Мостовой измерительный преобразователь Советский патент 1980 года по МПК G01R17/10 

Изобретение относится к области автоматики и измерительной техники и может быть использовано в устройст вах точного контроля и регулирования параметров, управляющих разбалансом измерительного мостового детектора. Известны автоматические мостовые измерители, содержащие мост, вк.точен ный через перек.гаочатель в цепь обрат ной связи резонансного усилителя и импульсный генератор, управляющий работой перек.лючателя l . Чувствительность устройства прототипа ограничена максимально возможным значением реализуемой доб ротности колебательного контура резонансного усилителя. Целью изобретения является повышение чувствительности мостового измерительного преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в мостовой измерительный преобразователь, содержащий измерительный мост, резонансный усилитель импульсный генератор и переключател выход резонансного усилителя и выхо импульсного генератора подключены к входам переключателя, а выход после него подключен к диагонали питания измерительного моста, введены сумми рующий блок и ограничитель амплитуды, причем входы суммирующего блока подключены соответственно к вьрсоду измерительного моста и к выходу ограничителя амплитуды, вход которого подключен к выходу резонансного усилителя, а вход последнего подк.гаочен к выходу суммирующего блока. На чертеже показана структурная электрическая схема предлагаемого изобретения. Предлагаемый преобразователь содержит резонансный усилитель 1, настроенный на частоту $ , ограничитель 2 амплитуды, суммирующий блок 3, измерительный мост 4, переключатель 5 и импульсный генератор б, формирующий прямоугольные импульсы напряжения с частотой F. Выходной сигнал усилителя 1 через ограничитель 2 амплитуды поступает на один из входов суммирующего блока 3, к другому входу которого подключена измерительная диагональ моста 4. Если мост сбалансирован, напряжение в последней отсутствует и выходной сигнал суммирующего устройства, определяемый выходным сигналом ограничителя, поступает на вход усилителя 1 в фазе, соответствующей положительной обратной связи. Возни какище в схеме усилителя автоколебания возрастают до уровня ограничения входного сигнала и далее поддержиеаются на этом уровне. Таким образом при балансе моста выходной сигнал усилителя имеет вид гармонического напряжения с частотой f , При поступлении на вход переключателя 5 импульсов генератора б из; еняется полярность подключения через переклю чатель выхода резонансного усилителя к диагонали питания моста, вследстви чего фаза колебательного с частотой f питающего напряжения периодически с частотой F изменяется на 7Г При разбалансе моста фазовая модуляция питающего напЕ)яжения преобразует ся в амплитудную модуляцию с частотой выходного напряжения усилителя поскольку периодически изменяется коэффициент положителььюй обратной связи последнего. Уровень модулирую щего напряжения пропорционален степени разбаланса моста, а фазовып сдвиг первой гармоники указанного напряжения относительно первой гармоники выходного напряжения генератора- б определяет знак разбаланса. По сравнению с устройством прото типом предлагаемый преобразователь при одинаковой добротности колебательных контуров усилителей позволяе получить значительно более высокую чувствительность к разбалансу моста Если мост разбалансирован, выходное напряжение резонансного усилителя известного преобразователя имеет вид последовательности импульсов с периодом повторения равным l/F и частотой заполнения f . Форма огибающей каждого импульса характеризуется крутым передним фронтом и изменением амплитуды заполнения по законуUtt) -- Uw -Мкй) где Urn -. амплитуда ударного возбу;кдения;о(. - постоянная затухания ко лебательного контура при отсутствии обратной свя зи; cl-K. Ct) - коэффициент, определяемый обратной связью/ .t - время Применительно к параллельной схеме замещения колебательного контура i ли. Ht)KySop ,,,±, где R - активное сопротивление эквивалентного контураj С - емкость контура; Ku{t) - коэффициент передачи переключателя ; К. - коэффициент передали мостята,,. . ср среднее значение коэффициента преобразования входного напряжения в выходной ток усилителя, приведенное к амплитуде первой гармоники, учитывая,что jR-Op, 1/C-. , где Q добротность колебательного контура/ Р- волновое сопротивление контура;Кц- коэффициент усиления по напряжению, находим: U(-t)-Ume- e- f oc HJK(t)dt|Q KnCt)- функция, определяющая последовательность знакопеременных прямоугольных импульсов одинаковой длительности с единичной амплитудой и частотой (-t) -sin (2,UFi +4-) - sin(61J:F t - Ч) - -4sin(lOirFit 4)-i-.