Мостовой измеритель параметров пассивных многоэлементных rlc двухполюсников



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

 


Владельцы патента RU 2509311:

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

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

Устройство содержит генератор напряжения n-й степени, измерительный мост, дифференциальный усилитель, устройство управления, нуль индикатор, n-каскадный дифференциатор, а также объект измерения. Первая ветвь мостовой цепи состоит из двух последовательно включенных двухполюсников - одиночного резистора и многоэлементного двухполюсника с регулируемыми элементами, выполненного по схеме частотно-независимого двухполюсника (ЧНДП), параллельно которому подключается RLC двухполюсник объекта измерения. Вторая ветвь состоит из двух последовательно включенных резисторов. Для определения обобщенных параметров проводимости измеряемого многоэлементного двухполюсника осуществляется настройка двухполюсной цепи, образованной двумя двухполюсниками - частотно-независимым и измеряемым, - на режим частотной независимости, при котором в напряжении на ЧНДП отсутствуют импульсы напряжения всех степеней, кроме старшей, n-й. Измеритель сохраняет свойство раздельного уравновешивания и расширенные функциональные возможности, позволяющие создавать устройства для определения параметров различных вариантов многоэлементных двухполюсных цепей, имеющих схемы замещения типа RLC.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей мостового измерителя с питанием импульсами напряжения. 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) отсутствие унифицированной процедуры и сложный вид аналитических выражений для вычисления измеряемых параметров при различных конфигурациях схемы замещения объектов;

3) отсутствие возможности измерять параметры двухполюсников с бесконечным сопротивлением (обрывом) между полюсами на постоянном токе.

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

3) отсутствие возможности измерять параметры двухполюсников с бесконечным сопротивлением (обрывом) между полюсами на постоянном токе.

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 пассивных 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 образцового резистора в первом плече отношения и многоэлементного двухполюсника с уравновешивающими элементами в первом плече сравнения, а вторая ветвь - из образцового резистора во втором плече отношения и одиночного регулируемого 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 дифференцирующего 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, выходы синхронизации которого соединены с входами синхронизации генератора импульсов и нуль-индикатора, в плечо сравнения первой ветви в качестве многоэлементной двухполюсной цепи с уравновешивающими элементами введен потенциально частотно-независимый двухполюсник, который содержит две параллельно соединенные двухполюсные цепи, одна из которых резисторно-емкостная (RC типа) состоит из последовательно включенных первого конденсатора и первого резистора, параллельно которому подключены последовательно соединенные второй конденсатор и второй резистор, другая двухполюсная цепь резисторно-индуктивная (RL типа) содержит последовательно включенные первый резистор и первую катушку индуктивности, параллельно которой включена последовательная цепь, состоящая из второго резистора и второй катушки индуктивности; общий вывод полюсов RC и RL двухполюсных цепей и резистора плеча отношения первой ветви моста соединен с первой клеммой для подключения двухполюсной RLC цепи объекта измерения, вторая клемма для подключения двухполюсной RLC цепи заземлена.

Сущность изобретения поясняется чертежом. 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 чертеже 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 выходам синхронизации устройства управления 14.

Плечо сравнения первой ветви мостовой цепи содержит многоэлементный двухполюсник 3 с регулируемыми элементами. Он состоит из двух параллельно включенных двухполюсных цепей, первая из которых, резисторно-емкостная, содержит последовательно включенные первый конденсатор 15 и первый резистор 16, параллельно которому включены последовательно соединенные второй конденсатор 17 и второй резистор 18; вторая, резисторно-индуктивная, двухполюсная цепь содержит последовательно включенные первый резистор 19 и первую катушку 20 индуктивности, параллельно которой включены последовательно соединенные второй резистор 21 и вторая катушка 22 индуктивности. В состав плеча сравнения первой ветви моста входит также RLC двухполюсник объекта измерения. В качестве примера объект измерения представлен двухполюсной цепью, содержащей параллельно включенные первый резистор 23 и цепь последовательно соединенных конденсатора 24, второго резистора 25 и катушки 26 индуктивности. Первая клемма для подключения RLC двухполюсника объекта измерения соединена с общим полюсом резистора 2, конденсатора 15 и резистора 19. Вторая клемма для подключения объекта измерения заземлена.

