мостовой измеритель параметров двухполюсников

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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 (L ₁₅), параллельно последней включен второй резистор 16 (R ₁₆), 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 (R ₁₆). 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 (L ₁₅), 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.