ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ДВУХПОЛЮСНИКОВ Российский патент 2015 года по МПК G01R27/02 

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

Известно мостовое измерительное устройство (а.с. СССР №1567985, G01R 17/10, 1990, Б.И. №20), содержащее последовательно соединительные генератор питающих импульсов, электрический мост, усилитель, детектор равновесия, запоминающий конденсатор и индикатор равновесия. Также имеются три переключателя, формирователь управляющих импульсов, элемент задержки, два управляемых ключа и клеммы для подключения двух источников постоянного напряжения. Они позволяют питать от источников постоянного напряжения только те блоки, которые работают в данный интервал времени, и только в течение времени длительности импульсов плюс длительности переходных процессов.

Недостатком его является то, что недостаточно точно можно уравновешивать нулевую измерительную цепь, на основе которой построено устройство. Значение напряжения информационного сигнала нулевой измерительной цепи, в принципе, нельзя привести к идеально нулевому значению. Реальная ситуация усугубляется тем, что в электрических и в электронных цепях обязательно имеются шумы. В процессе уравновешивания нулевой измерительной цепи по отдельным параметрам значение напряжения информационного сигнала становится все меньше и меньше, потом становится сопоставимым со значением напряжения шумов, меньше этого значения и в итоге, если так можно сказать, «тонет» в шумах, что препятствует дальнейшему более точному уравновешиванию нулевой измерительной цепи. Реально речь может идти только о повышении точности уравновешивания нулевой измерительной цепи. Повышение точности уравновешивания нулевой измерительной цепи приводит к повышению точности измерения за счет уменьшения составляющей погрешности измерения от неидеального точного уравновешивания нулевой измерительной цепи. Шумы являются источником составляющей погрешности во многих вариантах контрольно-измерительных и автоматических устройств. Ослабление их вредного влияния является актуальной задачей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа измеритель параметров двухполюсников (патент РФ №2152622, G01R 17/10, 2000, Б.И. №19), содержащий последовательно соединенные генератор питающих импульсов, измерительную цепь, неинвертирующий повторитель напряжения, инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления, равным двум, двухвходовой аналоговый сумматор напряжения, разделительный конденсатор и нуль-индикатор.

Недостатком его является недостаточно точное уравновешивание нулевой измерительной цепи, на основе которой построено устройство, из-за наличия шумов. Недостаточно точное уравновешивание приводит к понижению точности измерения за счет составляющей погрешности измерения от неточного уравновешивания нулевой измерительной цепи.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении точности уравновешивания нулевой измерительной цепи. Такое повышение точности уравновешивания приводит к повышению точности измерения за счет уменьшения составляющей погрешности измерения от не точного уравновешивания нулевой измерительной цепи.