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

u и ( t ) = U m t 3 t и 3                                                         ( 1 )

на выходе первой ветви моста появляются импульсы напряжения, которые содержат свободную и принужденную составляющие. После окончания переходных процессов на выходе первой ветви мостовой цепи устанавливается сигнал, который содержит импульсы напряжения вида степенной функции времени с показателями степени от 3 до 0:

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, H1, Н2, Н3 - обобщенные параметры передаточной функции Н(p) первой ветви мостовой цепи. Эта функция имеет вид

H ( p ) = 1 1 + R 2 ( Y р э ( p ) + Y д п ( p ) ) ,                                                        ( 3 )

где Yрэ(р) - операторное изображение комплексной проводимости двухполюсника 3 с регулируемыми элементами; Yдп(р) - операторное изображение комплексной проводимости измеряемого двухполюсника. Выходное напряжение второй ветви моста, - резисторного делителя R4-R5, повторяет форму питающего импульса

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

Как видно, уравновешивание сигналов uвых.1 и uвых.2 возможно при условии, что в выражении (2) будут отсутствовать составляющие напряжения всех степеней, кроме старшей, т.е. n-й:

u в ы х .1 ( t ) = H 0 U m t 3 t и 3 .                                                                        (5)

Следовательно, регулирование элементов двухполюсника 3 должно приводить к нулю параметры Н1, Н2, Н3, … передаточной функции Н(р). Выразим H-параметры передаточной функции (3) через Y-параметры двухполюсника 3 и двухполюсника объекта измерений. Так как при параллельном включении цепей их параметры проводимости суммируются, будем рассматривать оба двухполюсника как единый двухполюсник с комплексной проводимостью

Y(p)=Yрэ(p)+Yдп(p).

Воспользуемся преобразованиями обобщенных параметров двухполюсников, приведенными в статье. Иванова В.И. и Титова B.C. Эквивалентные преобразования обобщенных параметров двухполюсников при идентификации сложных измерительных цепей // Датчики и системы. - 2012. - №5. - С.11-16. Формулы для H-параметров с использованием Y-параметров двухполюсника имеют вид:

H 0 = 1 1 + R 2 Y 0 ; H 1 = R 2 Y 1 ( 1 + R 2 Y 0 ) 2 ; H 2 = R 2 Y 2 ( 1 + R 2 Y 0 ) 2 + R 2 Y 1 2 ( 1 + R 2 Y 0 ) 3 ; H 3 = R 2 Y 3 ( 1 + R 2 Y 0 ) 2 + 2 R 2 Y 1 Y 2 ( 1 + R 2 Y 0 ) 3 R 2 Y 1 3 ( 1 + R 2 Y 0 ) 4 ;                                        (6)

Из формул (6) следует, что условия равновесия сигналов uвых.1 и uвых.2 требуют, чтобы все Y-параметры двухполюсника, кроме Y0, обращались в нуль. Таким свойством обладают частотно-независимые двухполюсники (ЧНДП). Операторное изображение комплексной проводимости пассивной двухполюсной цепи имеет вид дробно-рациональной функции

Y ( p ) = b 0 + b 1 p + b 2 p 2 + b 3 p 3 + a 0 + a 1 p + a 2 p 2 + a 3 p 3 + ,                                                      ( 7 )

где величины а 0, a 1, a 2, … в знаменателе и b0, b1, b2, … в числителе определяются конфигурацией схем двухполюсников и значениями параметров элементов. Y-параметры двухполюсника определяются рекуррентной формулой (см. статью Иванова В.И., Титова В.С., Голубова Д.А. Применение обобщенных параметров измерительной цепи для идентификации многоэлементных двухполюсников // Датчики и системы. - 2010. - №8. - С.43-45);

