МОСТОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ДВУХПОЛЮСНИКОВ Российский патент 2015 года по МПК G01R17/10 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике. В частности, оно позволяет определять параметры четырехэлементных двухполюсников, параметры датчиков с четырехэлементной схемой замещения или параметры нескольких параметрических датчиков, включенных в одну мостовую цепь, например одного емкостного и двух резистивных датчиков.

Известен мостовой измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников [Передельский Г.И., A.C. 1157467 G01R 17/10, 1985, №19], 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 уравновешивать мостовую цепь только образцовыми регулируемыми резисторами. Образцовые регулируемые резисторы в изготовлении являются более технологичными, простыми и недорогими по сравнению с изготовлением образцовых регулируемых конденсаторов и образцовых регулируемых индуктивных катушек. У них выше класс точности, меньше габаритные размеры и вес. На них меньшее влияние оказывают электрические и магнитные поля, а также атмосферные условия. При прочих равных условиях предпочтение отдается мостовым цепям с наибольшим числом резисторов в качестве регулируемых уравновешивающих элементов, и лучшим вариантом здесь является уравновешивание мостовых цепей только резистивными уравновешивающими элементами.

Известен электрический мост [Передельский Г.И., А.С. 998967 G01R 17/10, 1983, №7], содержащий последовательно соединенные генератор импульсов трапецеидальной формы, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.

Недостатком его является отсутствие раздельного уравновешивания по двум из четырех измеряемых параметров.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа мостовой измеритель параметров пассивных двухполюсников [Передельский Г.И., Касьянов А.У. А.С. СССР №1150555 G01R 17/10, Бюл. 1985, №14], содержащий последовательно соединенные генератор последовательностей питающих импульсных сигналов с изменением напряжения в течение длительности импульсов по закону степенных функций, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.

Недостатком его является отсутствие возможности раздельно уравновешивать мостовую цепь только регулируемыми резисторами.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в обеспечении возможности раздельно уравновешивать мостовую цепь по нескольким параметрам только регулируемыми резисторами.

Это достигается тем, что в 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 k₃t³, где k₀, k₁, k₂ и k₃ - постоянные коэффициенты, t - текущее время, из коммутатора, из усилителя мощности и блока синхронизации, выход каждого формирователя импульсов соединен с одним из входов коммутатора, выход его подключен к входу усилителя мощности, выход которого образует первый выход генератора импульсов относительно «земли», выход блока синхронизации соединен с входом каждого формирователя импульсов (входом синхронизации), а также выход его образует второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов относительно «земли», общая шина генератора импульсов заземлена; мостовую электрическую цепь, которая состоит из двух параллельно включенных ветвей, первая из них включает в себя последовательно соединенные первый и второй резисторы и первую индуктивную катушку, к общему выводу второго резистора и первой индуктивной катушки подключен третий резистор, последовательно соединенный со второй индуктивной катушкой, параллельно которой включен четвертый резистор, свободный вывод первого резистора подключен к первому выходу генератора импульсов, вторая ветвь мостовой цепи включает в себя последовательно соединенные одиночный резистор и две клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения, свободный вывод одиночного резистора подключен к первому выходу генератора импульсов, общий вывод одиночного резистора и первой клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения образует один из двух выводов выхода мостовой цепи, вторая клемма заземлена, двухполюсник объекта измерения, в частности, состоит из последовательно соединенных первого резистора и первой индуктивной катушки, параллельно которой подключены последовательно соединенные второй резистор и вторая индуктивная катушка;

