Мостовое измерительное устройство Советский патент 1982 года по МПК G01R17/10 

(54) МОСТОВОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля и измерения параметров объектов, эквивалентные схемы которых представляются в виде многоэлементных двухполюсников.

Известно устройство, содержащее питающий генератор, электрический мост, дифференцирующую и интегрирующую цепи, расширители импульсов, электронные усилители и электрические реверсивные двигатели 1.

Недостатком данного устройства является большое время уравновешивания моста.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является автоматический мост переменного тока, содержащий измерительный мост, генератор импульсов запуска, подключенный к генераторам длинных и коротких прямоугольных импульсов питания, выходы которых через сумматор подключены к диагонали питания электрического моста, дифференциальный усилитель, электронные ключи, дифференцирующую и интегрирующую цепи, расширители импульсов, электронные усилители и электрические реверсивные двигатели.

механически соединенные с уравновешивающими элементами моста 2.

Недостатком этого устройства является то, что для формирования сигна лов управления, подаваемых через электронные усилители на реверсивные двигатели, в одном из каналов уравновешивания моста применена интегрирующая цепь, а в других - расширители

10 сигналов неравновесия моста, что ограничивает быстродействие измерительного устройства. Кроме того, применение реверсивных электродвигателей, механически связанных с уравновешива15ющими элементами моста, намного увеличивает время уравновешивания его.

Цель изобретения - уменьшение времени уравновешивания электрического 20 моста.

Поставленная цель достигается тем, что в мостовое измерительное устройство, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, синхронизатор, блок согласования, питаю25щий генератор импульсов сложной формы и уравновешиваемый тремя полевыми транзисто1ра.ми электрический мост для измерения параметров трехэлементных двухполюсников, подклю30ченный к измерительной диагонали

электрического моста усилитель, к выходу которого присоединен детектор равновесия,соединенный с выходом задающего генератора блок управления ключами и источник питания,непосредственно подключенный к задающему генератору, синхронизатору, усилителю, детектору равновесия, блоку управления ключами и к параллельно соединенным цепям, каждая из которых состоит из последовательно включенных первого ключа, накопительного конденсатора и второго ключа, управляющие входы всех ключей соединены с блоком управления ключами, а выводы питания питающего генератора импульсов сложной формы подключены к обкладкам первого накопительного конденс-атора, три двухвходовых элементов И, первый вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом синхронизатора, а вторые входы подключены к выходу детектора равновесия, введены три цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных блока согласования и управляющего генератора с запо 1инанием уровня выходного сигнала, причем выход каждого управляющего генератора соединен с затвором соответствующего уравновешивающего полевого транзистора, а выводы питания его подключены к обкладкам одного из накопительных конденсаторов, при этом входы трех блоков согласива- ния подключены каждый к выходу своего : лемента И.

На фиг. 1 изображена структурная схема мостового измерительного устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжения на выходах основных блоков устройств

Устройство содержит последовательно соединенные задающий генератор 1, синхронизатор 2, блок согласования 3 питакмций генератор 4, уравновешиваемый тремя полевЕЛми транзисторами электрический мост 5, подключенный к измерительной диагонили моста усилитель б, детектор равновесия 7, блок управления 8 ключами, источник питания 9, блок управления 8 ключами соединенный с синхронизатором 2 и с ключами 10-15, три схемы И 16-18, соединенные через три блока согласования 19-21 с управляющими генераторами 22-24 соответственно, выводы которых соединены с затворами трех уравновешивающих полевых транзисторов, включена в мост 5. Задающий генератор 1, синхронизатор 2, усилитель 6, детектЬр равновесия 7, блок управления 8 ключами, три элемента И 16-18- подключены к источнику питания 9 непосредственно. Питакяций генератор 4 и первый управляющий генератор 22 подключены к накопительному конденсатору 25, включенному между выходами 10 и 11, второй управляющий генератор 23 подключен к накопительному конденсатору 26, подключенному между выходами ключей 12 и 13, а третий управляющий генератор 24 подключен к накопительному конденсатору 27, включеному между выходами ключей 14 и 15.

Устройство работает-следующим образом.

В исходном состоянии при отсутствии импульсов с задающего генератора ключи 10-15 находятся в открытом состоянии, и накопительные конденсаторы 25-27 через них заряжены почти до напряжения питания. Исходный режим полевых транзисторов, используемых в схеме электрического моста в качестве уравновешивающих элементов, выбран так, что при заданных значениях изменения параметров элементов измеремого двухполюсника мост, при подаче На него питающего импульса, разбалансирован по всем трем параметрам в одну сторону. При проявлении запускающего импульса с задающего генератора 1 (фиг. 2а) блок управления 8 ключами закрывает их, и тогда питающий генератор 4 и все три управляющих генератора 22-24 оказываются изолированными от земли по питанию на время действия импульса с блока управления ключами, длительность которого выбрана немного больше длительности питающего мост импульса (фиг. 26,ё). Питание отключенных схем осуществляется засчет энергии, накопленной в конденсаторах 25-27 соответственно. Через некоторое время t, (фиг. 2в), определяемое синхронизатором 2, необходимое для окончания переходных процессов, возникающих при переводе ключей 10-15 в закрытое состояние, через блок согласования 3 запускаетс питающий генератор 4. Порядок следования различнЕлх участков импульса сложной формы питающего генератора 4 определяется конкретной схемой-)электрического моста. Один из возможных вариантов формы питающего импульса показан на фиг. 2е: сначала идет

