мостовой измеритель параметров двухполюсников

Формула изобретения

Мостовой измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор импульсов, который состоит из формирователей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону k ₀t⁰, k₁t¹, k₂ t² и k₃t³, где k₀ , k₁, k₂ и k₃ - постоянные коэффициенты, а t- текущее время, из коммутатора, из усилителя мощности и блока синхронизации, выход каждого формирователя импульсов соединен с одним из входов коммутатора, выход его подключен ко входу усилителя мощности, выход которого образует первый выход генератора импульсов относительно земли, выход блока синхронизации соединен со входом каждого формирователя импульсов (входом синхронизации), а также выход его образует второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов относительно земли, общая шина генератора импульсов заземлена, первый выход генератора импульсов подключен ко входу мостовой цепи, который образует общий вывод двух параллельно включенных ветвей моста, первую ветвь моста образуют последовательно соединенные первый резистор, индуктивная катушка и второй резистор, третий резистор включен параллельно индуктивной катушке, свободный вывод первого резистора соединен с первым выходом генератора, а свободный вывод второго резистора заземлен, вторая ветвь мостовой цепи образована последовательно соединенными одиночным резистором и двумя клеммами для подключения двухполюсников объекта измерения, который, в частности, состоит из последовательно соединенных первого резистора, первой и второй индуктивных катушек, параллельно первой индуктивной катушке включен второй резистор, свободный вывод одиночного резистора подключен к первому выходу генератора импульсов, общий вывод этого резистора и первой клеммы для подключения двухполюсников объекта измерения образует один из двух выводов выхода мостовой цепи, вторая клемма заземлена; нуль-индикатор, один из двух выводов первого входа которого (дифференциального входа) соединен с одним из двух выводов выхода мостовой цепи (с общим выводом одиночного резистора и первой клеммы), второй вход его (вход синхронизации) соединен со вторым выходом генератора импульсов, общая шина нуль-индикатора заземлена, отличающийся тем, что в него введены шесть дополнительных резисторов и дополнительная индуктивная катушка, в первой ветви мостовой цепи параллельно имеющейся индуктивной катушке включены последовательно соединенные первый и второй дополнительные резисторы, параллельно первому из них подключены последовательно соединенные третий дополнительный резистор и дополнительная индуктивная катушка, параллельно последней включен четвертый дополнительный резистор, также параллельно дополнительной индуктивной катушке включены последовательно соединенные пятый и шестой дополнительные резисторы, общий вывод пятого и шестого дополнительных резисторов образует другой из двух выводов выхода мостовой цепи, этот вывод соединен с оставшимся свободным выводом первого входа (дифференциального входа) нуль-индикатора.

Описание изобретения к патенту

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

Известен мостовой измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников [Передельский Г.И. A.C. 1157467 G01R 17/10, 1985, № 19], содержащий последовательно соединенные генератор импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.

Недостатком его является отсутствие возможности уравновешивать мостовую цепь только образцовыми регулируемыми резисторами. Образцовые регулируемые резисторы в изготовлении являются более технологичными, простыми и недорогими, чем изготовление образцовых регулируемых конденсаторов и образцовых регулируемых индуктивных катушек. У них выше класс точности, меньше габаритные размеры и вес. На них меньшее влияние оказывают электрические и магнитные поля, а также атмосферные условия.

Известен электрический мост [Передельский Г.И. А.С. 998967 G01R 17/10, 1983, № 7], содержащий последовательно соединенные генератор импульсов трапецеидальной формы, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.

Недостатком его является отсутствие раздельного уравновешивания по двум из четырех измеряемых параметров.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа электрический мост [Передельский Г.И. Мостовые цепи с импульсным питанием. - М.: Энергоатомиздат, 1988, с.51, рис.2.8, мост 44 - прототип], содержащий генератор сложных импульсов, питающий мостовую электрическую цепь, к выходу которой подключен нуль-индикатор.

Недостатком его является отсутствие возможности раздельно уравновешивать мостовую цепь только регулируемыми резисторами.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в обеспечении возможности раздельно уравновешивать мостовую цепь только регулируемыми резисторами.

