мостовой измеритель параметров двухполюсников

Формула изобретения

Мостовой измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор питающих импульсов, состоящий из каскада синхронизации, формирователей прямоугольных, линейно изменяющихся и квадратичных импульсов, коммутатора и усилителя мощности, выход каскада синхронизации соединен с каждым входом имеющихся трех формирователей импульсов, выходы которых подключены к входам коммутатора, выход которого соединен с входом усилителя мощности, выход усилителя мощности образует первый выход генератора питающих импульсов относительно «земли», второй выход генератора питающих импульсов - выход синхронизации образует выход каскада синхронизации, общая шина генератора питающих импульсов заземлена, первый выход генератора питающих импульсов соединен с генераторной диагональю четырехплечей мостовой цепи (с входом моста), которая состоит из двух параллельно включенных ветвей, первая из них состоит двух последовательно соединенных резисторов, свободный вывод одного из них соединен с первым выходом генератора питающих импульсов, а свободный вывод другого резистора заземлен, общий вывод двух резисторов образует первый вывод выхода четырехплечей мостовой цепи, вторая ветвь четырехплечей мостовой цепи состоит из последовательно соединенных одиночного резистора и двух клемм для подключения двухполюсников объекта измерения, двухполюсник объекта измерения, в частности, состоит из последовательно соединенных первого резистора и катушки индуктивности, параллельно последней включен второй резистор, общий вывод одиночного резистора и первой клеммы образует второй вывод выхода четырехплечей мостовой цепи, вторая клемма заземлена, также в четырехплечей мостовой цепи имеется двухэлементная цепь из последовательно соединенных конденсатора и резистора; два вывода выхода четырехплечей мостовой цепи соединены с дифференциальным входом нуль-индикатора, другой вход его - вход синхронизации соединен со вторым выходом генератора питающих импульсов, общая шина нуль-индикатора заземлена, отличающийся тем, что в нем изменено соединение элементов, двухэлементная цепь из конденсатора и резистора (из первой ветви четырехплечей мостовой цепи прототипа) перенесена во вторую ветвь четырехплечей мостовой цепи, свободный вывод конденсатора подключен к общему выводу одиночного резистора и первой клеммы, а свободный вывод резистора двухэлементной цепи заземлен.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленной электронике, автоматике, информационно-измерительной технике и может быть использовано для контроля и определения параметров двухполюсников.

Известен мостовой измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников [АС СССР № 1157467, G01R. Мостовой измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников / Г.И.Передельский. - Опубл. в Бюл., 1985, № 19], содержащий последовательно включенные генератор импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций, четырехплечую мостовую цепь и нуль-индикатор.

Недостатком его является отсутствие возможности заземлять оба имеющихся многоэлементных двухполюсника. При прочих равных условиях на практике отдается предпочтение мостовым цепям, где заземлены все имеющиеся многоэлементные двухполюсники. Незаземленный многоэлементный двухполюсник образует паразитную емкость относительно земли, которая вызывает соответствующую дополнительную составляющую погрешности измерения, обусловленную этой паразитной емкостью. Кроме того, эта паразитная емкость нестабильна и, как известно, существенно изменяется с течением времени и особенно с изменением температуры. В частном случае при незаземленном двухполюснике с регулируемыми уравновешивающими элементами и использовании в качестве них матрицы однотипных элементов, управляемых ключей и схемы управления необходимо использовать дополнительные развязывающие элементы - трансформаторы или оптронные пары. Изменение значения уравновешивающего параметра осуществляется здесь замыканием и размыканием ключей под действием сигналов с заземленной электронной схемы управления. Если же уравновешивающий элемент заземлен, то не требуется использовать дополнительные развязывающие элементы. Также в частном случае при незаземленном двухполюснике объекта измерения и использовании датчика с линией связи на последней наводятся сигналы помех и вызывают соответствующую дополнительную составляющую погрешности измерения, так как здесь линия связи тоже незаземлена. Датчик или датчик совместно с линией связи представляют собой многоэлементную схему замещения. Если же объект измерения заземлен, то сигналы помех и соответствующая составляющая погрешности измерения существенно меньше, так как линия связи заземлена. Незаземленная линия связи также имеет паразитную емкость относительно земли. Можно обратить внимание, что заземлить оба многоэлементных двухполюсника в принципе невозможно в мостах Максвелла [Нижний С.М. Мосты переменного тока. - М.-Л.: Энергия, 1966. - 88 с., стр.40, рис.15], Хея [Нижний С.М. Мосты переменного тока. - М.-Л.: Энергия, 1966. - 88 с., стр.40, рис.16], Андерсона [Нижний С.М. Мосты переменного тока. - М.-Л.: Энергия, 1966. - 88 с., стр.42, рис.18].