Y 0 = b 0 a 0 ; Y 1 = b 1 Y 0 a 1 a 0 ; Y 2 = b 2 Y 0 a 2 Y 1 a 1 a 0 ; Y 3 = b 3 Y 0 a 3 Y 1 a 2 Y 2 a 1 a 0 ; ( 8 )

Вынесем из числителя и знаменателя (7) свободные члены a 0 и b0:

Y ( p ) = Y 0 1 + b 1 b 0 p b 2 b 0 p 2 + b 3 b 0 p 3 + 1 + a 1 a 0 p + a 2 a 0 p 2 + a 3 a 0 p 3 + ,                                     (9)

где Y 0 = b 0 a 0 - вещественная величина (в См). Если выполняются условия

b 1 b 0 = a 1 a 0 ; b 2 b 0 = a 2 a 0 ; b 3 b 0 = a 3 a 0 ; ,                                                    ( 10 )

то проводимость двухполюсника будет иметь резистивный, частотно-независимый, характер: Y ( p ) = Y 0 = b 0 a 0 .

Представим условия (10) в другом виде:

a 0 b 1 a 1 b 0 = 0 ; a 0 b 2 a 2 b 0 = 0 ; a 0 b 3 a 3 b 0 = 0 ;                      ( 11 )

Выражения (11) входят в формулы (8), следовательно, у частотно-независимого двухполюсника все Y-параметры, кроме Y0, равны нулю. При этом и Н-параметры первой ветви мостовой цепи, кроме Н0, тоже равны нулю.

Схема ЧНДП, как правило, содержит две последовательно или параллельно включенные двухполюсные цепи, одна из которых имеет резистивно-емкостный (RC), а вторая резистивно-индуктивный (RL) характер. При последовательном соединении двухполюсников складываются их Z-параметры с одинаковыми индексами, а при параллельном включении - Y-параметры. Если в отсутствие двухполюсника объекта измерения двухполюсник 3 настроить на состояние ЧНДП, то при подключении измеряемого двухполюсника условия частотной независимости всего общего двухполюсника будут нарушены. Регулировкой параметров двухполюсника 3 необходимо скомпенсировать те слагаемые Y-параметров, которые внес измеряемый двухполюсник.

Двухполюсник 3 содержит две параллельные цепи: RC двухполюсник C15-R16-C17-R18 и RL двухполюсник R19-L20-R21-L22. Определим Y-параметры двухполюсника 3, предварительно определив Y-параметры RC и RL двухполюсников.

Операторное изображение проводимости RC двухполюсника имеет вид

Y R C ( p ) = C 15 p + ( R 16 + R 18 ) C 15 C 17 p 2 1 + [ R 16 C 15 + ( R 16 + R 18 ) C 17 ] p + R 16 C 15 R 18 C 17 p 2 .                              ( 12 )

Y-параметры RC двухполюсника равны

Y 0 ' = 0 ; Y 1 ' = C 15 ; Y 2 ' = R 16 C 15 2 ; Y 3 ' = R 16 2 C 15 2 ( C 15 + C 17 ) .                             ( 13 )

Операторное изображение проводимости RL двухполюсника имеет вид

Y R L ( p ) = R 21 + ( L 20 + L 22 ) p R 19 R 21 + [ R 19 ( L 20 + L 22 ) + R 21 L 20 ] p + L 20 L 22 p 2 .                         ( 14 )

Y-параметры RL двухполюсника равны

Y 0 " = 1 R 19 ; Y 1 " = L 20 R 19 2 ; Y 2 " = L 20 2 ( R 19 + R 21 ) R 19 3 R 21 ; Y 3 " = L 20 2 R 19 2 R 21 2 ( L 20 ( R 19 + R 21 ) 2 R 19 2 + L 22 ) .                                                  ( 15 )

