Мостовое измерительное устройство Советский патент 1985 года по МПК G01R17/10 

1 . Изобретение относится к измерительной технике и предназначено дл измерения параметров трехэлементных двухполюсников с помощью мостовой измерительной схемы на импульсном питании при высоком уро не низкочастотных помех. Цель изобретения повьпиение то ности измерения параметров трехэле bseHTHoro двухполюсника за счет ком ленсации низкочастотных помех. На фиг.1 приведена функциональная электрическая схема предлагаемого устройстваJ на фиг.2 - диагра мы, поясняющие его работу. i Иостоззое 11змерительное устройство содержит задающий генератор 1 соединенньм с расшт-грителем 2 liMпульсов и элементом 3 задержки, вы ход KOTopoio- соединен с элементом 4 стробнроваиия, переключатель 5 импульсов, соединенный с расширите лем 2 импульсов, каждый из трех выходов переключателя 5 подкл очен к входу соответствующего формирова теля 6-8 И1 1пульсов управления., сос оя1дего из- двух логических элеMeiTTOH И 9.1 и 9,2, одновибратора 10 и инвертора 11, Первые входы ло гических элементов И 9.1 и 9.2 и вход одновибратора 10 объединены и образуют вход формировател5 6, а вторые входы логических элементов И 9.1 и 9.2 соединены с выхода ми одновибратора 10, а выход логического элемента И 9.2 подключен к инвертору 115 выходы логического элемента И 8 и .инвертора 11 образуют выходы формирователя 6, генераторы двуполярных прямоугол ных, пилообразных и импульсов с из менением напряжения по закону квад ратичной параболы соответственно, входы которых подключены к выходам соответствуюпщх формирователей 6-8, а выходы соединены с входом мостовой измерительной схемы-15, образованной двумя идентичными, вет вями, Ипечо сравиет-ш первой ветви состоит из образцового резистора 16, параллельно которому включены последовательно соединенные образцовые конденсатор 17 и регаистор 18 В плечо сравнения второй ветви включен объек7 19 измерения, экви.валентная схема которого представляет трехэлеме.нтный двухполюсник, образованный резистором 20, парал122лельно которому включены последовательно соединенные конденсатор 21 и резистор 22, а резисторы 23 и 24 образуют плечи отношения моста. Устройство содержит также первый усилитель 25, блок 26 подавления помех, содержащий два ключа-проггускателя 27 и 28, первые входы которых объединены и образуют вход блока 26, вторые входы ключей-пропускателей такясе объединены и образуют управляющей вход блока 26, а выходы ключей-пропускателей черезфиксирующие конденсаторы 29 и 30 соедин.ены соответственно с входами дифференциального усилителя 31, выход которого образует выход блока 26. Кроме того устройство содержит также второй усилитель 32 и индикатор 33 равновесия. Задающий генератор 1, расширитель 2 импульсов, элементы 3 и 4 задержки и стробирования реализованы на микросхемах серии К218. В качестве переключателя 5 импульсов применен обычный механический переключатель. Формирователи 6-8 импульсов управления реализованы на микросхемах серии К155. В качестве генератора 12 двуполярных прямоугольных импульсов применена микросхема серии К140. Генераторы 13 и 14 пилообразных и квадратичных импульсов реализованы на интеграторах, на микросхемах серии К140, на которых реализованы также усилители. 25, 31 и 32. Блок 26 подавления помех собран по известной схеме. В качестве, индикатора 33 равновесия при испытаниях применялся осциллограф С1-55. Кроме того, на фиг.2 обозначены: та.ктовые импульсы 34 задаюш его генератора 1, импульсы 35 на выходе расширителя импульсов 2, импульсы 36 и 37 на первом и втором выходах формирователя 6 импульсов управления соответственно, импульсы 38-40 на входе мостовой схемы 15, поступаю1 1;ие с генераторов 12-14, импульсы 41 неравновесия на выходе мостовой измерительной схемы 15J выхо.дные импульсы 42 элемента 4 стробирования; импульсы 43 на выходе дифференциального усилителя 31. Устройство работает следующшобразом. Задающий генератор 1 вьгоабатывает последовательность тактовых импуль3

сов 34, поступающую на входы расширителя 2 импульсов и элемента 3 задержки. Выходные импульсы 35 расишрителя 2 через переключатель 5 импульсов поступают на вход первого формирователя 6 импульсов управления, на первом и втором выходах которого появляются парные разнополярные импульсы 36 и 37, длительностью t - 0,5 tg (где - tp длителность импульсов 35 на выходе расширителя 2), которые поступают на входы генератора 12 парных разнополярных прямоугольных импульсов. Выходные импульсы 38 генератора 12 поступают в питающую диагональ мостовой схемы 15. Напряжение неравновесия (импульсы 41) мостовой схемы 15 через усилитель 25, поступает на вход блока 26 подавления помех. Кгпочи-пропускатели 27 и 28, управляемые по вторым входам стробирующими импульсами 42 с выхода элемента 4 стробирования осуществляют выделение из частей двуполярного импульса 41 неравновесия участков с плоской вершиной, амплитуды которых запоминаются фиксирующими конденсаторами 29 и 30. Стробирующие импульсы 42, поступающие с выхода элемента 4 стробирования, задержаны относительно начала питающих мост импульсов 38-40 на отрезок времени С определяемый элементом 3 задержки. Отрезок времени о выбирается заведомо больше длительности переходных процессов в мостовой схеме 15, после окончания которых вершина импульсов 41 неравновесия становится плоской.

