RU2692109C2

RU2692109C2 - Parameters bridge meter of n-element two-terminal devices

Info

Publication number: RU2692109C2
Application number: RU2017137388A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Иванович Передельский
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2019-06-21
Also published as: RU2017137388A3; RU2017137388A

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: invention relates to instrumentation, automation and industrial electronics and can be used for monitoring and determining parameters of measurement objects, as well as physical values by means of parametric sensors.EFFECT: technical result is combination of bridge meter and possibility of separately balancing bridge circuit only by controlled reference resistors and broader functional capabilities, which consists in the possibility of determining parameters of not only equivalent but also inverse two-terminal circuits of measurement objects, as well as the possibility of determining in principle (theoretically) an unlimited number of parameters of these two-terminal circuits.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относятся к контрольно-измерительной технике, автоматике и промышленной электронике и может быть использовано для контроля и определения параметров объектов измерения, а также физических величин посредством параметрических датчиков.The invention relates to instrumentation, automation and industrial electronics and can be used to monitor and determine the parameters of measurement objects, as well as physical quantities by means of parametric sensors.

Известен мостовой измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников (А.С. СССР № 1213421 G 01 R 17/10, Б.И. 1986, № 7), содержащий последовательно соединенные генератор питающих импульсов с изменением напряжения в течение длительности импульсов по закону степенных функций, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.Known bridge meter parameters of multi-element passive two-terminal network (AS USSR № 1213421 G 01 R 17/10, BI 1986, № 7), containing series-connected generator of supply pulses with voltage change during the duration of the pulses according to the law of power functions, bridge circuit and null indicator.

Недостатком его является отсутствие возможности уравновешивать мостовую цепь только образцовым регулируемыми резисторами. Образцовые регулируемые резисторы в изготовлении являются более технологичными, простыми и недорогими, чем изготовление образцовых регулируемых конденсаторов и образцовых регулируемых катушек индуктивности. У них выше класс точности, меньше габаритные размеры и меньше вес. На них меньшее вредное влияние оказывают электрические и магнитные поля, шумы, наводки, случайные флуктуации, а также изменяющиеся атмосферные условия.The disadvantage of it is the inability to balance the bridge circuit only exemplary adjustable resistors. Exemplary adjustable resistors in manufacturing are more technologically advanced, simple and inexpensive than making exemplary adjustable capacitors and exemplary adjustable inductors. They have a higher accuracy class, smaller dimensions and less weight. They are less adversely affected by electric and magnetic fields, noise, pickup, random fluctuations, as well as changing atmospheric conditions.

Известен мостовой измеритель параметров пассивных двухполюсников (А.С. СССР № 1150555 G 01 R 17/10, Б.И. 1985, № 14), содержащий последовательно соединенные питающий генератор последовательностей импульсов с изменением напряжения по закону степных функций, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.A bridge meter is used to measure the parameters of passive two-terminal devices (AS USSR No. 1150555 G 01 R 17/10, BI 1985, No. 14) containing a series-connected supply pulse generator with voltage variation according to the law of steppe functions, a bridge electric circuit and null indicator.

Недостатком его является отсутствие расширенных функциональных возможностей в том смысле, что в приведённом варианте мост позволяет определять параметры R-L двухполюсников и не пригоден для определения параметров R-C и R-L-C двухполюсников объектов измерения. Приведённый электрический мост уравновешивается регулируемыми резисторами и регулируемыми индуктивными катушками резисторами и не имеет расширенных функциональных возможностей.Its disadvantage is the lack of extended functionality in the sense that, in the present embodiment, the bridge allows determining the R-L parameters of two-terminal networks and is not suitable for determining the R-C and R-L-C parameters of the two-terminal measurement objects. The reduced electrical bridge is balanced by adjustable resistors and adjustable inductive coils resistors and does not have advanced functionality.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа электрический мост (Передельский Г.И. Мостовые цепи с импульсным питанием. – М.: Энергоатомиздат, 1988, стр. 48, мост 2), содержащий последовательно соединённые питающий генератор последовательностей импульсов, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.The closest in technical essence and the achieved result is an electric bridge selected as a prototype (Peredelsky GI Pulsed-Power Bridge Circuits. - M .: Energoatomizdat, 1988, p. 48, bridge 2) containing a series-connected supply generator of pulse sequences , pavement electrical circuit and null indicator.

Недостатком его является отсутствие возможности уравновешивать мостовую цепь образцовыми регулируемыми резисторами.The disadvantage of it is the inability to balance the bridge circuit with exemplary adjustable resistors.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в обеспечении у мостового измерителя сочетания и возможности раздельно уравновешивать мостовую цепь только регулируемыми образцовыми резисторами, и расширения функциональных возможностей, которое заключается в возможности определять параметры не только эквивалентных, но и обратных двухполюсников объектов измерения, а также в возможности определять, в принципе, (теоретически) не ограниченное количество параметров этих двухполюсников.The problem to which the invention is directed is to provide the bridge meter with a combination and the ability to separately balance the bridge circuit only with adjustable reference resistors, and enhancement of functionality, which is the ability to determine the parameters of not only equivalent, but also reverse two-terminal measurement objects, as well as in the ability to determine, in principle, (theoretically) an unlimited number of parameters of these two-terminal networks.