Y-параметры частотно-независимого двухполюсника 3 с индексами 0, 1, 2, 3 находим суммированием Y' и Y″:

Y 0 = 1 R 19 ; Y 1 = L 20 R 19 2 ; Y 2 = L 20 2 ( R 19 + R 21 ) R 19 3 R 21 R 16 C 15 2 ; Y 3 = R 16 2 C 15 2 ( C 15 + C 17 ) L 20 2 R 19 2 R 21 2 ( L 20 ( R 19 + R 21 ) 2 R 19 2 + L 22 ) .                                  ( 16 )

Операторное изображение проводимости RCL двухполюсника объекта измерения R23-C24-R25-L26

Y R C L ( p ) = 1 + ( R 23 + R 25 ) C 24 p + L 26 C 24 p 2 R 23 + R 23 R 25 C 24 p + R 23 L 26 C 24 p 2 .                                              ( 17 )

Y-параметры измеряемого двухполюсника равны

Y 0 ' " = 1 R 23 ; Y 1 ' " = C 24 ; Y 2 ' " = R 25 C 24 2 ; Y 3 ' " = C 24 2 ( R 25 2 C 24 L 26 ) .                        ( 18 )

Уравновешивание напряжений uвых.1(t) и uвых.2(t) в измерительной диагонали моста на первом этапе происходит при условии:

R 19 R 23 ( R 19 + R 23 ) R 2 = R 5 R 4 .                                                                  ( 19 )

На следующих этапах для равновесия необходимо привести к нулю суммарную обобщенную проводимость Y′, Y″ и Y′″ для каждого индекса:

C 15 L 20 R 19 2 + C 24 = 0 ;                                                                   ( 20 )

L 20 2 ( R 19 + R 21 ) R 19 3 R 21 R 16 C 15 2 R 25 C 24 2 = 0.                                              ( 21 )

R 16 2 C 15 2 ( C 15 + C 17 ) L 20 2 R 19 2 R 21 2 ( L 20 ( R 19 + R 21 ) 2 R 19 2 + L 22 ) + C 24 2 ( R 25 2 C 24 L 26 ) = 0.          ( 22 )

Процесс уравновешивания осуществляется в такой же последовательности, в какой приведены условия равновесия (19)-(22). 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 сигналов первой и второй ветвей мостовой цепи.

Компенсация кубичной составляющей осуществляется приведением к нулю выходного напряжения третьего RC звена путем регулирования сопротивления R5 резистора 5 при установленном значении сопротивления R19 резистора 19 или регулированием сопротивления R19 резистора 19 при фиксированном значении сопротивления R5 резистора 5.

Затем анализируют напряжение u2RC, поступающее на второй вход НИ с выхода второго RC-звена дифференциатора. В результате компенсации кубичной составляющей и двукратного дифференцирования выходного напряжения 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 H 1 U m K д . у t и 3 ,

где Kд.у - коэффициент передачи дифференциального усилителя 6. Компенсация квадратичной составляющей осуществляется приведением к нулю выходного напряжения второго RC-звена путем регулирования емкости конденсатора 15 при фиксированной индуктивности катушки 20, либо регулировкой индуктивности катушки 20 при фиксированной емкости конденсатора 15. При этом параметр H1 приводится к нулю: H1=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 H 2 U m K д . у t и 3 .

Это напряжение подается на третий вход НИ. Компенсация линейной составляющей напряжения осуществляется приведением к нулю выходного напряжения первого RC-звена путем регулирования сопротивления резистора 16 при фиксированном сопротивлении резистора 21 или регулировкой сопротивления резистора 21 при фиксированном сопротивлении резистора 16. При этом параметр Н2 приводится к нулю: Н2=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 H 3 U m K д . у t и 3 ,

которое подается на четвертый вход нуль-индикатора, регулируя емкость конденсатора 17 при фиксированной индуктивности катушки 22, либо регулировкой индуктивности катушки 22 при фиксированной емкости конденсатора 17. При этом параметр Н3 приводится к нулю: Н3=0.