Так как длительность питающих импульсов 38 невелика, то значение напряжения низкочастотной помехи и практически постоянно во время их действия, поэтому в дифференциальном усилителе 31 происходит взаимная компенсация помех, действующих во время положительной и отрицательной частей питающих импульсов 38. Таким образом, амплитуд выходного напряжения (импульсы 43) дифференциального усилителя 31 опре деляется степенью рассогласова п- я мостовой схемы 15, а знак рассогласования зависит от очередности чередования положительной и отрицательной частей импульса. Выходной сигнал 43 усилителя 31 усиливается

824124

и нормируется по амтип туде усилитеJIe. 32 и поступает на индикатор 33 равновесия. При щ:)иведенш1 к состоянию равновесия мостовой схемы 15 по

5 первому параметру (резистор 20) исследуемого двухполюсника 19, которое осуществляется изменением величины сопротивления образцового резистора 16, выходной сигнал усилитеQ ля 31 отсутствует, состояние равновесия фиксируется индикатором 33 равновесия.Затем выходные импульсы 35 расширителя 2- импульсов через переключатель 5 импульсов подаются jj на-вход формирователя 7 импульсов управления. Импульсы 36 с первого выхода формировате.тгя 7 поступают на первый входгенератора 13 двуполярньгх пилообразных импульсов, Q а импульсы 37 со второго выхода

формирователя 7 поступают на второй вход генератора 13. Выходные парные разнополярные импульсы 39 линейноизменяющейся генератора 13

5 поступают в питающую диагональ мостовой схемы 15. Так как мостовая схема 15 приведена в состояние рав- новеспя по первому параметру (резистор 20)J то после окончания переходнг х процессов вершина импульсов 41 неравновесия на измерительной диагонали мостовой схемы 15 становится плоской, поэтому взаимная компенсация помех действующих -во время положительной и отрицательной частей питающих гмпульсов 39 в

блоке 26 подавления помех и процесс уравновешивания по второму параметру (конденсатор 21), который выполняется изменением величины емкое- - .

0 ти образцового конденсатора 17,

полностью аналогичен процессу уравновешивания мостовой схемы 15 по первому параметру (резистор 20). После приведения мостовой схемы 15

5 к состоянию равновесия по второму параметру (конденсатор 21) выходные импульсы .35 расширителя 2 импульсов через переключатель 5 импульсов подаются на вход формирователя 8 им0 щльсов управления. 11мпульсы 36 с первого выхода формирователя-8 постз/пают на первый вход генератора 14 двуполярных импульсов с изме. ненкем напряжения по закону квадратичной параболы, а импульсы 37 с второго выхода формирователя 8 поступают на второй вход генератора 14. Выходные парные разнополярные импульсы 40 с изменением иапряКсения по квадратичноьгу закону поступают 1 питающую диагональ мостовой сксмы 15. Так как мостовая схема 15 приведена в состояние равновесия по первому и второму параметрам (резистор 20 и конденсатор 21), то после окончания пере, процессов вершина импульсов 41 неравновесия на измерительной диагонали мостовой схемы 15 становится плоской, поэтому взаимная компезшация помех, действующих во время по.пожительной и отрицательной частей пита101Щ{х импульсов 40 в блоке 26 подавления помех и процесс урапиоБегаивания ijo третьему параматру (резистор 22), выполняемый из e eниeм сопротивления образцового

резистора 18, прртекают аналогично, После завершения процесса уравновеишвания по третьему параметру (резистор 22) берется отсчет искомых параметров 20-22, трехэлементного двухполюсника 19.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет измерять параметры физических объектов, эквивалентная схема которых представляет собой трехвалентньш двухполюсник в цеховых условиях с повьшенным уровнем низкочастотных и сетевых помех,

например, в тензометрических системах, обеспечивающих прочностной эксперимент больших конструкций, а также в комплексе с аппаратурой, имеющей высокий уровень собственных

низкочастотных помех.

1. МОСТОВОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее задающий генератор, выход которого соединен с входами расширителя импульсов и элемента задержки, выход элемента задержки соединен с входом элемента стробирования, последовательно соединенные генератор двуполярных прямоугольных импульсов, мостовую измерительную схему, первый усилитель,, блок подавления помех, второй усилитель и индикатор равновесия, при этом управляющий вход блока подавления помех подключен к выходу элемента стробирования, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения параметров Трехэлементного двухполюсника за счет компенсации низкочастотных помех, в него введены генератор двуполярных пилообразных импульсов, генератор двуполярных импульсов с изменением напряжения по закону квадратичной параболы, три формирователя импульсов управления и переключатель импульсов, вход которого соединен с выходом расширителя импульсов, а каладый из трех выходов его подключен к входу соответствующего формирователя импульсов управления, причем оба входа генераторов двуполярных прямоугольных импульсов, двуполярных пилообразных импульсов и двуполярных 9 импульсов с изменением напряжения по закону квадратичной параболы соединены с выходами соответствующих формирователей импульсов управления, а выходы двух последних генераторов подключены к входу мостовой измерительной схемы. 2. Устройство по П.1, о т л ичающееся тем, что форми00 рователь импульсов управления содержит два логических элемента И, одновибратор и инвертор, причем первые входы логических элементов И N9 и вход одновибратора соединены между собой и с входом формирователя, а вторые входы логических элементов И соединены с соответствующими выходами одновибратора, при этом выход первого логического элемента И соединен с первым выходом формирователя, а выход второго логического элемента И подк:ж чен к входу инвертора, выход которого соединен с вторым выходом формирователя.

1

Фиг.2