--j где У - начальная фаза, характеризующая фазовый сдвиг между первыми гармониками импульсов частоты F и частоты Р2 . g-«5ViocKHJKn(t)at/Q Д КосКнГКп(Ш при KOJ- - о , поэтому UCi)Uv.e- « l- ili J-Kai)di. Приращение амплитуды за счет воздействия обратной связи определяется выражением -TLft/Q &y{4)utne -u(i) - °-2%Ь ;,„„«1. Информация о разбалансе характеризуется амплитудой и фазой первой гармоники импульсного напряжения с частотой Fj, и амплитудой iU(t). Пусть uU - максимальное значение амплитудыйи(t) . Чувствительность преобразователя, тем выше чем больше при заданном минимальном разбалансе значение ли «юх. AUn,ax UtnE °/® I JKocl H ,,i. КрсКц aQK-, где Со 1/2Г - время нарастания амплитуды. С точки зрения увеличения чувствительности целесообразно выполнить условие TO гГ - -, где Т длительность управляющих импульсов частоты Fa , так как при Т С происходит затухание амплитуды коле баний. d(u.Uy«gi) „ Из уравнения ( ) -° находим 1г- .« тогда л и,. таким образом, чувствительность преобразо вателя при заданном разбалансе и определенных параметрах усилительной схемы, лимитируется реализуемой максимальной добротностью Q , так какКн-5сррСЗ При разбалансе моста выходное напря жение резонансного усилителя предла гаемого преобразователя имеет вид амплитудно-модулированного напряжения с частотой заполнения f. Амплитуда изменяется по закону U(i) aUw -14KnU)ai. при KOC -« О , где Ukvi - амплитуда выходного напряжения при балансе моста, с(к (-t) коэффициент, опреде ляемый обратной связью вследствие разбаланса. Максимальное значение амплитуйы модулирующего напряжения 1. . Выигрыш в чувствительности при использовании предлагаемого преобразователя oripe деляется коэффициентом NУвеличение частоты f ограничено условием устойчивой работы схемы, минимальное значение частоты F митируется требуемым быстродействи преобразователя. Максимальное реал зуемое значение добротности ненагруженного колебательного контура полосе частот 0-100 кГц не превыша 100. Рассмотрим, для конкретности, п мер использования сравниваемых пр образователей в схеме регулирования температуры. Поскольку термометр со- противления обычно устанавливается на объекте, достаточно удаленном от контрольной аппаратуры, задаем частоту питания моста f 5 кГц. Тепловая инерционность термометров сопротивления определяется единицами-десятками секунд, тепловая инерционность объектов регулирования, как правило , значительно больше. Соответственно, выбираем F 1 Гц. Счатаем, что . Тогда .оо. Предложение дает возможность компенсировать уменьшение добротности колебательного контура посредством увеличения отношения частот. При этомвыигрыш получается как за счет увеличения чувствительности, так и за счет замены -высокодобротных катушек индуктивности более простыми, технологичными и дешевыми низкодобротными катушками. .Формула изобретения Мостовой измерительный преобразователь, содержащий измерительный мост; резонансный усилитель, импульсный генератор и переключатель, выход резонансного усилителя и выход импульсного генератора подключены к входам переключ ателя, а выход последнего подключен к диагонали питания измерительного моста, отличающийся тем, что, с целью повьпаения чувствительности, в. него введены суммирующий блок и ограничитель амплитуды, причем входы суммирующего блока подключены к выходу измерительного моста и.к выходу ограничителя амплитуды, вход :которого подключен к выходу резонансного усилителя, а вход последнего подключен к выходу суммирующего блока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . 1.Авторское свидетельство СССР № 577462, кл. G 01 R 17/10, 1975.