измеритель параметров двухполюсников

Формула изобретения

Измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор трапецеидальных импульсов, первый вывод которого заземлен и является общим для двух его выходов, измеряемый двухполюсник, в частном случае состоящий из последовательно соединенных резистора и конденсатора, относительно которых параллельно включен резистор, операционный усилитель, между инвертирующим входом которого и вторым выводом генератора, относящимся к первому его выходу, включен измеряемый двухполюсник, между неинвертирующим входом и землей включен резистор, к инвертирующему входу подключен первый вывод двухполюсника с регулируемыми элементами, состоящего из последовательно соединенных резистора и конденсатора, параллельно относительно которых включен резистор, второй вывод этого двухполюсника соединен с выходом операционного усилителя, нуль-индикатор, первый вывод которого соединен с землей и является общим для двух его входов, второй вывод, относящийся к первому входу, соединен с разделительным конденсатором, а третий вывод, относящийся к второму входу - входу синхронизации, соединен с третьим выводом генератора, который относится к второму его выходу - выходу синхронизации, отличающийся тем, что в него введен двухвходовый аналоговый сумматор, первый вывод которого, общий для его входов и выхода, соединен с землей, второй вывод, относящийся к первому входу, подключен к выходу операционного усилителя, а третий вывод, относящийся к второму входу, соединен с вторым выводом генератора, выход сумматора подключен к разделительному конденсатору.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, автоматике и промышленной электронике и может быть использовано для контроля и определения параметров объектов измерения, а также физических величин посредством параметрических датчиков.

Известен мостовой измеритель параметров трехэлементных двухполюсников [1], содержащий генератор трапецеидальных импульсов, емкостную мостовую цепь и нуль-индикатор с дифференциальным входом.

Недостатком его является понижение точности за счет составляющих погрешности от влияния входной емкости и входного сопротивления нуль-индикатора с дифференциальным входом. Эти входные параметры незримо вносятся в соответствующие плечи емкостной мостовой цепи.

Известен автоматический мост переменного тока [2], содержащий генераторы коротких и длинных импульсов, мостовую цепь, дифференциальный усилитель, два управляемых ключа и три канала преобразования сигналов с выхода мостовой цепи.

Недостатком его является усложнение схемы устройства за счет трех каналов преобразования сигналов с выхода мостовой цепи вместо одного.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа электрический мост [3], содержащий питающий генератор, мостовую цепь, одна из ветвей которой состоит из двух одинаковых последовательно включенных двухполюсников из последовательно соединенных резистора и конденсатора, относительно которых параллельно включен резистор, а другая ветвь - из двух последовательно соединенных резисторов, нуль-индикатор с дифференциальным входом.

Недостатком его является повышение погрешности измерения за счет составляющих погрешности от влияния входной емкости и входного сопротивления нуль-индикатора с дифференциальным входом. Эти входные параметры незримо вносятся в соответствующие плечи мостовой цепи.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в уменьшении погрешности измерения за счет исключения составляющих погрешности от влияния входной емкости и входного сопротивления нуль- индикатора с дифференциальным входом или дифференциального усилительного каскада.