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 , k₂t² и k₃t³ (где k₀, k₁, k₂ и k₃ - постоянные коэффициенты), t - текущее время, из коммутатора, из усилителя мощности и блока синхронизации, выход каждого формирователя импульсов соединен с одним из входов коммутатора, выход его подключен ко входу усилителя мощности, выход которого образует первый выход генератора импульсов относительно «земли», выход блока синхронизации соединен со входом каждого формирователя импульсов (входом синхронизации), а также выход его образует второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов относительно «земли», общая шина генератора импульсов заземлена, первый выход генератора импульсов подключен ко входу мостовой цепи, который образует общий вывод двух параллельно включенных ветвей моста, первую ветвь моста образуют последовательно соединенные первый резистор, индуктивная катушка и второй резистор, параллельно индуктивной катушке включен третий резистор, свободный вывод первого резистора соединен с первым выходом генератора, а свободный вывод второго резистора заземлен, вторая ветвь мостовой цепи образована последовательно соединенными одиночным резистором и двумя клеммами для подключения двухполюсников объекта измерения, который, в частности, состоит из последовательно соединенных первого резистора, первой и второй индуктивных катушек, параллельно первой индуктивной катушке включен второй резистор, свободный вывод одиночного резистора подключен к первому выходу генератора импульсов, общий вывод этого резистора и первой клеммы для подключения двухполюсников объекта измерения образует один из двух выводов выхода мостовой цепи, вторая клемма заземлена; нуль-индикатор, один из двух выводов первого входа которого (дифференциального входа) соединен с одним из двух выводов выхода мостовой цепи (с общим выводом одиночного резистора и первой клеммы), второй вход его (вход синхронизации) соединен со вторым выходом генератора импульсов, общая шина нуль-индикатора заземлена, введены шесть дополнительных резисторов и дополнительная индуктивная катушка, в первой ветви мостовой цепи, параллельно имеющейся индуктивной катушке включены последовательно соединенные первый и второй дополнительные резисторы, параллельно первому из них подключены последовательно соединенные третий дополнительный резистор и дополнительная индуктивная катушка, параллельно последней включен четвертый дополнительный резистор, также параллельно дополнительной индуктивной катушке включены последовательно соединенные пятый и шестой дополнительные резисторы, общий вывод пятого и шестого дополнительных резисторов образует другой из двух выводов выхода мостовой цепи, этот вывод соединен с оставшимся свободным выводом первого входа (дифференциального входа) нуль-индикатора.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит генератор импульсов 1, который состоит из формирователей последовательностей прямоугольных импульсов - 2, линейно изменяющихся импульсов - 3, квадратичных импульсов - 4 и кубических импульсов - 5, и имеет два выхода относительно «земли», общая шина генератора соединяется с «землей». Генератор импульсов содержит также коммутатор 6, входы которого соединены с выходами формирователей, а выход соединен с усилителем мощности 7, выход последнего является первым выходом генератора импульсов относительно «земли», и блок синхронизации 8, выход которого соединен со входами синхронизации формирователей, а также выход является вторым выходом генератора импульсов относительно «земли» (выходом синхронизации).

Первый выход генератора импульсов подключен ко входу мостовой цепи, образованному общим выводом параллельно включенных двух ее ветвей.

Первая ветвь мостовой цепи имеет последовательно соединенные резистор 9 (R9), индуктивную катушку 10 (L10) и резистор 11 (R11). Параллельно индуктивной катушке включен резистор 12 (R12). Также параллельно индуктивной катушке включены последовательно соединенные резисторы 13 (R13) и 14 (R14). Параллельно резистору 13 подключены последовательно соединенные резистор 15 (R15) и индуктивная катушка 16 (L16). Параллельно последней включен резистор 17 (R17). Также параллельно катушке 16 включены последовательно соединенные резисторы 18 (R18) и 19 (R19). Общий вывод резисторов 18 и 19 представляет один из двух выводов выхода мостовой цепи. Этот вывод соединен с первым выводом дифференциального входа нуль-индикатора 25. Свободный вывод резистора 9 первой ветви мостовой цепи соединен с выводом первого выхода генератора импульсов, а свободный вывод резистора 11 заземлен.

