Мостовой измеритель параметров трехэлементных пассивных двухполюсников

 

Изобретение относится к области измерения физических величин, в частности к измерителям параметров двухполюсников. Цель изобретения - уменьшение веса и габаритов. Измеритель содержит генератор 1 импульсов прямоугольной, линейно изменяющейся и квадратичной формы, электрический мост 2 и индикатор 4 равновесия. Первую ветвь моста образуют последовательно включенные объект 3 измерения, включающий в себя последовательно соединенные резистор 5 и индуктивную катушку 6, параллельно которым подключен конденсатор 7, и резистор 8, общий вывод индуктивной катушки 6 и резистора 8 образуют первую вершину измерительной диагонали моста. Вторая ветвь моста состоит из последовательно соединенных резисторов 9, 10 и 11, параллельно резистору 11 включена индуктивная катушка 12, параллельно-последовательно соединенным резисторам 9 и 10 подключены параллельно соединенные конденсатор 13 и резистор 14. Измеритель позволяет использовать при измерении параметров объектов в качестве уравновешивающих образцовых элементов только регулируемые резисторы. 2 ил.

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники, промышленной электроники и может быть использовано для измерения параметров объектов с двухполюсной схемой замещения, а также физических величин посредством параметрических датчиков, включаемых в мостовую цепь.

Известен электрический мост (см. а.с. N 998967, бюл. N 7, 1983 г.), содержащий последовательно соединенные генератор питающих импульсов, мостовую цепь и индикатор равновесия.

Недостатком его является отсутствие возможности измерять параметры трехэлементных двухполюсников, содержащих разнородные реактивные элементы (индуктивности, емкости).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа мостовой измеритель параметров трехэлементных пассивных двухполюсников (см. а.с. N 945805, бюл. N 27, 1982 г.), содержащий генератор импульсов сложной формы, объект измерения, состоящий из последовательно соединенных первого резистора и первой индуктивности катушки, параллельно которым включена первая емкость, второй резистор и второй конденсатор в плечах отношения разных ветвей электрического моста, причем второй резистор включен в ветвь объекта измерения, а второй конденсатор - в ветвь плеча сравнения, индикатор равновесия, подсоединенный к измерительной диагонали электрического моста, плечо сравнения, состоящее из параллельно соединенных третьего резистора и второй индуктивной катушки, последовательно с которыми включены четвертый резистор и третий конденсатор, причем общий вывод первого и второго резисторов и первого конденсатора образует первую вершину измерительной диагонали моста, а общий вывод второго и третьего конденсаторов - вторую вершину измерительной диагонали электрического моста.

Недостатком данного мостового измерителя является необходимость добиваться равновесия моста разнотипными элементами: резистором, конденсатором и индуктивной катушкой.

Технической задачей изобретения является уменьшение веса и габаритов при измерении параметров объектов с трехэлементной схемой замещения, содержащей разнородные реактивные элементы, за счет использования в качестве уравновешивающих образцовых элементов только регулируемых резисторов.

Данная техническая задача решается тем, что в мостовом измерителе параметров трехэлементных пассивных двухполюсников, содержащем генератор импульсов сложной формы, подключенный выходами к диагонали питания электрического моста, объект измерения, состоящий из последовательно соединенных первого резистора, первый вывод которого образует первую вершину диагонали питания электрического моста, и первой индуктивной катушки, параллельно которым включен первый конденсатор, второй резистор, включенный последовательно с объектом измерения в первую ветвь электрического моста, другой вывод которого образует вторую вершину диагонали питания электрического моста, индикатор равновесия, первый и второй входы которого подсоединены к измерительной диагонали электрического моста, первую вершину которой образует общий вывод первой индуктивной катушки и второго резистора, вторая ветвь электрического моста содержит второй конденсатор, первый вывод которого соединен с первой вершиной диагонали питания электрического моста, параллельно соединенные третий резистор и вторую индуктивную катушку, первый общий вывод которых подключен к первому выводу четвертого резистора, а второй общий вывод соединен с второй вершиной диагонали питания электрического моста, во вторую ветвь электрического моста введены пятый и шестой резисторы, первые выводы которых соединены с первым выводом второго конденсатора, второй вывод пятого резистора подключен ко второму выводу четвертого резистора и соединен с второй вершиной измерительной диагонали электрического моста, вторые выводы второго конденсатора и шестого резистора соединены с первым выводом четвертого резистора, третий вход индикатора равновесия соединен с выходом синхронизации генератора импульсов сложной формы, а четвертый вход индикатора равновесия соединен с общей шиной мостового измерителя и с второй вершиной диагонали питания электрического моста.