Это достигается тем, что в измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор питающих импульсов, формирующий последовательности импульсов прямоугольной формы u₁=K₀t⁰ и импульсов линейно изменяющегося напряжения u₁=K₁t, где K₀ и K₁ - постоянные коэффициенты и t - текущее время, первый вывод генератора импульсов заземлен, второй вывод его образует выход генератора относительно «земли», и третий вывод образует вход генератора относительно «земли» - вход синхронизации; последовательно соединенные две клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения и двухполюсник с элементами уравновешивания, первая клемма подключена к выходу генератора импульсов (второй вывод), двухполюсник объекта измерения состоит из параллельно включенных резистора и конденсатора, один из выводов резистора и один из выводов конденсатора двухполюсника с элементами уравновешивания подключены ко второй клемме для подключения двухполюсника объекта измерения, второй вывод конденсатора заземлен; неинвертирующий повторитель напряжения, вход которого подключен к общему выводу второй клеммы, резистора и конденсатора двухполюсника с уравновешивающими элементами, а выход - ко входу инвертирующего усилителя с коэффициентом усиления по абсолютной величине, равным двум, двухвходовой аналоговый сумматор, один из входов которого соединен с выходом генератора импульсов, а другой - с выходом инвертирующего усилителя, также имеется нуль-индикатор, к первому (к сигнальному) входу которого подключен один из выводов разделительного конденсатора, второй вход его является входом синхронизации, общие шины неинвертирующего повторителя, инвертирующего усилителя и двухвходового аналогового сумматора заземлены, введены три дополнительных резистора, три дополнительных конденсатора, два управляемых ключа, два ключа, два дополнительных усилителя, две схемы выборки и хранения, дополнительный двухвходовой аналоговый сумматор, блок управления, переключатель и изменено включение блоков схемы, один из выводов каждого из трех дополнительных резисторов подключен к свободному выводу резистора, имеющегося в двухполюснике с элементами уравновешивания, свободный вывод первого дополнительного резистора заземлен, первый управляемый ключ включен между свободным выводом второго дополнительного резистора и «землей», первый ключ включен между свободным выводом третьего дополнительного резистора и «землей», один из выводов каждого из трех дополнительных конденсаторов подключен к общему выводу второй клеммы, резистора и конденсатора, имеющихся в двухполюснике с уравновешивающими элементами, свободный вывод первого дополнительного конденсатора заземлен, второй управляемый ключ включен между свободным выводом второго дополнительного конденсатора и «землей», второй ключ включен между свободным выводом третьего дополнительного конденсатора и «землей», к выходу имеющегося двухвходового аналогового сумматора подсоединен вход первого дополнительного усилителя, выход его соединяется с сигнальными входами двух схем выборки и хранения, выходы первой и второй схем выборки и хранения соединены соответственно с первым и вторым входами дополнительного двухвходового аналогового сумматора, выход которого подключен ко входу второго дополнительного усилителя, выход последнего соединен со свободным выводом имеющегося разделительного конденсатора, блок управления имеет группу выходов относительно «земли», первый выход соединен со входом синхронизации (третий вывод) генератора импульсов, второй выход подключен к общему выводу переключателя, третий выход подсоединен к первому входу управления первой схемы выборки и хранения для перевода ее в режим выборки части импульсного сигнала на сигнальном входе, предназначенной для последующего запоминания значения напряжения в этой части импульса, четвертый выход соединен со вторым входом управления первой схемы выборки и хранения для перевода ее в режим хранения уже запомненного значения напряжения, пятый выход подключен к третьему входу управления первой схемы выборки и хранения для перевода ее в режим считывания значения напряжения, которое ранее запомнилось и хранилось, шестой выход соединен с первым входом управления второй схемы выборки и хранения для перевода ее в режим выбора части импульсного сигнала на сигнальном входе, предназначенной для последующего запоминания значения напряжения в этой части импульса, седьмой выход подключен ко второму входу управления второй схемы выборки и хранения для перевода ее в режим хранения уже запомненного значения напряжения, третий вход управления второй схемы выборки и хранения соединен с ранее упомянутым пятым выходом блока управления для одновременного перевода обеих схем выборки и хранения в режим считывания значений напряжений, которые в них запомнились и хранились, вход синхронизации имеющегося нуль-индикатора подключен тоже к пятому выходу блока управления, кроме ранее упомянутого общего вывода переключателя, первый вывод его соединен с управляющим входом первого управляемого ключа, а второй вывод его - с управляющим входом второго управляемого ключа, третий вывод переключателя не имеет соединения (обрыв цепи), общие шины блоков: двух дополнительных усилителей, двух схем выборки и хранения, дополнительного двухвходового аналогового сумматора и блока управления, заземлены.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1), на котором представлена функциональная схема измерителя параметров двухполюсников.

Измеритель параметров двухполюсников содержит генератор 1 питающих импульсов, формирующий последовательности импульсов прямоугольной формы u₁=K₀t⁰ и импульсов линейно изменяющегося напряжения u₁=K₁t, где K₀ и K₁ - постоянные коэффициенты и t - текущее время. Первый вывод генератора импульсов заземлен, второй вывод образует выход генератора относительно «земли», третий вывод образует вход генератора (вход синхронизации) относительно «земли».

