ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ДВУХПОЛЮСНИКОВ Российский патент 2016 года по МПК G01R17/10 

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

Известен измеритель параметров двухполюсников (Патент РФ №2156982, G01R 17/10, БИ 2000, №27), содержащий последовательно соединенный генератор трапецеидальных импульсов, измерительную цепь, аналоговый сумматор, разделительный конденсатор и нуль-индикатор.

Недостатком его является отсутствие возможности уравновешивать измерительную схему только образцовыми регулируемыми резисторами. Образцовые регулируемые резисторы в изготовлении являются более технологичными, простыми и недорогими, чем изготовление образцовых регулируемых конденсаторов и образцовых регулируемых катушек индуктивности. У них выше класс точности, меньше габаритные размеры и меньше вес. На них меньшее влияние оказывают электрические и магнитные поля, шумы, наводки, случайные флуктуации, а также изменяющиеся атмосферные условия.

Известен мостовый измеритель параметров двухполюсников (Патент РФ №2474828, G01R 17/10, БИ 2013, №4), содержащий последовательно соединенный генератор импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.

Недостатком его является понижение точности измерения за счет составляющей погрешности от отрицательного влияния синфазного сигнала дифференциального усилителя, входящего в состав нуль-индикатора с дифференциальным входом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа измеритель параметров двухполюсников (Патент РФ №2152622, G01R 17/10, БИ 2000, №19), содержащий последовательно соединенный генератор последовательностей прямоугольных импульсов, измерительную цепь, неинвертирующий повторитель напряжения, инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления напряжения, равным двум, двухвходовый аналоговый сумматор, разделительный конденсатор и нуль-индикатор.

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

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в обеспечении возможности раздельно уравновешивать измерительную цепь только регулируемыми резисторами.

Это достигается тем, что в измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор последовательностей питающих импульсов, который состоит из формирователя прямоугольных импульсов, из коммутатора, который имеет первый и второй входы, первый вход соединен с выходом формирователя прямоугольных импульсов, а выход коммутатора подключен к усилителю мощности, выход которого образует первый (сигнальный) выход генератора импульсов, из блока синхронизации, выход которого соединен со входом формирователя прямоугольных импульсов, а также образует второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов, общая шина генератора импульсов заземлена, измерительную цепь, которая включает в себя последовательно соединенный первый и второй резисторы, свободный вывод первого из них соединен с первым (сигнальным) выходом генератора импульсов, а к их общему выводу подключен первый конденсатор, второй конденсатор включен параллельно второму резистору, свободный общий вывод второго резистора и второго конденсатора заземлен, неинвертирующий повторитель напряжения, инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления напряжения, равным двум, вход которого соединен с выходом повторителя напряжения, двухвходовый аналоговый сумматор, первый вход которого соединен с выходом инвертирующего усилителя, а второй вход - с первым (сигнальным) входом генератора импульсов, к выходу которого подключен разделительный конденсатор, нуль-индикатор, первый (сигнальный) вход которого подключен к свободному выводу разделительного конденсатора, второй его вход (вход синхронизации) соединен со вторым выходом (выходом синхронизации) генератора импульсов, общие шины неинвертирующего повторителя напряжения, инвертирующего усилителя, двухвходового аналогового сумматора и нуль-индикатора заземлены, введены в генератор импульсов формирователь импульсов линейно изменяющегося напряжения, в измерительную цепь дополнительный резистор и изменено включение выхода этой измерительной цепи, вход формирователя импульсов линейно изменяющегося напряжения соединен с выходом формирователя импульсов прямоугольной формы, а выход подключен ко второму входу коммутатора, дополнительный резистор включен между свободным выходом первого конденсатора и общим выводом первого, второго резисторов и второго конденсатора, выход измерительной цепи образует общий вывод дополнительного резистора и первого конденсатора, этот выход соединен со входом неинвертирующего повторителя напряжения.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1).