В заявленной совокупности отличительные признаки проявили новое свойство, заключающееся в уменьшении веса и габаритов при измерении параметров объектов с трехэлементной схемой замещения, содержащей разнородные реактивные элементы, за счет использования в качестве уравновешивающих образцовых элементов только регулируемых резисторов. Решений, имеющих признаки, сходные с признаками, отличающими заявленное устройство от прототипа, не обнаружено. Достижение такого эффекта не вытекает из известных в технической литературе решений. Предложенный мостовой измеритель соответствует необходимому изобретательскому уровню и может быть использован при измерении параметров любых объектов, которые можно представить трехэлементной схемой замещения, содержащей резисторы, конденсаторы и индуктивные катушки.

На фиг. 1 представлена функциональная схема мостового измерителя параметров трехэлементных пассивных двухполюсников.

Мостовой измеритель параметров трехэлементных двухполюсников (фиг. 1) содержит генератор 1 импульсов сложной формы, электрический мост 2 с объектом 3 измерения и индикатор равновесия 4. Объект 3 измерения, состоящий из последовательно соединенных резистора 5 (R1) и индуктивной катушки 6 (L1), параллельно которым включен конденсатор 7 (C1), и последовательно соединенный с объектом 3 измерения резистор 8 (R2) образуют первую ветвь электрического моста 2. Вторую ветвь электрического моста 2 образуют последовательно соединенные резисторы 9 (R3), 10 (R4) и 11 (R5), причем параллельно резистору 11 включена индуктивная катушка 12 (L2), а параллельно последовательно соединенным резисторам 9 и 10 включены конденсатор 13 (C2) и резистор 14 (R6), соединенные параллельно. Общий вывод объекта измерения и резистора 9 образует первую вершину диагонали питания электрического моста 2. Вторую вершину диагонали питания, подключенную к общей шине мостового измерителя, образует общий вывод резисторов 8, 11 и индуктивной катушки 12. Выходы электрического моста 2, образованные общим выводом резистора 8 и объекта 3 измерения, а также общим выводом резисторов 9 и 10, соединены с двумя входами индикатора 4 равновесия. Два выхода генератора 1 импульсов сложной формы соединены с двумя вершинами диагонали питания электрического моста 2. Третий вход индикатора 4 равновесия соединен с выходом синхронизации генератора 1 импульсов, а четвертый вход - с общей шиной.

Генератор 1 импульсов сложной формы вырабатывает три вида импульсов: импульсы прямоугольной, линейно изменяющейся и квадратичной формы. Для этого он может быть выполнен в виде совокупности трех формирователей (см. фиг. 2): формирователя 15 прямоугольных импульсов (ФПИ), формирователя 16 линейно изменяющихся импульсов (ФЛИН) и формирователя 17 квадратичных импульсов (ФКИ), которые с помощью коммутатора 18 подключаются или через усилитель мощности в виде эмиттерного повторителя (на фиг. 2 не показан), или непосредственно к выходу генератора 1, вторым выходом которого является общая шина всех формирователей. В качестве коммутатора 18 выбран переключатель типа ПР2-10П1НВР(К).

Формирователь 15 прямоугольных импульсов выполнен на основе заторможенного мультивибратора на операционном усилителе (ОУ) (см. Проектирование радиоэлектронных устройств на интегральных микросхемах //Под ред. С.Я.Шаца. М.: Советское радио, 1976, с. 154, 155). Формирователь импульсов линейно изменяющегося напряжения (ЛИН) построен на основе последовательно включенных заторможенного мультивибратора на ОУ (см. Фролкин В.Т., Попов Л.Н. Импульсные устройства. М.: Советское радио, 1980, с. 216, 217) и генератора ЛИН на ОУ (см. там же, с. 254, 255). Формирователь 16 квадратичных импульсов выполнен на последовательно соединенных упомянутых выше заторможенном мультивибраторе, генераторе ЛИН (см. там же, с. 216, 217 и с. 254, 255) и интеграторе на ОУ (см. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. М.: Мир, 1983. Т. 1, с. 408, 409, рис. 6.55). Выход заторможенного мультивибратора здесь подключен также к выводу "Сброс" интегратора. В качестве индикатора 4 равновесия можно использовать осциллограф.