Выход генератора 1 (второй вывод) соединен с цепью из двух клемм для подключения двухполюсника объекта измерения, который состоит из параллельно включенных резистора 2 (R2) и конденсатора 3 (С3), и последовательно с ними соединенных регулируемого резистора 4 (R4) и резистора 5 (R5). Свободный вывод резистора 5 заземлен. Параллельно резистору 5 включено две цепи. Первая из них состоит из последовательно соединенных резистора 6 (R6) и управляемого ключа 7, в качестве которого, в частном случае, может служить реле. Вторая цепь включает в себя последовательно соединенные резистор 8 (R8) и ключ 9. Каждый из двух конденсаторов: регулируемый конденсатор 10 (С10) и конденсатор 11 (С11), включены между общим выводом второй клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения, а также резистора 4 и «землей». Параллельно этим конденсаторам включены две цепи. Первая из них состоит из последовательно соединенных конденсатора 12 (С12) и управляемого ключа 13, в качестве которого, в частном случае, тоже может служить реле. Вторая цепь включает в себя последовательно соединенные конденсатор 14 (С14) и ключ 15.

Вход неинвертирующего повторителя 16 напряжения подключен к общему выводу второй клеммы, резистора 4, конденсаторов 10, 11, 12 и 14. Выход его соединен со входом инвертирующего усилителя 17 с коэффициентом усиления по абсолютной величине, равным двум. Один из входов первого двухвходового аналогового сумматора соединен с выходом инвертирующего усилителя 17, другой вход этого сумматора подключен к выходу (второму выводу) генератора 1. Общие шины неинвертирующего повторителя 16, инвертирующего усилителя 17 и первого аналогового сумматора 18 заземлены.

Выход первого аналогового сумматора 18 соединен со входом второго усилителя 19, а выход последнего - с каждым из входов двух схем выборки и хранения 20 и 21. Выходы обеих этих схем соединены соответственно с двумя входами второго двухвходового аналогового сумматора 22. Выход его подключен ко входу третьего усилителя 23, а выход последнего соединен с одним из выводов разделительного конденсатора 24. Другой вывод его соединен с сигнальным входом нуль-индикатора 25. Также имеется блок управления 26. Общие шины его, второго усилителя 19, обеих схем выборки и хранения 20 и 21, второго аналогового сумматора 22, третьего усилителя 23 и нуль индикатора 25, заземлены.

Блок управления 26 имеет группу выходов относительно «земли». Первый выход его подключен ко входу синхронизации (третий вывод) генератора импульсов 1. Второй выход соединен с общим выводом переключателя 27. Третий выход подсоединен к первому входу управления первой схемы выборки и хранения 20, по которому поступает сигнал управления и переводит схему выборки и хранения в режим выборки части импульсного сигнала на сигнальном входе для последующего запоминания значения напряжения в этой части импульса. Четвертый выход подключен ко второму входу управления первой схемы выборки и хранения 20, по которому поступает сигнал управления и переводит схему выборки и хранения в режим хранения уже запомненного значения входного напряжения. Пятый выход соединен с третьим входом управления первой схемы выборки и хранения 20, по которому поступает сигнал управления и переводит схему в режим считывания запомненного ранее значения напряжения.

Шестой выход блока управления 26 подключен к первому входу управления второй схемы выборки и хранения 21, по которому поступает сигнал управления и переводит схему в режим выборки части импульсного входного сигнала и запоминания значения на нем напряжения. Седьмой выход соединен со вторым входом управления второй схемы выборки и хранения 21, по которому поступает сигнал управления и переводит схему в режим хранения уже запомненного значения входного напряжения. Третий вход управления второй схемы выборки и хранения 21 подключен к ранее упомянутому пятому выходу блока управления 26, т.е. считывание запомненных значений напряжений происходит одновременно с обеих схем выборки и хранения 20 и 21. Также к пятому выходу блока управления 26 подсоединен второй вход (вход синхронизации) нуль-индикатор 25.

Кроме ранее упомянутого общего вывода переключателя 27, первый вывод его соединен с управляющим входом первого управляемого ключа 9, а второй вывод его - с управляющим входом второго управляемого ключа 13. Третий вывод переключателя не имеет соединения (обрыв цепи).

Параметры R2 и С3 (резистивное сопротивление и электрическая емкость) следует определить, это искомые параметры. Резистор R4 имеет известное регулируемое значения сопротивления. Резисторы R5, R6 и R8 имеют известные постоянные значения сопротивлений. Конденсатор С10 имеет известное регулируемое значение емкости, а конденсаторы С10, С12 и С14 - известные постоянные значения емкостей.