нуль-индикатор, к одному из выводов первого (дифференциального) входа которого подключен названный один из двух выводов выхода мостовой цепи, ко второму входу (входу синхронизации) подключен второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов, общая шина нуль-индикатора заземлена, введены семь дополнительных резисторов и изменено включение первой ветви мостовой цепи, первый и второй дополнительные резисторы включены между собой последовательно и введены в первую ветвь мостовой цепи, свободный вывод первого дополнительного резистора подключен к общему выводу имеющихся первого и второго резисторов, свободный вывод второго дополнительного резистора заземлен, третий дополнительный резистор включен между свободным выводом первой имеющейся индуктивной катушки и общим выводом первого и второго дополнительных резисторов, четвертый дополнительный резистор включен параллельно имеющейся первой индуктивной катушке, пятый дополнительный резистор включен между общим выводом третьего и четвертого дополнительных резисторов и первой индуктивной катушки, а также общим выводом имеющейся второй индуктивной катушки и четвертого имеющегося резистора, шестой и седьмой дополнительные резисторы между собой соединены последовательно, свободный вывод шестого дополнительного резистора подключен к общему выводу третьего и четвертого имеющихся резисторов, а также второй индуктивной катушки, свободный вывод седьмого дополнительного резистора соединен с общим выводом имеющегося четвертого резистора и пятого дополнительного резистора, а также второй индуктивной катушки, общий вывод дополнительных шестого и седьмого резисторов образует еще один (второй) вывод выхода мостовой цепи, этот вывод соединен со вторым выводом первого (дифференциального) входа нуль-индикатора.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит генератор питающих импульсов 1, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор. Генератор состоит из формирователей 2, 3, 4 и 5 последовательностей прямоугольных, линейно изменяющихся, квадратичных и кубичных импульсов и имеет два выхода, образованных тремя выводами, один из которых заземлен. Генератор импульсов содержит также коммутатор 6 и блок синхронизации 8. Входы коммутатора соединены с выходами формирователей, а выход его соединен с усилителем мощности 7, выход последнего является первым выходом генератора импульсов относительно «земли». Выход блока синхронизации соединен с входами синхронизации формирователей, а также этот выход является вторым выходом генератора импульсов относительно «земли» (выходом синхронизации).

Первый выход генератора импульсов подключен к входу мостовой цепи, образованному общим выводом параллельно включенных двух ее ветвей.

Первая ветвь мостовой цепи имеет последовательно соединенные резисторы 9(R₉), 10(R₁₀) и 11(R₁₁). Свободный вывод резистора 9 соединен с незаземленным выводом первого выхода генератора импульсов, а свободный вывод резистора 11 заземлен. Параллельно резистору 10 включены последовательно соединенные резистор 12(R₁₂), индуктивная катушка 14(L₁₄) и резистор 13(R₁₃). Параллельно катушке 14 включен резистор 15(R₁₅). Также параллельно катушке 14 включены последовательно соединенные резистор 16(R₁₆), индуктивная катушка 18(L₁₈) и резистор 17(R₁₇). Параллельно катушке 18 включен резистор 19(R₁₉). Также параллельно катушке 18 включены последовательно соединенные резисторы 20(R₂₀) и 21(R₂₁). Общий вывод резисторов 20 и 21 образует один из двух выводов выхода мостовой цепи.

Вторую ветвь мостовой цепи образуют последовательно соединенные одиночный резистор 22(R₂₂) и две клеммы для подключения объекта измерения, который состоит из последовательно соединенных резистора 23(R₂₃) и индуктивной катушки 24(L₂₄). Параллельно катушке 24 включены последовательно соединенные резистор 25(R₂₅) и индуктивная катушка 26(L₂₆).

Свободный вывод одиночного резистора 22 подключен к первому выходу генератора импульсов, а общий вывод этого резистора и первой клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения является вторым выводом выхода мостовой цепи (вторая клемма заземлена). Оба вывода выхода мостовой цепи подключены к дифференциальному входу нуль-индикатора 27, его вход синхронизации соединен со вторым выходом генератора импульсов, общая шина нуль-индикатора заземлена.