Вторую ветвь мостовой цепи образуют последовательно соединенные одиночный резистор 20 (R20) и две клеммы для подключения объекта измерения, который состоит из последовательно соединенных резистора 21 (R21), индуктивных катушек 22 (L22) и 23 (L23), параллельно индуктивной катушке 22 включен резистор 24 (R24). Свободный вывод одиночного резистора 20 подключен к первому выходу генератора импульсов, а общий вывод этого резистора и первой клеммы для подключения двухполюсников объекта измерения (вторая клемма заземлена) представляет другой вывод выхода мостовой цепи. Этот вывод соединен со вторым выводом дифференциального входа нуль-индикатора 25.

Мостовой измеритель параметров двухполюсников работает следующим образом. В исходном состоянии напряжения на входе и выходе мостовой цепи равны нулю. Подадим на вход мостовой цепи с генератора 1 последовательность импульсов прямоугольной формы. При действии очередного импульса в установившемся режиме в ветвях мостовой цепи устанавливаются неизменяющиеся напряжения. Напряжение плоской вершины импульса здесь зависит только от сопротивления резисторов 9, 11, 20 и 21. Первое условие равновесия мостовой цепи -

Однократной регулировкой значения сопротивления образцового резистора 11 плоская вершина импульсного сигнала неравновесия приводится к нулю, тем самым выполняется первое условие равновесия мостовой цепи (1). Равновесие мостовой цепи здесь и в дальнейшем отмечается по нуль-индикатору 25, при этом сигнал синхронизации со второго выхода генератора 1 на второй вход нуль-индикатора обеспечивает устойчивость его показаний.

Далее на вход мостовой цепи подаем с генератора 1 последовательность импульсов, изменяющихся по линейному закону. При воздействии очередного такого импульса после окончания переходного процесса на выходе мостовой цепи устанавливается импульсный сигнал неравновесия с плоской вершиной. Второе условие равновесия мостовой цепи -

где V1=R14(R13+R15)+R13 R15.

Выполняется оно регулировкой значения сопротивления образцового резистора 14. Однократной регулировкой сопротивления 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 параметр R14 в него не входит.

Затем на вход мостовой цепи подаем с генератора 1 последовательность квадратичных импульсов. При воздействии очередного такого импульса по окончании переходного процесса на выходе мостовой цепи устанавливается импульсный сигнал неравновесия с плоской вершиной. Третье условие равновесия мостовой цепи -

где V2=R18+R19; V3=R13+R15; V4=R13+R14.

Однократной регулировкой сопротивления образцового резистора 19 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 R19 в них не входит.

Далее на вход мостовой цепи подаем с генератора 1 последовательность кубических импульсов. При воздействии очередного такого импульса после окончания переходного процесса на выходе мостовой цепи устанавливается импульсный сигнал неравновесия с плоской вершиной. Четвертое условие равновесия мостовой цепи

где V5=R13R15(R9+R12)+R9(R12+R14)V3.

Однократной регулировкой сопротивления образцового резистора 17 приводим плоскую вершину импульса напряжения неравновесия к нулю и выполняем четвертое условие равновесия (4), при этом первые три условия равновесия (1), (2) и (3) не нарушаются, так как регулируемый здесь параметр R17 в них не входит.

Изложенное показывает, что раздельное уравновешивание мостовой цепи следует проводить в приведенной последовательности 11, 14, 19, 17. По уравнениям условия равновесия (1), (2), (3) и (4) выполняется отсчет искомых четырех параметров: R21, L23, R24, L22. Значения параметров элементов 9, 10, 12, 13, 15, 16, 18, 19, 20 мостовой цепи являются постоянными и известными. Параметры элементов 11, 14, 19 и 17 являются регулируемыми и тоже известными.

Таким образом, данный мостовой измеритель параметров четырехэлементных двухполюсников обладает свойством раздельного уравновешивания при однократных регулировках сопротивлений только образцовых резисторов.