Это достигается тем, что в мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников, содержащий генератор последовательностей питающих импульсов, который состоит из формирователей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степных функций

…,

где

…,

− постоянные коэффициенты, t - время, n − число параметров в двухполюснике объекта измерения, из коммутатора, входа которого соединены с выходами формирователей импульсов, а выход подключен к усилителю мощности, выход которого образует первый (сигнальный) выход генератора импульсов, из блока синхронизации, выход которого соединён со входами синхронизации каждого формирователя импульсов, а также его выход образует второй выход (выход синхронизации) генератор импульсов, общая шина генератора импульсов заземлена; мостовую электрическую цепь, которая включает в себя первую электрическую цепь из последовательно соединённых первого резистора, первой индуктивной катушки, второго резистора и второй индуктивной катушки, свободный вывод первого резистора соединён с первым (сигнальным) выходом генератора импульсов, общий вывод первой индуктивной катушки и второго резистора образует первый вывод выхода мостовой цепи, свободный вывод второй индуктивной катушки заземлён к общему выводу первого резистора и первой индуктивной катушки подключен третий резистор, параллельно второй индуктивной катушке соединён четвёртый резистор, также мостовая цепь включает в себя одиночный резистор, один из выводов которого соединён с первым (сигнальным) выходом генератора импульсов, а другой вывод - образует второй вывод выхода мостовой цепи, двухполюсник объекта измерения, в частности, состоит из последовательно соединённых первого резистора и первой индуктивной катушки, параллельно последней включена цепь из последовательно соединённых второго резистора и второй индуктивной катушки, один вывод двухполюсника объекта измерения образует свободный вывод первого резистора, второй вывод образует общий вывод первой и второй индуктивных катушек, инверсным вариантом приведённому двухполюснику объекта измерения является двухполюсник из параллельно соединённых первого резистора и цепи из последовательно соединённых первого конденсатора и второго резистора, параллельно последнему включен второй конденсатор, один вывод инверсного варианта двухполюсника объекта измерения образует общий вывод первого резистора и первого конденсатора, второй вывод его образует общий вывод первого, второго резисторов и второго конденсатора, два вывода двухполюсников объектов измерения соединяются с двумя клеммами для подключения двухполюсников объектов измерения; нуль-индикатор, два вывода первого (дифференциального) входа которого соединены с двумя выводами выхода мостовой цепи, второй вход нуль-индикатора (вход синхронизации) соединён со вторым выходом (выходом синхронизации) генератора импульсов, общая шина нуль-индикатора заземлена, введены дополнительная индуктивная катушка, дополнительный резистор, цепи наращивания, определены цепи наращивания: тип элементов в них, количество элементов каждого типа, включение их между собой, подключение последующей цепи наращивания к предыдущей и, наконец, определено количество цепей наращивания, дополнительная индуктивная катушка включена в первой электрической цепи между свободным выводом третьего резистора и общим выводом первой индуктивной катушки второго резистора и первого вывода выхода мостовой цепи, двухэлементная цепь из последовательно соединённых первого резистора и первой индуктивной катушки образует первую цепь наращивания первого вида при имеющимся включении её элементов, вторую такую же цепь наращивания одинаковую с первой образуют последовательно соединённые третий резистор и дополнительная индуктивная катушка, в каждой последующей (одинаковой) цепи наращивания первого вида первый вывод входа образует свободный вывод резистора, второй вывод входа образует свободный вывод индуктивной катушки, этими выводами входа каждая последующая цепь наращивания подключается к предыдущей цепи параллельно к индуктивной катушке в ней, последняя цепь наращивания может быть не полной и содержать только один резистор, который включается параллельно индуктивной катушке в предпоследней цепи наращивания, общее количество элементов во всех цепях наращивания первого вида равно числу элементов n в двухполюснике объекта измерения, дополнительный резистор тоже включен в первой электрической цепи моста между общим выводом второй индуктивной катушки, второго, четвёртого резисторов и общим выводом первого (сигнального) выхода генератора импульсов первого и одиночного резисторов, четыре элемента (три резистора и индуктивная катушка): второй резистор, вторая индуктивная катушка, четвёртый резистор и дополнительный резистор при имеющимся их включении образуют первую цепь наращивания второго вида, далее включаются последующие такие же (одинаковые) цепи наращивания, вход относительно «земли» в каждой цепи наращивания образует свободный вывод резистора, соответствующего второму резистору в первой цепи наращивания, выход относительно «земли» каждой цепи наращивания образует общий вывод всех четырёх имеющихся элементов, в каждой цепи наращивания свободный вывод резистора, соответствующего дополнительному резистору в первой такой цепи, соединён с первым (сигнальным) выходом генератора импульсов, а общий вывод индуктивной катушки и резистора, соответствующих в первой цепи наращивания второй индуктивной катушке и четвёртому резистору, соответственно, заземлён, вход каждой последующей цепи наращивания подключается к выходу предыдущей такой цепи, приведённая вторая четырёхэлементная цепь наращивания второго вида включает в себя первый резистор, включённый между выходом первой такой цепи наращивания и общим выводом всех четырёх имеющихся элементов, второй резистор и индуктивная катушка между собой включены последовательно, свободный вывод второго резистора соединён с первым (сигнальным) выходом генератора импульсов, свободный вывод индуктивной катушки заземлён, параллельно этой катушке включен третий резистор, количество цепей наращивания второго вида равно n-1, первая из двух клемм для подключения двухполюсников объектов измерения перенесена из первой электрической цепи моста и соединена с общим выводом одиночного резистора и второго выхода мостовой цепи, вторая клемма для подключения двухполюсников объектов измерения тоже перенесена и заземлена, цепь из последовательно соединённых одиночного резистора и двух клемм для подключения двухполюсников объектов измерения образует вторую электрическую цепь моста. This is achieved by the fact that in a bridge meter the parameters of n-element two-terminal networks, containing a generator of supply pulses, which consists of pulse shapers with a voltage change during their duration according to the law of steppe functions

