Мост для измерения параметров трехэлементных нерезонансных двухполюсников Советский патент 1986 года по МПК G01R17/10 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а более конкретно - к мостовым цепям, и может быть использовано в автоматике, телемеханике, связи.

Целью изобретения является повыше- .ние точности измерения путем устранения влияния выходного сопротивления генератора прямоугольных импульсов либо интегратора (в зависимости от режима измерения) на переходньй процесс в измерительной цепи.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 прямоугольных импульсов соединенный с интегратором 2, шунтированным ключом 3. Выход интегратора 2 через резистор 4 соединен с входом операционного усилителя 5, в цепь отрицательной обратной связи которого включен объект 6 измерения. Выход операционного усилителя 5 соединен через регулируемый резистор 7 с входом операционного усилителя 8, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор 9. Выход операционного усилителя 5 через резистор 10 соединен с входом операционного усилителя 11, в 1;епь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор 12, Выходы операционных усилителей 8 и 11 соединены с входами сумматора 13, выход ко- торюго через дифференциатор 14, шунтированный ключом 15, соединен с детектором 16 определения линейности переходного напряжения. Выход генератора 1 прямоугольных импульсов через резистор 17 соединен с операционным усилителем 18, в цепь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор 19. Выход операционного усилителя 18 соединен с сумматором 20, соединенным с одним входом дифференциального.усилителя 21, Выход генератора 1 прямоугольных импульсов через регулируемый резистор 22 соединен с входом операционного усилителя 23,. в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор 24. Выход операционного усилителя 23 соединен с сумматором 20. Выход дифференциатора 14 соединен с вторым входом дифференциального усилителя 21, выход которого соединен с нуль-индикатором 25 и с детектором 26 вьщеления информалинейной составции о наличии ляющей,

Устройство работает следующим образом.

Операторное сопротивление объекта измерения описывают выражением

Z (р)

Р . К

р + э

F+V

где К, о: ,й - масштабный коэффициент, плюс и нуль объекта 6 измерения;

п О, + 1 -в зависимости от вида объекта 6 измерения (трехэлементного нерезонансного двухполюсника) ; Р - комплексный параметр.

При п О ключи 3 и 15 замкнуты, при п 1 ключ 15 разомкнут, а ключ 3 замкнут. При п -1 ключ 3 разомкнут, а ключ 15 замкнут.

Изображение по Лапласу выходного напряжения дифференциатора 14; при условии, что время затухания переходных процессов меньше длительности импульсов питания и промежутков между ними, задано выражением

- ) -1 --Ifi;

.5...

R,R /

.d.

где Е - амплитуда импульсов генератора 1 прямоугольных импульсов;

- значение сопротивления резистора 4;

R, ,R2,R -значения сопротивлений резисторов 7, 10, 12 соответственно;

С, - значение емкости конденсатора 9;

d - коэффициент пропорциональности , определяемый дифференциатором 14 и интегратором 2,

50 Изменением регулируемого сопротивления резистора 7 получают на выходе дифференциатора 14 напряжение

55

(

ER,d

KOR/

oCkt.

3 .

Момент установления напряжения U(t), представляющего сумму постоянной и линейной составляющих, определяют по нулевому показанию детектора 16 определения линейности переходного напряжения. При этом получают условие квазиравновесия

Rz .

й(.

,R 5

Затем регулировкой сопротивления резистора 19 компенсируют на выходе дифференциатора 14 линейную состав- лякяцую U(t). Момент компенсации определяют по нулевому показанию детектора 26 вьщеления информации о наличии линейной составляющей. Отсюда получают условие равновесия

(

R емкость конденсатора 24 и значение сопротивления резистора 22,

Затем регулировкой резистора 19 компенсируют постоянную составляющую напряжения U(t) по нулевому показанию нуль - индикатора 25, Получают

К

R() 145

где R. и

Р-5значение сопротивле ний резисторов 17 и 19, Поскольку объект 6 измерения включен в цепь обратной связи операционного усилителя 5, то при замкнутом ключе 3 напряжение на вьгкоде операционного усилителя 5 определено выра жением

и

вых.г

, . Е ,, Р +/Э (t) --- К ------ X

R. + К

вы,, г ° практивы.г

где Rgjii, выходное сопротивление генератора 1 прямоугольных импульсов,

Поскольку RP легко может быть сделано значительно большим R выходное сопротивление Rg чески не оказывает влияния на результат измерения, В известном устройстве объект измерения включен во входную цепь операционного усилителя, что приводит к суммированию импеданса объекта измерения с выходным сопротивлением генератора прямоугольных импульсов, а свою очередь, оказыв ает влияние на переходный процесс и приводит к появлению существенных погрешностей.

