МОСТОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ДВУХПОЛЮСНИКОВ Российский патент 2013 года по МПК G01R17/00 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, автоматике и промышленной электронике и может быть использовано для контроля и определения параметров объектов измерения, а также физических величин посредством параметрических датчиков.

Известен мостовой измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников (АС СССР №1157467, G01R 17/10, БИ №19, 1985), 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 отсутствие возможности уравновешивания мостовой цепи только однотипными уравновешивающими регулируемыми элементами в виде регулируемых конденсаторов переменной емкости. Регулируемые конденсаторы не имеют трущихся контактов. Они перспективны и предпочтительны в тех практических случаях, где требуется плавная (не дискретная) регулировка и нежелательно использовать регулируемые резисторы переменного сопротивления, так как они имеют трущийся контакт. Такой контакт сравнительно быстро изнашивается и понижает срок службы элемента или изделия с его использованием, во время регулирования сопротивление в трущемся контакте нестабильно, оно также изменяется и в течение срока службы, и с изменением температуры, при перемещении трущегося контакта возникают искрения и соответственно помехи. Перечисленные факторы понижают надежность, повышают интенсивность отказов и уменьшают срок службы регулируемых резисторов и соответственно мостовых цепей и устройств с их использованием. Отсутствие трущихся контактов избавляет регулируемые конденсаторы переменной емкости от приведенных недостатков.

Известен электрический мост (АС СССР №983552, G01R 17/10, БИ №47, 1982), содержащий последовательно соединенные генератор импульсов сложной формы, мостовую электрическую цепь и индикатор равновесия.

Недостатком его является отсутствие возможности определять параметры двухполюсников объектов измерения с разнородными реактивными элементами, т.е. параметры R-L-C двухполюсников.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа электрический мост (АС СССР №920532, G01R 17/10, БИ №14, 1982), содержащий последовательно соединенные генератор импульсов сложной формы, мостовую электрическую цепь и индикатор равновесия (прототип).

Недостатком его является отсутствие возможности уравновешивать мост только однотипными уравновешивающими элементами в виде регулируемых конденсаторов переменной емкости при определении параметров двухполюсников с разнородными реактивными элементами (R-L-C двухполюсники).

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении надежности и уменьшении интенсивности отказов моста при определении параметров двухполюсников с разнородными реактивными элементами за счет использования только однотипных уравновешивающих регулируемых элементов в виде регулируемых конденсаторов переменной емкости.

Это достигается тем, что в мостовой измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор импульсов, который состоит из формирователей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону K₀t⁰, K₁t¹, K₂t², где K_i - постоянные коэффициенты и t - время, из коммутатора, входы которого соединены с выходами формирователей импульсов, а выход подключен к усилителю мощности, выход которого образует первый выход генератора импульсов, из блока синхронизации, выход которого соединен со входами синхронизации формирователей импульсов, а также образует второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов, общая шина генераторов импульсов «заземлена», а первый выход его соединен со входом мостовой цепи; мост состоит из двух параллельно включенных ветвей, первая из них включает в себя последовательно соединенные одиночный конденсатор первого плеча отношения моста и двухполюсник с уравновешивающими элементами, который состоит из последовательно соединенных конденсатора, резистора и индуктивной катушки, свободный вывод одиночного конденсатора подключен к первому выходу генератора импульсов, свободный выход индуктивной катушки «заземлен», общий вывод двух конденсаторов образует первый вывод выхода мостовой цепи, вторая ветвь моста включает в себя последовательно соединенные одиночный конденсатор второго плеча отношения моста и две клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения, свободный вывод одиночного конденсатора подключен к первому выходу генератора импульсов, одна из клемм для подключения двухполюсника объекта измерения «заземлена», общий вывод другой и одиночного конденсатора образует второй вывод выхода мостовой цепи, к незаземленной клемме подключена цепь из последовательно соединенных индуктивной катушки и резистора, они входят в двухполюсник объекта измерения; нуль-индикатор, к первому входу которого (дифференциальному входу) подключены два вывода выхода мостовой цепи, со вторым входом (входом синхронизации) соединен второй выход генератора импульсов, общая шина нуль-индикатора «заземлена», введены три дополнительных конденсатора, первый дополнительный конденсатор включен между первым выходом генератора импульсов и общим выводом конденсатора и резистора первой ветви мостовой цепи, второй дополнительный конденсатор включен между первым выходом генератора импульсов и общим выводом резистора и индуктивной катушки первой ветви мостовой цепи, третий дополнительный конденсатор включен между свободным выводом резистора и заземленной клеммой для подключения двухполюсника объекта измерения второй ветви мостовой цепи, цепь из индуктивной катушки, резистора и третьего дополнительного конденсатора во второй ветви моста образует двухполюсник объекта измерения.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1).

Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит генератор 1 импульсов, включающий в себя формирователь 2 импульсов напряжения прямоугольной формы K₀t⁰, где здесь и в дальнейшем K_i - постоянные коэффициенты, t - время, формирователь 3 импульсов линейно изменяющегося напряжения K₁t¹ и формирователь 4 импульсов квадратичной формы K₂t². Выходы каждого формирователя соединены со входами коммутатора 5, выход которого подключен ко входу усилителя 6 мощности. Выход его образует первый выход генератора импульсов. Выход блока 7 синхронизации соединен со входами (входами синхронизации) каждого формирователя импульсов, а также образует второй выход генератора импульсов (выход синхронизации). Общая шина генератора 1 заземлена.

Первый выход генератора импульсов подключен ко входу мостовой цепи, состоящей из двух параллельно включенных ветвей. Первая ветвь моста состоит из последовательно включенных конденсатора 8 (С8), конденсатора 9 (С9), резистора 10 (R10) и индуктивной катушки 11 (L11). Она включает в себя также конденсатор 12 (С12), включенный между первым выходом генератора 1 и общим выводом конденсатора 9 и резистора 10, и конденсатор 13 (С13), включенный между первым выходом генератора и общим выводом резистора 10 и индуктивной катушки 11. Свободный вывод конденсатора 8 соединен с первым выходом генератора 1. Общий вывод конденсаторов 8 и 9 образует первый вывод выхода мостовой цепи. Свободный вывод индуктивной катушки 11 заземлен.

Вторая ветвь моста состоит из последовательно соединенных конденсатора 14 (С14) и двух клемм для подключения двухполюсника объекта измерения. Одна из клемм заземлена. Общий вывод другой клеммы и конденсатора 14 образует второй вывод выхода мостовой цепи. Объект измерения, подключенный к двум клеммам, содержит последовательно соединенные индуктивную катушку 15 (L15), резистор 16 (R16) и конденсатор 17 (С17).

Оба вывода выхода мостовой цепи соединены с первым входом (дифференциальным входом) нуль-индикатора 18. Второй вход его (вход синхронизации) соединен со вторым выходом генератора импульсов 1. Общая шина нуль-индикатора заземлена.

Мостовой измеритель параметров двухполюсников работает следующим образом. В исходном состоянии все реактивные элементы мостовой цепи свободны от запасов электрической энергии, напряжения на входе и выходе моста равны нулю. Посредством коммутатора 5 с первого выхода генератора 1 подадим на мост последовательность импульсов прямоугольной формы. При воздействии очередного импульса в установившемся режиме в импульсе выходного напряжения моста имеется плоская вершина в интервале времени от окончания переходного процесса и до окончания импульса. Однократной регулировкой значения емкости конденсатора 9 (это элемент уравновешивания) приводим напряжение плоской вершины к нулю и тем самым выполняем первое условие равновесия

Здесь и в дальнейшем отмечаем равновесие моста по нуль-индикатору 18 (например, осциллограф). Сигнал синхронизации со второго выхода генератора 1 на второй вход нуль-индикатора 18 обеспечивает устойчивость показаний последнего.

Далее посредством коммутатора 5 с первого выхода генератора 1 подадим на мост последовательность импульсов линейно изменяющегося напряжения. При воздействии очередного такого импульса на выходе моста после окончания переходного процесса устанавливается импульсный сигнал неравновесия с плоской вершиной. Однократной регулировкой значения емкости конденсатора 12 (элемент уравновешивания) приводим напряжение этой плоской вершины к нулю, т.е. выполняем второе условие равновесия моста

При этом первое условие (1) не нарушается, т.к. регулируемый здесь параметр 12 в него не входит.

После этого посредством коммутатора 5 с выхода генератора 1 подаем на мост последовательность импульсов квадратичной формы. При воздействии очередного импульса на выходе моста после окончания переходного процесса имеется напряжение с плоской вершиной. Это напряжение однократной регулировкой значения емкости конденсатора 13 (элемент уравновешивания) приводим к нулю, тем самым выполняется третье условие равновесия моста

Первые два условия равновесия (1), (2) от этого не нарушаются, т.к. регулируемый параметр 13 в них не входит.

Из приведенного вытекает, что мостовая цепь имеет раздельное зависимое уравновешивание и его следует проводить в приведенной выше последовательности 9, 12 и 13. Значения параметров элементов 8, 10, 11 и 14 являются постоянными и известными, значения параметров 9, 12 и 13 являются регулируемыми и тоже известными, значения параметров двухполюсника объекта измерения 15, 16 и 17 являются неизвестными. Они определяются из условий равновесия (1)-(3), по сути, из трех уравнений.

