Автоматический мост для измерения параметров комплексных сопротивлений

И„"

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

241528

Союз Соеетскик

Социалистически1

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 06.XI I.1967 (№ 1202927/18-10) Кл. 2le, 29/02 с присоединением заявки ¹

МПК G 01r

УДК 621.317;733.025 (088.8) Приоритет

Опубликовано 18.IV.1969. Бюллетень № 14

Дата опубликования описания 19.IX.1969

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Автор изобретения

P. Г. Файнгольд

Заявитель

АВТОМАТИЧЕСКИЙ МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при создании автоматических (как аналоговых, так и цифровых) измерительных приборов для измерения параметров комплексных сопротивлений, таких как L и Q, С и tg6.

Предлагаемое изобретение также может быть использовано и при создании неуравновешенных разбраковочных мостов для разЛС \4 браковки по величине и tg6, либо — и Q.

С 4

Известны автоматические мосты для измерения параметров комплексных сопротивлений, содержащие генератор, фазочувствительные нуль-органы и измерительную мостовую цепь, уравновешиваемую по одному из параметров операционным усилителем, вход которого подключен параллельно одному из плеч моста, а выход — последовательно с сопротивлением этого плеча.

Предложенный мост отличается тем, что в него введен усилитель с большим отрицательным коэффициентом усиления, вход которого включен в измерительную диагональ мостовой цепи, а выход — последовательно с сопротивлением плеча, находящегося в одной ветви с операционным усилителем.

Это позволяет устранить взаимосвязь контуров уравновешивания.

На фиг. 1 представлена блок-схема одного из вариантов предлагаемого моста, предназначенного для измерения С и tg 6 конденсаторов с последовательной схемой замещения

5 потерь, где 1 — измеряемый импеданс Z емкостью С» и сопротивлением потерь r„; 2— образцовая емкость без потерь С„; 3 и 4— импедансы плеч отношения Z3 и Z4. Эти импедансы могут иметь любой характер (в том

10 числе могут быть и с тесной индуктивной связью), но обязательно с одинаковым фазовым углом; 5 — вспомогательный усилитель с большим отрицательным коэффициентом усиления, б — операционный дифференцирующий

15 усилитель, состоящий из катодного или эмиттерного повторителя 7, усилителя 8 с большим отрицательным коэффициентом усилителя, конденсатора 9 переменной емкости (Со), с помощью которого осуществляется баланси20 ровка tg6, и сопротивления 10 обратной связи (1т о); 11 — усилитель разбаланса, 12 и

13 — фазочувствительные детекторы, вырабатывающие сигнал, зависящий от разбаланса по tg6 H C cooTBeT TBeHHO; 14 и 15 — системы

25 автоматической балансировки моста по tg б и С соответственно, 1б — генератор, а, b, с, d, e, f — узлы мостовой схемы.

Принцип работы моста поясняется топографической диаграммой напряжений, представзо ленной на фиг. 2. Напряжение на ветвях мо241528 ста обозначены соответствующими индексами этих элементов.

Ьлагодаря тому, что усилитель 5 через элементы цепи охвачен глубокой огрицательной обратной связью, потенциал точки с практически равен потенциалу земли при любых отношениях импедансов плеч (он тем ближе к потенциалу земли, чем больше коэффициент усиления усилителя 5). Таким образом, точки с и о на топографической диаграмме совпадают практически при любом значении измеряемой величины. Так как дифференцирующий усилитель сдвигает выходное напряжение на — 90 по отношению к входному, вектор ое перпендикулярен вектору ob. Векторы ad u eb параллельны, поскольку фазовые углы импедансов Z> и Z< равны и через них протекает один и тот же ток.

Мост по емкости балансируется изменением величины Z>. При этом вектор eb остается неизменным (так как положение точек с и о определяется соогношением измеряемого и образцового импеданса, которое в процессе балансировки моста остается неизменным), а вектор ad меняется по своей величине, т. е. точка d скользит вдоль прямой ad.

Балансировка моста по tg 6 осуществляется изменением коэффициента передачи операционного усилителя (изменением Ср), причем коэффициент передачи усилителя определяется формулой А< j ж R pC>.

При балансировке по tg6 изменяется величина вектора се, и точка d движется вдоль прямой dd, перпендикулярной вектору ob.

Мост сбалансирован тогда, когда на выходе вспомогательного усилителя 5 напряжение равно О, т. е. точка d совпадает с точкой с, а вектор ad — с вектором ас. При этом получаем следующие выражения баланса моста

c.=c Z з

1К = = о C9 Rio

ob

Так как при балансировке по tg6 точка скользит вдоль линии, перпендикулярной вектору ob, то проекция вектора do (У;) на вектор ob будет определяться лишь разбалансом по емкости. В то же время, так как при балансировке по емкости точка а скользит вдоль прямой ad, а при балансе по tg6 вектор ad (а

5 следовательно и вектор do) совпадает по направлению с вектором ао, проекция вектора

do на направление, перпендикулярное вектору ас, будет определять знак разбаланса по

tg6 независимо от расстройки моста по емко10 сти.

Таким образом, в предлагаемом мосте фазочувствительныи детектор 12 вырабатывает напряжение, знак которого зависит лишь от расстройки моста по tg6, а фазочувствительный

15 детектор 18 — напряжение, знак которого зависит лишь от разбаланса моста по емкости.

Величина напряжения на выходе фазочувствительного детектора 18 пропорциональна относительной расстройке моста по емкости не20 зависимо от величины tg6.

Предлагаемое устройство обеспечивает раздельный отсчет и раздельное уравновешивание по С и tg 6 (либо L и Q) практически при любых значениях tg6 (либо Q), причем в мо25 мент равновесия напряжение на входе усилителя разбаланса равно О, и поэтому к стабильности коэффициента усиления такого усилителя никаких требований не предъявляется.

30 Предмет изобретения

Автоматический мост для измерения параметров комплексных сопротивлений, содержащий генератор, фазочувствительные нуль-ор35 ганы и измерительную цепь, уравновешиваемую по одному из параметров операционным усилителем, вход которого подключен параллельно одному из плеч моста, а выход — последовательно с сопротивлением этого плеча, 40 отличающийся тем, что, с целью устранения взаимосвязи контуров уравновешивания, в него введен усилитель с большим отрицательным коэффициентом усиления, вход которого включен в измерительную диагональ мостовой

45 цепи, а выход — последовательно с сопротивлением плеча, находящегося в одной ветви с операционным усилителем.

241528 чо ыГ.

Фиг. 2

Составитель Л. Л. Айрапетова

Техред Л. Я. Левина Корректоры; E. Ласточкина и А. Абрамова

Редактор Т. Рыбалова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2057)12 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4