...,

Where

...,

- constant coefficients, t - time, n - the number of parameters in the two-terminal of the measurement object, from the switch, whose inputs are connected to the outputs of the pulse formers, and the output is connected to the power amplifier, the output of which forms the first (signal) output of the pulse generator, from the synchronization unit, the output of which is connected to the synchronization inputs of each pulse shaper, and also its output forms the second output (synchronization output) of the pulse generator, the common bus of the pulse generator is grounded; bridge circuit that includes the first circuit of the first resistor connected in series, the first inductive coil, the second resistor and the second inductive coil, the free terminal of the first resistor is connected to the first (signal) output of the pulse generator, the common terminal of the first inductive coil and the second resistor forms the first output of the bridge circuit output, the free output of the second inductive coil is grounded to the common output of the first resistor and the first inductive coil is connected to the third re The resistor, parallel to the second inductive coil, is connected to the fourth resistor, the bridge circuit also includes a single resistor, one of the terminals of which is connected to the first (signal) output of the pulse generator, and the other output forms the second output of the bridge circuit, a two-pole measurement object, in particular , consists of a series-connected first resistor and a first inductive coil, parallel to the last circuit included a series of series-connected second resistor and a second inductive coil, one output two The terminal of the measurement object forms a free output of the first resistor, the second output forms the common output of the first and second inductive coils, the inverse variant of the two-terminal measurement object is a two-terminal of the first resistor connected in parallel and the first resistor connected in series to the second capacitor, one output of the inverse version of the two-terminal measurement object forms the common output of the first resistor and the first capacitor, the second pin of it forms the common pin of the first, second resistors and the second capacitor, two pins of two-terminal measuring objects are connected to two terminals for connecting two-terminal measuring objects; null indicator, the two outputs of the first (differential) input of which are connected to two outputs of the bridge circuit output, the second input of the zero indicator (synchronization input) is connected to the second output (synchronization output) of the pulse generator, the common bus of the zero indicator is grounded, an additional inductive is introduced coil, additional resistor, extension chains, extension chains are defined: the type of elements in them, the number of elements of each type, their inclusion among themselves, the connection of a subsequent extension chain to the previous one and, finally , the number of extension circuits is determined, an additional inductive coil is connected in the first electrical circuit between the free output of the third resistor and the common output of the first inductive coil of the second resistor and the first output of the bridge circuit output, a two-element circuit of the first resistor connected in series and the first inductive coil forms the first extension circuit of the first species with the inclusion of its elements, the second same chain of building the same with the first form sequentially connected tert The first resistor and the additional inductive coil, in each subsequent (identical) extension circuit of the first type, the first output terminal forms a free output of the resistor, the second output terminal forms a free output of the inductive coil, these input terminals each subsequent extension circuit connected to the previous circuit in parallel to the inductive coil the last extension circuit may not be complete and contain only one resistor, which is connected in parallel to the inductive coil in the penultimate extension circuit, the total The quality of the elements in all the first type expansion circuits is equal to the number of elements n in the two-pole measurement object, an additional resistor is also included in the first electrical circuit of the bridge between the common output of the second inductive coil, the second, fourth resistors and the common output of the first (signal) output of the first and single pulse generator resistors, four elements (three resistors and an inductive coil): the second resistor, the second inductive coil, the fourth resistor and an additional resistor when they are turned on expanding the first extension chain of the second type, then the subsequent same (identical) extension chains are turned on, the input relative to the “ground” in each extension chain forms a free terminal of the resistor corresponding to the second resistor in the first extension chain, the output relative to the “ground” of each extension chain forms a common the output of all four existing elements, in each chain of extension, the free output of a resistor corresponding to an additional resistor in the first such circuit is connected to the first (signal) output of the generator and The general output of the inductive coil and the resistor corresponding to the first chain of the second inductive coil and the fourth resistor, respectively, is grounded, the input of each subsequent chain of extension is connected to the output of the previous such chain, the second type of the second four-extension chain includes the first resistor connected between the output of the first such chain of extension and the common output of all four existing elements, the second resistor and the inductive coil are connected to each other The free output of the second resistor is connected to the first (signal) output of the pulse generator, the free output of the inductive coil is grounded, the third resistor is connected parallel to this coil, the number of extension circuits of the second type is n-1, the first of two terminals for connecting two-pole measurement objects is transferred from the first electric circuit of the bridge and is connected to the common output of a single resistor and the second output of the bridge circuit; the second terminal for connecting two-terminal measurement objects is also transferred and grounded A circuit consisting of series-connected single resistor and two terminals for connecting two-terminal measurement objects forms the second electrical circuit of the bridge.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1)The invention is illustrated in the drawing (figure 1)

Мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников содержит генератор 1 последовательностей питающих импульсов, который включает в себя формирователи импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степных функций: формирователь 2 прямоугольных импульсов

