Измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников

Авторы патента:

G01R17/00 - Измерительные приборы, в которых осуществляется сравнение с эталонной величиной, например мостового типа

Владельцы патента RU 2575765:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, к технике измерения параметров объектов в виде пассивных двухполюсников, имеющих многоэлементную схему замещения. В устройство, которое содержит генератор прямоугольных импульсов напряжения, n последовательно включенных инвертирующих интеграторов, формирующих импульсы напряжения, изменяющегося по закону первой, второй и т. д. n-й степени, дифференциальный преобразователь «ток-напряжение», (n + 1) регулируемых резисторов, один из выводов каждого из них соединен с выходом генератора импульсов и выходами интеграторов соответственно, (n + 1) аналоговых коммутаторов, входы которых подключены к свободным выводам регулируемых резисторов, выходы коммутаторов соединены с входами дифференциального преобразователя «ток-напряжение», n-каскадный дифференциатор на дифференцирующих RC-звеньях, вход первого звена подключен к выходу преобразователя «ток-напряжение»; (n + 1) нуль-индикаторов (НИ), входы каждого из них соединены соответственно с выходами n-го RC-звена дифференциатора, (n - 1)-го RC-звена и т. д., с выходом дифференциального преобразователя «ток-напряжение», дополнительно введен преобразователь «напряжение-ток» на операционном усилителе с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению и цепью отрицательной обратной связи по току, вход преобразователя подключен к выходу (n - 1)-го интегратора, а выход - к первому полюсу двухполюсника объекта измерения, второй полюс которого заземлен, и к входу повторителя напряжения, в выходную цепь которого включен образцовый резистор, соединенный вторым выводом с одним из входов дифференциального преобразователя «ток-напряжение». Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства при измерении параметров двухполюсников с емкостным элементом в разрыве цепи между полюсами. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, к технике измерения параметров объектов в виде пассивных двухполюсников с сосредоточенными параметрами, имеющих многоэлементную схему замещения.

Известен измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников (патент РФ № 2144195, G01R 17/10), выполненный в виде четырехплечего электрического моста, в котором для питания используется формирователь импульсов напряжения кубичной формы. В измерительную диагональ моста включены входы дифференциального усилителя, а к выходу дифференциального усилителя подключены последовательно соединенные три дифференциатора. Выходы дифференциаторов, а также выход дифференциального усилителя подключены к входам нуль-индикатора. Уравновешивание моста осуществляют после окончания переходных процессов в его цепях, последовательно приводя к нулевому значению напряжения на выходах сначала третьего, затем второго и первого дифференциаторов и, наконец, дифференциального усилителя. Недостатками этого мостового измерителя являются:

1) Сложная схема ветви с многоэлементным двухполюсником отношения и многоэлементным уравновешивающим двухполюсником, в состав которого входят регулируемые резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности.

2) Громоздкие аналитические выражения для вычисления параметров элементов измеряемого двухполюсника.

3) Узкие пределы допустимых значений измеряемых параметров.

4) Ограниченный набор вариантов многоэлементных двухполюсников, для которых обеспечиваются условия уравновешивания при конкретной конфигурации мостовой схемы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников (патент РФ № 2466412, G01R 17/00), содержащий формирователь импульса напряжения, имеющего форму функции n-й степени времени, в состав которого входят генератор прямоугольных импульсов и n последовательно соединенных инвертирующих интеграторов, дифференциальный измерительный преобразователь разности токов в напряжение, n-каскадный дифференциатор на дифференцирующих RC-звеньях, вход первого дифференцирующего RC-звена подключен к выходу преобразователя; микропроцессорный контроллер (МПК) с (n+1) измерительными каналами, подключенными к выходам дифференциатора и преобразователя, (n + 1) аналоговых коммутаторов, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами МПК, (n + 1) резисторов переменного дискретно регулируемого сопротивления, включенных между выходами генератора импульсов и интеграторов, с одной стороны, и входами аналоговых коммутаторов, с другой, выходы коммутаторов соединены с входами преобразователя разности токов в напряжение. Если в выражении для комплексной проводимости

$Y (p) = \frac{b_{0} + b_{1} p + b_{2} p^{2} + b_{3} p^{3}}{a_{0} + a_{1} p + a_{2} p^{2} + a_{3} p^{3}}$

значения a₀ и b₀ не равны нулю, импульсы выходного напряжения n-го интегратора, изменяющиеся по закону функции n-й степени, возбуждают в двухполюснике объекта измерения импульсы токов с показателями степени от n до нуля, что позволяет определить (n + 1) Y-параметров с индексами от нуля до n.

