Мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников



Мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников
Мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников

 


Владельцы патента RU 2631540:

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

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промышленной электронике и может быть использовано для контроля и определения параметров объектов измерения, а также физических величин посредством параметрических датчиков. Технический результат: расширение функциональных возможностей, т.е. обеспечение возможности определять 4, 5, 6… параметров многоэлементных двухполюсников при сохранении раздельного уравновешивания только регулируемыми резисторами. Сущность: мостовой измеритель содержит последовательно соединенные генератор последовательностей импульсов с изменением напряжения в течение длительностей импульсов по закону степенных функций, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор. В измеритель введены три дополнительных резистора, дополнительная индуктивная катушка, определены цепь наращивания, их включение между собой и количество. 1 ил.

 

Изобретение относится к контрольно-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 четырехэлементных пассивных двухполюсников (а.с. СССР №918862, G01R 17/10, БИ №13, 1982), содержащий последовательно соединенные питающий генератор последовательностей импульсов трапецеидальной формы, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.

Недостатком его является отсутствие возможности уравновешивать мостовую цепь только образцовыми регулируемыми резисторами. Образцовые регулируемые резисторы в изготовлении являются более технологичными, простыми и недорогими, чем изготовление образцовых регулируемых конденсаторов и образцовых регулируемых катушек индуктивности. У них выше класс точности, меньше габаритные размеры и меньше вес. На них меньшее вредное влияние оказывают электрические и магнитные поля, шумы, наводки, случайные флуктуации, а также изменяющиеся атмосферные условия.

Известен электрический мост (а.с. СССР №998967, G01R 17/10, БИ №7, 1983), содержащий последовательно соединенные питающий генератор последовательностей импульсов трапецеидальной формы, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.

Недостатком его является отсутствие расширенных функциональных возможностей в том смысле, что в приведенном варианте мост не позволяет определять параметры 5, 6, … и так далее элементных двухполюсников. Приведенный электрический мост уравновешивается только регулируемыми резисторами, но не имеет расширенных функциональных возможностей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа мостовой измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников (а.с. СССР №1827640, G01R 17/10, БИ №26, 1983), содержащий последовательно соединенные питающий генератор последовательностей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.

Недостатком его является отсутствие расширенных функциональных возможностей.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в расширении функциональных возможностей, т.е. в обеспечении возможности определять 4, 5, 6, … параметров многоэлементных двухполюсников при сохранении раздельного уравновешивания только регулируемыми резисторами.

Это достигается тем, что в мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников, содержащий генератор последовательностей питающих импульсов, который состоит из формирователей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций где - постоянные коэффициенты, t - время, n – число параметров в двухполюснике объекта измерения, из коммутатора, входы которого соединены с выходами формирователей импульсов, а выход подключен к усилителю мощности, выход которого образует первый (сигнальный) выход генератора импульсов, из блока синхронизации, выход которого соединен со входами синхронизации каждого формирователя импульсов, а также его выход образует второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов, общая шина генератора импульсов заземлена; мостовую электрическую цепь, первая из двух параллельно включенных ветвей которой состоит из последовательно соединенных одиночного конденсатора и двух клемм для подключения двухполюсников объектов измерения, свободный вывод одиночного конденсатора соединен с первым (сигнальным) выходом генератора импульсов, общий вывод одиночного конденсатора и первой клеммы для подключения двухполюсников объектов измерения образует первый вывод выхода мостовой цепи, вторая клемма заземлена, двухполюсник объекта измерения включает в себя последовательно соединенные конденсатор, первый резистор и первую индуктивную катушку, параллельно последней подключена цепь из последовательно соединенных второго резистора и второй индуктивной катушки, параллельно ей включена цепь из последовательно соединенных третьего резистора и третьей индуктивной катушки, свободный вывод конденсатора соединен с первой клеммой для подключения двухполюсников объектов измерения, со второй клеммой соединен общий вывод первой, второй и третьей индуктивных катушек, вторая ветвь мостовой цепи включает в себя последовательно соединенные первый и второй резисторы, свободный вывод первого из них соединен с общим выводом первого (сигнального) выхода генератора импульсов и одиночного конденсатора первой ветви мостовой цепи, а свободный вывод второго заземлен, параллельно первому резистору включена цепь из последовательно соединенных конденсатора, индуктивной катушки и третьего резистора, параллельно индуктивной катушке включена цепь из последовательно соединенных четвертого и пятого резисторов; нуль-индикатор, первый из двух выводов первого (дифференциального) входа которого соединен с первым выводом выхода мостовой цепи, второй вход нуль-индикатора (вход синхронизации) соединен со вторым выходом (выходом синхронизации) генератора импульсов, общая шина нуль-индикатора заземлена, введены три дополнительных резистора, дополнительная индуктивная катушка, определены цепь наращивания, подключение последующей цепи наращивания к предыдущей и количество этих цепей наращивания, первый дополнительный резистор и дополнительная индуктивная катушка включены между собой последовательно и эта цепь включена параллельно имеющемуся четвертому резистору во второй ветви мостовой цепи, второй и третий дополнительные резисторы тоже соединены между собой последовательно и эта цепь подключена параллельно дополнительной индуктивной катушке, первый, второй, третий дополнительные резисторы и дополнительная индуктивная катушка в приведенном их включении образуют первую цепь наращивания, последующие (вторая, третья, …) цепи наращивания содержат те же самые приведенные элементы в том же самом включении их между собой, в каждой цепи наращивания свободный вывод резистора, соответствующего первому дополнительному резистору в первой цепи наращивания, является первым из двух выводов входа, второй вывод входа образует общий вывод индуктивной катушки и резистора, соответствующих дополнительной индуктивной катушке и третьему дополнительному резистору в первой цепи наращивания, этими двумя выводами входа последующая цепь наращивания подключается к предыдущей параллельно резистору, который соответствует второму дополнительному резистору в первой цепи наращивания, второй вывод выхода мостовой цепи образует в последней цепи наращивания общий вывод двух резисторов, которые соответствуют второму и третьему дополнительным резисторам в первой цепи наращивания, второй вывод выхода мостовой цепи соединен со вторым выводом первого (дифференциального) входа нуль-индикатора, при количестве параметров три и менее в двухполюснике объектов измерения потребность в цепях наращивания отсутствует, при числе параметров 4, 5, 6, … число цепей наращивания равно n-3.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1.

Мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников содержит генератор 1 последовательностей питающих импульсов, который включает в себя формирователи импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степных функций: формирователь 2 прямоугольных импульсов формирователь 3 импульсов линейно изменяющегося напряжения формирователь 4 квадратичных импульсов и т.д. до где − постоянные коэффициенты, t – время, n – число параметров в двухполюснике объекта измерения. Выход каждого формирователя соединен с соответствующим входом коммутатора 5, выход которого подключен к входу усилителя 6 мощности. Выход последнего образует первый (сигнальный) выход генератора 1 импульсов. Также в этот генератор входит каскад 7 синхронизации, выход которого соединен со входами (входами синхронизации) каждого формирователя импульсов, а также образует второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов. Общая шина генератора заземлена.

Мостовая цепь содержит две параллельно включенные ветви. Первая из них включает в себя последовательно соединенные одиночный конденсатор 8 и две клеммы для подключения двухполюсников объектов измерения. Свободный вывод одиночного конденсатора соединен с первым (сигнальным) выходом генератора импульсов 1. Общий вывод одиночного конденсатора 8 и первой клеммы для подключения двухполюсников объектов измерения образует первый вывод выхода мостовой цепи. Вторая клемма заземлена. Двухполюсник объекта измерения включает в себя последовательно соединенные конденсатор 9, резистор 10 и индуктивную катушку 11 Параллельно последней подключена цепь из последовательно соединенных резистора 12 и индуктивной катушки 13. Параллельно индуктивной катушке 13 включена цепь из последовательно соединенных резистора 14 и индуктивной катушки 15. Свободный вывод конденсатора 9 соединен с первой клеммой для подключения двухполюсников объектов измерения. Со второй клеммой соединен общий вывод индуктивных катушек 11, 13 и 15.

