мостовое устройство машкинова

Формула изобретения

Мостовое устройство, используемое для измерения активных и реактивных сопротивлений, содержащее две цепочки, состоящие из двух последовательно соединенных сопротивлений, источники питания, отличающееся тем, что в нем в качестве источников питания применены стабилизатор тока и инвертор напряжения, причем к первому выходу стабилизатора тока подключены первый вход инвертора напряжения и цепочка, состоящая из двух последовательно соединенных сопротивлений R1, R2, между точкой соединения этих сопротивлений и выходом инвертора напряжения подключена вторая цепочка, состоящая их двух последовательно соединенных сопротивлений R3, R4, а выходом мостового устройства является промежуток между точкой соединения сопротивлений второй цепочки и точкой заземления второго выхода стабилизатора тока, второго входа инвертора напряжения и сопротивления R2, причем условие баланса мостового устройства описывается выражением

KR1R3 = R2(R4 - KR3 - KR1),

где R1, R2, R3, R4 - сопротивления мостового устройства;

К - коэффициент передачи инвертора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к мостовым устройствам, используемым для измерения активных и реактивных сопротивлений. Известно мостовое устройство (фиг. 1), содержащее источник питания и четырехполюсник, состоящий из четырех последовательно включенных сопротивлений, к одной из диагоналей которого подсоединен источник питания, с другой диагонали снимается выходной сигнал, см., например, /1/.

Недостатками известных мостовых устройств являются: 1. повышенный уровень наводок и помех, связанный с невозможностью одновременного "заземления" источника питания мостового устройства и одного из выходов его измерительной диагонали; 2. наличие синфазного напряжения на выходе мостового устройства, ограничивающего рабочий диапазон усилителя сигнала разбаланса и приводящего к его неустойчивости и перегрузке; 3. нелинейность известного мостового устройства при больших изменениях сопротивлений его плеч. Целью изобретения является устранение указанных недостатков. Эта цель достигается путем использования для питания мостового устройства стабилизатора тока и инвертора напряжения и модификацией мостового устройства таким образом, что к выходу стабилизатора тока подсоединены первый вход инвертора и цепочка, состоящая из двух последовательно соединенных сопротивлений, между точкой соединения этих сопротивлений и выходом инвертора напряжения подключена вторая цепочка, состоящая из двух последовательно соединенных сопротивлений, а выходом мостового устройства является промежуток между точкой соединения сопротивлений второй цепочки и общей, "заземленной", точкой соединения второго выхода стабилизатора тока и второго входа инвертора напряжения.

Данное предложение повышает помехозащищенность мостового устройства, устраняет синфазную составляющую измеряемого сигнала, которая приводит к неустойчивости или перегрузке усилителя разбаланса и позволяет получить сигнал линейно зависящий от изменяющегося сопротивления мостового устройства в широком диапазоне его изменения. На фиг.2 приведена схема предлагаемого мостового устройства. Устройство содержит стабилизатор тока 1, инвертор напряжения 2 и сопротивления 3, 4, 5, 6. Пусть входное сопротивление инвертора 2 будет достаточно велико, чтобы практически не оказывать влияния на величину и стабильность тока стабилизатора 1, тогда падение напряжения от протекающего тока через сопротивления 3,4 равно U, а напряжение на выходе инвертора 2 - (-KU), где K - коэффициент передачи инвертора, а сопротивления 3-6 обозначены соответственно R1; R2; R3; R4.

Можно показать, что условием баланса мостового устройства будет выражение: KR1R3 = R2(R4 - KR3 - KR1). При K=1, оно принимает вид: R1R3=R2(R4-R3-R1).

Если одно из сопротивлений мостового устройства является датчиком, а остальные - образовыми, то на его выходе появится разбаланс той или иной полярности в зависимости от направления изменения сопротивления датчика. К выходу мостового устройства может быть подключен один из входов усилителя разбаланса, второй вход которого подключают к "заземлению". Как и в известных мостовых устройствах, при балансе усилитель не потребляет тока от моста. Проверка мостового устройства показала, что благодаря возможности одновременного "заземления" одного из выходов источника питания и сопротивления R2 (а, следовательно, одного из выходов мостового устройства), снижается по меньшей мере на порядок уровень "наводок", обусловленных емкостными токами сетевых источников питания, в особенности, при использовании в мосте "высокоомных" сопротивлений.

Если изменяющимся сопротивлением является, например, R2, а величины других сопротивлений удовлетворяют условию: R3; R4 > > R1; R2, то благодаря стабилизированному току питания падение напряжения на R2 линейно связано с величиной его сопротивления.

В случае использования "низкоомных" сопротивлений для исключения влияния их величины на линейность, между точкой соединения R1, R2 и цепочкой R3, R4 может быть включен повторитель напряжения 7 (см. фиг. 3), с высоким входным сопротивлением. С подобной же целью, повторитель 8 включается между выходом стабилизатора тока и входом инвертора. Если входные сопротивления повторителей настолько велики, что практически не потребляют тока от стабилизатора, то условие баланса мостового устройства принимает следующий вид: KR1R3= R2(R4-KR3). При отсутствии необходимости в линейной зависимости между величиной падения напряжения на сопротивлении R₂ и величиной приращения последнего, в мостовом устройстве вместо стабилизатора тока может быть применен источник (стабилизатор) напряжения.

В случае работы с реактивными сопротивлениями могут использоваться источники питания переменного тока, например, две вторичные обмотки трансформатора напряжения.

Предложенное мостовое устройство может найти применение не только в традиционной измерительной технике, но и схемно интегрировано с датчиками силы, температуры и др., изготовляемыми на основе технологии микроэлектроники.

Литература

1. Измерения в электронике (справочник), под ред. проф В.А. Кузнецова, М, Энергоатомиздат, 1987 г, с. 197.