Недостатком этого устройства является уменьшение по меньшей мере на единицу числа измеряемых параметров емкостных датчиков, в схеме замещения которых в разрыве цепи между полюсами включен емкостной элемент, по сравнению с измерением параметров двухполюсников с конечным (не нулевым и не бесконечным) сопротивлением на постоянном токе, потому что в формуле проводимости Y(p) в этом случае b₀ = 0 и параметр Y₀ тождественно равен нулю, т. е. не содержит информации ни об одном элементе двухполюсника. Следовательно, потребуется повышать степень тестового импульса напряжения, что усложняет аппаратуру. К тому же, увеличиваются погрешности измерений, так как уровень сигналов с каждым последующим параметром снижается примерно на порядок.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в расширении функциональных возможностей измерителя параметров двухполюсников, содержащих емкостный элемент в разрыве цепи между полюсами, и уменьшении погрешностей измерения.

Технический результат достигается тем, что в измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников, содержащий генератор прямоугольных импульсов напряжения, n последовательно включенных инвертирующих интеграторов, в состав каждого из которых входят операционный усилитель (ОУ), резистор в цепи инвертирующего входа ОУ, параллельно включенные конденсатор и разрядный ключ в цепи обратной связи ОУ, дифференциальный преобразователь «ток-напряжение» на последовательно соединенных (n + 1)-м и (n + 2)-м операционных усилителях с параллельной отрицательной обратной связью, первый и второй входы преобразователя соединены с инвертирующими входами (n + 1)-го и (n + 2)-го ОУ соответственно, (n + 1) регулируемых резисторов, один из выводов каждого из них соединен с выходом генератора импульсов и выходами интеграторов соответственно, (n + 1) аналоговых коммутаторов, входы которых подключены к свободным выводам регулируемых резисторов, выходы коммутаторов соединены с входами преобразователя «ток-напряжение», n-каскадный дифференциатор на последовательно соединенных дифференцирующих RC-звеньях, вход первого звена подключен к выходу преобразователя «ток-напряжение»; (n + 1) нуль-индикаторов (НИ), вход первого из них соединен с выходом последнего, n-го RC-звена, вход второго НИ - с выходом (n - 1)-го RC-звена и т. д., вход (n + 1)-го НИ соединен с выходом преобразователя «ток-напряжение»; микроконтроллер, выход синхронизации которого соединен с входом синхронизации генератора импульсов, дополнительно введены преобразователь «напряжение-ток» на (n + 3)-м операционном усилителе с двумя резисторами в цепи параллельной отрицательной обратной связи по напряжению и опорным резистором, первым повторителем напряжения на (n + 4)-м операционном усилителе и резисторным делителем - в цепи отрицательной обратной связи по току, второй повторитель напряжения на (n + 5)-м операционном усилителе, вход которого подключен к общей точке соединения выхода преобразователя «напряжение-ток» и первого полюса двухполюсника объекта измерения, и образцовый резистор, один из выводов которого объединен с выходом второго повторителя напряжения, а другой - с входом преобразователя «ток-напряжение». Второй полюс двухполюсника объекта измерения заземлен.

Сущность изобретения поясняется на примере измерителя параметров пятиэлементных двухполюсников. Схема устройства приведена на фиг. 1.

