RU2471197C2 - Мостовой измеритель параметров двухполюсников - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике, в частности, оно позволяет определять параметры трехэлементных двухполюсников или параметры датчиков с трехэлементной схемой замещения. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор питающего сложного электрического сигнала, мостовую цепь и нуль-индикатор. Мостовая цепь содержит двухполюсник с уравновешивающими элементами, входящий в состав мостовой цепи, дополнительный третий резистор, включенный параллельно к имеющейся цепи из первого резистора, катушки индуктивности и второго резистора этого двухполюсника, при этом функциональные заземленные элементы двухполюсника с уравновешивающими элементами являются регулируемыми, а элементы двухполюсника объекта измерения выступают в качестве искомых трех параметров - первого и второго резисторов и первой емкости. Техническим результатом изобретения является уменьшение погрешностей измерения за счет исключения составляющей погрешности от паразитных емкостей относительно земли регулируемых уравновешивающих элементов, а также уменьшение нестабильности этих паразитных емкостей. 1 ил.

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике. В частности, оно позволяет определять параметры трехэлементных двухполюсников или параметры датчиков с трехэлементной схемой замещения.

Известен мостовой измеритель параметров пятиэлементных пассивных двухполюсников (АС СССР №1147986, G01R 17/10, БИ 1985, №12), содержащий последовательно включенные генератор импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по законам степенных функций, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.

Недостатком его является повышение погрешности измерения за счет составляющей погрешности от паразитных емкостей, которые образуют незаземленные регулируемые уравновешивающие элементы относительно земли. В указанном измерителе в принципе невозможно заземлить все регулируемые уравновешивающие элементы, поэтому названные паразитные емкости и обусловленная ими составляющая погрешности измерения присутствуют обязательно. Дополнительная составляющая погрешности возникает также от нестабильности паразитных емкостей. Кроме того, для уменьшения отрицательного влияния внешних электромагнитных полей и наводок уравновешивающие элементы нередко экранируют. При этом в случае незаземленности этих элементов имеется неопределенность относительно вершины электрического моста, с которой было бы целесообразно соединить экраны. Если же названные элементы заземлены, то очевидно, что экраны следует соединять с землей. В случае регулирования незаземленных уравновешивающих элементов посредством использования электронных ключей и управляющих электрических сигналов к ним возникают дополнительные трудности - необходимость применения развязывающих элементов, например трансформаторов или оптронных пар. При заземлении всех уравновешивающих элементов такие трудности исключаются.

Известен мостовой измеритель параметров многоэлементных двухполюсников (АС СССР №1247762, G01R 17/10, БИ 1986, №28), содержащий последовательно включенные генератор импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.

Недостатком его является повышение погрешности измерения за счет составляющей погрешности от паразитных емкостей, которые образуют незаземленные регулируемые уравновешивающие элементы относительно земли.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа мостовой измеритель параметров трехэлементных пассивных двухполюсников (АС СССР №798607, G01R 17/10, БИ 1981, №3), содержащий последовательно включенные генератор импульсов сложной формы, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.

Недостатком его является повышение погрешности измерения за счет ее составляющей от паразитных емкостей, образуемых незаземленными регулируемыми уравновешивающими элементами относительно земли.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в уменьшении погрешности измерения за счет исключения составляющей погрешности от паразитных емкостей относительно земли регулируемых уравновешивающих элементов и нестабильности этих паразитных емкостей. Названные паразитные емкости отсутствуют потому, что в измерителе используются только заземленные уравновешивающие элементы.