Таким образом, мостовой измеритель параметров двухполюсников реализует повышение надежности и уменьшение интенсивности отказов моста при определении параметров двухполюсников с разнородными реактивными элементами за счет использования регулируемых элементов только в виде конденсаторов переменной емкости. В нем отсутствуют регулируемые элементы с трущимися контактами. Мостовая цепь в нем сохранила свойство раздельного уравновешивания.

Источники информации

1. А.с. СССР 1157467. МПК G01R. Мостовой измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников. - Опубл. 23.05.1985. Бюл. №19.

2. А.с. СССР 93552. МПК G01R. Электрический мост. - Опубл. 23.12.1982. Бюл. №47.

3. А.с. СССР №920532. МПК G01R. Электрический мост. - Опубл. 15.04.1982. Бюл. №14 (прототип).

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промышленной электронике. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор. Генератор импульсов включает в себя усилитель мощности, блок синхронизации, формирователи линейно изменяющихся, квадратичных и прямоугольных импульсов напряжения. Мостовая цепь содержит две ветви, в первую из которых последовательно включены одиночный конденсатор и двухполюсник с уравновешивающими элементами, а во вторую - одиночный конденсатор второго плеча отношения, а также клеммы для подключения объекта измерения. Двухполюсник с уравновешивающими элементами представляет собой последовательное соединение конденсатора, резистора и индуктивной катушки. Новым в мостовом измерителе параметров двухполюсников является введение трех дополнительных конденсаторов в мостовую цепь, первый из них включен между первым выходом генератора импульсов и общим выводом имеющихся конденсатора и резистора первой ветви моста, второй дополнительный конденсатор включен между первым выходом генератора импульсов и общим выводом имеющихся резистора и индуктивной катушки первой ветви моста, третий дополнительный конденсатор включен между имеющимся резистором и заземленной клеммой для подключения двухполюсника объекта измерения второй ветви моста, электрическая цепь из последовательно соединенных индуктивной катушки, резистора и третьего дополнительного конденсатора во второй ветви моста образует двухполюсник объекта измерения. Технический результат изобретения - повышение надежности и уменьшение интенсивности отказов моста. 1 ил.

Мостовой измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор импульсов, который состоит из формирователей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону K₀t⁰, K₁t¹, K₂t², где K_i - постоянные коэффициенты и t - время, из коммутатора, входы которого соединены с выходами формирователей импульсов, а выход подключен к усилителю мощности, выход которого образует первый выход генератора импульсов, из блока синхронизации, выход которого соединен со входами синхронизации формирователей импульсов, а также образует второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов, общая шина генераторов импульсов «заземлена», а первый выход его соединен со входом мостовой цепи; мост состоит из двух параллельно включенных ветвей, первая из них включает в себя последовательно соединенные одиночный конденсатор первого плеча отношения моста и двухполюсник с уравновешивающими элементами, который состоит из последовательно соединенных конденсатора, резистора и индуктивной катушки, свободный вывод одиночного конденсатора подключен к первому выходу генератора импульсов, свободный выход индуктивной катушки «заземлен», общий вывод двух конденсаторов образует первый вывод выхода мостовой цепи, вторая ветвь моста включает в себя последовательно соединенные одиночный конденсатор второго плеча отношения моста и две клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения, свободный вывод одиночного конденсатора подключен к первому выходу генератора импульсов, одна из клемм для подключения двухполюсника объекта измерения «заземлена», общий вывод другой и одиночного конденсатора образует второй вывод выхода мостовой цепи, к незаземленной клемме подключена цепь из последовательно соединенных индуктивной катушки и резистора, они входят в двухполюсник объекта измерения; нуль-индикатор, к первому входу которого (дифференциальному входу) подключены два вывода выхода мостовой цепи, со вторым входом (входом синхронизации) соединен второй выход генератора импульсов, общая шина нуль-индикатора «заземлена», отличающийся тем, что введены три дополнительных конденсатора, первый дополнительный конденсатор включен между первым выходом генератора импульсов и общим выводом конденсатора и резистора первой ветви мостовой цепи, второй дополнительный конденсатор включен между первым выходом генератора импульсов и общим выводом резистора и индуктивной катушки первой ветви мостовой цепи, третий дополнительный конденсатор включен между свободным выводом резистора и заземленной клеммой для подключения двухполюсника объекта измерения второй ветви мостовой цепи, цепь из индуктивной катушки, резистора и третьего дополнительного конденсатора во второй ветви моста образует двухполюсник объекта измерения.