МОСТОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ДВУХПОЛЮСНИКОВ Российский патент 2013 года по МПК G01R17/10 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике. В частности, оно позволяет определять параметры четырехэлементных двухполюсников или параметры датчиков с четырехлементной схемой замещения.

Известен мостовой измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников (А.с. СССР №1247762, G01R 17/10, БИ 1986, №28), содержащий последовательно соединенные генератор импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций, четырехплечую мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.

Недостатком его являются повышение погрешности измерения за счет составляющей погрешности от паразитных емкостей, которые образуют незаземленные регулируемые уравновешивающие элементы относительно «земли». В указанном измерителе, в принципе, невозможно заземлить все регулируемые уравновешивающие элементы, поэтому названные паразитные емкости и соответствующая составляющая погрешности измерения здесь обязательно присутствуют. От нестабильности паразитных емкостей возникает также дополнительная составляющая погрешности. Кроме того, для уменьшения вредного влияния внешних электромагнитных полей и наводок уравновешивающие элементы нередко экранируют, тогда, в случае незаземленности этих элементов, возникает вопрос, с какой вершиной электрического моста лучше соединять экраны. Если же названные элементы заземлены, то очевидно, что экраны следует соединять с землей. В случае регулирования незаземленных уравновешивающих элементов посредством использования электронных ключей и управляющих электрических сигналов с блока управления, возникают дополнительные трудности и необходимость использования развязывающих элементов, например, трансформаторов или оптронных пар. При заземленных уравновешивающих элементах такие трудности отсутствуют.

Известен мостовой измеритель параметров пятиэлементных пассивных двухполюсников (А.с. СССР №1147986, G01R 17/10, БИ 1985, №12), содержащий последовательно соединенные генератор импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.

Недостатком его является повышение погрешности измерения за счет составляющей погрешности от паразитных емкостей, которые образуют незаземленные регулируемые уравновешивающие элементы относительно «земли».

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа мостовой измеритель параметров трехэлементных пассивных двухполюсников (А.с. СССР №945805, G01R 17/10, БИ 1982, №27), содержащий последовательно соединенные генератор импульсов сложной формы, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.

Недостатком его является повышение погрешности измерения за счет составляющей погрешности от паразитных емкостей, которые образуют незаземленные регулируемые уравновешивающие элементы относительно «земли».

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в уменьшении погрешности измерения за счет исключения составляющих погрешности от паразитных емкостей относительно «земли» регулируемых уравновешивающих элементов и нестабильности этих паразитных емкостей. Названные паразитные емкости отсутствуют потому, что в измерителе используются только заземленные регулируемые уравновешивающие элементы.

Это достигается тем, что в мостовой измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор питающих импульсов, формирующий последовательности прямоугольных, линейно изменяющихся, квадратичных, кубичных импульсов и имеющий два выхода относительно «земли», образованных двумя выводами, первый выход относительно земли является выходом питающих сигналов и подключен к генераторной диагонали четырехплечей мостовой цепи, второй выход относительно «земли» является выходом синхронизации, в первой ветви мостовой цепи последовательно включены многоэлементный двухполюсник с уравновешивающими элементами, состоящий из первого резистора, параллельно которому включены последовательно соединенные второй резистор и первый конденсатор, и одиночный резистор первого плеча отношения, общий вывод одиночного резистора и многоэлементного двухполюсника образует первый вывод выхода мостовой цепи, во второй ветви мостовой цепи последовательно включены одиночный резистор второго плеча отношения и две клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения, общий вывод одиночного резистора и первой клеммы для подключения объекта измерения образуют второй вывод выхода моста, двухполюсник объекта измерения, в частности, состоит из последовательно соединенных первого резистора и индуктивной катушки, параллельно которой включен второй резистор, также параллельно индуктивной катушке включен конденсатор, общий вывод первого и второго резисторов многоэлементного двухполюсника первой ветви и одиночного резистора второго плеча отношения второй ветви образует первый вывод генераторной диагонали мостовой цепи, а общий вывод одиночного резистора первого плеча отношения и незадействованной еще второй клеммы для подключения объекта измерения образует второй вывод генераторной диагонали мостовой цепи; нуль-индикатор, первый вход которого (дифференциальный вход) соединяется с двумя выводами выхода мостовой цепи, второй его вход (вход синхронизации) соединен со вторым выходом генератора импульсов, общая шина нуль-индикатора заземлена, введены в многоэлементный двухполюсник с уравновешивающими элементами первой ветви моста три дополнительных элемента: дополнительный конденсатор, дополнительный резистор и дополнительная индуктивная катушка, а также изменено подключение мостовой цепи к первому выходу генератора импульсов, дополнительный конденсатор включен параллельно имеющемуся двухполюснику из первого и второго резистора и первого конденсатора, электрическая цепь из последовательно соединенных дополнительной индуктивной катушки и дополнительного резистора включена параллельно второму резистору, незаземленный вывод первого выхода генератора импульсов подключен ко второму выводу генераторной диагонали мостовой цепи, а заземленный вывод первого выхода генератора соединен с первым выводом генераторной диагонали моста.