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. Мостовой измеритель параметров трехэлементных пассивных двухполюсников / Г.И.Передельский. - Опубл. в Бюл., 1981, № 3]. Мостовой измеритель содержит последовательно соединенные генератор импульсов сложной формы, четырехплечую мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.

Недостатком его является отсутствие возможности заземлить оба имеющихся многоэлементных двухполюсника.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в уменьшении погрешности измерения за счет исключения составляющей погрешности от паразитной емкости относительно «земли» незаземленного многоэлементного двухполюсника, а также нестабильности этой паразитной емкости за счет использования только заземленных многоэлементных двухполюсников.

Это достигается тем, что в мостовом измерителе параметров двухполюсников, содержащем генератор питающих импульсов, состоящий из каскада синхронизации, формирователей прямоугольных, линейно изменяющихся и квадратичных импульсов, коммутатора и усилителя мощности, выход каскада синхронизации соединен с каждым входом имеющихся трех формирователей импульсов, выходы которых подключены к входам коммутатора, выход которого соединен с входом усилителя мощности, выход усилителя мощности образует первый выход генератора питающих импульсов относительно «земли», второй выход генератора питающих импульсов - выход синхронизации образует выход каскада синхронизации, общая шина генератора питающих импульсов заземлена, первый выход генератора питающих импульсов соединен с генераторной диагональю четырехплечей мостовой цепи (с входом моста), которая состоит из двух параллельно включенных ветвей, первая из них состоит двух последовательно соединенных резисторов, свободный вывод одного из них соединен с первым выходом генератора питающих импульсов, а свободный вывод другого резистора заземлен, общий вывод двух резисторов образует первый вывод выхода четырехплечей мостовой цепи, вторая ветвь четырехплечей мостовой цепи состоит из последовательно соединенных одиночного резистора и двух клемм для подключения двухполюсников объекта измерения, двухполюсник объекта измерения, в частности, состоит из последовательно соединенных первого резистора и катушки индуктивности, параллельно последней включен второй резистор, общий вывод одиночного резистора и первой клеммы образует второй вывод выхода четырехплечей мостовой цепи, вторая клемма заземлена, также в четырехплечей мостовой цепи имеется двухэлементная цепь из последовательно соединенных конденсатора и резистора; два вывода выхода четырехплечей мостовой цепи соединены с дифференциальным входом нуль-индикатора, другой вход его - вход синхронизации соединен со вторым выходом генератора питающих импульсов, общая шина нуль-индикатора заземлена, изменено соединение элементов, двухэлементная цепь из конденсатора и резистора (из первой ветви четырехплечей мостовой цепи прототипа) перенесена во вторую ветвь четырехплечей мостовой цепи, свободный вывод конденсатора подключен к общему выводу одиночного резистора и первой клеммы, а свободный вывод резистора двухэлементной цепи заземлен.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит генератор 1 питающих импульсов, состоящий из формирователя 2 прямоугольных импульсов (K₀t⁰), формирователя 3 линейно изменяющихся импульсов (K₁t¹), формирователя 4 квадратичных импульсов (K₂t² ), где K₀, K₁ и K₂ - постоянные коэффициенты, t - текущее время, усилителя 5 мощности, коммутатора 6 и каскада 7 синхронизации. Выход каскада 7 синхронизации соединен с каждым входом формирователей прямоугольных, линейно изменяющихся и квадратичных импульсов, выходы которых подключены к коммутатору 6. Выход коммутатора 6 соединен с входом усилителя 5 мощности. Выход усилителя 5 мощности образует первый выход генератора 1 питающих импульсов относительно «земли». Второй выход генератора 1 питающих импульсов - выход синхронизации образует выход каскада 7 синхронизации. Общая шина генератора 1 питающих импульсов заземлена. Первый выход генератора 1 питающих импульсов соединен с генераторной диагональю четырехплечей мостовой цепи (с входом моста), которая состоит из двух параллельно включенных ветвей. Первая ветвь четырехплечей мостовой цепи образована двумя соединенными последовательно резисторами 8 (R8) и 9 (R9). Свободный вывод резистора R8 соединен с первым выходом генератора 1 питающих импульсов. Свободный вывод резистора R9 заземлен. Общий вывод резисторов R8 и R9 образует первый вывод выхода (первую вершину измерительной диагонали) четырехплечей мостовой цепи. Вторая ветвь четырехплечей мостовой цепи состоит из последовательно соединенного одиночного резистора 10 (R10) и двухэлементной электрической цепи, составленной из включенных последовательно конденсатора 11 (С11) и резистора 12 (R12), параллельно с которой соединены две клеммы для подключения двухполюсников объекта измерения. Первая клемма подсоединена к общему выводу резистора R10 и конденсатора С11. Вторая клемма подсоединена к общему выводу резисторов R9 и R12, образующему вторую вершину генераторной диагонали четырехплечей мостовой цепи (первая вершина генераторной диагонали образована общим выводом резисторов R8 и R10), и заземлена. Двухполюсник объекта измерения, в частности, состоит из последовательно соединенных первого резистора 13 (R13) и катушки индуктивности 14 (L14), параллельно которой включен второй резистор 15 (R15). Общий вывод резистора R10 и первой клеммы образует второй вывод выхода (вторую вершину измерительной диагонали) четырехплечей мостовой цепи. Два вывода выхода четырехплечей мостовой цепи соединены с дифференциальным входом нуль-индикатора 16. Другой вход нуль-индикатора 16 - вход синхронизации соединен со вторым выходом генератора 1 питающих импульсов. Общая шина нуль-индикатора 16 соединена со второй вершиной генераторной диагонали четырехплечей мостовой цепи и заземлена. В четырехплечей мостовой цепи значения сопротивлений резисторов R8 и R10 известны и постоянны. Искомыми являются параметры резисторов R13 и R15 и катушки индуктивности L14, образующих двухполюсник объекта измерения. Регулируемыми переменными уравновешивающими являются параметры резисторов R9 и R12 и конденсатора С11. Значения их параметров являются известными.

