Мост для измерения параметров пассивных трехэлементных нерезонансных двухполюсников Советский патент 1982 года по МПК G01R17/10 

15) МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПАССИВНЫХ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ НЕРЕЗОНАНСНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в автоматике, телемеханике и связи, например, для контроля параметров датчиков. Известны мостовые устройства, использование активных элементов в измерительных цепях которых позволяет получить зависимое раздельное уравно вешивание . Недостатком подобных мостовых уст ройств является измерение параметров ограниченного количества видов трехэлементных нерезонансных двухполюсников. Наиболее близким по технической сущности является мостовое устройство, содержащее источник переменного напряжения, два операционных усилителя, дифференциальный усилитель, дв фазочувствительных детектора и мосто вую схему Максвелла Вина, состоящую .|из двух трехэлементных ветвей с ак тивными уравновешивающими параметраМИ, одна из которых содержит объект измерения и постоянный образцовый резистор . Недостатком мостового устройства является невозможность измерять параметры трехэлементных пассивных нерезонансных двухполюсников. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, т.е. измерение параметров всех видов нерезонансных трехэлементных пассивных двухполюсников. Для достижения поставленной цели в мост для измерения параметров пассивных трехэлементных нерезонансных двухполюсников, содержащий первый и второй операционные усилители, к входу первого подключен резистор, к входу второго - регулируемый резистор, в цепь отрицательной обратной связи второго включен конденсатор, диффе-. ренциальный усилитель, нуль-индикатор, источник напряжения и объекты измерения, введены интегратор, дифференциатор, два клjoчa, третий операционный усилитель, регулируемый конденсатор .резистор, сумматор, детектор определени линейности переходного напряжения, детектор выделения информации о наличии линейной состав ляющей, входы двух операционных усил талей через резисторы соединены с интегратором, шунтированным ключом, соединенным с генератором прямоуголь ных импульсов, вход третьего операционного усилителя через объект измерения соединен с выходом интеграто ра, в цепь отрицательной обратной связи третьего операционного усилителя , выход которого через дифференциатор, шунтированный ключом, соединен с первым входом дифференциальног усилителя и детектором определения линейности переходного напряжения, включают последовательно соединенные резистор и регулируемый конденсатор, в цепь отрицательной обратной связи первого операционного усилителя вклю чен регулируемый резистор, а выходы первого и второго операционных усили телей через сумматор соединяют с вто рым входом дифференциального усилителя, выход которого присоединен к первому входу детектора выделения ин формации о наличии линейной сээставля щей, второй вход которого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов. Детектор определения линейности переходного напряжения выполнен из сравнивающего блока, источника трех опорных напряжений, инвертора, интегратора и переключателя, который соединен по входу с дифференциатором и с сравнивающим блоком, а по выходу - напрямую и через инвертор с интегратором, выход источникатрех опорных напряжений соединен с входом сравнивающего блока. Детектор выделения информации о наличии линейной составляющей выполнен из хронирующего блока, инвертора интегратора и переключателя, который соединен по входу с дифференциальным усилителем, хронирующим блоком, по выходу - напрямую и через инвертор с интегратором, вход хронирующего блока соединен с выходом генератора .прямоугольных импульсов.

Источник напряжения выполнен в виде генератора прямоугольных импульсов.