- t,

5 плоский участок импульса t

затем участок линейно изменяющегося напряжения tj, - tj , инаконец, участок, на котором напряжение изменяется по квадратичному закону tj - t. Одновременно с трех выходов синхронизатора 2 на три элемента И 16-18 последовательно друг за другом подаются три прямоугольных импульса, длительность каждого из которых равна длительности соответствующих участков импульса сложной формы (фиг. 2б-е): на первый элемент И 16 поступает прямоугольный импульс, длительность которого равна длительности плоской части питающего импульса, на второй элемент И 17 - импульс ллительностью, равной длительности линейно изменяющейся части, и на третий элемент И 18 - импульс длительностью, равной длительности квадратичной части питающего импульса. При поступлении на мост с питающего генератора 4 плоско части импульса в его измерительной диагонали и, следовательно, на выходе усилителя 6 возникает сигнал разбаланса, определяемый неравновесием моста по одному из параметров измеряемого трехэлементного двухполю сника (фиг. 2ж). Детектор равновесия 7 срабатывает, и на его выходе появляется сигнал высокого уровня (фиг. 2з), который поступает на вторые входы всех трех элементов И 16-1 Но так как на первых входах второго 17 и третьего 18 элементов И сигналы с синхронизатора 2 во время t - tj отсутствуют, значит и на их выходе импульсов запуска не будет. А на вто ром входе первого элемента И 16 с синхронизатаэра 2 есть импульс (фиг. 2в поэтому на ее выходе появляется сигнал запуска (фиг. 2и), который через блок согласования 19 запускает первы управляющий генератор 22, выход кото рого связан с затвором первого полевого транзистора. Напряжение на выхо де управляющего генератора 22 нарастает по линейному закону (фиг. 2к), изменяя сопротивление полевого транзистора и, тем самым, уравновешивая мост. Выходное напряжение моста, а следовательно, и усилителя изменяется, стремясь к нулю на участке (фиг 2ж) . В момент времени t,, когда напряжение, на выходе моста достигает нуля, срабатывает детектор равновесия 7, и на его выходе появляется сигнал низкого уровня (фиг. 2з). Следовательно, импульс на выходе первого элемента И 16, который подавался на.управляющий генератор 22, заканчивается. Управляющий генератор 22 прекращает свою работу, и напряжение на его выходе запоминается на время, большее длительности импульса управляющего работой ключей (фиг.26) удерживая мост в равновесии по первому параметру измеряемого трехэлементного двухполюсника. В момент времени t,заканчивается плоская часть питающего имг1ульса (фиг. 2е) и начинается линейно изменяющаяся tj -п . В-это время в измерительной диагонали мост снова появляется сигнал неравновесия моста, на этот раз определяемый вто(, рым измеряемым параметром, который приводится к нулю на этом участке питающего импульса с помощью второго полевого транзистора, сопротивлением которого управляет второй управлякидий генератор 23. Генератор 23 запускает импульсом со второго элемента И 17 через блок согласования 20. В это время на первых входах первого 16 и третьего 18 элементов И сигнала с синхронизатора 2 нет, а есть только на первом входе второго элемента И 17 (фиг. 2г). Дальнейшая работа устройства происходит как и на участке t tj,, аналогично описанной. Напряжение на выходе второго управляющего генератора (фиг. 2м), которое было в момент достижения равновесия моста tL по второму измеряемому параметру также запоминается, удерживая мост в равновесии по второму параметру. Аналогично протекает работа измерительного устройства на квадратичном участке питающего импульса во время tj ц, на котором происходит уравновешивание моста по третьему измеряемому параметру. Здесь в работе участвуют третий элемент И 18, блок согласования 21 и третий управляющий генератор 24, сигнал с которого изменяет величину сопротивления третьего полевого транзистора, приводя мост к равновесию по третьему параметру (момент tJ, фиг. 2ж). После уравновешивания моста по третьему параметру мост полностью уравновешен. Весь процесс уравновешивания моста по трем измеряемым параметрам происходит в течение одного питающего импульса сложной формы. В момент tj- заканчивается импульс, управляющий ключами, и все ключи 10-15 снова открываются. Запомненные величины напряжений на выходах управляющих генераторов 22-24, пропорциональные каждая своему измеряемому параметру, считываются устройством обработки данных в течение периода времени tj- - t . Затем, в момент времени t управляющие генераторы всех трех цепей приводятся в исходное состояние и запомненные напряжения на выходах у них сбрасываются. Мостовое измерительное устройство позволяет существенно уменьшить время уравновеш ивания электрического моста и кровести измерение трех параметров трехэлементного двухполюсника в тече-, ние одного питакяцего импульса сложной формы, что существенно повышает производительность труда на участке измерения. Формула изобретения Мостовое измерительное устройство, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, синхронизатор, блок согласования, питающий генератор импульсов сложной формы и уравновешиваемый тремя транзисторами электрический мост, подключенный к измерительной диагонали электрического моста усилитель, к выходу которого трисоединен детектор равновесия, соеиненный с -выходом задающего генератора блок управления ключами и источник питания, непосредственно подключенный к Вещающему генератору, синхронизатору, усилителю, детектору равновесия, блоку управления ключами и к параллельно соединенным цепям, кеикая из которых состоит из последоательно включенных первого КЛОЧА,

накопительного конденсатора и второго ключа, управляющие входы всех ключей соединены с блоком управления ключами, а выходы питания питающего генератора импульсов сложной формы подключены к обкладкам первого накопительного конденсатора, три двухвходовых элемента И, первый вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом синхронизатора, а вторые входы подключены к выходу детектора равновесия, отличающееся тем, что, с целью уменьшения времени уравновешивания электрического моста, в него введены три цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных блока согласования и управляющего генератора с запоминанием уровнявыходного сигнала, причем выход каждого управляющего генератора соединен с затвором соответствующего уравновешивающего полевого транзистора, а выводы питания его подключены к обкладкам одного из накопительных конденсаторов, при этом вход каждого из трех вновь введенных блоков согласования подключены каждый к выходу своего элемента И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

(прототип).