Сущность изобретения поясняется чертежом (Фиг.1). Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит генератор питающих импульсов 1, представленный блоками 2-8, который может формировать последовательности прямоугольных, линейно изменяющихся, квадратичных и кубичных импульсов. Формирователь импульсов 2 обеспечивает формирование прямоугольных импульсов, изменяющихся по закону К₀t⁰; формирователь импульсов 3 обеспечивает формирование линейно изменяющихся импульсов, изменяющихся по закону K₁t¹; формирователь импульсов 4 обеспечивает формирование квадратичных импульсов, изменяющихся по закону К₂t²; формирователь импульсов 5 обеспечивает формирование кубичных импульсов, изменяющихся по закону K₃t₃, где К₀, К₁, К₂ и К₃ - постоянные коэффициенты, a t - текущее время. Коммутатор 6 обеспечивает выбор одного из четырех видов импульсов, формируемых с помощью формирователей импульсов 2-5, и далее сигнал с его выхода подается на вход усилителя мощности 7, с выхода которого усиленный по мощности сигнал поступает на первый выход генератора питающих импульсов 1. С выхода блока синхронизации 8 сигнал синхронизации поступает на входы формирователей импульсов 2-5, а также на второй выход генератора питающих импульсов 1. Генератор 1 имеет два выхода, первый выход относительно земли является выходом питающих сигналов и подключен ко второму выводу генераторной диагонали моста, заземленный вывод первого выхода генератора соединен с первым выводом генераторной диагонали, второй выход генератора импульсов является выходом синхронизации. В первой ветви мостовой цепи последовательно включены двухполюсник с уравновешивающими элементами и одиночный резистор первого плеча отношения. Двухполюсник с уравновешивающими элементами состоит из первого резистора 9 (R9), параллельно которому включены последовательно соединенные резистор 10 (R10) и конденсатор 11 (С11), а также параллельно им включен конденсатор 19 (С19). Параллельно резистору 10 (R10) включены последовательно соединенные индуктивная катушка 21 (L21) и резистор 20 (R20). Последовательно с двухполюсником с уравновешивающими элементами включен одиночный резистор первого плеча отношения 12 (R12). Во второй ветви мостовой цепи последовательно включены одиночный резистор 13 (R13) второго плеча отношения и две клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения, который, например, может включать в себя первый резистор 14 (R14), индуктивную катушку 15 (L15), второй резистор 16 (R16) и конденсатор 17 (С 17), причем индуктивная катушка 15 (L15), второй резистор 16 (R16) и конденсатор 17 (С17) между собой включены параллельно, а также последовательно соединены с первым резистором 14 (R14). Общий вывод двухполюсника с уравновешивающими элементами и одиночного резистора 13 (R13) второго плеча отношения образует первый вывод генераторной диагонали моста. Общий вывод одиночного резистора 12 (R12) первого плеча отношения и второй клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения образуют второй вывод генераторной диагонали моста. В первой ветви мостовой цепи общий вывод двухполюсника с уравновешивающими элементами и одиночного резистора 12 (R12) образуют первый вывод выхода измерительной диагонали, во второй ветви мостовой цепи общий вывод одиночного резистора 13 (R13) и первой клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения образуют второй вывод выхода измерительной диагонали. Первый и второй выходы измерительной диагонали образуют относительно земли дифференциальный выход четырехплечей мостовой цепи, который соединен с дифференциальным входом нуль-индикатора 18, общая шина которого заземлена, а второй вход нуль-индикатора 18 - вход синхронизации соединен со вторым выходом генератора 1.