Устройство содержит генератор 1 прямоугольных импульсов напряжения (ГПИ), четыре последовательно включенных инвертирующих интегратора, в состав каждого из которых входят операционный усилитель (ОУ) 2, 3, 4 или 5, резистор 6, 7, 8 или 9 и конденсатор 10, 11, 12 или 13, а также разрядный ключ 14, 15, 16 или 17 соответственно, дифференциальный преобразователь «ток-напряжение», построенный на пятом и шестом операционных усилителях 18 и 19, в цепи обратной связи каждого из них включен резистор 20 и 21 соответственно, а между выходом ОУ 18 и входом ОУ 19 - резистор 22, к первому и второму входам преобразователя «ток-напряжение» подключены выходы коммутаторов 23, 24, 25, 26 и 27, входы которых соединены с регулируемыми резисторами 28, 29, 30, 31 и 32, а вторые выводы упомянутых резисторов подключены к выходам генератора 1, первого ОУ 2, второго ОУ 3, третьего ОУ 4 и четвертого ОУ 5 соответственно. К выходу преобразователя «ток-напряжение» подключен вход четырехкаскадного дифференциатора, построенного на дифференцирующих RC-звеньях: конденсаторах 33, 34, 35 и 36 и резисторах 37, 38, 39 и 40. Выходы дифференциатора соединены с входами нуль-индикаторов (НИ): общий вывод конденсатора 36 и резистора 40 - с входом первого НИ 41, общий вывод конденсатора 35 и резистора 39 - с входом второго НИ 42, общий вывод конденсатора 34 и резистора 38 - с входом третьего НИ 43, общий вывод конденсатора 33 и резистора 37 - с входом четвертого НИ 44, вход пятого НИ 45 подключен к выходу преобразователя «ток-напряжение». Вход сигнала синхронизации генератора 1 соединен с выходом синхронизации микроконтроллера 46.

В схему устройства дополнительно введены преобразователь «напряжение-ток» на седьмом операционном усилителе 47, охваченном двумя видами обратной связи: по напряжению цепью, состоящей из резисторов 48 и 49, и по току - цепью, содержащей опорный резистор 50, первый повторитель напряжения на восьмом операционном усилителе 51 и резисторный делитель 52-53; второй повторитель напряжения на девятом ОУ 54, вход которого подключен к выходу преобразователя «напряжение-ток», а выход - к первому выводу образцового резистора 55, второй вывод последнего соединен с одним из входов преобразователя «ток-напряжение». В качестве примера схема замещения пятиэлементного двухполюсника объекта измерения содержит три последовательно соединенных емкостных элемента 56, 57 и 58, а также два резистивных элемента 59 и 60, причем один вывод элемента 59 подключен к общему контакту элементов 56 и 57, а второй вывод элемента 59 - к заземленному контакту элемента 58, также один вывод элемента 60 подключен к общему контакту элементов 57 и 58, а второй вывод элемента 60 - к заземленному контакту элемента 58.

Устройство работает следующим образом. Генератор 1 вырабатывает прямоугольные импульсы напряжения длительностью t_и с амплитудой U₀. На выходе первого интегратора (ОУ 2) формируются импульсы линейно изменяющегося напряжения с амплитудой

$U_{1} = \frac{U_{0} t_{и}}{T_{1}}, (1)$

где T₁ = R₆C₁₀ - постоянная времени первого интегратора.

На выходе второго интегратора (ОУ 3) вырабатываются импульсы квадратичной формы с амплитудой

$U_{2} = \frac{U_{0} t_{и}^{2}}{2 T_{1} T_{2}}, (2)$

где T₂ = R₇C₁₁ - постоянная времени второго интегратора.

Третий интегратор формирует на выходе ОУ 4 импульсы кубичной формы с амплитудой

$U_{3} = \frac{U_{0} t_{и}^{3}}{6 T_{1} T_{2} T_{3}}, (3)$

где T₃ = R₈C₁₂ - постоянная времени третьего интегратора.

Четвертый интегратор вырабатывает на выходе ОУ 5 импульсы напряжения, имеющие форму функции четвертой степени времени и амплитуду, равную

$U_{4} = \frac{U_{0} t_{и}^{4}}{24 T_{1} T_{2} T_{3} T_{4}}, (4)$

где T₄ = R₉C₁₃ - постоянная времени четвертого интегратора.

