Устройство для измерения относи-ТЕльНОгО изМЕНЕНия пАРАМЕТРОВ КОМплЕКСНОгОСОпРОТиВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК G01R17/10 

двух блоков выделения фазового сдвига схема сложения, подключенная к выходам элемента И и третьего, блока выделения фазового сдвига, два интегратора, один из входов которых подключен к выходу схемы сложения, а. второй вход интеграторов соединен с выходами элемента ИЛИ и четвертого блока вы деления фазового сдвига, блоки уравновешивания, соединенные с выходами интеграторов, и цифровые индикаторы Г2Ь Однако, имея широкие функциональные возможности, позволяя определять составляющие комплексного сопротивления любого параметрического датчика и являясь наиболее близким по технической супшости к предлагаемому, такое устройство не обеспечивает прямого измерения относительных изменений составляющих, а косвенное их .определе ние отнимает много времени и ведет к ухудшению точности при исследовании 1епрерывных процессов. Кроме того, не смотря на высокую чувствительность прибора по отношению к составляющим комплексного сопротивленя, она надостаточна для определения малых их при ращений, соизмеримых с единицей младшего разряда. Цель изобретения - обеспечение пря мого измерения и повышение чувствительности устройства. Эта цель достигается тем, что в устройство, содержащее квазиуравновешенный мост, подключенный к источнику синусоидального напряжения, первый блок вычитания, блок выделения фазового сдвига, интегратор и измеритель входы первого блока вычитания подклю чены к вершинам измерительной диагонали квазиуравновешенного моста, а выход - к одному из входов блока выделения фазового сдвига, выход которо го соединен с входом интегратора, вв дены второй и третий блоки вычитания и функциональный преобразователь, пр чем входы второго блока вычитания под-: ключены к выходу источника синусоидального напряжения и вершине измерительной диагонали квазиуравновешен ного моста, соединенной с объектом измерения, а выход упомянутого блока вычитания соединен с одним из входов третьего блока вычитания, другой вх которого подключен к оставшейся вершине измерительной диагонали моста, а выход подключен ко второму входу блока выделения фазового сдвига, при этом выход интегратора через функцио нальный преобразователь подключен к измерителю. Кроме того, функциональный преобразователь выполнен в виде блока, рвсшизующего функцию tgUg. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - векторная ди грамма напряжений моста. Рассмотрим принцип действия устойства, например, при измерении отноительного изменения сопротивления ензодатчика. На фиг. 1 обозначены вазиуравновешенный мост 1, состояий из объекта измерения (R) - тенодатчика 2, компенсационного (R/) ензодатчика 3, образцовых конденсаоров 4 (Хз) и 5 (Х4.) и резистора 6 (R 4 , У которого R КлИ Х,. езистор б выбран переменным и используется для регулировки чувствительности прибора, источник 7 синусоидального напряжения, блоки 8-10 вычитания, блок 11 выделения Фазового сдвига, интегратор 12, функциональный преобразователь -13, реализующий функцию .j tgUex. измеритель 14. На фиг. 2 изображена часть комплексной плоскости с векторной диаграммой напряжений моста 1, на которой о,означены положения его потенциальных точек. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии, т.е. при AR О, блок 8 вычитания, на который шэступают напряжение питания моста 1 и падение напряжения на его плече Ugc формирует вектор, равный по амплитуде напряжению UBC так как -т блоках 9 и 10 вы-читания вырабах лвается одно и то же напряжение - UTJC- Следовательно, сигнала на выходе блока 11 выделения фазового сдвига не будет, и стрелка измерителя (преобразователя) 14 остается на нулевой отметке. Пусть сопротивление тензодатчика 2 R изменилось на величину л R , и точка С моста 1 заняла (фиг. 2) положение Cj, . Тогда с блоков 9 и 10 вычитания на блок 11 выделения фе ового сдвига поступят напряжения U-QC. и между которыми имеется фазовый сдвиг Ч (фиг. 2). Блок 11 выработает импульс, длительность которог.