Мостовой измеритель параметров двухполюсников работает следующим образом. В исходном состоянии напряжения на входе и выходе четырехплечей мостовой цепи равны нулю. Подадим на мост с генератора 1 последовательность импульсов прямоугольной формы. При воздействии очередного импульса в установившемся режиме в ветвях мостовой цепи устанавливаются неизменяющиеся напряжения, разность которых определяет напряжение в измерительной диагонали мостовой цепи (выходное напряжение моста). Оно зависит от значений сопротивлений 9(R9), 12(R12), 13(R13), 14(R14). Первое условие равновесия моста -

Однократной регулировкой значения емкости 9 (R9) плоская вершина импульсного сигнала неравновесия приводится к нулю, тем самым выполняется первое условие равновесия моста (1). Равновесие моста здесь и в дальнейшем отмечается по нуль-индикатору 18 (осциллографу), при этом подача сигнала синхронизации со второго выхода генератора на второй вход нуль-индикатора 18, обеспечивает устойчивость его показаний. Далее подаем на мост последовательность импульсов линейно изменяющегося напряжения. При воздействии очередного такого импульса, на выходе моста, после окончания переходного процесса, устанавливается импульсный сигнал равновесия с плоской вершиной. Второе условие равновесия моста -

Выполнить его можно регулировкой сопротивления регулируемого конденсатора 19(С19). Однократной регулировкой значения этого конденсатора приводим плоскую вершину импульсного сигнала неравновесия к нулю, т.е. выполняем второе условие равновесия (2), при этом первое условие (1) не нарушается, т.к. регулируемый здесь параметр 19(С19) в него не входит. После этого подаем на мост с генератора последовательность квадратичных импульсов. При воздействии очередного импульса, после окончания переходного процесса, на выходе моста устанавливается импульсный сигнал неравновесия с плоской вершиной. Третье условие равновесия моста -

Однократной регулировкой резистора 10 (R10) приводим плоскую вершину импульсного напряжения неравновесия к нулю и выполняем третье условие равновесия (3), при этом первые два условия равновесия (1), (2) не нарушаются, т.к. регулируемый здесь параметр 10 (R10) в них не входит. После этого подаем на мост с генератора последовательность кубичных импульсов. При воздействии очередного импульса, после окончания переходного процесса, на выходе моста устанавливается импульсный сигнал неравновесия с плоской вершиной. Четвертое условие равновесия моста -

Однократной регулировкой сопротивления регулируемой индуктивности 21 (L21) приводим плоскую вершину импульсного напряжения неравновесия к нулю и выполняем четвертое условие равновесия (4), при этом первые три условия равновесия (1)-(3) не нарушаются, т.к. регулируемый здесь параметр 21 (L21) в них не входит.

Из приведенного вытекает, что мостовая цепь (Фиг.1) обладает свойством раздельного зависимого уравновешивания, и уравновешивание следует проводить в приведенной выше последовательности 9(R9), 19(С19), 10(R10), 21(L21). Из четырех уравнений [четырех условий равновесия (1)-(4)] берется отсчет искомых четырех параметров: 14(R14), 15 (L15), 16(R16), 17(С17). Значения параметров элементов 12(R12), 13(R13), 11(C11), 20(R20) являются постоянными.

Таким образом, данный мостовой измеритель параметров двухполюсников позволяет реализовать раздельное уравновешивание мостовой цепи только заземленными регулируемыми уравновешивающими элементами 9, 19, 10 и 21 и тем самым избавляет от составляющих погрешности измерения от паразитных емкостей незаземленных регулируемых уравновешивающих элементов относительно «земли», а также временной и температурной нестабильности этих паразитных емкостей.

Источники информации

1. А.с. 1247762 СССР. МПК G01R 17/10. Мостовой измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников - Опубл. 30.07.1986. Бюл.№28.

2. А.с. 1147986 СССР. М. Кл. G01R 17/10. Мостовой измеритель параметров пятиэлементных пассивных двухполюсников. Опубл. 30.03.1985. Бюл. №12.

3. А.с. 945805 СССР. МПК G01R 17/10. Мостовой измеритель параметров трехэлементных пассивных двухполюсников. Опубл. 23.07.1982. Бюл. №27 (прототип).