формирователь 3 импульсов линейно измеряющегося напряжения

формирователь 4 квадратичных импульсов

и т.д. до

где

…,

− постоянные коэффициенты, t – время, n – число параметров в двухполюснике объекта измерения. Выход каждого формирователя соединён с соответствующим входом коммутатора 5, выход которого подключен ко входу усилителя 6 мощности. Выход последнего образует первый (сигнальный) выход генератора 1 импульсов. Также в этот генератор входит каскад 7 синхронизации, выход которого соединён со входами (входами синхронизации) каждого формирователя импульсов, а также образует второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов. Общая шина этого генератора заземлена.The bridge meter for the parameters of n-element two-terminal networks contains a generator of 1 supply pulse sequences, which includes pulse shapers with voltage changes during their duration according to the law of steppe functions: shaper 2 rectangular pulses

shaper of 3 linearly measured voltage pulses

shaper 4 quadratic pulses

etc. before

Where

...,

- constant coefficients, t - time, n - the number of parameters in the two-terminal object of measurement. The output of each driver is connected to the corresponding input of the switch 5, the output of which is connected to the input of the amplifier 6 power. The output of the latter forms the first (signal) output of the generator 1 pulses. Also, this generator includes a synchronization stage 7, the output of which is connected to the inputs (synchronization inputs) of each pulse shaper, and also forms the second output (synchronization output) of the pulse generator. The common bus of this generator is grounded.

Мостовая цепь включает в себя первую электрическую цепь из последовательно соединённых резистора 8 (R8), индуктивной катушки 9 (L9), резистора 10 (R10) и индуктивной катушки 11 (L11). Это одна из двух цепей, содержащих каждая один из двух выводов выхода мостовой цепи. Свободный вывод резистора 8 соединён с первым (сигнальным) выходом генератора 1 импульсов. Свободный вывод индуктивной катушки 11 заземлён. Общий вывод индуктивной катушки 9 и резистора 10 образует первый вывод выхода мостовой цепи. Параллельно индуктивной катушке 9 включены последовательно соединённые резистор 12 (R12) и индуктивная катушка 13 (L13). Двухэлементная цепь из резистора 8 и индуктивной катушки 9 образует первую цепь наращивания первого вида. Двухэлементная цепь из последовательно соединённых резистора 12 и индуктивной катушки 13 образует вторую такую цепь наращивания. Каждая из этих цепей выделена пунктирными линиями. Свободный вывод резистора в каждой цепи наращивания образует первый вывод, а свободный вывод индуктивной катушки - второй вывод. Этими двумя выводами каждая последующая цепь наращивания подключается к предыдущей цепи к индуктивной катушке в ней. Последняя цепь наращивания первого вида может быть не полной и содержать только один резистор, который подключается параллельно индуктивной катушке в предпоследней цепи наращивания. Общее количество элементов во всех цепях наращивания первого вида равно числу элементов n в двухполюснике объекта измерения.The bridge circuit includes the first electrical circuit of a series-connected resistor 8 (R8), an inductive coil 9 (L9), a resistor 10 (R10) and an inductive coil 11 (L11). This is one of two circuits containing each one of the two outputs of the bridge circuit output. The free output of the resistor 8 is connected to the first (signal) output of the pulse generator 1. The free lead of the inductive coil 11 is grounded. The common terminal of the inductive coil 9 and the resistor 10 forms the first terminal of the output of the bridge circuit. Parallel to the inductive coil 9, a series-connected resistor 12 (R12) and an inductive coil 13 (L13) are connected in series. A two-element circuit of resistor 8 and inductive coil 9 forms the first chain of extension of the first type. A two-element circuit of series-connected resistor 12 and inductive coil 13 forms the second such chain of extension. Each of these chains is highlighted by dashed lines. The free terminal of the resistor in each chain of extension forms the first terminal, and the free terminal of the inductive coil forms the second terminal. With these two terminals, each successive extension circuit is connected to the previous circuit to an inductive coil in it. The last chain of extension of the first type may not be complete and contain only one resistor, which is connected in parallel with the inductive coil in the penultimate chain of extension. The total number of elements in all chains of capacity of the first type is equal to the number of elements n in the two-terminal object of measurement.

В первой электрической цепи моста параллельно индуктивной катушке 11 включен резистор 14 (R14), а между первым (сигнальным) выходом генератора 1 импульсов и общим выводом резистора 10, 14 и индуктивной катушки 11 - резистор 15 (R15). Четырёхэлементная цепь из резисторов 10,14,15 и индуктивной катушки 11 образует первую цепь наращивания второго вида при приведённом соединении элементов между собой. Она выделена пунктирными линиями. Первая электрическая цепь моста содержит группу таких (одинаковых) цепей наращивания. Для примера приведена вторая цепь наращивания второго вида, она тоже выделена пунктирными линиями. Первый резистор 16 этой цепи подключен к общему выводу всех четырёх элементов предыдущей (первой) цепи наращивания. Последовательно соединённые резистор 17 и индуктивная катушка 18 свободным выводом резистора соединена с первым (сигнальным) выходом генератора 1 импульсов, а свободным выводом индуктивной катушки соединена с «землей». К общему выводу резистора 17 и индуктивной катушки 18 подключен второй вывод резистора 16. Параллельно индуктивной катушке 18 включен резистор 19.A resistor 14 (R14) is connected in parallel with the inductive coil 11 in the first electric circuit of the bridge, and a resistor 15 (R15) between the first (signal) output of the pulse generator 1 and the common output of resistor 10, 14 and the inductive coil 11. Four-element circuit of resistors 10,14,15 and inductive coil 11 forms the first chain of the second type with the given connection of the elements together. It is highlighted by dashed lines. The first electrical circuit of the bridge contains a group of such (identical) extension chains. For example, the second extension chain of the second type is given, it is also highlighted by dotted lines. The first resistor 16 of this circuit is connected to the common output of all four elements of the previous (first) extension circuit. A series-connected resistor 17 and an inductive coil 18 with a free output of the resistor are connected to the first (signal) output of the pulse generator 1, and the free output of the inductive coil is connected to ground. To the common output of the resistor 17 and the inductive coil 18 is connected to the second output of the resistor 16. Parallel to the inductive coil 18 is included resistor 19.