о пропорциональна этому сдвигу, а интегратор 12 преобразует его в напряжение -де К„- коэффициент передачи интегратора 12; Е и амплитуда и длительность импульса. Напряжение }, подвергаясь функциональному преобразованию в узле 13, становится пропорциональным измеряемой велит4ине - , значение которой оценивается с помощью измерителя (преобразователя) 14. Такое взаимодействие узлов прибора (устройства) обеспечивает прямое измерение относительного изменения преобладагацей составлякадей любого параметрического датчика и повышение чувствительности благодаря линейности его уравнения преобразования, двукратно увеличению дй-апазона изменения выхо ного сигнала. Чтобы доказать это, требуется п чить уравнение преобразования. Найд уравнение связи между величиной t и Л , где угол / является сигналом разбаланса моста 1 (фиг. 1). и состо |(фиг, 2) из двух углов и Ч , каж дый из которых может быть определен следующим образом Ч, 1. - - 5Г/2, L АС D - LC.B - . Условимся, что R , тогда ftft. .-, 1 + V. 24.сАРЦ Напряжение U 4 tglg 9 тангенс угла потерь где tg R4 - Jf Х4 при условии, что X 2 - X д - X . Выражения для напряжений и U-jjc имеют вид и -iJ IT - ,g9 1,, .. DC; V ВГ (Z-Kfe)( Ав -f - - rtg20+2iif9 -t -rfRi . %,)V (() Из выражения (5) находим /.AC,r Jr-argfU.jj 7r-circtif-- ---- 1 . to-gi/. iAC D I-qrq- J (rct - л tg- 9+2t 9 tij%- fR Подставив выражение (6) в выраже ние (2), получим величину и V-- ftgaH X)- Полагая, ч--э cffi « 1 , векторами напряжений и Uijc равен. f + 4-2. arctg-f||L , (8) причем каждый из углов Ч и Чд являе ся сигналом разбаланса моста, исполь зуемого в прототипе. Длительность импульса с выхода блока 11 равна ,(9) где Т - период напряжения питания моста 1. Напряжение навыходе интегратора 12, определяемоепо формуле (1). будет представлятьнекоторую функцию от сЛК , т.е. Т-., ,E-5 arctg K 5rctg где К - коэффициент передачи рассмот ренной части устройства. Учитывая действие функционального преобразователя 13, получим выражение ъш --rfr- / (V которое является уравнением преобразования прибора (устройства), прит чем Кп- коэффициент его передачи, равный ККф„. Как видно из выражения (11), сигнал, поступающий в измеритель преобразователь 14, пропорционален удвоенному значению измеряемой величины, что наилучшим образом доказывает достижение поставленной цели. Возможно и дополнительное повышение чувстви-: тельности благодаря изменению величины tgS, осуществляемое с помощью резистора 6 моста 1. Поскольку импульсы .с блока 11 выделения фазового сдвига следуют с частотой источника 7 питания, а интегратор обладает инерционностью, сигнал будет поступать непрерывно на измеритель (преобразователь) 14, что дает возможность применять данный прибор для -исследования непрерывных процессов, в том числе быстропротекающих. Формула изобретения Устройство для измерения относи- тельного изменения параметров комплексного сопротивления, содержащее квазиуравновешенный мост, подключенный к источнику синусоидального напряжения, первый блок вычитания, блок выделения фазового сдвига, интегратор и измеритель, входы первого блока вычитания подключены к вершинам измерительной диагонали квазиуравновешенного моста, а выход - к одному из входов блока выделения фазового сдвига, выход которого сое-динен с входом интегратора, отличающееся тем, что, с, целью обеспечения прямого измерения и повышения чувствительности, в него введены второй и третий блоки выч1тания и функциональный преобразователь, причем входы второго блока вычитания подключены к выходу источника .синусоидального напряжения и вершине измерительной диагонали квазиуравновешенного моста, соединенной с объектом измерения, а выход упомянутого блока вычитания соединен с одним из входов третьего блока вычитания, другой вход которого подключен к оставшейся вершине измерительной иагонали моста, а выход подключен ко второму входу блока выделения фазоого сдвига, при этом выход интеграора через функциональный преобразоатель подключен к измерителю. Источники информац 1и, ринятые во внимание при экспертизе 1,, Авторское свидетельство СССР 591086, кл, G 01 R 17/10, 1976. 2. Авторское свидетельство СССР 504982, кл, G 01 R 17/10, 1976,

I

Фиг.1