Измеритель параметров двухполюсников содержит генератор 1 последовательностей питающих импульсов. Он состоит из каскада 2 синхронизации, формирователя 3 прямоугольных импульсов, формирователя 4 импульсов линейно изменяющегося напряжения, коммутатора 5 и усилителя 6 мощности. Выход каскада 2 синхронизации соединен со входом формирователя 3 прямоугольных импульсов, а его выход - со входом формирователя 4 импульсов линейно изменяющегося напряжения и с первым входом коммутатора 5. Выход формирователя 4 соединен со вторым входом коммутатора 5. В формирователь 4 входит аналоговый интегратор, который преобразует входные прямоугольные импульсы в импульсы линейно изменяющегося напряжения. Это является функцией аналогового интегратора. Выход коммутатора 5 соединен со входом усилителя 6 мощности. Выход последнего образует первый (сигнальный) выход генератора 1 импульсов. Выход каскада 2 синхронизации также образует второй выход (выход синхронизации) генератора 1 импульсов. Общая шина этого генератора заземлена. Первый (сигнальный) выход генератора 1 соединен со входом измерительной цепи. Она состоит из последовательно соединенных резистора 7 и резистора 8. Свободный вывод резистора 7 соединен с первым выходом генератора 1. К их общему выводу подключен конденсатор 9. Конденсатор 10 включен параллельно резистору 8. Их общий свободный вывод заземлен. Дополнительный резистор 11 включен между свободным выводом конденсатора 9 и общим выводом резисторов 7, 8 и конденсатора 10. Выход измерительной цепи образует общий вывод конденсатора 9 и дополнительного резистора 11.

Вход неинвертирующего повторителя 12 напряжения соединен с выходом измерительной цепи. Использование такого повторителя объясняется известным его достоинством - это большое входное сопротивление. Вход инвертирующего усилителя 13 с коэффициентом усиления напряжения, равным двум, соединен с выходом неинвертирующего повторителя, а выход - с первым входом двухходового аналогового сумматора 14. Второй вход его соединен с первым (сигнальным) выходом генератора 1 импульсов. К выходу сумматора 14 подключен разделительный конденсатор 15.

Первый (сигнальный) вход нуль-индикатора 16 подключен к свободному выводу разделительного конденсатора 15. Второй его вход (вход синхронизации) соединен со вторым выходом (выходом синхронизации) генератора 1 импульсов. Общие шины генератора 1 импульсов, неинвертирующего повторителя 12 напряжения, инвертирующего усилителя 13, двухвходового аналогового сумматора 14 и нуль-индикатора 16 заземлены.

Измеритель параметров двухполюсников работает следующим образом.

С первого сигнального входа генератора 1 снимаются последовательности питающих импульсов. При воздействии на измерительную цепь очередного импульса прямоугольной формы после окончания переходного процесса напряжение на выходе ее не зависит от значения емкостей конденсаторов 9 (С9), 10 (С10) и сопротивления 11 (R11) и определяется только значениями сопротивлений резисторов 7 (R7) и 8 (R8). В интервале времени от окончания переходного процесса и до окончания импульса импульсное напряжение на входе нуль-индикатора 16, в качестве которого может использоваться осциллограф, имеет плоскую вершину. Однократной регулировкой уравновешивающего резистора 7 (R7) она приводится к нулю, в результате чего выполняется первое условие равновесия

R₇ - R₈=0. (1)

Полярность импульсного напряжения на входе нуль-индикатора определяет направление регулирования уравновешивающего резистора 7 (R7): в сторону увеличения значения сопротивления или в сторону его уменьшения.

Посредством коммутатора 5 подключаем к усилителю мощности 6 формирователь 4 импульсов линейно изменяющегося напряжения, и эти импульсы имеются теперь на первом (сигнальном) выходе генератора 1 импульсов. При воздействии очередного импульса после окончания переходного процесса импульсное напряжение на входе нуль-индикатора 16 имеет плоскую вершину. Однократной регулировкой уравновешивающего резистора 11 (R11) она приводится к нулю. В результате чего выполняется второе условие равновесия

C₁₀R₇R₈ - C₉(R₇R₈+R₈R₁₁+R₇R₁₁)=0. (2)

Как и ранее, полярность импульсного напряжения на входе нуль-индикатора 16 определяет направление регулирования уравновешивающего резистора 11 (R11). Регулирование его не приводит к нарушению первого условия, т.к. это сопротивление не входит в условие (1).

В измерительной цепи конденсатор 9 (С9) имеет известное постоянное значение емкости, резисторы 7 (R7) и 11 (R11) - известные регулируемые значения сопротивлений. Параметры R8 и С10 следует определить. Из (1) находится значение R8, из (2) - значение емкости С10, т.к. R8 и другие параметры в (2) являются известными.