В генератор 1 входит каскад синхронизации (на фиг. 1 и 2 не показан), который построен на основе автоколебательного мультивибратора по а.с. N 517992, бюл. N 2, 1976. Один выход его соединен с входами формирователей прямоугольных, линейно изменяющихся, квадратичных импульсов, а другой образует выход синхронизации генератора (третий выход).

Мостовой измеритель работает следующим образом. В исходном состоянии напряжения на входе и выходе моста равны нулю. Вначале подаем на мост прямоугольные импульсы генератора 1. При воздействии очередного прямоугольного импульса в установившемся режиме в ветвях моста устанавливаются неизменяющиеся напряжения. Напряжение неравновесия зависит только от значения сопротивления резисторов 5, 8, 9 и 10. Однократной регулировкой значения сопротивления уравновешивающего резистора 10 приводят плоскую вершину сигнала неравновесия к нулю и тем самым выполняют первое условие равновесия. Равновесие моста здесь и далее отмечают по индикатору равновесия 4. Далее подают на мост импульсы линейно изменяющегося напряжения с генератора 1. При воздействии очередного такого импульса в измерительной диагонали моста после окончания переходного процесса устанавливается импульсный сигнал с плоской вершиной, которая зависит с учетом выполнения первого условия равновесия от значений сопротивления только одного уравновешивающего резистора 14. Однократной регулировкой его приводят плоскую вершину сигнала неравновесия к нулю и выполняют второе условие равновесия. После этого на мосту подаются импульсы квадратичной формы с генератора 1. При поступлении очередного импульса этой формы в измерительной диагонали моста после окончания переходного процесса устанавливается импульсный сигнал с плоской вершиной, которая зависит с учетом выполнения первых двух условий равновесия от значения сопротивления третьего уравновешивающего резистора 11. Однократной его регулировкой приводят плоскую вершину сигнала неравновесия к нулю и выполняют третье условие равновесия.

Отсчет искомых значений величин берется из выражений, полученных на основе условий равновесия: После трех уравновешиваний в измерительной диагонали остаются короткие экспоненциальные всплески, поэтому мостовую цепь можно считать квазиуравновешенной.

Таким образом, данный мостовой измеритель позволяет уменьшить вес и габариты при измерении параметров объектов с трехэлементной схемой замещения с разнородными реактивными элементами за счет использования в качестве регулируемых уравновешивающих образцовых элементов только переменных активных сопротивлений. Уравновешивание моста раздельное, что перспективно для автоматических измерений. При этом если в прототипе уравновешивание должно выполняться тремя регулируемыми элементами, то в предлагаемом изобретении - только тремя переменными резисторами 10, 14 и 11. Кроме того выполнение второй ветви электрического моста 2 в виде предложенной на фиг. 1 конфигурации элементов 9 - 14 позволяет использовать ее для измерения параметров других трехэлементных пассивных двухполюсников с разнородными реактивными элементами.

Формула изобретения

Мостовой измеритель параметров трехэлементных пассивных двухполюсников, содержащий генератор импульсов сложной формы, подключенный выходами к диагонали питания электрического моста, объект измерения, состоящий из последовательно соединенных первого резистора, первый вывод которого образует первую вершину диагонали питания электрического моста, и первой индуктивной катушки, параллельно которым включен первый конденсатор, второй резистор, включенный последовательно с объектом измерения в первую ветвь электрического моста, другой вывод которого образует вторую вершину диагонали питания электрического моста, индикатор равновесия, первый и второй входы которого подсоединены к измерительной диагонали электрического моста, первую вершину которой образует общий вывод первой индуктивной катушки и второго резистора, вторая ветвь электрического моста содержит второй конденсатор, первый вывод которого соединен с первой вершиной диагонали питания электрического моста, параллельно соединенные третий резистор и вторую индуктивную катушку, первый общий вывод которых подключен к первому выводу четвертого резистора, а второй общий вывод соединен с второй вершиной диагонали питания электрического моста, отличающийся тем, что во вторую ветвь электрического моста введены пятый и шестой резисторы, первые выводы которых соединены с первым выводом второго конденсатора, второй вывод пятого резистора подключен к второму выводу четвертого резистора и соединен с второй вершиной измерительной диагонали электрического моста, вторые выводы второго конденсатора и шестого резистора соединены с первым выводом четвертого резистора, третий вход индикатора равновесия соединен с выходом синхронизации генератора импульсов сложной формы, а четвертый вход индикатора равновесия соединен с общей шиной мостового измерителя и с второй вершиной диагонали питания электрического моста.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2