Для возбуждения двухполюсника C₅₆-C₅₇-C₅₈-R₅₉-R₆₀ используются импульсы тока кубичной формы

$i (t) = \frac{I_{m} t^{3}}{t_{и}^{3}},$

которые формирует преобразователь «напряжение-ток» из выходного напряжения третьего интегратора

$i (t) = \frac{G U_{3} t^{3}}{t_{и}^{3}} = \frac{G U_{0} t^{3}}{6 T_{1} T_{2} T_{3}} .$

Здесь G - проводимость прямой передачи преобразователя. Она определяется элементами схемы. При попарном равенстве сопротивлений R₅₂ = R₄₈, R₅₃ = R₄₉ величина G равна

$G = - \frac{R_{49}}{R_{48} R_{50}} .$

Следовательно, амплитуда тока двухполюсника будет равна

$I_{m} = G U_{3} = \frac{G U_{0} t {}_{и}^{3}}{6 \cdot T_{1} T_{2} T_{3}} . (5)$

Операторное изображение комплексного сопротивления двухполюсника, содержащего емкостной элемент 56 в разрыве цепи между полюсами, не содержит в знаменателе свободного члена

$Z (p) = \frac{1 + p [R_{59} C_{56} + (R_{59} + R_{60}) C_{57} + R_{60} C_{58}] + p^{2} R_{59} R_{60} (C_{56} C_{57} + C_{56} C_{58} + C_{57} C_{58})}{p C_{56} + p^{2} [(R_{59} + R_{60}) C_{56} C_{57} + R_{60} C_{56} C_{58}] + p^{3} R_{59} R_{60} C_{56} C_{57} C_{58}}$

Если вынести из знаменателя оператор p, полученное выражение содержит произведение оператора 1/р, что соответствует дополнительной операции интегрирования тестового сигнала, и модифицированного операторного изображения комплексного сопротивления двухполюсника:

$Z (p) = \frac{1}{p} \cdot \frac{1 + p [R_{59} C_{56} + (R_{59} + R_{60}) C_{57} + R_{60} C_{58}] + p^{2} R_{59} R_{60} (C_{56} C_{57} + C_{56} C_{58} + C_{57} C_{58})}{C_{56} + p [(R_{59} + R_{60}) C_{56} C_{57} + R_{60} C_{56} C_{58}] + p^{2} R_{59} R_{60} C_{56} C_{57} C_{58}}$

Поэтому реакция двухполюсника на кубический импульс тока будет содержать импульсы напряжения на двухполюснике не только 3-й, 2-й, 1-й и нулевой степени, но и составляющую 4-й степени:

$u_{д п} (t) = \frac{Z_{- 1} I_{m} t^{4}}{4 t_{и}^{3}} + \frac{Z_{0} I_{m} t^{3}}{t_{и}^{3}} + \frac{3 \cdot Z_{1} I_{m} t^{2}}{t_{и}^{3}} + \frac{6 \cdot Z_{2} I_{m} t}{t_{и}^{3}} + \frac{6 \cdot Z_{3} I_{m}}{t_{и}^{3}} (6)$

Амплитуды всех пяти составляющих импульсов напряжения на двухполюснике определяются обобщенными параметрами сопротивления двухполюсника (Z-параметрами). В частности, у рассматриваемого в качестве примера пятиэлементного двухполюсника C₅₆-C₅₇-C₅₈-R₅₉-R₆₀ эти параметры равны

$Z_{- 1} = \frac{1}{C_{56}};$ $Z_{0} = R_{59};$ $Z_{1} = - R_{59}^{2} C_{57};$ $Z_{2} = R_{59}^{2} (R_{59} + R_{60}) C_{57}^{2};$ $Z_{3} = - R_{59}^{2} C_{57}^{2} [{(R_{59} + R_{60})}^{2} C_{57} + R_{59}^{2} C_{58}]$

Измерив амплитуды всех пяти составляющих напряжения (6), можно вычислить значения Z-параметров, а затем и электрические величины - емкости С₅₆, С₅₇ и С₅₈ и сопротивления R₅₉ и R₆₀. Измерения Z-параметров осуществляют путем уравновешивания всех составляющих тока, создаваемого напряжением (6) через образцовый резистор 55, импульсами токов, имеющих форму степенных функций с показателями степени от четвертой до нулевой. Сначала уравновешивают токи старшей, четвертой, степени. Амплитуда импульса тока двухполюсника I₄ определяется амплитудой импульса напряжения (6) такой же формы U_{дп 4}:

