Мост для измерения параметров пассивных трехэлементных нерезонансных двухполюсников

CoIo3 Советски к

Сециалнстичвсии и

Рвс ублик

О И (А Н И Е ()938167

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А8ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное н авт. свид-ву (22) Заявлено 24. 09. 80 (21) 2984427/18-21 с присоединением заявки Рй (51)M. Кл.

G 01 R 17/10 фвударстикиьй камитет

СССР

11р даши изобрвтеннй и открмтик (23)приоритет

Опубликовано 23. 06. 82. Бюллетень М 23

Дата опубликования описания 25. 06. 82 (53) УДК 621.

° 317,733 - (088.8) 1 (72) Авторы изобретения

А.А. Кольцов и М.М. Зинин

Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта (71) Заявитель (54) МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПАССИВНЫХ

ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ НЕРЕЗОНАНСНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ

Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть использовано в автоматике, телемеханике и связи, например, для контроля параметров датчиков.

Известны мостовые устройства, использование активных элементов в измерительных цепях которых позволяет получить зависимое раздельное уравновешивание (1).

Недостатком подобных мостовых устройств является измерение параметров ограниченного количества видов трехэлементных нерезонансных двухполюсников „ 15

Наиболее близким по технической сущности является мостовое устройство, содержащее источник переменного напряжения, два операционных усилителя, дифференциальный усилитель, два2о фазочувствительных детектора и мостовую схему Максвелла Вина, состоящую

° из двух трехэлементных ветвей с ак тивными уравновешивающими параметра2 ми, одна из которых содержит объект измерения и постоянный образцовый ре" зистор (2).

Недостатком мостового устройства является невозможность измерять параметры трехэлементных пассивных нерезонансных двухполюсников.

Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей, т. е. измерение параметров всех видов нерезонансных трехэлементных пассивных двух-. полюсников.

Для достижения поставленной цели в мост для измерения параметров пассивных трехэлементных нерезонансных двухполюсников, содержащий первый и второй операционные усилители, к входу первого подключен резистор, к входу второго - регулируемый резистор, s цепь отрицательной обратной связи второго включен конденсатор, диффе- . ренциальный усилитель, нуль-индикатор, источник напряжения и объекты измерения, введены интегратор, диффе3 93816 ренциатор, два ключа, третий операционный усилитель, регулируемый конденсатор,резистор, сумматор, детектор определения линейности переходного напряжения, детектор выделения информации о наличии линейной составляющей, входы двух операционных усили* телей через резисторы соединены с интегратором, шунтированным ключом, соединенным с генератором прямоуголь- 10 ных импульсов, вход третьего операционного усилителя через объект из. мерения соединен с выходом интегратора, в цепь отрицательной обратной связи третьего операционного усилителя, выход которого через дифференциатор, шунтированный ключом, соединен с первым входом дифференциального усилителя и детектором определения линейности переходного напряжения, включают последовательно соединенные резистор и регулируемый конденсатор, в цепь отрицательной обратной связи первого операционного усилителя включен регулируемый резистор, а выходы первого и второго операционных усилителей через сумматор соединяют с вторым входом дифференциального усилителя, выход которого присоединен к первому входу детектора выделения информации о наличии линейной с!!оставляющей, второй вход которого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов.

Детектор определения линейности переходного напряжения выполнен из

35 сравнивающего блока, источника трех опорных напряжений, инвертора, интегратора и переключателя, который соединен по входу с дифференциатором ао и с сравнивающим блоком, а по выходу — напрямую и через инвертор с инФ тегратором, выход источника трех опорных напряжений соединен с входом сравнивающего блока.

Детектор выделения информации о

45 наличии линейной составляющей выполнен из хронирующего блока, инвертора, интегратора и переключателя, который соединен по входу с дифференциальным усилителем, хронирующим блоком, по выходу - напрямую и через инвертор с интегратором, вход хронирующего блока соединен с выходом генератора .прямоугольных импульсов.