где f - амплитуда импульсов генератора 1 прямоугольных импульсов; На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, интегратор 2, шунтированный ключом 3, объект k измерения, операционный усилитель 5, резистор 6 и регулируемый конденсатор 7, дифференциатор 8, шунтированный ключом 9, дифференциальный усилитель 10, детектор 11 определения линейности переходного напряжения, резистор 12, операционный усилитель 13, резисторы 1 4 и 15, операционный усилитель 16, конденсатор 17,-сумматор 8, нуль-индикатор 19, детектор 20 выделения информации о наличии линейной составляющей. Детектор 11 определения линейности переходного напряжения содержит переключатель 21, сравнивающий блок 22, источник 23 трех опорных напряжений, инвертор 2, интегратор 25. Детектор 20 выделения информации о наличии линейной составляющей содержит переключатель 26, хронирующий блок 27, инвертор 28 и интегратор 29. Устройство работает следующим образом. Операторную проводимость объекта измерения описывают выражением . Y(p) k.o, масштабный коэффициент, нуль и полюс объекта f измерения; . - в зависимости от вида объекта измерения (трехэлементного нерезонансного двухполюсника) ; р - комплексный параметр. При п О ключи 3 и 9 замкнуты, при п 1 ключ 3 разомкнут, а ключ 9 замкнут. При п -1 ключ 3 замкнут, а ключ 9 разомкнут. Изображение по Лапласу выходного напряжения дифференциатора 9 при условии, что время затухания переходных процессов меньше длительности импульсов питания и промежутков между ними, задано выражениемР k y CPM/RC), R и С - значения сопротивления резистора 6 и регулируе мой емкости конденсатора 7; d - коэффициент пропорциональности, определяемый дифференциатором 8 и ин тегратором 2. Изменением регулируемой емкости конденсатора 7 получают на выходе д ференциатора 8 напряжение Сот U(i:)- (Р f oL) Е аи 1-Е dRdk U . Момент установления напряжения U(t), представляющего сумму постоян ной и линейной составляющих, опреде ляют по нулевому показанию детектора 11 определения линейности перехо ного напряжения. Его работа основан на том, что разность интегралов от суммы постоянной и линейной составляющих при условии, что напряжения на выходе источника 23 трех опорных напряжений удовлетворяют условию II - II «J- - и U2 и Ь где UY , U2, и, - напряжения источни ка 23 трех опорных напряжений, равна нулкТ, Интегратор 25 интегрирует U(t) в промежутке между достижением U(t) напряжений U и U, а затем с тивоположным знаком от U, что получают подключением выхода дифференциатора 8 к интегратору переключателем 20 по сигналу сравнивающего блока 22 сначала напрямую, а за тем через инвертор 2 с единичным коэффициентом усиления. При этом по лучают условие квазиравновесия fi 1/RC Затем регулировкой сопротивления резистора 15 компенсируют на выходе дифференциатора 8 линейную составляю щую U(t). Момент компенсации определяют по нулевому показанию детектора 20 выделения информации о наличии линейной составляющей. Работа последнего основана на том, что интегратор 29 интегрирует напряжение U(t), подаваемое на него с противоположными знаками через переключател 26 и инвертор 28 с единичным коэффициентом усиления, в течение одинаковых промежутков времени, задавае14з1х хронирующим блоком 271 запуск которого осуществляют в момент подачи импульса с выхода генератора 1 пря моугольных импульсов. При этом разность интегралов от постоянной со- . ставляющей равна нулю, а линейной нет. Отсюда получают условие равновесияk, --J V где R и Cg - значения регулируемого сопротивления резистора 15 и емкости конденсатора 17. Затем регулировкой активного сопротивления 1 компенсируют постоянную составляющую напряжения U(t) по нулевому показанию нуль-индикатора 19- Получают где RL и R- - значения сопротивления резисторов 1 и 12. В случае неполного уравновешивания операции повторяют. При необходимости по измеренным значениям k ,oL , f можно подсчитать R, L, С параметры объекта k измерения , что не вызывает принципиальных затруднений. Использование генератора прямоугольных импульсов, интегратора, дифференциатора, двух ключей, операционного усилителя, регулируемого конденсатора, активного сопротивления, сумматора, детектора определения линейности переходного напряжения , детектора выделения информации о наличии линейной составляющей, нуль-индикатора позволяет измерять масштабный коэффициент, нуль и полюс проводимости нерезонансных пассивных трехэлементных двухполюсников всех видов. При необходимости не представляют принципиальных затруднений определения по результатам измерений R, L, С параметров. Таким образом, применение детекторов выделения информации о наличии линейной состсэвляющей и определения линейности переходного напряжения дает возможность получить высокую точность, определяемую применением операций интeгpиpoвa 1Я и вычитания, легко автоматизировать устройство, что дополнительно облегчается наличием раздельного злвисимого уравновешивания.

7 Формула изобретения

целью расширения функциональных возможностей, он снабжен интегратором, дифференциатором, двумя ключами, третьим операционным усилителем, регулируемым конденсатором, резистором сумматором, детектором определения линейности переходного напряжения, детектором выделения информации о наличии линейной составляющей, входы двух операционных усилителей через резисторы соединены с интегратором, шунтированным ключом, соединенным с генератором прямоугольных импульсов, вход третьего операционного усилителя через объект измерения соединен с выходом интегратора, в цепь®отрицатель ной обратной связи третьего «сшерационного усилителя, выход которого через дифференциатор, шунтированный ключом, соединен с первым входом дифференциального усилителя и детектором определения линейности переходного напряжения, включе1 1 последовательно соединенные резистор и регулируемый конденсатор, в цепь отрицательной обратной связи первого операционного усилителя включеу регулируемый резистор, а выходы первого и

8

второго операционных усилителей через сумматор соединены с вторым входом дифференциального усилителя, выход которого присоединен к первому входу детектора выделения информации о наличии линейной составляющей, второй вход которого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов.

а по выходу - напрямую и через инвертор с интегратором, выход источника трех опорных напряжений соединен с входом сравнивающего блока.

и переключателя, который соединен по входу с дифференциальным усилителем, хронирующим блоком, а по выходу напрямую и через инвертор с интегратором , вход хронирующего блока соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов.

4.Мост по п. 1, отличающий с я тем, что источник напряжения выполнен в виде генератора прямоугольных импульсов, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Измеренв е, контроль, автоматизация. 1976, № 3, с. 8. 2.Авторское свидетельство СССР W 490042, кл. G 01 R 27/02, 197.