$I_{4} = \frac{U_{д п .4}}{R_{55}} = \frac{Z_{- 1} I_{m} t_{и}}{4 \cdot R_{55}} = \frac{Z_{- 1} G U_{0} t_{и}^{4}}{24 \cdot T_{1} T_{2} T_{3} R_{55}} (7)$

Амплитуда уравновешивающего тока 4-й степени регулируется резистором 32:

$I_{у р 4} = \frac{U_{4}}{R_{32}} = \frac{U_{0} t {}_{и}^{4}}{24 \times T_{1} T_{2} T_{3} T_{4} R_{32}} (8)$

Выходное напряжение преобразователя «ток-напряжение» u_ПНТ на выходе ОУ 19 пропорционально разности входных токов I_{вх 1} и I_{вх 2}. При равенстве сопротивлений резисторов 20 и 22 напряжение u_ПНТ = (I_{вх 1} - I_{вх 2})R₂₁. При достижение равенства токов (7) и (8) напряжение импульса с плоской вершиной на выходе четвертого каскада дифференциатора после окончания переходного процесса в двухполюснике становится равным нулю, что контролируется первым нуль-индикатором 41. Условие равновесия имеет вид

$\frac{Z_{- 1} G}{R_{55}} = \frac{1}{T_{4} R_{32}}$

откуда находят значение параметра Z_-1:

$Z_{- 1} = \frac{R_{55}}{G T_{4} R_{32}} . (9)$

Затем осуществляют уравновешивание импульсов токов кубической формы. Амплитуда тока I₃ двухполюсника зависит от кубической составляющей импульса напряжения на двухполюснике U_{дп 3}:

$I_{3} = \frac{U_{д п .3}}{R_{55}} = \frac{Z_{0} I_{m}}{R_{55}} = \frac{Z_{0} G U_{0} t_{и}^{3}}{6 \cdot T_{1} T_{2} T_{3} R_{55}} (10)$

Амплитуда уравновешивающего тока регулируется резистором 31:

$I_{у р 3} = \frac{U_{3}}{R_{31}} = \frac{U_{0} t {}_{и}^{3}}{6 \cdot T_{1} T_{2} T_{3} R_{31}} (11)$

Условие равновесия имеет вид

$\frac{Z_{0} G}{R_{55}} = \frac{1}{R_{31}}$

откуда находят значение параметра Z₀:

$Z_{0} = \frac{R_{55}}{G R_{31}} . (12)$

На третьем этапе выполняют уравновешивание импульсов токов квадратичной формы. Амплитуда тока I₂ двухполюсника зависит от квадратичной составляющей импульса напряжения на двухполюснике U_{дп 2}:

$I_{2} = \frac{U_{д п .2}}{R_{55}} = \frac{Z_{1} G U_{0} t_{и}^{2}}{2 \cdot T_{1} T_{2} T_{3} R_{55}} (13)$

Амплитуда уравновешивающего тока регулируется резистором 30:

$I_{у р 2} = \frac{U_{2}}{R_{30}} = \frac{U_{0} t {}_{и}^{2}}{2 \cdot T_{1} T_{2} R_{30}} (14)$

Условие равновесия имеет вид

$\frac{Z_{1} G}{T_{3} R_{55}} = \frac{1}{R_{30}}$

откуда определяют значение параметра Z₁:

$Z_{1} = \frac{T_{3} R_{55}}{G R_{30}} . (15)$

На четвертом этапе выполняют уравновешивание импульсов токов линейной формы. Амплитуда тока I₁ двухполюсника определяется амплитудой линейной составляющей импульса напряжения на двухполюснике U_{дп 1}:

$I_{1} = \frac{U_{д п 1}}{R_{55}} = \frac{Z_{2} G U_{0} t_{и}}{T_{1} T_{2} T_{3} R_{55}} (16)$

