Мост для измерения параметров трехэлементных нерезонансных двухполюсников

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к мостовым цепям, и может быть использовано в автоматике, телемеханике и связи. Цель изобретения - повышение точности измерения - достигается путем устранения влияния выходног го сопротивления генератора прямоугольных импульсов либо интегратора в зависимости от режима измерения на переходный процесс в измерительной цепи. Мост содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, интегратор 2, ключ 3, операционные усилители 5,8, 11, 18 и 23, объект 6 измерения, регулируемый резистор 1,2, сумматор 13, дифференциатор 14, ключ 15, детектор 16, регулируемлй резистор 19,сумматор 20, дифференциальный усилитель 21, нуль-индикатор 25,детектор 26 выделения информации о наличии нелинейной составляющей, резисторы и конденсаторы . 1 Ш1. i (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (Н) (1) 4 G Ol К 17/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

) ъ". р . ъ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ :,-, .

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3629721/24-21 (22) 02.08.83 (46) 23.03.86.Вюл. ll 11 (7!) Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) М.М.Зинин (53) 621.31 7.799 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 945805, кл. G 01 R 17/10, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Ф 920532, кл. G 01 .К 17/10, 1980.

Авторское свидетельство СССР

В 938167, кл. G 01 R 17/10, 1980. (54) МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ НЕРЕЗОНАНСНЫХ ДВУХПОЛ10СНИКОВ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к мостовым цепям, и может быть использовано в автоматике, телемеханике и связи. Цель изобретения — повышение точности измерения — достигается путем устранения влияния выходного сопротивления генератора прямоугольных импульсов либо интегратора в зависимости от режима измерения на переходный процесс в измерительной цепи. Мост содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, интегратор 2, ключ 3, операционные усилители 5,8, 11, 18 и 23, объект б измерения, регулируемый резистор 1,2, сумматор 13, дифференциатор 14, ключ 15, детек тор 16, регулируеиай резистор 19,сумматор 20, дифференциальный усилитель 21, нуль-индикатор 25,детектор 26 выделения информации о наличии нели- нейной составляющей, резисторы и конденсаторы. 1 нл.

1219970

Изобретение относится к электроиэмерительной технике, а более конкретно — к мостовым цепям, и может быть использовано в автоматике, телемеханике, связи.

Целью изобретения является повыше.ние точности измерения путем устранения влияния выходного сопротивления генератора прямоугольных импульсов либо интегратора (в зависимости от режима измерения) на переходный процесс в измерительной цепи.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 прямоугольных импульсов соединенный с интегратором 2, шунтированным ключом 3. Выход интегратора 2 через ре-. зистор 4 соединен с входом операционного усилителя 5, в цепь отрицательной обратной связи которого включен объект 6 измерения. Выход операционного усилителя 5 соединен через регулируемый резистор 7 с входом операционного усилителя 8, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор 9. Выход операционного усилителя 5 через резистор 10 соединен с входом операционного усилителя 11, в цепь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор 12. Выходы операционных усилителей 8 и 11 соедине- ны с входами сумматора 13, выход которого через дифференциатор 14, шунтированный ключом 15, соединен с детектором 16 определения линейности переходного напряжения. Выход генератора 1 прямоугольных импульсов через резистор 17 соединен с операционным усилителем 18, в цепь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор 19. Выход операционного усилителя 18 соединен с сумматором 20, соединенным с одним входом дифференциального. усилителя 21. Выход генератора 1 прямоугольных импульсов через регулируемый резистор 22 соединен с входом операционного усилителя 23,, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор 24. Выход операционного усилителя 23 соединен с сумматором 20. Выход дифференциатора 14 соединен с вторым входом дифференциального усилителя 21, выход которого соединен с нуль-индикатором 25 и с детектором 26 выделения информации о наличии линейной составляющей.

Устройство работает следующим образом.

5 Операторное сопротивление объекта измерения описывают выражением

P + 9

К вЂ” — —-P +w и

Z (p) = Р

10 где К,ж,p— масштабный коэффициент, плюс и нуль объекта 6 измерения; в зависимости от вида объекта 6 измерения (трехэлементного нереэонансного двухполюсника); комплексный параметр. п=0,+115

Е Р+Р Ry

Ц (Р) - — -K.— — — — — — (Р+ о 2

Ri

+ — — — 1 1

C„„R,R,1

35 где Š— амплитуда импульсов генератора 1 прямоугольных импульсов;

R — значение сопротивления резис40 тора 4;

R,,R,R — значения сопротивлений резисторов 7, 10, 12 соответственно;

С, — значение емкости конденсато45 ра 9

d — коэффициент пропорциональности, определяемый дифференциатором 14 и интегратором 2, Изменением регулируемого сопротивления резистора 7 получают на выходе дифференциатора 14 напряжение

ER d

U(t) = — -- — --- К (P + ) О 1

ERqd

g, kt

Ko k..

При n = 0 ключи 3 и 15 замкнуты, при п = 1 ключ 15 разомкнут, а ключ 3 замкнут. При n = -1 ключ 3 разомкнут, а ключ 15 замкнут.