В каждой цепи наращивания второго вида имеется общий вывод всех четырёх её элементов, который образует выход этой цепи относительно «земли». Свободный вывод резистора, соответствующего резисторам 10 и 16 в первых двух таких цепях, образует вход цепи наращивания относительно «земли». Свободный вывод резистора, соответствующего резисторами 15 и 17 в первых двух цепях наращивания, соединён с первым (сигнальным) выходом генератора 1 импульсов. Свободные выводы индуктивной катушки и резистора, соответствующего резисторам 14 и 19 в первых двух цепях наращивания, соединены с «землей», в результате чего последний резистор и индуктивная катушка соединены между собой параллельно. Вход каждой последующей цепи наращивания второго вида соединён с выходом предыдущей цепи. Общее количество цепей наращивания второго вида равно n-1.In each chain of extension of the second type there is a general conclusion of all its four elements, which forms the output of this chain relative to the “ground”. The free output of a resistor corresponding to resistors 10 and 16 in the first two of these circuits forms the input of the building chain relative to ground. The free output of a resistor corresponding to resistors 15 and 17 in the first two extension circuits is connected to the first (signal) output of the pulse generator 1. The free leads of the inductive coil and the resistor corresponding to the resistors 14 and 19 in the first two extension circuits are connected to ground, with the result that the last resistor and the inductive coil are connected in parallel to each other. The input of each subsequent chain of extension of the second type is connected to the output of the previous chain. The total number of extension chains of the second type is n-1.

Вторая электрическая цепь моста, тоже содержащая вывод (второй вывод) выхода мостовой цепи, включает в себя последовательно соединённые одиночный резистор 20 (R20) и две клеммы для подключения двухполюсников объектов измерения. Свободный вывод одиночного резистора 20 соединён с первым (сигнальным) выходом генератора 1 импульсов. Общий вывод этого резистора и первой клеммы для подключения двухполюсников объектов измерения образует второй вывод выхода мостовой цепи. Вторая клемма заземлена.The second electric circuit of the bridge, also containing the output (second output) of the output of the bridge circuit, includes a series-connected single resistor 20 (R20) and two terminals for connecting two-terminal measurement objects. The free output of a single resistor 20 is connected to the first (signal) output of the pulse generator 1. The common output of this resistor and the first terminal for connecting two-terminal measurement objects forms the second output of the bridge circuit. The second terminal is grounded.

Для подтверждения расширения функциональных возможностей мостовых цепей достаточно использовать в объектах измерения обратных (инверсных) двухполюсников. На фиг. 1 приведены частные примеры двух обратных двухполюсников в объектах измерения. Первый их них состоит из последовательно соединённых резистора 21 (R21) и индуктивной катушки 22 (L22). Параллельно последней включена цепь из последовательно соединённых резистора 23 (R23) и индуктивной катушки 24 (L24). Свободный вывод резистора 21 подключен к первой клемме для подключения двухполюсников объектов измерения. Ко второй клемме подключен общий вывод индуктивных катушек 22 и 24. Второй частный пример двухполюсника объекта измерения, обратный относительно приведённого выше, состоит из резистора 25 (R25), параллельно которому включена цепь последовательно соединённых конденсатора 26 (С26) и резистора 27 (R27). Параллельно последнему включен конденсатор 28 (С28). Общий вывод резистора 25 и конденсатора 26 подключается к первой клемме для подключения двухполюсников объектов измерения. Ко второй клемме подключается общий вывод резисторов 25, 27 и конденсатора 28.To confirm the extension of the functionality of the bridge circuits, it suffices to use inverse measurement objects (inverse) of two-port networks. FIG. 1 shows particular examples of two inverse bipolar networks in objects of measurement. The first of them consists of series-connected resistors 21 (R21) and inductive coil 22 (L22). In parallel, the latter included a circuit of series-connected resistor 23 (R23) and inductive coil 24 (L24). The free output of the resistor 21 is connected to the first terminal for connecting two-terminal measurement objects. A common terminal of inductive coils 22 and 24 is connected to the second terminal. The second particular example of a two-terminal measuring object, which is the opposite of the one shown above, consists of a resistor 25 (R25), in parallel with which a series-connected capacitor 26 (C26) and resistor 27 (R27) are connected. In parallel, the latter includes a capacitor 28 (C28). The common terminal of the resistor 25 and the capacitor 26 is connected to the first terminal for connecting two-terminal measurement objects. To the second terminal connects the common output of resistors 25, 27 and capacitor 28.

