ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ДВУХПОЛЮСНИКОВ Российский патент 2000 года по МПК G01R27/02 G01R17/10 

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 емкостной электрический мост [1], содержащий генератор трапецеидальных импульсов, мостовую цепь и нуль-индикатор с дифференциальным входом.

Недостатком его является понижение точности за счет составляющей погрешности от влияния синфазного сигнала дифференциального усилителя, входящего в нуль-индикатор.

Известен электрический мост переменного тока [2], содержащий генератор импульсов прямоугольной формы, мостовую цепь, два усилителя напряжения неравновесия, на входе одного из них включена интегрирующая цепочка, а на входе второго - схема расширения пикообразных импульсов, визуальный нуль-индикатор.

Недостатком его является усложнение схемы устройства за счет двух каналов преобразования сигналов с выхода мостовой цепи вместо одного.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа мост для измерения параметров трехэлементных нерезонансных двухполюсников, содержащий генератор прямоугольных импульсов, измерительную схему, два аналоговых сумматора, два ключа, линию задержки, нуль-индикатор и индикатор для определения экспоненциальной формы напряжения [3].

Недостатком его является сложность схемы. Сложная схема усложняет настройку; в ней сильно сказывается отрицательное влияние дрейфа нуля, в частности, операционных усилителей; операции преобразования информационного сигнала вносят свои составляющие погрешности, в сложной схеме число этих составляющих возрастает и увеличивает погрешность.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в упрощении схемы устройства.

Это достигается тем, что в измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор прямоугольных импульсов, двухполюсник с регулируемыми элементами и измеряемый двухполюсник, нуль-индикатор, двухвходовый аналоговый сумматор, введены неинвертирующий повторитель напряжения, инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления, равным двум, первый вывод генератора прямоугольных импульсов заземлен и является общим для двух его выходов, двухполюсник с регулируемыми элементами и измеряемый двухполюсник включены последовательно, один их вывод соединен с землей, а другой - со вторым выводом генератора прямоугольных импульсов, который относится к его первому выходу, вход неинвертирующего повторителя напряжения подключен к общему выводу двух двухполюсников, первый вывод нуль-индикатора соединен с землей и является общим для двух его входов, второй вывод, относящийся к первому входу - входу синхронизации, соединен с третьим выводом генератора прямоугольных импульсов, относящимся к его второму выходу - выходу синхронизации, и третий вывод, относящийся ко второму входу нуль-индикатора, подключен к разделительному конденсатору, первый вывод входа инвертирующего усилителя соединен с землей, а второй - с выходом неинвертирующего повторителя, первый вывод двухвходового аналогового сумматора соединен с землей и является общим для его входов и выхода, второй вывод его, относящийся к первому входу, подключен к выходу инвертирующего усилителя и третий вывод, относящийся ко второму входу - ко второму выводу генератора прямоугольных импульсов, выход сумматора подключен к разделительному конденсатору.

Таким образом, наряду с упрощением схемы устройства, имеется раздельное уравновешивание, раздельный отсчет и весьма простой отсчет искомых параметров. Допустима небольшая нестабильность амплитуды импульсов генератора и у такого нулевого измерителя, как электрический мост, ибо эта амплитуда не выходит в выражение для отсчета искомых параметров. Допустима также небольшая нестабильность длительности импульсов питающего генератора и их частоты повторения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена функциональная схема измерителя параметров двухполюсников.

Измеритель содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, последовательно соединенные двухполюсник с регулируемыми элементами из резистора 2 (R 2) и конденсатора 3 (C 3), и измеряемый двухполюсник из резистора 4 (R 4) и конденсатора 5 (C 5). Один вывод этой цепи соединен с первым выводом генератора, который является общим для двух его выходов и заземлен. Второй вывод цепи подключен ко второму выводу генератора, относящемуся к первому его выходу. Общий вывод двух двухполюсников подключен ко входу неинвертирующего повторителя 6 напряжения, выход которого соединен со входом инвертирующего усилителя 7 с коэффициентом усиления, равным двум. Выход усилителя соединен с первым входом двухвходового аналогового сумматора 8, второй вход его подключен ко второму выводу генератора. Выход сумматора через разделительный конденсатор 9 подключен к одному из входов нуль-индикатора 10, другой его вход - вход синхронизации соединен со вторым выходом генератора - выходом синхронизации.

Измеритель параметров двухполюсников работает следующим образом.