В рассматриваемой схеме состояние равновесия измерительной цепи соответствует нулевому значению напряжения на выходе первого сумматора 18. При этом выполняются два условия равновесия:

где R - эквивалентное значение сопротивления между входом неинвертирующего повторителя напряжения 16 и «землей» в состоянии равновесия, С - эквивалентное значение электрической емкости между названными точками тоже в состоянии равновесия. В этом состоянии ключ 7 разомкнут, а ключ 9 замкнут, т.е. в состоянии равновесия -

Условия равновесия (1), (2) можно не выполнить в двух вариантах. В одном из них эти разности имеют положительное значение, в другом - отрицательное. При неизменной полярности импульсов питающего напряжения с генератора 1 это соответствует импульсам напряжения противоположной полярности на выходе первого двухвходового аналогового сумматора 18. Напряжению положительной полярности соответствует одно определенное значение уравновешивающего параметра, а отрицательной полярности - другое значение этого параметра. Рассматривается вариант вблизи выполнения условий равновесия. При малой степени невыполнения условия равновесия, если обеспечить равенство по абсолютной величине значений амплитуд напряжения импульсов противоположной полярности, то среднее арифметическое значений уравновешивающего параметра, соответствующих амплитудам напряжений импульсов противоположной полярности, соответствует выполнению условия равновесия.

В итоге в процессе уравновешивания напряжение сигнала, несущего информацию, не стремится к нулю и не «тонет» в шумах. Оно имеет конечное значение, и имеется возможность его обеспечить уверенно существенно больше уровня напряжения шумов, что понижает отрицательное влияние последних на погрешность измерения. Значение уравновешивающего параметра определяется аналитически как среднее арифметическое, это значение имеется возможность выставить и тем самым выполнить условия равновесия.

При питающих импульсах с генератора 1 неизмененной полярности и при разомкнутых ключах 7 и 9 после окончания переходного процесса импульсное напряжение и на выходе первого аналогового сумматора 18 будет одной полярности. В этом случае

Значение сопротивления R6 следует выбрать меньше, чем значение R8

Тогда при замкнутом ключе 7 и разомкнутом ключе 9

И после окончания переходного процесса импульсное напряжение и на выходе первого аналогового сумматора 18 будет другой полярности при невыполнении первого условия равновесия (1) в малой степени. Значения сопротивлений R5, R6 и R8 следует обеспечить такими, чтобы разнополярные импульсы на выходе первого аналогового сумматора 18 имели равные по абсолютной величине значения амплитуд напряжения и при выполнении условия равновесия (1) выполнялись равенства

Можно рекомендовать не выбирать малое значение сопротивления R5 (единицы Ом). Лучше это сопротивление выбирать не меньше многих десятков и сотен Ом. Резисторы R6 или R8 подключаются параллельно резистору R5, и значения их сопротивлений должны в небольших пределах изменять значения эквивалентного сопротивления. Тогда появилась возможность получать значения сопротивлений R6 и R8 в районе не менее сотен и тысяч Ом. Такие сравнительно большие значения этих сопротивлений позволяют существенно уменьшить отрицательное влияние прямых сопротивлений ключей (сопротивление ключей в замкнутом состоянии) на погрешность измерения, а также влияние на погрешность нестабильности этого прямого сопротивления ключей в том числе из-за старения и изменения температуры.

Значения сопротивлений обсуждаемых резисторов влияют на амплитуды импульсного напряжения и на выходе первого аналогового сумматора 18, если управляемый ключ 7 замкнут или разомкнут, при этом ключ 9 в это время разомкнут. Ранее был приведен частный случай, когда эти амплитуды напряжения противоположны по знаку и равны по абсолютной величине. В общем случае они не равны. Следует выбрать такие значения обсуждаемых сопротивлений, чтобы большая из амплитуд напряжения уверенно существенно превышала уровень значений напряжения шумов. Можно рекомендовать, чтобы значение большей амплитуды по абсолютной величине в худшем случае более чем в два раза превышало значение напряжения уровня шумов.

