Мостовое устройство для измерения параметров двухполюсников
Изобретение относится к области измерения физических величин, в частности к измерителям параметров двухполюсников. Мостовое устройство, содержащее генератор сигналов, двухполюсник с регулируемыми элементами и измеряемый двухполюсник, неинвертирующий повторитель напряжения, инвертирующий усилитель и нуль-индикатор. Новым в устройстве является введение двух резисторов. Таким образом, схема данного устройства упрощена, по сравнению с его аналогами, так как исключен аналоговый сумматор напряжений.
Изобретение относится к информационно-измерительной технике, промышленной электронике, автоматике и может быть использовано для контроля и определения параметров объектов измерения, а также физических величин посредством параметрических датчиков.
Известен мостовой измеритель параметров двухполюсников (Патент РФ 2229141 МПК7 G 01 R 27/02, 17/10 2003 г.), содержащий генератор прямоугольных импульсов, первый вывод которого заземлен и является общим для его двух выходов, второй вывод образует первый выход генератора и третий вывод -второй выход синхронизации, первый резистор, образующий первый двухполюсник ветви, первым из выводов соединен со вторым выводом первого выхода генератора, во второй двухполюсник ветви входят параллельно соединенные конденсатор и второй резистор, первый общий вывод которых заземлен, неинвертирующий повторитель напряжения, вход которого соединен с выходом неинвертирующего повторителя напряжения, двухвходовый аналоговый сумматор, первый вход которого соединен с выходом инвертирующего усилителя, а второй вход - с первым выходом генератора, нуль-индикатор, первый вход которого заземлен, второй вывод образует первый вход и через разделительный конденсатор соединен с выходом аналогового сумматора, а третий вывод образует второй вход синхронизации и соединен со вторым выходом генератора, третий резистор, включенный между первым резистором и параллельно соединенными вторым резистором и конденсатором, и цепь из трех последовательно соединенных элементов: четвертого, пятого резисторов и индуктивной катушки, последняя цепь включена между землей и общим
выводом первого, третьего резисторов и входом неинвертирующего повторителя напряжения.
Недостатком его является усложнение схемы устройства за счет использования двухвходового аналогового сумматора.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа электрический мост (Измерительная техника. - 2002. - №5. - С.47. рис. 2, в), содержащий генератор сигналов, первый вывод которого заземлен, а второй вывод соединен с первым входом двухвходового аналогового сумматора, резистор, образующий первую ветвь регулируемого двухполюсника, одним из выводов соединен со вторым выводом генератора сигналов, вторую ветвь регулируемого двухполюсника образуют последовательно соединенные конденсатор и резистор, первый общий вывод которых соединен с первым выводом генератора сигналов, а второй общий вывод соединен с входом неинвертирующего повторителя напряжения, который на выходе соединен с входом инвертирующего усилителя, выход инвертирующего усилителя соединен со вторым входом двухвходового аналогового сумматора, измеряемый двухполюсник образован последовательным соединением двух резисторов, первым общим выводом соединенных с регулируемым двухполюсником, а вторым с землей, второй резистор соединен параллельно с конденсатором, аналоговый сумматор на выходе соединен с входом нуль-нидикатора.
Недостатком его является усложнение схемы устройства за счет использования двухвходового аналогового сумматора.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в упрощении схемы устройства.
Поставленная задача решается тем, что в мостовое устройство, содержащее генератор сигналов, который состоит из формирователей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций K0t0, K 1t1, K2t 2 (где К0, K1 , K2 - постоянные
коэффициенты, t - время), двухполюсник с регулируемыми элементами и измеряемый двухполюсник (объект измерения), которые включены между собой последовательно, неинвертирующий повторитель напряжения, инвертирующий усилитель и нуль-индикатор, один из двух выводов выхода генератора сигналов, состоящего из формирователя прямоугольных импульсов, линейно-изменяющихся импульсов и квадратичных импульсов, заземлен, двухполюсник с регулируемыми элементами состоит из первого резистора, параллельно которому включены последовательно соединенные первый конденсатор и второй резистор, измеряемый двухполюсник состоит из последовательно соединенных третьего резистора и четвертого, параллельно которому включен второй конденсатор, свободный вывод измеряемого двухполюсника заземлен, свободный вывод двухполюсника с регулируемыми элементами подключен к незаземленному выводу выхода генератора сигналов, общий вывод двухполюсника с регулируемыми элементами и измеряемого двухполюсника подключен ко входу неинвертирующего повторителя напряжения, выход которого соединен с входом инвертирующего усилителя, один из двух выводов входа нуль-индикатора соединен с землей, введены дополнительные пятый и шестой резисторы, они между собой соединены последовательно, свободный вывод пятого резистора подключен к незаземленному выводу выхода генератора сигналов, а свободный вывод шестого резистора - к выходу инвертирующего усилителя, общий вывод пятого и шестого резисторов соединен с незаземленным выводом входа нуль-индикатора.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена функциональная схема мостового устройства для измерения параметров двухполюсников. Устройство содержит генератор 1 сигналов, состоящий из формирователей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций, в частности, из формирователя последовательности прямоугольных импульсов (K0t°), формирователя последовательности импульсов линейно изменяющегося напряжения (K1t1),