7 4

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, интегратор

2, шунтированный ключом 3, объект 4 измерения, операционный усилитель 5, резистор 6 и регулируемый конденсатор 7, дифференциатор 8, шунтированный ключом 9, дифференциальный усилитель !0, детектор 11 определения линейности переходного напряжения, резистор 12, операционный усилитель 13, резисторы 14 и 15, операционный усилитель 16, конденсатор 17,; сумматор

18, нуль-индикатор 19, детектор 20 выделения информации о наличии линейной составляющей. Детектор 11 определения линейности переходного напряжения содержит переключатель 21, сравнивающий блок 22, источник 23 трех опорных напряжений, инвертор 24, интегратор 25. Детектор 20 выделения информации о наличии линейной составляющей содержит переключатель 26, хронирующий блок 27, инвертор 28 и интегратор 29.

Устройство работает следующим образом.

Операторную проводимость объекта измерения описывают выражением

Ч(р) = "k Р+ р - где k,<Ê, — масштабный коэффициент, нуль и полюс объекта 4 измерения; и†=;Т! — в зависимости от вида объекта 4 измерения (трехэлементного нереэонансного двухполюсника); р — комплексный параметр.

При и = 0 ключи 3 и 9 замкнуты, при n = 1 ключ 3 разомкнут, а ключ 9 замкнут. При n = -1 ключ 3 замкнут, а ключ 9 разомкнут. Изображение по

Лапласу выходного напряжения дифференциатора 9 при условии, что время затухания переходных процессов меньше длительности импульсов питания и промежутков между ними, задано выражением

Источник напряжения выполнен в виде генератора прямоугольных импульсов. где - амплитуда импульсов генератора 1 прямоугольных импульсов;

5 9381

R и С вЂ” значения сопротивления резистора 6 и регулируемой емкости конденсатора 7;

d — коэффициент пропорцио- S нальности, определяемый дифференциатором 8 и интегратором 2.

Изменением регулируемой емкости конденсатора 7 получают на выходе диф-1О ! ференциатора 8 напряжение

Момент установления напряжения

О(t) представляющего сумму постоянной и линейной составляющих, определяют по нулевому показанию детектора 11 определения линейности переход- 20 ного напряжения. Его работа основана на том, что разность интегралов от суммы постоянной и линейной составляющих при условии, что напряжения на выходе источника 23 трех опорных напряжений удовлетворяют условию

U - 0 -= 0 - 0, где 01 0, Uy - напряжения источника 23 трех опорных напряжений, рав- 3О на нулю . Интегратор 25 интегрирует

u(t) в промежутке между достижением

0(t) напряжений 0„ и U, а затем с противоположным знаком от 0 до 0, что получают подключением выхода диффе35 ренциатора 8 к интегратору 24 переключателем 20 по сигналу сравнивающего блока 22 сначала напрямую, а затем через инвертор 24 с единичным коэффициентом усиления. При этом получают условие квазиравновесия = 1бРС

Затем регулировкой сопротивления резистора 15 компенсируют на выходе дифференциатора 8 линейную составляющую u(t). Момент компенсации определяют по нулевому показанию детектора

20 выделения информации о наличии линейной составляющей. Работа последнего основана на том, что интеЫ гратор 29 интегрирует напряжение

u(t), подаваемое на него с противоположными знаками через переключатель

26 и инвертор 28 с единичным коэффициентом усиления, в течение одинаковых промежутков времени, задаваемых

И хронирующим блоком 27, запуск которого осуществляют в момент подачи

Ъ импульса с выхода генератора 1 пря67 моугольных импульсов. При этом разность интегралов от постоянной со-, ставляющей равна нулю, а линейной— нет.

Отсюда получают условие равновесия

Р,С,Ра где R и С - значения регулируемого о сопротивления резистора 15 и емкости конденсатора 17.