Если в качестве управляемых ключей 7 и 13 используются реле, то замыкание и размыкание их контактов должно происходить сразу после окончания питающего импульса с генератора 1, чтобы дребезг контактов реле происходил в паузе между двумя очередными импульсами и завершился к началу действия последующего импульса. Для этого должно выполняться соотношение

где t_др - длительность времени, в течение которого завершается дребезг контактов реле (справочный параметр), Т_П - период повторения питающих импульсов с генератора 1 и t_И - их длительность. Соотношение 8 в том числе влияет на выбор реле и на выбор периода повторения импульсов T_П.

Измеритель параметров двухполюсников работает следующим образом.

Вначале с генератора 1 подается последовательность прямоугольных импульсов. Перед началом работы управляемые ключи 7, 13, ключи 9, 15 разомкнуты, а переключатель 27 находится в первом положении, когда сигнал с блока управления 26 подается на управляющий вход управляемого ключа 7. При воздействии очередного импульса после окончания переходного процесса импульсное напряжение на выходе неинвертирующего повторителя 16 имеет плоскую вершину с наложенными шумами и не зависит от емкостей конденсаторов 3, 10 и 11, а зависит от сопротивлений резисторов 2, 4, 5. Все питающие импульсы с генератора 1 подразделяются на нечетные (1, 3, 5, …) и четные (2, 4, 6, …). При воздействии первого и каждого нечетного питающего импульса с генератора 1 импульсные напряжения на выходах первого аналогового сумматора 18 и второго усилителя 19 после окончания переходного процесса имеют плоскую вершину положительной или отрицательной полярности. С третьего выхода блока управления 26 на первый вход управления первой схемы выборки и хранения 20 поступает управляющий импульс, который переводит схему выборки и хранения в режим выбора интервала времени, близкого к окончанию импульса для последующего запоминания значения напряжения плоской вершины сигнала с выхода второго усилителя 19. Сразу после управляющего импульса с третьего выхода управления 26 с его четвертого выхода на второй управляющий вход первой схемы выборки и хранения 20 поступает управляющее напряжение, которое переводит эту схему в режим хранения запомненного напряжения. В момент окончания первого и нечетных импульсов с генератора 1 на управляющий вход управляемого ключа 7 через переключатель 27 поступает напряжение со второго выхода блока управления 26. Оно переводит контакты управляемого ключа в замкнутое состояние. Если в качестве ключа 7 используется реле, то в паузе между импульсами завершается дребезг его контактов.

В результате замыкания контактов управляемого ключа 7 резистор 6 подключается параллельно резистору 5. Поэтому при воздействии второго и четных импульсов с генератора 1 значение напряжения плоской вершины выходных импульсов неинвертирующего повторителя 16 и соответственно на выходах первого аналогового сумматора 18 и второго усилителя 19 изменится. Это изменившееся напряжение запомнится во второй схеме выборки и хранения 21. Оно может быть противоположной полярности с напряжением, которое запомнилось в первой схеме выборки и хранения 20 при малом невыполнении условия (1), а при значительном невыполнении первого условия равновесия (1) эти напряжения могут быть одинаковой полярности. Для запоминания напряжения плоской вершины второго и четных импульсов со второго усилителя 19 с шестого выхода блока управления 26 на первый вход управления второй схемы выборки и хранения 21 подается импульс управления, который переводит вторую схему в режим выбора интервала времени близкого к окончанию импульса для последующего запоминания значения напряжения плоской вершины. Сразу после управляющего импульса с шестого выхода блока управления 26 с его седьмого выхода на второй управляющий вход второй схемы выборки и хранения 21 поступает управляющий сигнал, который переводит вторую схему в режим хранения запомненного напряжения. В момент окончания второго и четных импульсов с генератора 1 на управляющий вход управляемого ключа 7 перестает поступать напряжение со второго выхода блока управления 26. Это переводит контакты управляемого ключа в разомкнутое состояние. Если в качестве ключа 7 используется реле, то в паузе между импульсами завершается дребезг его контактов.