Изображение по Лапласу выходного напряжения дифференциатора 14. при условии, что время затухания переходных процессов меньше длительности импульсов питания и промежутков меж30 ду ними, задано выражением

1219970

С„К,К

Затем регулировкой сопротивления резистора 19 компенсируют на выходе дифференциатора 14 линейную составляющую U(t) . Момент компенсации определяют по нулевому показанию детектора 26 выделения информации о наличии линейной составляющей. Отсюда получают условие равновесия

RoR к= — — —— ,СР,К,)

С, R6 — емкость конденсатора 24 и значение сопротивления резистора 22. где

Затем регулировкой резистора 19 компенсируют постоянную составляющую напряжения U(t) по нулевому показанию нуль — индикатора 25.

Получают

КОК2К %

К = — —---% 4

rye R4 H R.< — значение сопротивлений резисторов 17 и 19.

Поскольку объект 6 измерения включен в цепь обратной связи операционного усилителя 5, то при замкнутом ключе 3 напряжение на выходе операционного усилителя 5 определено выражением е p+8

u (t) = — -К вЂ” — — — х вых г р Р +о

1 х

К + К о вью.г где Rs„„; выходное сопротивление ге1 нератора 1 прямоугольных импульсов.

Поскольку R легко может быть сделано значительно большим R то ьых Г выходное сопротивление R практиВЫХ,Г чески не оказывает влияния на результат измерения. В известном устройстве объект измерения включен во входную цепь операционного усилителя, что приводит к суммированию импеданса объекта измерения с выходным сопротивлением генератора прямоугольМомент установления напряжения

u(t), представляющего сумму постоянной и линейной составляющих, определяют по нулевому показанию детектора 16 определения линейности переходного напряжения, При этом получают условие квазиравновесия ных импульсов, а это, в свою очередь, оказывает влияние на переходный процесс и приводит к появлению существенных погрешностей.

Поскольку резисторы 7 и 10 имеют общую точку соединения, то, считая операционные усилители ll и 8 идеальными, получим

Е Р +1 1

))(Р) = — — К вЂ” — ——

P Р+М

R Sb1x °

1 в ()

Ко .

К1К

R выл R + К

К1 Rг х — — — (Р+- — - — — ) d

КоR С К,R

Погрешность измерения последовательного сопротивления, например, в

45 случае измеряемого двухполюсника, состоящего из последовательно включенных резистора и параллельно вклю-. ченных резистора и емкости при наличии последовательного сопротивления, что часто встречается на практике, может достигать десятков и даже сотен процентов при измерениИ, проводимом с помощью известного устройства.

При использовании предлагаемого устройства значение последовательного сопротивления может быть измерено с точностью до процента. Данное техгде Квых 5 в выходное сопротивление

20 операционного усилителя 5.

Отсюда следует, что R ь, не вносит

ЬЬ1 Х. 5 погрешностей при измерении 1х, и мало влияет на результат измерения прН К IIRz» R вых в °

25 ет место на практике.

Кроме. повышения точности, применение параллельно включенных операционных усилителей 11 и 8 позволяет использовать в предлагаемом мостовом устройстве только регулируемые резисторы.

Введение двух операционных усилителей, сумматора, трех резисторов позволяет повысить точность измерения параметров трехэлементных нере35 эонансных двухполюсников за счет уменьшения влияния на переходный процесс выходного сопротивления блоков, входящих в состав мостового устройства. Подобные измерения необходимы

40 в электрохимии, влагометрии автоматике, телемеханике и т.д.

5 1219970 ническое решение повысит производи- ре тельность труда за счет более высо- со кой скорости измерений и исключения ты процесса утомительного поочередного то уравновешивания . 5 оп нциатор, вход и выход которого единены между собой через контаквторого ключа, выход дифференциа" ра соединен с входом детектора ределения линейности переходного напряжения и с вторым входом дифференциального усилителя, вторые входы трех операционных усилителей соединены с общей шиной, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, введены четвертый и пятый операционные усилители, второй сумматор, третий резистор, третий и четвертый регулируемые резисторы, второй койденсатор, причем выход интегратора соединен с вторым выводом первого резистора, первый вход первого операционного усилителя соединен с первой клеммой для подключения объекта измерения, выход первого операционного усилителя соединен с второй клемГ мой для подключения" объекта измерения, через третий регулируемый резистор — с первым входом четвертого операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен второй конденсатор, через третий резистор - с первым входом пятого операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен четвертый регулируемй резистор, выходы четвертого и пятого операционных усилителей соединены с соответствующими входами сумматора выход которого соединен с входомдифференциатора,вторые входы четвертого ипятого операционныхусилителей соединены с общей шиной.

Формула изобретения

Мост для измерения параметров трехэлементных нереэонансных двухполюс- 19 ников, содержащий клеммы для подключения объекта измерения, первый резистор, первый вывод которого соединен с первым входом первого операционного усилителя, генератор прямоуголь- 15 нык импульсов, выход которого соединен непосредственно с входом интегратора, соединенного своим входом с выходом через контакты ключа, через второй резистор — с первым входом вто-20 рого операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен первый регулируемый резистор, через второй регулируемай резистор — с первым входом третьего опера- F5 ционного усилителя, в цепь отрица" тельной обратной связи которого включен конденсатор и непосредственно— с первым входом детектора выделения .информации о наличии линейной состав- 1О ,ляющей, выходы второго и третьего операционных усилителей соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого подключен к одному из входов дифференциального усилителя, выход которого подключен к входу нуль-индикатора и к второму входу детектора выделения информации о наличии линейной составляющей, диффеВНИИПИ . Заказ 1318/52

Тираж 728 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4