Вторая ветвь мостовой цепи включает в себя последовательно соединенные резисторы 16 и 17 . Свободный вывод первого из них соединен с общим выводом первого (сигнального) выхода генератора импульсов 1 и одиночного конденсатора 8, а свободный вывод другого резистора 17 заземлен. Параллельно резистору 16 включена цепь из последовательно соединенных конденсатора 18 , индуктивной катушки 19 и резистора 20 Параллельно индуктивной катушке 19 подключена цепь из последовательно соединенных резистора 21 и резистора 22 . Цепь последовательно соединенных резистора 23 и индуктивной катушки 24 включена параллельно резистору 21. Цепь последовательно соединенных резистора 25 и резистора 26 включена параллельно индуктивной катушке 24. Резисторы 23, 25, 26 и индуктивная катушка 24 в приведенном включении их между собой образуют первую цепь наращивания. Она выделена пунктирными линиями (фиг. 1). Последующие (вторая, третья, …) цепи наращивания содержат те же самые приведенные элементы в том же самом включении их между собой. В каждой цепи наращивания свободный вывод резистора, соответствующего резистору 23 в первой цепи наращивания, является первым из двух выводов входа. Второй вывод образует общий вывод индуктивной катушки и резистора, соответствующих индуктивной катушке 24 и резистору 26 в первой цепи наращивания. Этими двумя выводами входа последующая цепь наращивания подключается к предыдущей параллельно резистору, который соответствует резистору 25 первой цепи наращивания. При количестве параметров три и менее в двухполюснике объектов измерения потребность в цепях наращивания отсутствует. При числе параметров 4, 5, 6, … число цепей наращивания равно n-3.

Для примера на фиг. 1 приведена вторая цепь наращивания, и она тоже выделена пунктирными линиями. Она содержит последовательно соединенные резистор 27 и пунктирную катушку 28, параллельно последней включены цепь из последовательно соединенных резисторов 29 и 30. Свободным выводом резистора 27 и общим выводом индуктивной катушки 28 и резистора 30 вторая цепь наращивания подключается к первой параллельно резистору 25. Общий вывод резисторов 29 и 30 образует второй вывод выхода мостовой цепи.

Оба ранее приведенных вывода выхода мостовой цепи соответственно соединены с двумя выводами первого (дифференциального) входа нуль-индикатора 31. Второй вход его (вход синхронизации) соединен со вторым выходом (выходом синхронизации) генератора 1 импульсов. Общая шина нуль-индикатора заземлена.

Перед началом работы реактивные элементы мостовой цепи мостового измерителя параметров n-элементных двухполюсников свободны от запасов электрической энергии. Входное и выходное напряжения моста равны нулю.

Мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников работает следующим образом.

В начале посредством коммутатора 5 на мостовую цепь подается последовательность импульсов прямоугольной формы. При воздействии на мост очередного прямоугольного импульса после окончания переходного процесса выходное напряжение мостовой цепи зависит от значений параметров элементов 8, 9, 16 и 17. В интервале времени от окончания переходного процесса до окончания импульса импульсное напряжение на дифференциальном входе нуль-индикатора 31, в качестве которого может использоваться осциллограф, имеет плоскую вершину. Однократной регулировкой значения сопротивления уравновешивающего резистора 17 значение напряжения этой плоской вершины приводится к нулю. В результате выполняется первое условие равновесия моста:

(1)

Полярность импульсного дифференциального напряжения на первом входе нуль-индикатора 31 определяет направление регулирования резистора 17, а именно в сторону увеличения значения сопротивления или в сторону его уменьшения. Сигнал синхронизации со второго выхода генератора 1 импульсов на второй вход нуль-индикатора 31 здесь и в дальнейшем обеспечивает устойчивые показания нуль-индикатора.

Посредством коммутатора 5 подключают к усилителю 6 мощности формирователь 3 импульсов линейно изменяющегося напряжения, и эти импульсы имеются теперь на первом (сигнальном) выходе генератора 1 импульсов. При воздействии очередного такого импульса после окончания переходного процесса импульсное напряжение на дифференциальном входе нуль-индикатора 31 имеет плоскую вершину. Однократной регулировкой значения сопротивления уравновешивающего резистора 20 значение напряжения плоской вершины приводится к нулю и выполняет второе условие равновесия:

(2)

Как и ранее, полярность импульсного напряжения на дифференциальном входе нуль-индикатора 31 определяет направление регулирования значения сопротивления уравновешивающего резистора 20. Регулирование его не нарушает выполнение первого условия, т.к. это сопротивление не входит в условие (1).

Аналогично предыдущему посредством коммутатора 5 подключают к мостовой цепи импульсы квадратичной формы. Напряжение плоской вершины импульсов на дифференциальном входе нуль-индикатора 31 приводят к нулю однократной регулировкой значения сопротивления уравновешивающего резистора 22. Тогда выполняется третье условие равновесия:

(3)

Полярность импульсного напряжения на дифференциальном входе нуль-индикатора 31 определяет направление регулирования значения сопротивления уравновешивающего резистора 22. Регулирование его не нарушает выполнение первых двух условий равновесия (1) и (2), т.к. сопротивление R22 не входит в эти условия.