С генератора 1 подается последовательность прямоугольных импульсов. При воздействии очередного импульса после окончания переходного процесса напряжение на входе неинвертирующего повторителя не зависит от емкостей конденсаторов 3 и 5 и определяется только сопротивлениями резисторов 2 и 4. В интервале времени от окончания переходного процесса до окончания импульса импульсное напряжение на нуль-индикаторе 10, в качестве которого может использоваться осциллограф, имеет плоскую вершину, которая приводится к нулю при выполнении первого условия уравновешивания
R₄ - R₂ = 0 (1)
Реализация этого условия осуществляется посредством регулирования значения сопротивления резистора 2. В результате остаются экспоненциальные всплески в начале импульса и после его окончания. Регулировкой значения емкости конденсатора 3 они приводятся к нулю в результате выполнения второго условия уравновешивания
C₃ - C₅ = 0 (2)
Отсчет искомых параметров берется по значениям регулируемых параметров из выражений (1), (2).

Таким образом, в данном измерителе параметров двухполюсников имеются неинвертирующий повторитель, инвертирующий усилитель, аналоговый сумматор и отсутствует дифференциальный усилитель (нуль-индикатор с дифференциальным входом), а следовательно, исключена составляющая погрешности от синфазного сигнала, хотя измеритель относится к нулевым измерителям, так как для отсчета искомых параметров необходимо привести к нулю информационный сигнал. Уравновешивание измерителя - раздельное, зависимое. Допустима небольшая нестабильность амплитуды импульсов генератора и у такого нулевого измерителя, как электрический мост, ибо эта амплитуда не входит в выражения для отсчета искомых параметров (1), (2). Допустима также небольшая нестабильность длительности импульсов питающего генератора и их частоты повторения.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 498560, G 01 R 17/10, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР N 143467, G 01 R 17/10, 1961.

2. Патент РФ N 2034301, G 01 R 17/10, 1995.

Использование: в области измерения физических величин, в частности, в измерении параметров двухполюсников. Измеритель параметров двухполюсников содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, первый вывод которого заземлен и является общим для двух его выходов, двухполюсник с регулируемыми элементами и измеряемый двухполюсник, каждый из которых состоит из параллельно соединенных резистора и конденсатора. Один вывод этих двухполюсников соединен с землей, а другой - с вторым выводом генератора, который относится к его первому выводу. Вход неинвертирующего повторителя 6 напряжения подключен к общему выводу двух двухполюсников, а выход - к инвертирующему усилителю 7 с коэффициентом усиления, равным двум. Один вход двухвходового аналогового сумматора 8 соединен с выходом инвертирующего усилителя, а другой - с вторым выводом генератора. Первый вход нуль-индикатора 10 - вход синхронизации подключен к второму выходу генератора - выходу синхронизации, а второй через разделительный конденсатор 9 соединен с выходом аналогового сумматора. Технический результат - уменьшение погрешности измерения за счет исключения составляющей погрешности от влияния синфазного сигнала. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор прямоугольных импульсов, двухполюсник с регулируемыми элементами и измеряемый двухполюсник, нуль-индикатор, двухвходовый аналоговый сумматор, отличающийся тем, что в него введены неинвертирующий повторитель напряжения, инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления, равным двум, первый вывод генератора прямоугольных импульсов заземлен и является общим для двух его выходов, двухполюсник с регулируемыми элементами и измеряемый двухполюсник включены последовательно, один их вывод соединен с землей, а другой - с вторым выводом генератора прямоугольных импульсов, который относится к его первому выходу, вход неинвертирующего повторителя напряжения подключен к общему выводу двух двухполюсников, первый вывод нуль-индикатора соединен с землей и является общим для двух его входов, второй вывод, относящийся к первому входу - входу синхронизации, соединен с третьим выводом генератора прямоугольных импульсов, относящимся к его второму выходу - выходу синхронизации, и третий вывод, относящийся ко второму входу нуль-индикатора, подключен к разделительному конденсатору, первый вывод входа инвертирующего усилителя соединен с землей, а второй - с выходом неинвертирующего повторителя, первый вывод двухвходового аналогового сумматора соединен с землей и является общим для его входов и выхода, второй вывод его, относящийся к первому входу, подключен к выходу инвертирующего усилителя, и третий вывод, относящийся к второму
входу - к второму выводу генератора прямоугольных импульсов, выход сумматора подключен к разделительному конденсатору. 2. Измеритель параметров двухполюсников по п.1, отличающийся тем, что каждый из двухполюсников с регулируемыми элементами и измеряемый двухполюсник состоят из параллельно соединенных резистора и конденсатора.