Затем регулировкой активного сопротивления 14 компенсируют постоянную составляющую напряжения U(t) по нулевому показанию нуль-индикатора

19. Получают

РХРА где R и Р - значения сопротивления резисторов 14 и 12.

В случае неполного уравновешивания операции повторяют.

При необходимости по измеренным значениям k,K, P можно подсчитать

R, L С параметры объекта 4 измерения, что не вызывает принципиальных затруднений.

И пользование генератора прямоугольных импульсов, интегратора, дифференциатора, двух ключей, операционного усилителя, регулируемого конденсатора, активного сопротивления, сумматора, детектора определения линейности переходного напряже" ния, детектора выделения информации о наличии линейной составляющей, нуль-индикатора позволяет измерять масштабный коэффициент, нуль и полюс проводимости нереэонансных пассивных трехэлеиентных двухполюсников всех видов. При необходимости не представляют принципиальных затруднений определения по результатам измерений

R, L, С параметров.

Таким образом, применение детекторов выделения информации о наличии линейной составляющей и определения линейности переходного напряжения дает возможность получить высокую точность, определяемую применением операций интегрирования и вычитания, легко автоматизировать устройство, что дополнительно облегчается наличием раздельного зависимого уравновешивания.

938167

Формула изобретения

l. Мост для измерения параметров пассивных трехй ементных нерезонансмых двухполюсников, содержащий первый и второй операционные усилители, к входу первого операционного усилителя подключен резистор, к входу вто. рого - регулируемый резистор, в цепь отрицательной обратной связи второго операционного усилителя включен конденсатор, дифференциальный усилитель, нуль-индикатор, источник напряжения и объекты измерения, о тл и ч а ю шийся тем, что, с щелью расширения функциональных возможностей, он снабжен интегратором, дифференциатором, двумя ключами, третьим операционным усилителем, регулируемым конденсатором, резистором, сумматором, детектором определения линейности переходного напряжения, детектором выделения информации о наличии линейной составляющей, входы двух операционных усилителей через резисторы соединены с интегратором, шунтированным. ключом, соединенным с генератором прямоугольных импульсов, вход третьего операционного усилителя через объект измерения соединен с выходом интегратора, в цепь отрищательной обратной связи третьего

:операционного усилителя, выход которого через дифференциатор, шунтированный ключом, соединен с первым входом дифференциального усилителя и детектором определения линейности переходного напряжения, включены последовательно соединенные резистор и регулируемый конденсатор, в цепь отрицательной обратной связи первого операционного усилителя включен регулируемый резистор, а выходы первого и

10 IS

2S

I второго операционных усилителей через сумматор соединены с вторым входом дифференциального усилителя, выход которого присоединен к первому входу детектора выделения информации о наличии линейной составляющей, второй вход которого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов.

2. Мост по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что детектор определения линейности переходного напряжения выполнен иэ сравнивающего блока, источника трех опорных напряжений, инвертора, интегратора и переключателя, который соединен по входу с дифференциальными и сравнивающим блоками, а по выходу - напрямую и через инвертор с интегратором, выход источника трех опорных напряжений соединен с входом сравнивающего блока.

3. Мост no n. 1, о т л и ч а юшийся тем, что детектор выделения информации о наличии линейной составляющей выполнен из хронирующего блока, инвертора, интегратора и переключателя, который соединен по входу с дифференциальным усилителем, хронирующим блоком, а по выходунапрямую и через инвертор с интегра" тором, вход хронирующего блока соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов.

4. Мост по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что источник напряжения выполнен в виде генератора прямоугольных импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

I. "Измерение, контроль, автоматизация". 1976, Н 3, с. 8.

2. Авторское свидетельство СССР

И 490042, кл. 6 01 R 27/02, 1974.

938167

Заказ 4452/67

Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Семенчук

Редактор А. Козориз Техред А, Ач Корректор В. Синицкая