После четырех этапов уравновешивания выходных напряжений первой и второй ветвей моста вычисляют с помощью формул (19)-(22) 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 19 R 4 R 19 R 2 R 5 ;                                                  ( 23 )

C 24 = L 20 R 19 2 C 15 ;                                                             ( 24 )

R 25 = 1 C 24 2 ( L 20 2 ( R 19 + R 21 ) R 19 3 R 21 R 16 C 15 2 ) ;                                 ( 25 )

L 26 = R 16 2 C 15 2 ( C 15 + C 17 ) C 24 2 L 20 2 R 19 2 R 21 2 C 24 2 ( L 20 ( R 19 + R 21 ) 2 R 19 2 + L 22 ) + R 25 2 C 24 .                    ( 26 )

Мостовой измеритель позволяет определять параметры двухполюсников и с нулевой проводимостью (обрывом) между их полюсами на постоянном токе. В рассмотренном выше примере это эквивалентно отсутствию резистора 23, т.е. R23=∞. Условие равновесия моста на первом этапе имеет вид

R4R19=R2R5,

что следует из формулы (23). В выражения (24)-(26) величина R23 не входит, и остальные этапы уравновешивания проходят по изложенным выше правилам.

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 пассивных 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 образцового резистора в первом плече отношения и многоэлементного двухполюсника с уравновешивающими элементами в первом плече сравнения, а вторая ветвь - из образцового резистора во втором плече отношения и одиночного регулируемого 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 дифференцирующего 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, выходы синхронизации которого соединены 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 параллельно соединенные двухполюсные цепи, одна из которых резисторно-емкостная (RC типа) состоит из последовательно включенных первого конденсатора и первого резистора, параллельно которому подключены последовательно соединенные второй конденсатор и второй резистор, другая двухполюсная цепь резисторно-индуктивная (RL типа) содержит последовательно включенные первый резистор и первую катушку индуктивности, параллельно которой включена последовательная цепь, состоящая из второго резистора и второй катушки индуктивности; общий вывод полюсов RC и RL двухполюсных цепей и резистора плеча отношения первой ветви моста 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 может быть использовано для контроля и определения параметров объектов измерения. Мостовой измеритель содержит последовательно соединенные генератор питающего сигнала, мостовую цепь и нуль-индикатор.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике, оно может быть использовано для измерения параметров объектов, которые можно представить схемами замещения в виде многоэлементных пассивных двухполюсников, а также его можно использовать для определения параметров датчиков.

Изобретение относится к промышленной электронике, автоматике, информационно-измерительной технике. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор питающих импульсов, четырехплечую мостовую цепь и нуль-индикатор.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике, в частности, оно позволяет определять параметры четырехэлементных двухполюсников или параметры датчиков с четырехэлементной схемой замещения.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промышленной электронике. Устройство содержит последовательно соединенные генератор импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций, измерительную цепь, аналоговый сумматор и нуль-индикатор.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике, в частности, оно позволяет определять параметры четырехэлементных двухполюсников или параметры датчиков с четырехэлементной схемой замещения.

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 области измерительной техники и может быть использовано для измерения неэлектрических величин при помощи тензометрических мостовых датчиков с инструментальными усилителями, запитанных постоянным током.