Для примера приведены и описаны три этапа уравновешивания мостовой цепи. Последующие этапы уравновешивания являются аналогичными. На каждом из них используется очередная (последующая) форма импульсов генератора, приводится к нулю после окончания переходного процесса напряжение плоской вершины импульса с выхода мостовой цепи регулировкой значения сопротивления резисторов, аналогичных вышеназванным уравновешивающим резисторам, а именно тем, которые на предыдущих этапах уравновешивания не входили в предыдущие условия равновесия, чтобы при регулировании их не нарушать выполнение этих предыдущих условий равновесия.

Отсчет искомых параметров двухполюсника объекта измерения берется из условий равновесия. По существу n-параметров находятся из n уравнений (условий равновесия).

После выполнения всех n этапов уравновешивания мостовая цепь к полному равновесию не приводится, но получены n условий равновесия (n уравнений), из которых, как известно, можно взять отсчет n искомых параметров двухполюсников объектов измерения. Здесь на выходе моста в начале импульса имеется всплеск напряжения, который содержит сумму экспоненциальных слагаемых и затухает до нуля за время переходного процесса. После окончания этого процесса напряжение на выходе моста равно нулю. После окончания питающего мост импульса в течение переходного процесса это напряжение тоже имеет всплеск напряжения, который тоже затухает до нуля после окончания переходного процесса. Такие мостовые цепи относят к квазиуравновешенным мостам.

Таким образом, в приведенном мостовом измерителе параметров двухполюсников обеспечено уравновешивание мостовой цепи только регулируемыми резисторами и расширение функциональных возможностей в плане определять, в принципе, (теоретически) не ограниченное количество параметров двухполюсников объектов измерения. При этом сохранено такое важное свойство мостовой цепи, как раздельное уравновешивание.

Мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников, содержащий генератор последовательностей питающих импульсов, который состоит из формирователей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций где − постоянные коэффициенты, t − время, n – число параметров в двухполюснике объекта измерения, из коммутатора, входы которого соединены с выходами формирователей импульсов, а выход подключен к усилителю мощности, выход которого образует первый (сигнальный) выход генератора импульсов, из блока синхронизации, выход которого соединен со входами синхронизации каждого формирователя импульсов, а также его выход образует второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов, общая шина генератора импульсов заземлена; мостовую электрическую цепь, первая из двух параллельно включенных ветвей которой состоит из последовательно соединенных одиночного конденсатора и двух клемм для подключения двухполюсников объектов измерения, свободный вывод одиночного конденсатора соединен с первым (сигнальным) выходом генератора импульсов, общий вывод одиночного конденсатора и первой клеммы для подключения двухполюсников объектов измерения образует первый вывод выхода мостовой цепи, вторая клемма заземлена, двухполюсник объекта измерения включает в себя последовательно соединенные конденсатор, первый резистор и первую индуктивную катушку, параллельно последней подключена цепь из последовательно соединенных второго резистора и второй индуктивной катушки, параллельно ей включена цепь из последовательно соединенных третьего резистора и третьей индуктивной катушки, свободный вывод конденсатора соединен с первой клеммой для подключения двухполюсников объектов измерения, со второй клеммой соединен общий вывод первой, второй и третьей индуктивных катушек, вторая ветвь мостовой цепи включает в себя последовательно соединенные первый и второй резисторы, свободный вывод первого из них соединен с общим выводом первого (сигнального) выхода генератора импульсов и одиночного конденсатора первой ветви мостовой цепи, а свободный вывод второго заземлен, параллельно первому резистору включена цепь из последовательно соединенных конденсатора, индуктивной катушки и третьего резистора, параллельно индуктивной катушке включена цепь из последовательно соединенных четвертого и пятого резисторов; нуль-индикатор, первый из двух выводов первого (дифференциального) входа которого соединен с первым выводом выхода мостовой цепи, второй вход нуль-индикатора (вход синхронизации) соединен со вторым выходом (выходом синхронизации) генератора импульсов, общая шина нуль-индикатора заземлена, введены три дополнительных резистора, дополнительная индуктивная катушка, определены цепь наращивания, подключение последующей цепи наращивания к предыдущей и количество этих цепей наращивания, первый дополнительный резистор и дополнительная индуктивная катушка включены между собой последовательно и эта цепь включена параллельно имеющемуся четвертому резистору во второй ветви мостовой цепи, второй и третий дополнительные резисторы тоже соединены между собой последовательно и эта цепь подключена параллельно дополнительной индуктивной катушке, первый, второй, третий дополнительные резисторы и дополнительная индуктивная катушка в приведенном их включении образуют первую цепь наращивания, последующие (вторая, третья, …) цепи наращивания содержат те же самые приведенные элементы в том же самом включении их между собой, в каждой цепи наращивания свободный вывод резистора, соответствующего первому дополнительному резистору в первой цепи наращивания, является первым из двух выводов входа, второй вывод входа образует общий вывод индуктивной катушки и резистора, соответствующих дополнительной индуктивной катушке и третьему дополнительному резистору в первой цепи наращивания, этими двумя выводами входа последующая цепь наращивания подключается к предыдущей параллельно резистору, который соответствует второму дополнительному резистору в первой цепи наращивания, второй вывод выхода мостовой цепи образует в последней цепи наращивания общий вывод двух резисторов, которые соответствуют второму и третьему дополнительным резисторам в первой цепи наращивания, второй вывод выхода мостовой цепи соединен со вторым выводом первого (дифференциального) входа нуль-индикатора, при количестве параметров три и менее в двухполюснике объектов измерения потребность в цепях наращивания отсутствует, при числе параметров 4, 5, 6, … число цепей наращивания равно n-3.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор питающего сложного электрического сигнала, мостовую цепь и нуль-индикатор.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике и предназначено для определения параметров четырехэлементных двухполюсников или параметров датчиков с четырехэлементной схемой замещения.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и управлению и может быть использовано для контроля и определения параметров объектов измерения и физических величин посредством параметрических датчиков.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к мостовым методам измерения на переменном токе параметров плечевых комплексных сопротивлений, и может быть использовано в устройствах для измерения количества топлива, в частности в устройствах для измерения расхода топлива транспортного пилотируемого космического корабля для измерения малых расходов.