После окончания второго и четных импульсов с генератора 1 с пятого выхода блока правления 26 одновременно на третьи входы управления первой и второй схем выборки и хранения 20, 21 поступает управляющий импульс, который переводит эти схемы в режим считывания ранее запомненных напряжений. Эти два напряжения одновременно поступают соответственно на два входа второго аналогового сумматора 22. На выходе его напряжение плоской вершины импульса пропорционально алгебраической сумме двух входных напряжений. Это выходное импульсное напряжение аналогового сумматора усиливается третьим усилителем 23 и через разделительный конденсатор 24 поступает на нуль-индикатор 25.

Сигналы синхронизации на вход синхронизации (третий выход) генератора импульсов 1 подаются с первого выхода блока управления 26. Сигналы пятого выхода этого блока также являются сигналами синхронизации для нуль-индикатора 25 и обеспечивают устойчивые показания этого индикатора. Полярность напряжения на нуль-индикаторе 25 однозначно определяет направление регулирования элемента уравновешивания (резистора 4). Разделение импульсов с генератора 1 на нечетные и четные является не принципиальным, условным и используется для объяснении работы схемы. Здесь важно то, что при воздействии предыдущего питающего импульса с генератора 1 в двухполюснике с элементами уравновешивания содержится элемент (например, резистор 5) с известным значением параметра, а к началу воздействия следующего питающего импульса это известное значение изменится (например, эквивалентное значение сопротивлений параллельно включенных резисторов 5 и 6).

Регулировкой значения сопротивления резистора 4 приводим показания нуль-индикатора 25 к нулю. Но в данном случае первое условие равновесия (1) выполняется не точно (строго говоря, не выполняется). При нечетных и четных питающих импульсах с генератора 1 напряжения плоских вершин импульсов с выхода первого аналогового сумматора 18 и с выхода второго усилителя 19 существенно превышают уровень напряжения шумов, что соответствует сопротивлениям R₅ и R₅R₆/(R₅+R₆). На два входа второго аналогового сумматора 22 одновременно поступают два запомненных напряжения плоских вершин с выходов двух схем выборки и хранения 20 и 21. Если значения этих напряжений противоположны по знаку и равны по абсолютной величине, то импульсное напряжение на выходе второго аналогового сумматора 22 равно нулю и в итоге нуль-индикатор 25 показывает нулевое значение. При этом в приведенных выше сигналах напряжение плоских вершин существенно превышают уровень напряжения шумов, и в итоге эти шумы оказывают меньшее отрицательное влияние.

Далее следует отключить подачу прямоугольных импульсов с генератора 1, перевести переключатель 27 в положение два (контакты управляемого ключа 7 разомкнуты) и перевести ключ 9 в замкнутое состояние. При этом параллельно резистору R5 подключается R8 и станет выполняться первое условие равновесия (1), где R определяется выражением (3). Отсчет искомого параметра (R2) берется из формулы

где в правой части значения всех сопротивлений известны.

После этого следует переходить к определению второго параметра С3. Для этого следует проверить, что ключи 13 и 15 разомкнуты, переключатель 27 во втором положении, и подать последовательность импульсов линейно изменяющегося напряжения с генератора 1. При выполнении двух условий равновесия управляемые ключи 7 и 13 разомкнуты, а ключи 9 и 15 замкнуты. Тогда выполняются равенства (3) и

При питающих импульсах с генератора 1 неизменной полярности, выполнении первого условия равновесия (1) и разомкнутых ключах 13 и 15 импульсное напряжение и на выходе первого аналогового сумматора 18 в интервале времени от окончания переходного процесса и до окончания импульса имеет плоскую вершину, напряжение которой имеет одну определенную полярность. В этом случае

Значение емкости C12 следует выбрать больше, чем С14

Тогда при замкнутом ключе 13 и разомкнутом ключе 15

и напряжение плоской вершины импульса на выходе первого аналогового сумматора 18 будет иметь другую полярность при невыполнении второго условия равновесия (2) в малой степени. Значения электрических емкостей С11, С12 и С14 следует выбрать таким образом, чтобы на выходе первого аналогового сумматора 18 импульсные напряжения с различной полярностью имели равные по абсолютной величине значения напряжений плоских вершин, а при размыкании ключа 13 и замыкании ключа 15 выполнялось второе условие равновесия (2). Это соответствует выполнению равенства