Цепь из цепей наращивания первого вида, в частности, из элементов: 8, 9, 12, 13 (фиг. 1) можно отнести к начальной части мостовой цепи. Цепь из элементов: 11, 14 и 15 при имеющимся их включении является первой ветвью мостовой цепи, а резистор 10 - элементом связи между начальной частью и первой ветвью. Элементы 17, 18 и 19 образуют вторю ветвь, а резистор 16 − элемент связи между первой и второй ветвями. Последующие (третья, четвёрная ...) ветви являются одинаковыми (такими же) с первой и второй ветвями. Между ними имеются элементы связи в виде одиночного резистора, аналогично резистору 16. Последней ветвью является ветвь из одиночного резистора 20 и двух клемм для подключения двухполюсников объектов измерения. Исходная (классическая) мостовая электрическая цепь содержит две ветви и четыре плеча. Известные мосты, имеющие более четырёх плеч, относятся к многоплечим мостовым цепям. Аналогично этому мосты, содержащие более двух ветвей являются многоветвийными мостовыми цепями. В рассматриваемом измерителе имеется многоветвийная мостовая электрическая цепь. Элемент связи (резистор) 10 и первая ветвь мостовой цепи образуют первую цепь наращивания. Резистор связи 16 и вторая ветвь являются второй цепью наращивания. последующие цепи наращивания являются одинаковыми (такими же) с первой и второй цепями наращивания.The chain of extension chains of the first type, in particular, of the elements: 8, 9, 12, 13 (Fig. 1) can be attributed to the initial part of the bridge chain. A chain of elements: 11, 14, and 15 with their inclusion is the first branch of the bridge circuit, and the resistor 10 is the coupling element between the initial part and the first branch. Elements 17, 18 and 19 form the second branch, and the resistor 16 is the coupling element between the first and second branches. The subsequent (third, fourth ...) branches are the same (same) with the first and second branches. Between them there are communication elements in the form of a single resistor, similar to resistor 16. The last branch is a branch from a single resistor 20 and two terminals for connecting two-terminal measurement objects. The original (classical) electric bridge circuit contains two branches and four arms. Famous bridges with more than four shoulders belong to multi-braced bridge chains. Similarly, bridges containing more than two branches are multilevel bridge chains. In the meter under consideration, there is a multi-branch electric circuit. The coupling element (resistor) 10 and the first branch of the bridge circuit form the first chain of extension. Communication resistor 16 and the second branch are the second chain of extension. subsequent chains of extension are the same (same) with the first and second chains of extension.

Оба ранее приведённых вывода выхода мостовой цепи соответственно соединены с двумя выводами первого (дифференциального) входа нуль-индикатора 29. Второй вход его (вход синхронизации) соединён со вторым выходом (выходом синхронизации) генератора 1 импульсов. Общая шина нуль-индикатора заземлена.Both of the previously given pins of the output of the bridge circuit are respectively connected to two pins of the first (differential) input of the null indicator 29. Its second input (synchronization input) is connected to the second output (synchronization output) of the pulse generator 1. The common null indicator bus is grounded.

Перед началом работы реактивные элементы мостовой цепи мостового измерителя параметров n-элементных двухполюсников свободны от запасов электрической энергии. Входное и выходное напряжения моста равны нулю.Before starting work, the reactive elements of the bridge circuit of a bridge meter of parameters of n-element two-terminal networks are free from electrical energy reserves. The input and output voltages of the bridge are zero.

Мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников работает следующим образом.Bridge meter parameters of n-element two-terminal works as follows.

Допустим, что к мостовой цепи подключён первый частный пример (фиг. 1) двухполюсника объекта измерения. Вначале посредством коммутатора 5 на мостовую цепь подаётся последовательность импульсов прямоугольной формы. При воздействии на мост очередного прямоугольного импульса после окончания переходного процесса выходное напряжение мостовой цепи зависит от значений сопротивлений резисторов 8, 10, 20 и 21. В интервале времени от окончания переходного процесса до окончания импульса импульсное напряжение на дифференциальном входе нуль-индикатора 29, в качестве которого может использоваться осциллограф, имеет плоскую вершину. Однократной регулировкой значения сопротивления уравновешивающего резистора 10 значение напряжения этой плоской вершины приводится к нулю. В результате выполняется первое условие равновесия моста.Suppose that the first particular example (Fig. 1) of a two-terminal object of measurement is connected to a bridge circuit. First, through the switch 5 to the bridge circuit is fed a sequence of pulses of rectangular shape. When a next rectangular pulse is applied to the bridge after the end of the transition process, the output voltage of the bridge circuit depends on the resistance values of the resistors 8, 10, 20 and 21. In the time interval from the end of the transition process to the end of the pulse, the pulse voltage at the differential input of the null indicator 29 is which can be used by the oscilloscope has a flat top. By a single adjustment of the resistance value of the balancing resistor 10, the voltage value of this flat top is reduced to zero. As a result, the first condition of the bridge balance is satisfied.

(1)

(one)

Полярность импульсного напряжения на первом входе нуль-индикатора 29 определяет направление регулирования резистора 10, а именно в сторону увеличения значения сопротивления или в сторону его уменьшения. Сигнал синхронизации со второго выхода генератора 1 импульсов на второй вход нуль-индикатора 29 здесь и в дальнейшем обеспечивает устойчивые показания нуль-индикатора.The polarity of the pulse voltage at the first input of the null indicator 29 determines the direction of regulation of the resistor 10, namely in the direction of increasing the resistance value or in the direction of decreasing it. The synchronization signal from the second output of the generator 1 pulses to the second input of the null indicator 29 here and in the future provides stable readings of the null indicator.