Это достигается тем, что в мостовой измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор питающих импульсов, который состоит из формирователей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону k₀t⁰, k₁t¹ и k₂t² (где k₀, k₁ и k₂ - постоянные коэффициенты, t - время), коммутатора, входы которого соединены с выходами формирователей, а выход соединен с усилителем мощности, выход последнего образует первый выход генератора импульсов относительно земли, блока синхронизации, выходы которого соединены со входами синхронизации формирователей, а один из выходов его образует второй выход генератора импульсов относительно земли (выход синхронизации); первый выход генератора импульсов подключен ко входу электрического моста, первая из двух ветвей которого образована двумя клеммами для подключения двухполюсника объекта измерения, состоящего, в частности, из первого резистора, параллельно которому включены последовательно соединенные конденсатор и второй резистор, последовательно с двумя клеммами соединен одиночный резистор первого из двух плеч отношения мостовой цепи, вторая ветвь образована последовательно соединенными одиночным резистором второго плеча отношения и двухполюсником с уравновешивающими элементами, который образован последовательно соединенными первым резистором и катушкой индуктивности, параллельно последней включен второй резистор, первый вывод входа мостовой цепи образует общий вывод одной из имеющихся клемм и резистора второго плеча отношения, второй вывод входа ее заземлен и образован общим выводом резистора первого плеча отношения и двухполюсника с уравновешивающими элементами, первый вывод выхода мостовой цепи образован общим выводом другой из имеющихся клемм и резистора первого плеча отношения, а второй вывод выхода образован общим выводом резистора второго плеча отношения и двухполюсника с уравновешивающими элементами, нуль-индикатор, один вход которого (вход синхронизации) подключен ко второму выходу генератора импульсов, два вывода выхода мостовой цепи соединены с другим входом (дифференциальным входом) нуль-индикатора, общая шина его и общая шина генератора импульсов заземлены, введен в двухполюсник с уравновешивающими элементами дополнительный (третий) резистор, включенный параллельно к имеющейся цепи из первого резистора, катушки индуктивности и второго резистора этого двухполюсника.

Сущность изобретения поясняется чертежом. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит питающий генератор 1, который состоит из формирователей 3, 4 и 5 последовательностей прямоугольных, линейно изменяющихся и квадратичных импульсов и имеет два выхода, образованных тремя выводами, один из которых заземлен. Генератор содержит также коммутатор 7, входы которого соединены с выходами формирователей, а выход соединен с усилителем мощности 6, выход последнего является первым выходом генератора импульсов относительно земли, и блок синхронизации 2, один выход которого соединен со входами синхронизации формирователей, а другой выход является вторым выходом генератора импульсов относительно земли (выходом синхронизации).

Первая из двух ветвей электрического моста имеет две клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения, состоящего из первого резистора 8 (R₈), параллельно которому включены последовательно соединенные конденсатор 9 (С₉) и второй резистор 10 (R₁₀), и последовательный с двумя клеммами одиночный резистор 11 (R₁₁) первого из двух плеч отношений мостовой цепи. Во второй ветви мостовой цепи последовательно включены одиночный резистор 12 (R₁₂) второго плеча отношения и двухполюсник с уравновешивающими элементами, который образован последовательно соединенными первым резистором 13 (R₁₃) и катушкой индуктивности 15 (L₁₅), параллельно последней включен второй резистор 16 (R₁₆), параллельно цепи из первого резистора, катушки индуктивности и второго резистора включен также третий резистор 14 (R₁₄).

Общий вывод одной из имеющихся клемм и одиночного резистора 12 (R₁₂) второго плеча отношения образует первый вывод входа генераторной диагонали мостовой цепи, второй вывод входа ее заземлен и образован общим выводом резистора 11 (R₁₁) первого плеча отношения и двухполюсника с уравновешивающими элементами 14 (R₁₄), 15 (L₁₅) и 16 (R₁₆). Общий вывод другой из имеющихся клемм и резистора 11 (R₁₁) первого плеча отношения образует первый вывод измерительной диагонали мостовой цепи, во второй ветви мостовой цепи общий вывод резистора 12 (R₁₂) второго плеча отношения и двухполюсника с уравновешивающими элементами образует второй вывод измерительной диагонали, оба вывода измерительной диагонали образуют относительно земли дифференциальный выход четырехплечей мостовой цепи, который соединен с дифференциальным входом нуль-индикатора 17, общая шина которого заземлена, а второй вход нуль-индикатора - вход синхронизации - соединен с выходом синхронизации генератора 1.

Мостовой измеритель параметров двухполюсников работает следующим образом. В исходном состоянии напряжения на входе и выходе четырехплечей мостовой цепи равны нулю. Подадим на мост с генератора 1 последовательность импульсов прямоугольной формы. При действии очередного импульса в установившемся режиме в ветвях мостовой цепи устанавливаются неизменяющиеся напряжения. Напряжение неравновесия здесь зависит только от значений сопротивлений за исключением 16 (R₁₆). Первое условие равновесия моста -