Мостовой измеритель параметров двухполюсников работает следующим образом. В исходном состоянии напряжения на входе и выходе мостовой цепи равны нулю. Подадим на вход мостовой цепи с генератора 1 последовательность импульсов прямоугольной формы. При действии очередного импульса в установившемся режиме в ветвях мостовой цепи устанавливаются неизменяющиеся напряжения. Напряжение плоской вершины импульса здесь зависит только от сопротивлений резисторов 9, 10, 11, 12, 13, 22 и 23. Первое условие равновесия мостовой цепи -

$$A_1=R_{22}\left[R_{11}\left(R_{10}+R_{12}+R_{13}\right)+R_{10}{R}_{13}\right]\neg R_{23}\left[R_9\left(R_{10}+R_{12}+R_{13}\right)+R_{10}{R}_{12}\right]=0.\left(1\right)$$

Однократной регулировкой значения сопротивления образцового резистора 13 плоская вершина импульсного сигнала неравновесия приводится к нулю, тем самым выполняется первое условие равновесия мостовой цепи (1). Равновесие мостовой цепи здесь и в дальнейшем отмечается по нуль-индикатору 27, при этом сигнал синхронизации со второго выхода генератора 1 на второй вход нуль-индикатора обеспечивает устойчивость его показаний.

Далее на вход мостовой цепи подается с генератора 1 последовательность импульсов, изменяющихся по линейному закону. При воздействии очередного такого импульса после окончания переходного процесса на выходе мостовой цепи устанавливается импульсный сигнал неравновесия с плоской вершиной. Второе условие равновесия мостовой цепи -

$$A_2=\left(R_{22}+R_{23}\right)R_{10}{R}_{17}{L}_{14}+\left(R_{16}+R_{17}\right)\left\{\left[R_{11}{R}_{22}\neg R_{23}\left(R_9+R_{10}\right)\right]L_{14}\neg D_1{L}_{24}\right\}=0,\left(2\right)$$

где D₁=R₉(R₁₀+R₁₂+R₁₃)+R₁₀R₁₂.

Однократной регулировкой сопротивления образцового резистора 17 приводим плоскую вершину импульсного сигнала неравновесия к нулю, тем самым выполняем второе условие равновесия (2). При этом первое условие равновесия (1) не нарушается, так как регулируемый параметр R₁₇ в него не входит.

Затем на вход мостовой цепи подается с генератора 1 последовательность квадратичных импульсов. При воздействии очередного такого импульса по окончании переходного процесса на выходе мостовой цепи устанавливается импульсный сигнал неравновесия с плоской вершиной. Третье условие равновесия мостовой цепи -

$$\begin{array}{l}{A}_3=R_{11}{R}_{15}\left[R_{10}\left(R_{21}{R}_{22}\neg R_{20}{R}_{23}\right)\neg R_9{R}_{23}\left(R_{20}+R_{21}\right)\right]L_{14}{L}_{18}+\\ +R_{15}\left(R_{20}+R_{21}\right)\left\{R_{10}{R}_{17}{R}_{22}+\left(R_{23}+R_{25}\right)\left[R_{10}{R}_{17}+\left(R_9+R_{10}\right)\left(R_{16}+R_{17}\right)\right]\right\}\times \\ \times L_{14}{L}_{24}+\left(R_{20}+R_{21}\right)\{R_{11}{R}_{15}{R}_{22}\left[R_{25}{L}_{18}+\left(R_{16}+R_{17}\right)L_{24}\right]L_{14}\neg \\ \neg R_{25}{D}_1\left[R_{15}\left(L_{14}+L_{18}\right)+\left(R_{16}+R_{17}\right)L_{14}\right]L_{24}\}=0.\left(3\right)\end{array}$$

Однократной регулировкой сопротивления образцового резистора R₂₁ приводим плоскую вершину импульсного напряжения неравновесия к нулю и выполняем третье условие равновесия (3), при этом первые два условия равновесия (1) и (2) не нарушаются, так как регулируемый здесь параметр R₂₁ в них не входит.