Работа мостового измерителя параметров двухполюсников состоит в следующем. Изначально напряжения на входе и выходе четырехплечей мостовой цепи равны нулю. В первую очередь на вход четырехплечей мостовой цепи подается последовательность импульсных сигналов прямоугольной формы. Эти сигналы формирует формирователь 2 прямоугольных импульсов в генераторе 1 питающих импульсов, и через коммутатор 6 и усилитель 5 мощности они поступают на выход генератора 1 питающих импульсов. В установившемся режиме при воздействии очередного импульса прямоугольной формы на выходе четырехплечей мостовой цепи устанавливается неизменяющееся напряжение в течение интервала времени от окончания переходного процесса и до окончания импульса. Плоская вершина этого напряжения неравновесия приводится к нулю однократной регулировкой переменного уравновешивающего элемента R9, что обеспечивает выполнение первого условия равновесия четырехплечей мостовой цепи

Затем на генераторную диагональ четырехплечей мостовой цепи воздействует последовательность импульсов линейно изменяющегося напряжения. При воздействии очередного такого импульса после окончания переходного процесса в измерительной диагонали четырехплечей мостовой цепи устанавливается импульсный сигнал неравновесия с плоской вершиной. Эта вершина с учетом выполненного первого условия равновесия (1) приводится к нулю однократной регулировкой переменного уравновешивающего элемента С11. При этом выполняется второе условие равновесия четырехплечей мостовой цепи

В этом случае выполнение первого условия равновесия (1) не нарушается, поскольку это условие не содержит переменный регулируемый уравновешивающий элемент С11.

В последнюю очередь посредством коммутатора 6 с генератора 1 питающих импульсов подаются на генераторную диагональ четырехплечей мостовой цепи импульсы квадратичной формы. В ее измерительной диагонали при воздействии очередного такого импульса устанавливается импульсный сигнал неравновесия. Этот сигнал после окончания переходного процесса имеет плоскую вершину, которая при выполненных условиях (1) и (2) приводится к нулю однократной регулировкой переменного уравновешивающего элемента R12. В результате имеет место выполнение третьего условия равновесия четырехплечей мостовой цепи

При этом выполнение первого (1) и второго (2) условий равновесия не нарушается, поскольку эти условия не содержат переменный регулируемый уравновешивающий элемент R12.

Искомые значения параметров трех элементов двухполюсника объекта измерения R13, L14 и R15 определяются из трех условий равновесия четырехплечей мостовой цепи (1)-(3). Следовательно, три неизвестных параметра находятся из решения трех уравнений.

Таким образом, предлагаемый мостовой измеритель параметров двухполюсников позволяет уменьшить погрешность измерения за счет исключения составляющей погрешности от паразитной емкости относительно «земли» незаземленного многоэлементного двухполюсника, а также нестабильности этой паразитной емкости за счет использования только заземленных многоэлементных двухполюсников. Также в предлагаемом мостовом измерителе параметров двухполюсников реализуется зависимое раздельное уравновешивание.