Однократной регулировкой значения сопротивления регулируемого резистора 14 (R₁₄) плоская вершина импульсного сигнала неравновесия приводится к нулю, тем самым выполняется первое условие равновесия моста (1). Равновесие моста здесь и в дальнейшем отмечается по нуль-индикатору 17, при этом сигнал синхронизации со второго выхода генератора 1 на второй вход нуль-индикатора 17 обеспечивает устойчивость его показаний. Далее на вход моста подаем с генератора 1 последовательность импульсов, изменяющихся по линейному закону. При воздействии очередного такого импульса после окончания переходного процесса на выходе моста устанавливается импульсный сигнал неравновесия с плоской вершиной. Второе условие равновесия моста -

Выполняется оно регулировкой значения индуктивности катушки 15 (L₁₅). Однократной регулировкой индуктивности приводим плоскую вершину импульсного сигнала неравновесия к нулю, т.е. выполняем второе условие равновесия (2), при этом первое условие (1) не нарушается, так как регулируемый здесь параметр 15 (L₁₅) в него не входит. Затем на вход моста подаем с генератора 1 последовательность квадратичных импульсов. При воздействии очередного такого импульса по окончании переходного процесса на выходе моста устанавливается импульсный сигнал неравновесия с плоской вершиной. Третье условие равновесия моста -

Однократной регулировкой резистора 16 (R₁₆) приводим плоскую вершину импульсного напряжения неравновесия к нулю и выполняем третье условие равновесия (3), при этом первые два условия равновесия (1) и (2) не нарушаются, так как регулируемый здесь параметр резистора 16 (R₁₆) в них не входит.

Изложенное показывает, что раздельное уравновешивание мостовой цепи следует проводить в приведенной последовательности - 14 (R₁₄), 15 (L₁₅), 16 (R₁₆). По уравнениям условий равновесия (1), (2) и (3) выполняется отсчет искомых трех параметров: 8 (R₈), 9 (C₉), 10 (R₁₀). Значения параметров элементов 11 (R₁₁), 12 (R₁₂), 13 (R₁₃) являются постоянными и известными. Параметры 14 (R₁₄), 15 (L₁₅) и 16 (R₁₆) являются регулируемыми и тоже известными.

Таким образом, данный мостовой измеритель параметров трехэлементных двухполюсников, обладающий свойством раздельного уравновешивания при однократных регулировках значений уравновешивающих параметров, содержит двухполюсник одного из плеч отношения, в котором все регулируемые уравновешивающие элементы заземлены, что позволяет исключить составляющие погрешности измерений, вносимые паразитными емкостями уравновешивающих элементов относительно земли.

Claims (1)

1. Мостовой измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор питающих импульсов, который состоит из формирователей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону k₀t⁰, k₁t¹ и k₂t² (где k₀, k₁ и k₂ - постоянные коэффициенты, t - время), коммутатора, входы которого соединены с выходами формирователей, а выход соединен с усилителем мощности, выход последнего образует первый выход генератора импульсов относительно земли, блока синхронизации, выходы которого соединены со входами синхронизации формирователей, а один из выходов его образует второй выход генератора импульсов относительно земли (выход синхронизации); первый выход генератора импульсов подключен ко входу электрического моста, первая из двух ветвей которого образована двумя клеммами для подключения двухполюсника объекта измерения, состоящего, в частности, из первого резистора, параллельно которому включены последовательно соединенные конденсатор и второй резистор, последовательно с двумя клеммами соединен одиночный резистор первого из двух плеч отношения мостовой цепи, вторая ветвь образована последовательно соединенными одиночным резистором второго плеча отношения и двухполюсником с уравновешивающими элементами, который образован последовательно соединенными первым резистором и катушкой индуктивности, параллельно последней включен второй резистор, первый вывод входа мостовой цепи образует общий вывод одной из имеющихся клемм и резистора второго плеча отношения, второй вывод входа ее заземлен и образован общим выводом резистора первого плеча отношения и двухполюсника с уравновешивающими элементами, первый вывод выхода мостовой цепи образован общим выводом другой из имеющихся клемм и резистором первого плеча отношения, а второй вывод выхода образован общим выводом резистора второго плеча отношения и двухполюсника с уравновешивающими элементами, нуль-индикатор, один вход которого (вход синхронизации) подключен ко второму выходу генератора импульсов, два вывода выхода мостовой цепи соединены с другим входом (дифференциальным входом) нуль-индикатора, общая шина его и общая шина генератора импульсов заземлены, отличающийся тем, что введен в двухполюсник с уравновешивающими элементами мостовой цепи дополнительный (третий) резистор, включенный параллельно имеющейся цепи из первого резистора, катушки индуктивности и второго резистора этого двухполюсника.