формирователя последовательности квадратичных импульсов (K2 t2), последовательно соединенные двухполюсник с регулируемыми элементами из резисторов 2, 4 (R2, R4) и конденсатора 3 (С3), и измеряемый двухполюсник из резисторов 5, 6 (R5, R6) и конденсатора 7 (С7). Один из выводов выхода генератора заземлен. Резистор 2 (R2) свободным выводом соединен с незаземленным выводом выхода генератора 1. Параллельно резистору 2 (R2) подключены последовательно соединенные конденсатор 3 (С3) и резистор 4 (R4), один общий вывод которых соединен с незаземленным выводом выхода генератора 1, а другой общий вывод соединен с входом неинвертирующего повторителя напряжения 8. Последовательно соединенные резисторы 5 (R5) и 6 (R6) одним общим выводом соединены с двухполюсником с регулируемыми элементами, а другим с землей. Резистор 6 (R6) соединен параллельно с конденсатором 7 (С7). Выход неинвертирующего повторителя напряжения соединен с входом инвертирующего усилителя 9. Инвертирующий усилитель 9 в свою очередь на выходе соединен с резистором 11 (R11). Последовательно резистору 11 (R11) подключается резистор 10 (R10), который свободным выводом соединен с незаземленным выводом выхода генератора 1. Один из двух выводов входа нуль-индикатора 12 заземлен. Общий вывод резисторов 10 (R10) и 11 (R11) подсоединен к незаземленному выводу входа нуль-индикатора 12.
Устройство работает следующим образом. С генератора 1 подается последовательность импульсов прямоугольной формы. После воздействия очередного импульса после окончания переходного процесса конденсаторы 3 и 7 представляют собой разрыв цепи. Импульс напряжения на входе нуль-индикатора 12 имеет плоскую вершину и зависит от соотношения между значениями сопротивлений резисторов 2, 5 и 6. Такая ситуация будет до момента окончания плоской вершины импульса генератора сигналов. Регулировкой значения сопротивления резистора 2 приводим к нулю напряжение плоской вершины импульса, отмечая это по нуль-индикатору 12,
в качестве которого можно использовать осциллограф. В результате выполняется первое условие равновесия
где k - коэффициент усиления инвертирующего усилителя 9.
После выполнения условия (1) на участке действия импульса линейно-изменяющегося напряжения, импульс напряжения на входе нуль-индикатора 12 имеет плоскую вершину после окончания переходного процесса. Регулировкой значения емкости конденсатора 3 приводим эту плоскую вершину к нулю, отмечая это по нуль-индикатору 12. В результате выполняется второе условие равновесия
Далее, с генератора 1 подаются импульсы квадратичной формы. При поступлении очередного такого импульса после окончания переходного процесса импульс напряжения на входе нуль-индикатора 12 имеет плоскую вершину. Регулировкой значения сопротивления резистора 4 приводим напряжение плоской вершины к нулю и тем самым выполняем третье условие равновесия
Отсчет искомых параметров берется из условий равновесия (1)-(3). Таким образом, схема данного устройства упрощена, по сравнению с его аналогами, так как исключен аналоговый сумматор напряжений. Она сохранила такое важное свойство, как раздельное зависимое уравновешивание, которое следует выполнять в приведенной выше последовательности.
Мостовое устройство для измерения параметров двухполюсников, содержащее генератор сигналов, который состоит из формирователей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций K0t 0, K1t1, K 2t2 (где К0 , K1, К2 - постоянные коэффициенты, t - время), двухполюсник с регулируемыми элементами включенный последовательно по отношению к измеряемому двухполюснику (объекту измерения), которые включены между собой последовательно, неинвертирующий повторитель напряжения, инвертирующий усилитель и нуль-индикатор, один из двух выводов выхода генератора сигналов, состоящего из формирователя прямоугольных импульсов, линейно-изменяющихся импульсов и квадратичных импульсов, заземлен, двухполюсник с регулируемыми элементами состоит из первого резистора, параллельно которому включены последовательно соединенные первый конденсатор и второй резистор, измеряемый двухполюсник состоит из последовательно соединенных третьего резистора и четвертого, параллельно которому включен второй конденсатор, свободный вывод измеряемого двухполюсника заземлен, свободный вывод двухполюсника с регулируемыми элементами подключен к незаземленному выводу выхода генератора сигналов, общий вывод двухполюсника с регулируемыми элементами и измеряемого двухполюсника подключен ко входу неинвертирующего повторителя напряжения, выход которого соединен с входом инвертирующего усилителя, один из двух выводов входа нуль-индикатора соединен с землей, отличающееся тем, что введены дополнительные пятый и шестой резисторы, они между собой соединены последовательно, свободный вывод пятого резистора подключен к незаземленному выводу выхода генератора сигналов, а свободный вывод шестого резистора - к выходу инвертирующего усилителя, общий вывод пятого и шестого резисторов соединен с незаземленным выводом входа нуль-индикатора.