Посредством коммутатора 5 подключают к усилителю 6 мощности формирователь 3 импульсов линейно изменяющегося напряжения, и эти импульсы имеются теперь на первом (сигнальном) выходе генератора 1 импульсов. При воздействии очередного такого импульса после окончания переходного и процесса импульсное напряжение на дифференциальном входе нуль-индикатора 29 имеет плоскую вершину. Однократной регулировкой значения сопротивления уравновешивающего резистора 15 значение напряжения плоской вершины приводится к нулю и выполняется второе условие равновесияThrough the switch 5 is connected to the amplifier 6, the power driver 3 pulses of linearly varying voltage, and these pulses are now on the first (signal) output of the generator 1 pulses. When exposed to the next such pulse after the transition and the process, the pulse voltage at the differential input of the null indicator 29 has a flat top. By a single adjustment of the resistance value of the balancing resistor 15, the value of the flat top voltage is reduced to zero and the second equilibrium condition is satisfied

(2)

Как и ранее, полярность импульсного напряжения на дифференциальном входе нуль-индикатора 29 определяет направление регулирования значения сопротивления уравновешивающего резистора 15. Регулирование его не нарушает выполнение первого условия, т.к. это сопротивление не входит в условие (1).As before, the polarity of the pulse voltage at the differential input of the null indicator 29 determines the direction of regulation of the value of the resistance of the balancing resistor 15. Regulating it does not violate the first condition, since this resistance is not included in condition (1).

Для примера приведены и описаны два этапа уравновешивания мостовой цепи. Последующие этапы уравновешивания являются аналогичными. На каждом из них используется очередная (последующая) форма импульсов генератора, приводится к нулю после окончания переходного процесса напряжение плоской вершины импульса с выхода мостовой цепи регулировкой значения сопротивления резисторов, аналогичных вышеназванным уравновешивающим резисторам, а именно тем, которые на предыдущих этапах уравновешивания не входили в предыдущие условия равновесия. чтобы при регулировании их не нарушать выполнение этих предыдущих условий равновесия.For example, two stages of balancing a bridge circuit are described and described. The subsequent stages of balancing are similar. Each of them uses the next (subsequent) pulse generator form, reduces to zero after the end of the transient process the voltage of the flat top of the pulse from the output of the bridge circuit by adjusting the resistance value of the resistors, similar to the above-mentioned balancing resistors, namely those that were not included in the previous balancing steps previous equilibrium conditions. in order to regulate them not to disturb the fulfillment of these previous equilibrium conditions.

Отсчёт искомых параметров

,

, ... двухполюсника объекта измерения берётся из условий равновесия. По существу n-параметров находятся из n уравнений (условий равновесия).Counting the desired parameters

,

, ... a two-terminal object of measurement is taken from the equilibrium conditions. Essentially, n-parameters are found from n equations (equilibrium conditions).

Если к мостовой цепи подключен второй частный пример (фиг. 1) двухполюсника объекта измерения, обратный относительно первого частного примера, то используются приведённые выше этапы уравновешивания в прежней последовательности. Сохраняются те же формы питающих импульсных сигналов, те же регулируемые параметры и прежняя последовательность регулирования их значений:

,

... . Приведены условия равновесия для первых двух этапов уравновешивания:If a second partial example (Fig. 1) of a two-terminal object of measurement is connected to the bridge circuit, the opposite of the first partial example, then the above balancing steps in the previous sequence are used. The same forms of supplying pulse signals, the same adjustable parameters and the previous sequence of control of their values are preserved:

,

... The equilibrium conditions for the first two stages of balancing are given:

(3)

(4)

(four)

Из них берётся отсчёт значений искомых параметров

From them, the readout of the values of the desired parameters

После выполнения всех n этапов уравновешивания мостовая цепь к полному равновесию не приводится, но получены n условий равновесия (n уравнений), из которых, как известно, можно взять отсчёт n искомых параметров двухполюсников объектов измерения. Здесь на выходе моста в начале импульса имеется всплеск напряжения, который содержит сумму экспоненциальных слагаемых и затухает до нуля за время переходного процесса. После окончания того процесса напряжение на выходе моста равно нулю. После окончания питающего мост импульса в течение переходного процесса это напряжение тоже имеет всплеск напряжения, который тоже затухает до нуля после окончания переходного процесса. Такие мостовые цепи относят к квазиуравновешенным мостам.After all n stages of balancing have been completed, the bridge chain is not brought to complete equilibrium, but n equilibrium conditions (n equations) have been obtained, from which, as is well known, we can count n desired parameters of two-terminal measurement objects. Here, at the output of the bridge, at the beginning of a pulse, there is a surge in voltage, which contains the sum of the exponential terms and decays to zero during the transition process. After the end of that process, the voltage at the output of the bridge is zero. After the end of the impulse feeding the bridge during the transition process, this voltage also has a voltage surge, which also attenuates to zero after the end of the transition process. Such bridge chains are referred to as quasi-balanced bridges.