Поскольку резисторы 7 и 10 имеют общую точку соединения, то, считая операционные усилители 11 и 8 идеальными, получим

10

1 15

где R,

.- выходное сопротивление

вых.5 операционного усилителя 5,

Отсюда следует, что Rgy,, не вносит погрешностей при измерении об и мало влияет на результат измерения

25

30

35

40

/Ь и К при RJ II R Rgj,, J, что имеет место на практике.

Кроме, повышения точности, применение параллельно включенных операционных усилителей 11 и 8 позволяет использовать в предлагаемом мостовом устройстве только регулируемые резисторы ,

Введение двух операционных усилителей, сумматора, трех резисторов позволяет повысить точность измерения параметров трехэлементных нерезонансных двухполюсников за счет уменьшения влияния на переходный процесс выходного сопротивления блоков, входящих в состав мостового устройства. Подобные измерения необходимы в электрохимии, влагометрии автоматике, телемеханике и т,д.

Погрешность измерения последовательного сопротивления, например, в случае измеряемого двухполюсника, состоящего из последовательно включенных резистора и параллельно вклю- ченных резистора и емкости при наличии последовательного сопротивления, что часто встречается на практике, может достигать десятков и.даже сотен процентов при измерений, проводимом с помощью известного устройства.

При использовании предлагаемого устройства значение последовательного сопротивления может быть измерено с точностью до процента. Данное техническое решение повысит производительность труда за счет более высокой скорости измерений и исключения процесса утомительного поочередного уравновешивания. .

Формула изобретения

Мост для измерения параметров трехэлементных нерезонансных двухполюс- НИКОВ, содержащий клеммы для подключения объекта измерения, первый резистор, первый вывод которого соединен с первым входом первого операционного усилителя, генератор прямоуголь- ных импульсов, выход которого соединен непосредственно с входом интегратора, соединенного своим входом с выходом через контакты ключа, через второй резистор - с первым входом вто рого операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен первый регулируемый резистор, через второй регулируе1Ф1й резистор - с первым входом третьего опера- ционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор и непосредственно - с первым входом детектора вьщеления информации о наличии линейной состав- ;Ляющей, выходы второго и третьего операционных усилителей соединены с: соот ветствутощими входами сумматора, выход которого подключен к одному из входов дифференциального усилителя, выход которого подключен к входу нуль-индикатора и к второму входу детектора выделения информации о наличии линейной составляющей, диффе

5

101520 25 )о

5

ренциатор, вход и выход которого соединены между собой через контакты второго ключа, выход дифференциатора соединен с.входом детектора определения линейности переходного напряжения и с вторым входом дифференциального усилителя, вторые входы трех операционных усилителей соединены с общей пшной, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, введены четвертый и пятый операционные усилители, второй сумматор, третий резистор, третий и четвертый регулируемые резисторы, второй койденса- тор, причем выход интегратора соединен с вторым выводом первого резистора, первый вход первого операционного усилителя соеданен с первой i клеммой для подключения объекта измерения, выход первого операционного усилителя соединен с второй клеммой для подключения объекта измерения, через третий регулируемый резистор - с первым входом четвертого операционного усилителя, в цепь отрицательной обратнрй связи которого включен второй конденсатор, через третий резистор - с первым входом пятого операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен четвертый регулируе- ый резистор, выходы четвертого и пятого операционных усилителей соединены с соответствующими входами сумматора выход которого соединен , с входом дифференциатора, вторые входы четвертого и пятого операционных усилителей соединены с общей шиной.

/5

ВНИИПИ . Заказ 1318/52 Тираж 728 Подписное

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к мостовым цепям, и может быть использовано в автоматике, телемеханике и связи. Цель изобретения - повышение точности измерения - достигается путем устранения влияния выходног го сопротивления генератора прямоугольных импульсов либо интегратора в зависимости от режима измерения на переходный процесс в измерительной цепи. Мост содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, интегратор 2, ключ 3, операционные усилители 5,8, 11, 18 и 23, объект 6 измерения, регулируемый резистор 1,2, сумматор 13, дифференциатор 14, ключ 15, детек- тор 16, регулируемлй резистор 19,сумматор 20, дифференциальный усилитель 21, нуль-индикатор 25,детектор 26 выделения информации о наличии нели- нейной составляющей, резисторы и конденсаторы. 1 Ш1. i (Л С