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

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промышленной электронике. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор импульсов, измерительную цепь, аналоговый сумматор и нуль-индикатор. В мостовой измеритель введены первая линия связи для информативного сигнала, вторая линия связи для питающих импульсов, дополнительный резистор, операционный усилитель, неинвертирующий повторитель напряжения и аналоговый сумматор. При этом первый вывод сигнального провода первой линии связи соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, второй вывод сигнального провода соединен с общим выводом первого и третьего резисторов первой ветви измерительной цепи, первый вывод сигнального провода второй линии связи соединен с первым выходом генератора импульсов, второй вывод этого сигнального провода соединен с общим выводом первого резистора и конденсатора первой ветви измерительной цепи, второй резистор первой ветви измерительной цепи включен между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, дополнительный резистор включен между неинвертирующим входом операционного усилителя и «землей», вход неинвертирующего повторителя напряжения соединен с общим выводом первого и второго резисторов второй ветви измерительной цепи, два входа аналогового сумматора подключены к выходу операционного усилителя и к выходу неинвертирующего повторителя напряжения, выход аналогового сумматора подключен ко входу нуль-индикатора. Технический результат - повышение точности измерений. 1 ил.

Изобретение относится к промышленной электронике, автоматике, информационно-измерительной технике и может быть использовано для контроля и определения параметров двухполюсников, а также физических величин посредством параметрических датчиков, включенных в электрический мост. Техническим результатом заявленного изобретения является уменьшение погрешности измерений. Технический результат достигается благодаря тому, что мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор питающих импульсов, четырехплечую мостовую цепь и нуль-индикатор, а также за счет исключения составляющей погрешности от паразитной емкости относительно «земли» незаземленного многоэлементного двухполюсника и нестабильности этой паразитной емкости за счет использования только заземленных многоэлементных двухполюсников. 1 ил.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике. Мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников содержит генератор, четырехплечую мостовую цепь и нуль-индикатор. Мостовая цепь состоит из двух ветвей, в первой из которых установлены последовательно соединенные первый и второй многоэлементые двухполюсники. Во второй ветви установлены одиночный резистор и клеммы для объекта измерения. Каждый из двух многоэлементых двухпоюсников первой ветви представляет собой C-R цепь наращивания. При этом общее количество дополнительных цепей наращивания равно [ n 2 − 2 ] при четном числе элементов n в двухполюснике объекта измерения, начиная с третьей цепи наращивания, в этом случае последняя C-R цепь является полной, при нечетном числе элементов n количество дополнительных цепей наращивания равно [ n + 1 2 − 2 ] тоже начиная с третьей цепи наращивания, в этом случае последняя цепь наращивания является неполной, содержит только один конденсатор, который включается параллельно резистору предпоследней цепи наращивания, каждая последующая C-R цепь наращивания подключается параллельно резистору предыдущей C-R цепи наращивания. Количество элементов в каждом из двух двухполюсников в первой ветви моста равно числу элементов n в двухполюснике объекта измерения, количество формирователей импульсов в генераторе импульсов тоже равно числу элементов n в двухполюснике объекта измерения. Технический результат - расширение функциональных возможностей. 1 ил.