Это достигается тем, что в измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор трапецеидальных импульсов, первый вывод которого заземлен и является общим для двух его выходов, измеряемый двухполюсник, в частном случае состоящий из последовательно соединенных резистора и конденсатора, относительно которых параллельно включен резистор, операционный усилитель, между инвертирующим входом которого и вторым выводом генератора, относящимся к первому его выходу, включен измеряемый двухполюсник, между неинвертирующим входом и землей включен резистор, к инвертирующему входу подключен первый вывод двухполюсника с регулируемыми элементами, состоящего из последовательно соединенных резистора и конденсатора, параллельно относительно которых включен резистор, второй вывод этого двухполюсника соединен с выходом операционного усилителя, нуль-индикатор, первый вывод которого соединен с землей и является общим для двух его входов, второй вывод, относящийся к первому входу, соединен с разделительным конденсатором, а третий вывод, относящийся ко второму входу - входу синхронизации, соединен с третьим выводом генератора, который относится ко второму его выходу - выходу синхронизации, введен двухвходовой аналоговый сумматор, первый вывод которого, общий для его входов и выхода, соединен с землей, второй вывод, относящийся к первому входу, подключен к выходу операционного усилителя, а третий вывод, относящийся ко второму входу, соединен со втором выводом генератора, выход сумматора подключен к разделительному конденсатору.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена функциональная схема измерителя параметров двухполюсников. Измеритель параметров двухполюсников содержит генератор 1 импульсов в виде прямоугольной трапеции, где первая половина его имеет плоскую вершину, а вторая - линейно изменяющееся напряжение. Один вывод генератора соединен с землей и является общим для двух его выходов. К первому выходу генератора подключен измеряемый двухполюсник из конденсатора 2 (C2), резистора 3(R3) и резистора 4(R4). Этот двухполюсник подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 5, неинвертирующий вход которого через резистор 6 подключен к земле. Между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя включен двухполюсник с регулируемыми элементами из конденсатора 7 (C7), резистора 8(R8) и резистора 9(R9). Выход этого усилителя соединен с одним из входов двухвходового аналогового сумматора 10, а к другому входу подключен первый выход генератора. Выход сумматора через разделительный конденсатор 11 соединен с первым входом нуль-индикатора 12 с несимметричным входом. Второй вход его - вход синхронизации - соединен со вторым выходом генератора - выходом синхронизации.

Измеритель параметров двухполюсников работает следующим образом. С генератора 1 подается последовательность трапецеидальных импульсов. При воздействии очередного импульса после окончания переходного процесса конденсаторы 2 и 7 представляют собой разрыв цепи, выходное напряжение аналогового сумматора имеет плоскую вершину и зависит от соотношения между значениями сопротивлений резисторов 4 и 9. Такая ситуация будет до момента окончания плоской вершины импульса питающего генератора. Регулировкой значения сопротивления резистора 9 приводим к нулю плоскую вершину выходного импульса, выполнив первое условие уравновешивания R₉-R₄ = 0 (1).

Уравновешивание отмечаем по нуль-индикатору, в качестве которого можно использовать осциллограф. После выполнения условия (1) на участке действия линейно-изменяющегося напряжения питающего импульса выходное напряжение имеет плоскую вершину после окончания переходного процесса. Регулировкой значения емкости конденсатора 7 приводим эту плоскую вершину к нулю, отмечая это по нуль-индикатору. В результате выполняется второе условие уравновешивания C₂ - C₇ = 0 (2). После этого в районе начала, середины и конца питающего импульса в выходном сигнале имеются экспоненциальные всплески. Они аналогичным образом приводятся к нулю регулировкой резистора 8 и тем самым выполняется третье условие уравновешивания R₈ - R₃ = 0 (3). Отсчет искомых параметров берется по значениям регулируемых параметров (1), (2), (3). Схема измеряемого двухполюсника может быть и другой.

Таким образом, в данном измерителе параметров двухполюсников уменьшена погрешность измерения за счет исключения составляющих погрешности от влияния входной емкости и входного сопротивления нуль- индикатора с дифференциальным входом или дифференциального усилительного каскада, т.к. измеряемый двухполюсник здесь не шунтируется входной емкостью и входным сопротивлением электронной схемы и, соответственно, отсутствуют связанные с ними составляющие погрешности.

При этом измеритель относится к нулевым, т.к. для отсчета искомых параметров необходимо привести к нулю информационный сигнал. Уравновешивание измерителя является раздельным зависимым. Допустима небольшая нестабильность амплитуды импульсов генератора, как и у такого нулевого измерителя, как электрический мост, ибо эта амплитуда не входит в выражения для отсчета искомых параметров (1), (2), (3). Допустима также небольшая нестабильность длительности импульсов питающего генератора и их частоты повторения.

Источники информации, принятые во внимание:

1. Кнеллер В.Ю., Боровских Л.П. Определение параметров многоэлементных двухполюсников.- М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 102, рис. 2.51.

2. А.с. N 467273, МКИ G 01 R 17/10. Автоматический мост переменного тока / А.А. Чеснис. - опубл. в БИ, 1975, N 14.

3. Передельский Г.И. Мостовые цепи с импульсным питанием. - М.: Энергоатомиздат, 1988, с. 48, рис. 2.8, схема 1 - прототип.