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике, в частности, оно позволяет определять параметры четырехэлементных двухполюсников или параметры датчиков с четырехэлементной схемой замещения. Техническим результатом заявленного изобретения является уменьшение погрешности измерения за счет исключения погрешности от паразитных емкостей относительно «земли» регулируемых уравновешивающих элементов и нестабильности этих паразитных емкостей. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор питающего сложного электрического сигнала, мостовую цепь и нуль-индикатор. Технический результат достигается тем, что в двухполюсник с уравновешивающими элементами, входящий в состав мостовой цепи, введены три дополнительных элемента: дополнительного конденсатора, дополнительного резистора и дополнительной индуктивной катушки, а также изменено подключение мостовой цепи к первому выходу генератора импульсов, все три дополнительные элемента включены в многоэлементный двухполюсник с уравновешивающими элементами первой ветви моста, дополнительный конденсатор включен параллельно имеющемуся двухполюснику из первого и второго резистора и первого конденсатора, электрическая цепь из последовательно соединенных дополнительной индуктивной катушки и дополнительного резистора включена параллельно второму резистору, а также то, что функциональные элементы двухполюсника с уравновешивающими элементами являются регулируемыми, а функциональные элементы двухполюсника объекта измерения - выступают в качестве искомых четырех параметров - первого и второго резисторов, индуктивности и емкости. 1 ил.

Мостовой измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор питающих импульсов, который состоит из формирователей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону K₀t⁰, K₁t¹, K₂t² и К₃t³, где К₀, K₁, К₂ и К₃ - постоянные коэффициенты, a t - текущее время, из коммутатора, из усилителя мощности и блока синхронизации, выход каждого формирователя импульсов соединен с соответствующим входом коммутатора, выход его подключен ко входу усилителя мощности, выход которого образует первый выход генератора импульсов относительно «земли», выход блока синхронизации соединен со входом (входом синхронизации) каждого формирователя импульсов, а также выход его образует второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов относительно «земли», общая шина генератора импульсов заземлена; первый выход генератора импульсов подключен ко входу четырехплечей мостовой цепи, который образует общий вывод двух параллельно включенных ветвей моста, первую ветвь образуют последовательно соединенные многоэлементный двухполюсник с уравновешивающими элементами и одиночный резистор первого плеча отношения, многоэлементный двухполюсник состоит из первого резистора, параллельно которому включены последовательно соединенные второй резистор и первый конденсатор, общий вывод одиночного резистора первого плеча и многоэлементного двухполюсника образует первый вывод выхода мостовой цепи, вторую ветвь моста образуют последовательно соединенные одиночный резистор второго плеча отношения и две клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения, общий вывод одиночного резистора первого плеча и первой клеммы для подключения объекта измерения образует второй вывод выхода мостовой цепи, двухполюсник объекта измерения, в частности, состоит из последовательно соединенных первого резистора и индуктивной катушки, параллельно которой включен второй резистор, также параллельно индуктивной катушке соединен конденсатор, общий вывод первого и второго резисторов многоэлементного двухполюсника первой ветви и одиночного резистора второго плеча отношения второй ветви образует первый вывод генераторной диагонали мостовой цепи, а общий вывод одиночного резистора первого плеча отношения и незадействованной еще второй клеммы для подключения объекта измерения образует второй вывод генераторной диагонали мостовой цепи; нуль-индикатор, первый вход которого (дифференциальный вход) соединяется с двумя выводами выхода мостовой цепи, второй его вход (вход синхронизации) соединен со вторым выходом генератора импульсов, общая шина нуль-индикатора заземлена, отличающийся тем, что введены три дополнительных элемента: дополнительный конденсатор, дополнительный резистор и дополнительная индуктивная катушка, а также изменено подключение мостовой цепи к первому выходу генератора импульсов, все три дополнительных элемента включены в многоэлементный двухполюсник с уравновешивающими элементами первой ветви моста, дополнительный конденсатор включен параллельно имеющемуся двухполюснику из первого и второго резистора и первого конденсатора, электрическая цепь из последовательно соединенных дополнительной индуктивной катушки и дополнительного резистора включена параллельно второму резистору, незаземленный вывод первого выхода генератора импульсов подключен ко второму выводу генераторной диагонали мостовой цепи, а заземленный вывод первого выхода генератора соединен с первым выводом генераторной диагонали моста.