Далее на вход мостовой цепи подается с генератора 1 последовательность кубичных импульсов. При воздействии очередного такого импульса после окончания переходного процесса на выходе мостовой цепи устанавливается импульсный сигнал неравновесия с плоской вершиной. Четвертое условие равновесия мостовой цепи -

$$\begin{array}{l}{A}_4=R_{10}{R}_{15}\left[R_{17}\left(R_{19}+R_{20}+R_{21}\right)+R_{19}{R}_{21}\right]\left[\left(R_{22}+R_{23}\right)\left(L_{24}+L_{26}\right)+R_{25}{L}_{24}\right]L_{14}{L}_{18}\neg \\ \neg R_{15}{R}_{19}\left(R_{20}+R_{21}\right)\left[R_9\left(R_{16}+R_{17}\right)+R_{10}{R}_{16}\right]L_{14}{L}_{24}{L}_{26}\neg D_1{D}_2{L}_{24}{L}_{26}+\\ +\left[R_{11}{R}_{12}\left(L_{24}{L}_{26}\right)\neg R_{23}\left(R_9+R_{10}\right)\left(L_{24}+L_{26}\right)\neg R_{25}\left(R_9+R_{10}\right)L_{24}\right]D_3{L}_{14}{L}_{18}\neg \\ \neg R_{25}\left[R_{19}\left(R_{20}+R_{21}\right)+\left(R_{19}+R_{20}+R_{21}\right)\left(R_{15}+R_{16}+R_{17}\right)\right]D_1{L}_{14}{L}_{18}{L}_{24}=0,\left(4\right)\end{array}$$

где D₂=R₁₉(R₂₀+R₂₁)(R₁₅+R₁₆+R₁₇)L₁₄+

+R₁₅[R₁₉(R₂₀+R₂₁)+(R₁₆+R₁₇)(R₁₉+R₂₀+R₂₁)]L₁₈;

D₃=R₁₅[R₁₉(R₂₀+R₂₁)+(R₁₆+R₁₇)(R₁₉+R₂₀+R₂₁)].

Однократной регулировкой сопротивления образцового резистора 19 приводим плоскую вершину импульса напряжения неравновесия к нулю и выполняем четвертое условие равновесия (4), при этом первые три условия равновесия (1), (2) и (3) не нарушаются, так как регулируемый здесь параметр R₁₉ в них не входит.

Изложенное показывает, что раздельное уравновешивание мостовой цепи следует проводить в приведенной последовательности 13, 17, 21, 19. По уравнениям условий равновесия (1), (2), (3) и (4) выполняется отсчет искомых четырех параметров: R₂₃, L₂₄, R₂₅, L₂₆. Значения параметров элементов 9, 10, 11, 12, 14, 15, 16, 18, 20, 22 мостовой цепи являются постоянными и известными. Параметры элементов 13, 17, 21 и 19 являются регулируемыми и тоже известными.