Изобретение относится к промышленной электронике, автоматике, информационно-измерительной технике и может быть использовано для контроля и определения параметров двухполюсников. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит генератор питающих импульсов, состоящий из каскада синхронизации, формирователей линейно изменяющихся, квадратичных и кубичных импульсов, коммутатора и усилителя мощности, четырехплечую мостовую цепь, которая состоит из двух параллельно включенных ветвей, первая из них состоит из двух последовательно соединенных резисторов, а вторая ветвь состоит из последовательно соединенных первого резистора, второго резистора и катушки индуктивности. При этом во вторую ветвь четырехплечей мостовой цепи входят две клеммы для подключения двухполюсников объекта измерения, одна из клемм заземлена, двухполюсник объекта измерения, в частности, состоит из последовательно соединенных первого конденсатора и резистора, параллельно которому включен второй конденсатор, два вывода выхода четырехплечей мостовой цепи подключены к дифференциальному входу нуль-индикатора, другой вход его - вход синхронизации соединен со вторым выходом генератора питающих импульсов, общая шина нуль-индикатора заземлена. Также в устройство введены дополнительная катушка индуктивности и дополнительный резистор. Технический результат заключается в уменьшении погрешности измерения за счет исключения составляющей погрешности от паразитной емкости относительно «земли» незаземленного многоэлементного двухполюсника, а также нестабильности этой паразитной емкости, за счет использования только заземленных многоэлементных двухполюсников. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике, в частности, оно позволяет определять параметры четырехэлементных двухполюсников или параметры датчиков с четырехэлементной схемой замещения. Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в уменьшении погрешности измерения за счет исключения составляющих погрешности от паразитных емкостей относительно "земли" регулируемых уравновешивающих элементов и нестабильности этих паразитных емкостей. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор питающих импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций, четырехплечую мостовую цепь и нуль-индикатор. Новым в мостовом измерителе параметров двухполюсников является то, что изменено включение второго конденсатора и второго резистора двухполюсника с уравновешивающими элементами, введен в него дополнительный конденсатор и изменено включение мостовой цепи, свободный вывод второго конденсатора подключен ко второму выводу измерительной диагонали моста, свободный вывод второго резистора соединен с первой вершиной генераторной диагонали моста, введенный дополнительный конденсатор включен параллельно имеющемуся первому резистору, вывод первой вершины генераторной диагонали моста соединен с заземленным выводом выхода генератора импульсов, вывод второй вершины генераторной диагонали моста подключен к сигнальному выводу первого выхода генератора импульсов, во второй ветви моста общий вывод первого резистора, второго и дополнительного конденсаторов и одиночного резистора второго плеча отношения моста образует второй вывод измерительной диагонали моста, который соединяется со вторым выводом первого (дифференциального) входа нуль-индикатора. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор импульсов с изменением напряжения в импульсе по закону степенных функций, четырехплечую мостовую цепь и нуль-индикатор. Генератор состоит из формирователей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону k1t, k2t2, k3t3 и k4t4, коммутатора, усилителя мощности и блока синхронизации. Мостовая цепь состоит из двух ветвей. Первую ветвь образуют последовательно соединенные первый конденсатор, первый резистор и катушка индуктивности, параллельно которой включены и второй резистор, и второй конденсатор. Вторую ветвь моста образуют последовательно включенные конденсатор и две клеммы для подключения двухполюсников объекта измерения. Общий вывод первого конденсатора и первого резистора образует первый вывод выхода мостовой цепи. Общий вывод конденсатора второй ветви и первой клеммы для подключения двухполюсников объекта измерения образует второй вывод выхода мостовой цепи. Общий вывод конденсатора второй ветви и первого конденсатора первой ветви образует вход мостовой цепи относительно «земли» и соединен с первым выходом генератора. Выход блока синхронизации образует второй выход генератора импульсов относительно «земли». В устройство также введен дополнительный заземляемый уравновешивающий элемент - резистор, который включается между первым выводом выхода мостовой цепи и «землей». Технический результат - повышение точности измерений. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике. В частности, устройство позволяет определять параметры четырехэлементных двухполюсников или параметры датчиков с четырехэлементной схемой замещения. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор питающего сложного электрического сигнала, мостовую цепь и нуль-индикатор. Мостовая цепь состоит из двух ветвей. Первую ветвь образуют последовательно соединенные первый и второй резисторы и первая индуктивная катушка. Параллельно индуктивной катушке включены последовательно соединенные третий резистор и вторая индуктивная катушка. Параллельно последней включен четвертый резистор. Вторую ветвь моста образуют последовательно соединенные одиночный резистор и две клеммы для подключения двухполюсников объекта измерения. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности раздельно уравновешивать мостовую цепь только регулируемыми резисторами. Это достигается тем, что в первую ветвь моста введены семь дополнительных резисторов и изменено включение элементов. Первый и второй дополнительные резисторы соединены последовательно с общим выводом первого и второго имеющихся резисторов. Второй дополнительный резистор заземлен. Параллельно первому дополнительному резистору включена последовательная цепь второго резистора, первой индуктивной катушки и третьего дополнительного резистора. Параллельно индуктивной катушке включен четвертый дополнительный резистор. Параллельно последнему включена последовательная цепь третьего резистора, второй индуктивной катушки и пятого дополнительного резистора. Параллельно второй катушке включены четвертый резистор и последовательно соединенные шестой и седьмой дополнительные резисторы. Выход мостовой цепи образует общий вывод одиночного резистора второй ветви и первой клеммы для подключения объекта измерения, а также общий вывод дополнительных шестого и седьмого резисторов. Оба вывода соединены с дифференциальным входом нуль-индикатора. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения физических величин посредством параметрических датчиков. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор питающих импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций, четырехплечую мостовую цепь и нуль-индикатор. В мостовую цепь введены три дополнительных резистора, дополнительный конденсатор, дополнительная индуктивная катушка и последовательно соединены первый дополнительный резистор, дополнительный конденсатор, второй дополнительный резистор и дополнительная катушка индуктивности. Свободный вывод первого дополнительного резистора подключен ко второму выводу выхода мостовой цепи, свободный вывод дополнительной катушки индуктивности заземлен, третий дополнительный резистор включен между общим выводом первого резистора, катушки индуктивности и конденсатора и общим выводом первого дополнительного резистора и дополнительного конденсатора. Незаземленный вывод имеющегося второго резистора подключен к общему выводу имеющегося первого резистора, катушки индуктивности, конденсатора и дополнительного третьего резистора, а свободный вывод конденсатора заземлен. Технический результат - расширение функциональных возможностей. 1 ил.

