фиксированным результатам измерений в соответствии со схемой его замещения. Отличительной особенностью способа является то, что осуществляют отключение двухполюсника от линии связи и после формирования синусоидального напряжения на n заданных частотах производят измерение токов через комплексное сопротивление линии связи и эталон на каждой из n заданных частотах. Полученные результаты фиксируют и по ним определяют значения параметров комплексного сопротивления линии связи, используя схему замещения, после чего по значениям параметров комплексного сопротивления линии связи судят о ее состоянии, а также учитывают их при определении параметров двухполюсника. 2 ил.
Наверх