Таким образом, представленный измеритель уравновешивается только регулируемыми резисторами. При этом сохранилось такое важное свойство, как раздельное уравновешивание. В рассмотренном измерителе отсутствует нуль-индикатор с дифференциальным входом, поэтому отсутствует дифференциальный усилитель и, следовательно, исключена составляющая погрешности измерения от синфазного сигнала, т.к. у дифференциального усилителя не идеальное подавление синфазного сигнала. Допустима небольшая нестабильность амплитуды питающих импульсов генератора, т.к. напряжение этой амплитуды не входит в условие равновесия (1), (2) и соответственно в формулы для отсчета искомых параметров. Допустима также небольшая нестабильность длительности импульсов питающего генератора и их частоты повторения.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и управлению и может быть использовано для контроля и определения параметров объектов измерения и физических величин посредством параметрических датчиков. Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в обеспечении возможности раздельно уравновешивать измерительную цепь только регулируемыми резисторами. Измеритель параметров двухполюсников содержит генератор последовательностей питающих импульсов, состоящий из формирователя прямоугольных импульсов, коммутатора, блока синхронизации, усилителя мощности. Измерительная цепь устройства включает в себя последовательно соединенные резисторы, к общему выводу которых подключен первый конденсатор, а также второй конденсатор, включенный параллельно второму резистору. В состав измерителя также входят неинвертирующий повторитель напряжения, инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления напряжения, равным двум, двухвходовый аналоговый сумматор, разделительный конденсатор, нуль-индикатор. Новым в измерителе параметров двухполюсников является введение в генератор импульсов формирователя импульсов линейно изменяющегося напряжения, в измерительную цепь дополнительного резистора и изменение включения выхода этой измерительной цепи. Вход формирователя импульсов линейно изменяющегося напряжения соединен с выходом формирователя импульсов прямоугольной формы, а выход подключен ко второму входу коммутатора. Дополнительный резистор включен между свободным выводом первого конденсатора и общим выводом первого, второго резисторов и второго конденсатора. Выход измерительной цепи образует общий вывод дополнительного резистора и первого конденсатора. Этот выход соединен со входом неинвертирующего повторителя напряжения. 1 ил.

Измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор последовательностей питающих импульсов, состоящий из формирователя прямоугольных импульсов, коммутатора, который имеет первый и второй входы, первый вход соединен с выходом формирователя прямоугольных импульсов, а выход коммутатора подключен к усилителю мощности, выход которого образует первый (сигнальный) выход генератора импульсов, из блока синхронизации, выход которого соединен со входом формирователя прямоугольных импульсов, а также образует второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов, общая шина генератора импульсов заземлена, измерительную цепь, которая включает в себя последовательно соединенный первый и второй резисторы, свободный выход первого из них соединен с первым (сигнальным) выходом генератора импульсов, а к их общему выводу подключен первый конденсатор, второй конденсатор включен параллельно второму резистору, свободный общий вывод второго резистора и второго конденсатора заземлен, неинвертирующий повторитель напряжения, инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления напряжения, равным двум, вход которого соединен с выходом повторителя напряжения, двухвходовый аналоговый сумматор, первый вход которого соединен с выходом инвертирующего усилителя, а второй вход - с первым (сигнальным) входом генератора импульсов, к выходу которого подключен разделительный конденсатор, нуль-индикатор, первый (сигнальный) вход которого подключен к свободному выводу разделительного конденсатора, второй его вход (вход синхронизации) соединен со вторым выходом (выходом синхронизации) генератора импульсов, общие шины неинвертирующего повторителя напряжения, инвертирующего усилителя, двухвходового аналогового сумматора и нуль-индикатора заземлены, отличающийся тем, что введены в генератор импульсов формирователь импульсов линейно изменяющегося напряжения, в измерительную цепь дополнительный резистор и изменено включение выхода этой измерительной цепи, вход формирователя импульсов линейно изменяющегося напряжения соединен с выходом формирователя импульсов прямоугольной формы, а выход подключен ко второму входу коммутатора, дополнительный резистор включен между свободным выводом первого конденсатора и общим выводом первого, второго резисторов и второго конденсатора, выход измерительной цепи образует общий вывод дополнительного резистора и первого конденсатора, этот выход соединен со входом неинвертирующего повторителя напряжения.