Изобретение относится к метрологии и может быть использовано для контроля и определения параметров двухполюсников. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит генератор питающих импульсов, четырехплечую мостовую цепь и нуль-индикатор. Мостовая цепь содержит две ветви, первая из которых состоит из двух последовательно соединенных резисторов, общая точка которых образует первый выход мостовой цепи. Вторая цепь содержит последовательно соединенные резистор и многоэлементный двухполюсник, общий вывод которых образует второй выход мостовой цепи. В мостовой измеритель введены дополнительная катушка индуктивности и четыре дополнительных резистора, дополнительная катушка индуктивности включена в многоэлементный двухполюсник второй ветви моста между свободным выводом второго резистора и «землей», первый дополнительный резистор соединен параллельно дополнительной катушке индуктивности, второй дополнительный резистор включен между свободным выводом первого резистора и вторым выводом выхода четырехплечей мостовой цепи, третий дополнительный резистор включен между общим выводом второго дополнительного и первого резисторов и незаземленной клеммой для подключения двухполюсника объекта измерения, четвертый дополнительный резистор включен между вторым выводом выхода четырехплечей мостовой цепи и незаземленной клеммой для подключения двухполюсника объекта измерения. Технический результат - повышение точности измерений. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. В состав измерителя входит генератор импульсов напряжения, изменяющегося по закону n-й степени, n последовательно включенных дифференциаторов на операционном усилителе каждый, многоэлементный двухполюсник объекта измерения, дифференциальный преобразователь «ток-напряжение», собранный на операционных усилителях, n+1 перестраиваемый резистор, n аналоговых коммутаторов, (n+1) индикатор равновесия. При этом соединены первый полюс двухполюсника объекта измерения и первый вывод первого из (n+1) регулируемых резисторов, второй полюс двухполюсника соединен с первым входом преобразователя «ток-напряжение», второй вывод первого регулируемого резистора соединен со вторым входом преобразователя, первые выводы остальных регулируемых резисторов подключены к выходам дифференциаторов, а вторые выводы - к входам аналоговых коммутаторов, выходы которых соединены с входами преобразователя «ток-напряжение», к выходу последнего подключен n-каскадный дифференциатор на RC-звеньях, выходы дифференциатора и преобразователя соединены с входами (n+1) нуль-индикаторов. Последовательно включенные дифференциаторы построены на операционных усилителях с частотной коррекцией. Технический результат - повышение точности проводимых измерений. 4 ил.
Наверх