Изобретение относится к промышленной электронике, автоматике, информационно-измерительной технике. Заявленный мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит генератор питающих импульсов, состоящий из формирователей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону K0t0, K1t1, K2t2, K3t3, K4t4, где К0, К1, К2, К3, К4 - постоянные коэффициенты и t - текущее время, из коммутатора, из усилителя мощности и каскада синхронизации, первый выход генератора питающих импульсов подключен ко входу четырехплечей мостовой цепи (моста), который образует общий вывод двух параллельно включенных ветвей четырехплечей мостовой цепи, первая из этих двух ветвей состоит из двух последовательно соединенных резисторов, свободный вывод одного из них соединен с первым выходом генератора питающих импульсов, свободный вывод другого заземлен, общий вывод этих двух резисторов образует первый вывод выхода четырехплечей мостовой цепи, вторая ветвь моста включает в себя первый резистор, первый вывод которого соединен с общим выводом первого выхода генератора питающих импульсов и резистора первой ветви четырехплечей мостовой цепи, также вторая ветвь включает последовательно соединенные второй резистор и катушку индуктивности, параллельно последней включен третий резистор, а также цепь из последовательно соединенных конденсатора и четвертого резистора, общий вывод катушки индуктивности, третьего и четвертого резисторов заземлен, также в мостовую цепь входят две клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения, причем в мостовой измеритель введены три дополнительных резистора и изменено включение элементов - две клеммы для подключения двухполюсников объектов измерения совместно с двухполюсником объекта измерения перенесены из первой ветви четырехплечей мостовой цепи в ее вторую ветвь, вторая клемма заземлена, первый дополнительный резистор включен между свободными выводами первого и второго резисторов, второй дополнительный резистор включен между общим выводом первого и первого дополнительного резисторов и первой клеммой для подключения двухполюсников объектов измерения, третий дополнительный резистор включен между общим выводом первого дополнительного и второго резисторов и общим выводом второго дополнительного резистора и первой клеммы для подключения двухполюсников объектов измерения, общий вывод первого, первого дополнительного и второго дополнительного резисторов образует второй вывод выхода четырехплечей мостовой цепи, этот второй вывод соединен со вторым выводом первого (дифференциального) входа нуль-индикатора.

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

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и управлению и может быть использовано для контроля и определения параметров объектов измерения и физических величин посредством параметрических датчиков.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при определении места несанкционированного подключения нагрузки неизвестной мощности к однородной линии электрической передачи трехпроводного исполнения протяженностью менее трехсот километров.

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.

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.
Наверх