Таким образом, в приведённом мостовом измерителе параметров двухполюсников обеспечено и уравновешивание мостовой цепи только регулируемыми резисторами, и расширение функциональных возможностей, как в плане определять параметры не только эквивалентных, но и обратных двухполюсников, так и в плане определять, в принципе, (теоретически) не ограниченное количество параметров двухполюсников объектов измерения. При этом сохранено такое важное свойство мостовой цепи, как раздельное уравновешивание.Thus, in the above-mentioned bridge meter of two-terminal parameters, both the bridge circuit is balanced only with adjustable resistors, and the functionality is enhanced, both in terms of determining not only equivalent parameters, but also inverse two-terminal, and in terms of limited number of parameters of two-terminal measurement objects. At the same time, such an important property of the bridge circuit as separate balancing is retained.

Claims

A bridge meter for the parameters of n-element two-terminal networks, containing a generator of supply pulse sequences, which consists of pulse shapers with voltage variation during their duration according to the law of steppe functions

...,

Where

...,

- constant coefficients, t - time, n - number of parameters in the two-pole of the measurement object, from the switch, the inputs of which are connected to the outputs of the pulse formers, and the output connected to the power amplifier, the output of which forms the first (signal) output of the pulse generator, from the synchronization unit, the output of which is connected to the synchronization inputs of each pulse shaper, and its output forms the second output (synchronization output) of the pulse generator, the common bus of the pulse generator is grounded; bridge circuit that includes the first circuit of the first resistor connected in series, the first inductive coil, the second resistor and the second inductive coil, the free terminal of the first resistor is connected to the first (signal) output of the pulse generator, the common terminal of the first inductive coil and the second resistor forms the first output of the bridge circuit output, the free output of the second inductive coil is grounded, the third p is connected to the common output of the first resistor and the first inductive coil The resistor, parallel to the second inductive coil, is connected to the fourth resistor, the bridge circuit also includes a single resistor, one of the terminals of which is connected to the first (signal) output of the pulse generator, and the other output forms the second output of the bridge circuit, a two-pole measurement object, in particular , consists of a series-connected first resistor and a first inductive coil, parallel to the last circuit included a series of series-connected second resistor and a second inductive coil, one output two the test cell of the measurement object forms the free output of the first resistor, the second output forms the common output of the first and second inductive coils, the inverse variant of the two-terminal measurement object is a two-pole of the first resistor connected in parallel and the first resistor connected in series to the second capacitor, one output of the inverse version of a two-terminal measurement object forms the common output of the first resistor and the first capacitor , the second output of it forms the common output of the first, second resistors and the second capacitor, the two outputs of the two-terminal measurement objects are connected to two terminals for connecting two-terminal measurement objects; zero indicator, the two outputs of the first (differential) input of which are connected to two outputs of the bridge circuit output, the second input of the zero indicator (synchronization input) is connected to the second output (synchronization output) of the pulse generator, the common bus of the zero indicator is grounded, that an additional inductive coil, an additional resistor, extension chains are introduced into it, extension chains are defined: the type of elements in them, the number of elements of each type, their inclusion among themselves, the connection of a subsequent extension chain Previously and finally, the number of extension circuits is determined, an additional inductive coil is connected in the first electrical circuit between the free output of the third resistor and the common output of the first inductive coil of the second resistor and the first output of the bridge circuit, a two-element circuit from the first connected resistor and the first inductive the coil forms the first chain of extension of the first type with the inclusion of its elements, the second the same chain of extension, the same with the first, form after consequently connected third resistor and additional inductive coil, in each subsequent (identical) extension circuit of the first type the first input input forms a free output of the resistor, the second output input forms a free output of the inductive coil, these input terminals each subsequent extension chain connected to the previous circuit parallel to the inductive coil in it, the last chain of extension can be incomplete and contain only one resistor, which is connected in parallel to the inductive coil in the penultimate extension chains, the total number of elements in all extension chains of the first type is equal to the number of elements n in the two-terminal measurement object, an additional resistor is also included in the first electrical circuit of the bridge between the common output of the second inductive coil, the second, fourth resistors and the common output of the first (signal) generator output pulses of the first and single resistors, four elements (three resistors and an inductive coil): the second resistor, the second inductive coil, the fourth resistor and an additional resistor n and having them turned on, they form the first chain of extension of the second type, then the subsequent same (identical) chain of extension is turned on, the input relative to the ground in each chain of extension forms the free output of a resistor corresponding to the second resistor in the first chain of extension, the output relative to the ground of each the extension circuit forms the common output of all four existing elements; in each extension circuit, the free terminal of the resistor corresponding to the additional resistor in the first such circuit is connected to the first (signal a common output of the pulse generator, and the common output of the inductive coil and resistor corresponding in the first chain of the second inductive coil and the fourth resistor, respectively, is grounded, the input of each subsequent chain of extension is connected to the output of the previous such chain, the second type of the second four-chain extension includes the first resistor connected between the output of the first such chain of extension and the common output of all four existing elements, the second resistor and the inductive coil between connected in series, the free output of the second resistor is connected to the first (signal) output of the pulse generator, the free output of the inductive coil is grounded, the third resistor is connected in parallel to this coil, the number of extension circuits of the second type is n-1, the first of two terminals for connecting two-pole measurement objects transferred from the first electric circuit of the bridge and connected to the common output of a single resistor and the second output of the bridge circuit output, the second terminal for connecting two-terminal objects Rhenium is also transferred and is grounded, the circuit of series-connected single resistor and two terminals for connecting the two-terminal measuring object forms a second electrical bridge circuit.