При сохранении прежнего периода повторения импульсов с генератора 1 и прежней длительности импульсов логика работы схемы измерителя полностью повторяется. Только регулировать следует значение электрической емкости конденсатора 10. Полярность напряжения на нуль-индикаторе 25 однозначно определяет напряжение регулирования элемента уравновешивания (конденсатора 10). Регулировкой значения этой емкости приводятся показания нуль-индикатора к нулю. Но при воздействии нечетных и четных импульсов с генератора 1 второе условие равновесия (2) только близко к выполнению (строго говоря, не выполняется). Это позволяет получать напряжения плоских вершин импульсов с выхода первого аналогового сумматора 18 и второго усилителя 19 существенно больше уровня напряжения шумов, что соответствует значениям емкостей С₁₁ и С₁₁+С₁₂. На два входа второго аналогового сумматора 22 одновременно поступают два запомненных напряжения плоских вершин двух следующих друг за другом импульсов с выходов двух схем выборки и хранения 20 и 21. Если значения этих напряжений противоположны по знаку и равны по абсолютной величине, то импульсные напряжения на выходе второго аналогового сумматора 22 и соответственно на выходе третьего усилителя 23 равны нулю, т.к. алгебраическая сумма приведенных напряжений плоских вершин равна нулю. В результате получаются нулевые показания нуль-индикатора 25.

Далее следует отключить подачу импульсов с генератора (1), переключатель 27 перевести в третье положение (контакты управляемых ключей 7 и 13 разомкнуты) и перевести ключ 15 в замкнутое состояние. Тогда в дополнение к ранее выполненному условию равновесия (1) станет выполняться второе условие равновесия (2), где С определяется формулой (10). Отсчет искомого параметра (С3) берется из выражения

где в правой части значения всех емкостей являются известными.

Таким образом, из описания работы схемы измерителя следует, что он сохранил раздельное уравновешивание. Т.к. работа схемы опирается на импульсные сигналы, значения напряжений которых существенно превышают уровень напряжения шумов даже при нулевых показаниях нуль-индикатора, то тем самым ослабляется вредное влияние напряжения шумов на погрешность измерения.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике, управлению и промышленной электронике. Измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор питающих импульсов, четырехполюсник с двухполюсником объекта измерения и двухполюсником с уравновешивающими элементами, неинвертирующий повторитель напряжения, инвертирующей первый усилитель с коэффициентом усиления, равным двум, первый двухвходовой аналоговый сумматор, на один из входов которого подается сигнал с выхода генератора импульсов, а на другой вход - с выхода первого инвертирующего усилителя, с выхода сумматора сигнал усиливается вторым усилителем и подается на входы двух схем выборки и хранения, сигналы с выхода каждой из двух схем выборки и хранения поступают соответственно на два входа второго двухвходового аналогового сумматора, сигнал со второго сумматора усиливается третьим усилителем и через разделительный конденсатор подается на нуль-индикатор. Также имеется блок управления, с которого поступают сигналы синхронизации на генератор импульсов и нуль-индикатор, а также сигналы управления на обе схемы выборки и хранения. В двухполюснике с уравновешивающими элементами имеются два ключа и два управляемых ключа, на управляющие входы которых через переключатель подаются управляющие сигналы с блока управления. Новым в измерителе параметров двухполюсников является введение трех дополнительных резисторов, трех дополнительных конденсаторов, двух управляемых ключей, двух ключей, одного переключателя, двух усилителей, двух схем выборки и хранения, одного двухвходового аналогового сумматора, блока управления и изменение включения блоков схемы. Технический результат заключается в повышении точности измерения за счет уменьшения составляющей погрешности измерения от неточного уравновешивания нулевой измерительной цепи. 1 ил.

Измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор питающих импульсов, формирующий последовательности импульсов прямоугольной формы u₁=K₀t⁰ и импульсов линейно изменяющегося напряжения u₁=K₁t, где K₀ и K₁ - постоянные коэффициенты и t - текущее время, первый вывод генератора импульсов заземлен, второй вывод его образует выход генератора относительно «земли» и третий вывод образует вход генератора относительно «земли» - вход синхронизации; последовательно соединенные две клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения и двухполюсник с элементами уравновешивания, первая клемма подключена к выходу генератора импульсов (второй вывод), двухполюсник объекта измерения состоит из параллельно включенных резистора и конденсатора, а один из выводов резистора и один из выводов конденсатора двухполюсника с элементами уравновешивания подключены ко второй клемме для подключения двухполюсника объекта измерения, второй вывод конденсатора заземлен; неинвертирующий повторитель напряжения, вход которого подключен к общему выводу второй клеммы, резистора и конденсатора двухполюсника с уравновешивающими элементами, а выход - ко входу инвертирующего усилителя с коэффициентом усиления по абсолютной величине, равным двум, двухвходовой аналоговый сумматор, один из входов которого соединен с выходом генератора импульсов, а другой - с выходом инвертирующего усилителя, также имеется нуль-индикатор, к первому (к сигнальному) входу которого подключен один из выводов разделительного конденсатора, второй вход его является входом синхронизации, общие шины неинвертирующего повторителя, инвертирующего усилителя и двухвходового аналогового сумматора заземлены, отличающийся тем, что в него введены три дополнительных резистора, три дополнительных конденсатора, два управляемых ключа, два ключа, два дополнительных усилителя, две схемы выборки и хранения, дополнительный двухвходовой аналоговый сумматор, блок управления, переключатель и изменено включение блоков схемы, один из выводов каждого из трех дополнительных резисторов подключен к свободному выводу резистора, имеющегося в двухполюснике с элементами уравновешивания, свободный вывод первого дополнительного резистора заземлен, первый управляемый ключ включен между свободным выводом второго дополнительного резистора и «землей», первый ключ включен между свободным выводом третьего дополнительного резистора и «землей», один из выводов каждого из трех дополнительных конденсаторов подключен к общему выводу второй клеммы, резистора и конденсатора, имеющихся в двухполюснике с уравновешивающими элементами, свободный вывод первого дополнительного конденсатора заземлен, второй управляемый ключ включен между свободным выводом второго дополнительного конденсатора и «землей», второй ключ включен между свободным выводом третьего дополнительного конденсатора и «землей», к выходу имеющегося двухвходового аналогового сумматора подсоединен вход первого дополнительного усилителя, выход его соединяется с сигнальными входами двух схем выборки и хранения, выходы первой и второй схем выборки и хранения соединены соответственно с первым и вторым входами дополнительного двухвходового аналогового сумматора, выход которого подключен ко входу второго дополнительного усилителя, выход последнего соединен со свободным выводом имеющегося разделительного конденсатора, блок управления имеет группу выходов относительно «земли», первый выход соединен со входом синхронизации (третий вывод) генератора импульсов, второй выход подключен к общему выводу переключателя, третий выход подсоединен к первому входу управления первой схемы выборки и хранения для перевода ее в режим выборки части импульсного сигнала на сигнальном входе, предназначенной для последующего запоминания значения напряжения в этой части импульса, четвертый выход соединен со вторым входом управления первой схемы выборки и хранения для перевода ее в режим хранения уже запомненного значения напряжения, пятый выход подключен к третьему входу управления первой схемы выборки и хранения для перевода ее в режим считывания значения напряжения, которое ранее запомнилось и хранилось, шестой выход соединен с первым входом управления второй схемы выборки и хранения для перевода ее в режим выбора части импульсного сигнала на сигнальном входе, предназначенной для последующего запоминания значения напряжения в этой части импульса, седьмой выход подключен ко второму входу управления второй схемы выборки и хранения для перевода ее в режим хранения уже запомненного значения напряжения, третий вход управления второй схемы выборки и хранения соединен с ранее упомянутым пятым выходом блока управления для одновременного перевода обеих схем выборки и хранения в режим считывания значений напряжений, которые в них запомнились и хранились, вход синхронизации имеющегося нуль-индикатора подключен тоже к пятому выходу блока управления, кроме ранее упомянутого общего вывода переключателя, первый вывод его соединен с управляющим входом первого управляемого ключа, а второй вывод его - с управляющим входом второго управляемого ключа, третий вывод переключателя не имеет соединения (обрыв цепи), общие шины блоков: двух дополнительных усилителей, двух схем выборки и хранения, дополнительного двухвходового аналогового сумматора и блока управления, заземлены.