Таким образом, данный мостовой измеритель параметров двухполюсников обладает свойством раздельного уравновешивания при однократных регулировках сопротивлений только образцовых резисторов.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике. В частности, устройство позволяет определять параметры четырехэлементных двухполюсников или параметры датчиков с четырехэлементной схемой замещения. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор питающего сложного электрического сигнала, мостовую цепь и нуль-индикатор. Мостовая цепь состоит из двух ветвей. Первую ветвь образуют последовательно соединенные первый и второй резисторы и первая индуктивная катушка. Параллельно индуктивной катушке включены последовательно соединенные третий резистор и вторая индуктивная катушка. Параллельно последней включен четвертый резистор. Вторую ветвь моста образуют последовательно соединенные одиночный резистор и две клеммы для подключения двухполюсников объекта измерения. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности раздельно уравновешивать мостовую цепь только регулируемыми резисторами. Это достигается тем, что в первую ветвь моста введены семь дополнительных резисторов и изменено включение элементов. Первый и второй дополнительные резисторы соединены последовательно с общим выводом первого и второго имеющихся резисторов. Второй дополнительный резистор заземлен. Параллельно первому дополнительному резистору включена последовательная цепь второго резистора, первой индуктивной катушки и третьего дополнительного резистора. Параллельно индуктивной катушке включен четвертый дополнительный резистор. Параллельно последнему включена последовательная цепь третьего резистора, второй индуктивной катушки и пятого дополнительного резистора. Параллельно второй катушке включены четвертый резистор и последовательно соединенные шестой и седьмой дополнительные резисторы. Выход мостовой цепи образует общий вывод одиночного резистора второй ветви и первой клеммы для подключения объекта измерения, а также общий вывод дополнительных шестого и седьмого резисторов. Оба вывода соединены с дифференциальным входом нуль-индикатора. 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 и k₃t³, где k₀, k₁, k₂ и k₃ - постоянные коэффициенты, t - текущее время, из коммутатора, из усилителя мощности и блока синхронизации, выход каждого формирователя импульсов соединен с одним из входов коммутатора, выход его подключен к входу усилителя мощности, выход которого образует первый выход генератора импульсов относительно «земли», выход блока синхронизации соединен с входом каждого формирователя импульсов (входом синхронизации), а также выход его образует второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов относительно «земли», общая шина генератора импульсов заземлена; мостовую электрическую цепь, которая состоит из двух параллельно включенных ветвей, первая из них включает в себя последовательно соединенные первый и второй резисторы и первую индуктивную катушку, к общему выводу второго резистора и первой индуктивной катушки подключен третий резистор, последовательно соединенный со второй индуктивной катушкой, параллельно которой включен четвертый резистор, свободный вывод первого резистора подключен к первому выходу генератора импульсов, вторая ветвь мостовой цепи включает в себя последовательно соединенные одиночный резистор и две клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения, свободный вывод одиночного резистора подключен к первому выходу генератора импульсов, общий вывод одиночного резистора и первой клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения образует один из двух выводов выхода мостовой цепи, вторая клемма заземлена, двухполюсник объекта измерения, в частности, состоит из последовательно соединенных первого резистора и первой индуктивной катушки, параллельно которой подключены последовательно соединенные второй резистор и вторая индуктивная катушка; нуль-индикатор, к одному из выводов первого (дифференциального) входа которого подключен названный один из двух выводов выхода мостовой цепи, ко второму входу (входу синхронизации) подключен второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов, общая шина нуль-индикатора заземлена, отличающийся тем, что в него введены семь дополнительных резисторов и изменено включение первой ветви мостовой цепи, первый и второй дополнительные резисторы включены между собой последовательно и введены в первую ветвь мостовой цепи, свободный вывод первого дополнительного резистора подключен к общему выводу имеющихся первого и второго резисторов, свободный вывод второго дополнительного резистора заземлен, третий дополнительный резистор включен между свободным выводом первой имеющейся индуктивной катушки и общим выводом первого и второго дополнительных резисторов, четвертый дополнительный резистор включен параллельно имеющейся первой индуктивной катушке, пятый дополнительный резистор включен между общим выводом третьего и четвертого дополнительных резисторов и первой индуктивной катушки, а также общим выводом имеющейся второй индуктивной катушки и четвертого имеющегося резистора, шестой и седьмой дополнительные резисторы между собой соединены последовательно, свободный вывод шестого дополнительного резистора подключен к общему выводу третьего и четвертого имеющихся резисторов, а также второй индуктивной катушки, свободный вывод седьмого дополнительного резистора соединен с общим выводом имеющегося четвертого резистора и пятого дополнительного резистора, а также второй индуктивной катушки, общий вывод дополнительных шестого и седьмого резисторов образует еще один (второй) вывод выхода мостовой цепи, этот вывод соединен со вторым выводом первого (дифференциального) входа нуль-индикатора.