Амплитуда уравновешивающего тока регулируется резистором 29:

$I_{у р 1} = \frac{U_{1}}{R_{29}} = \frac{U_{0} t_{и}}{T_{1} R_{29}} (17)$

Условие равновесия имеет вид

$\frac{Z_{2} G}{T_{2} T_{3} R_{55}} = \frac{1}{R_{29}}$

откуда находят значение параметра Z₂:

На пятом этапе выполняют уравновешивание импульсов постоянного тока. Амплитуда тока I₀ двухполюсника определяется амплитудой составляющей импульса напряжения на двухполюснике U_{дп 0}:

$I_{0} = \frac{U_{д п 0}}{R_{55}} = \frac{Z_{3} G U_{0}}{T_{1} T_{2} T_{3} R_{55}} (19)$

Амплитуда уравновешивающего тока регулируется резистором 28:

$I_{у р 0} = \frac{U_{0}}{R_{28}} (20)$

Условие равновесия имеет вид

$\frac{Z_{3} G}{T_{1} T_{2} T_{3} R_{55}} = \frac{1}{R_{28}}$

откуда определяют значение параметра Z₃:

$Z_{3} = \frac{T_{1} T_{2} T_{3} R_{55}}{G R_{28}} . (21)$

Другим примером пятиэлементного двухполюсника может служить объект, схема замещения которого представлена на фиг. 2. Пятиэлементный двухполюсник объекта измерения состоит из последовательно соединенных первого емкостного элемента 61, первого резистивного элемента 62 и индуктивного элемента 63, параллельно которому подключены второй резистивный элемент 64 и второй емкостной элемент 65. Первый полюс двухполюсника соединен с выходом преобразователя «напряжение-ток», второй полюс заземлен.

Операторное изображение комплексного сопротивления двухполюсника, содержащего емкостной элемент 61 в разрыве цепи между полюсами, не содержит в знаменателе свободного члена

$Z (p) = \frac{R_{64} + p (R_{62} R_{64} C_{61} + L_{63}) + p^{2} [(R_{62} + R_{64}) L_{63} C_{61} + R_{64} L_{63} C_{65}] + p^{3} R_{62} R_{64} L_{63} C_{61} C_{65}}{p R_{64} C_{61} + p^{2} L_{63} C_{61} + p^{3} R_{64} L_{63} C_{61} C_{65}}$

Модифицированное операторное изображение комплексного сопротивления двухполюсника имеет вид

$Z (p) = \frac{R_{64} + p (R_{62} R_{64} C_{61} + L_{63}) + p^{2} [(R_{62} + R_{64}) L_{63} C_{61} + R_{64} L_{63} C_{65}] + p^{3} R_{62} R_{64} L_{63} C_{61} C_{65}}{R_{64} C_{61} + p L_{63} C_{61} + p^{2} R_{64} L_{63} C_{61} C_{65}}$ И в этом случае реакция двухполюсника на кубический импульс тока будет содержать импульсы напряжения на двухполюснике не только 3-й, 2-й, 1-й и нулевой степени, но и составляющую 4-й степени:

$u_{дп} (t) = \frac{Z_{- 1} I_{m} t^{4}}{4 t_{и}^{3}} + \frac{Z_{0} I_{m} t^{3}}{t_{и}^{3}} + \frac{3 \cdot Z_{1} I_{m} t^{2}}{t_{и}^{3}} + \frac{6 \cdot Z_{2} I_{m} t}{t_{и}^{3}} + \frac{6 \cdot Z_{3} I_{m}}{t_{и}^{3}}$

Обобщенные параметры сопротивления двухполюсника (Z-параметры) равны

$Z_{- 1} = \frac{1}{C_{61}};$ $Z_{0} = R_{62};$ $Z_{1} = L_{63};$ $Z_{2} = - \frac{L_{63}^{2}}{R_{64}};$ $Z_{3} = \frac{L_{63}^{3}}{R_{64}^{2}} - L_{63}^{2} C_{65} .$

Как видно из приведенных примеров, для измерения пяти параметров двухполюсника с емкостным элементом в разрыве цепи между полюсами достаточно тестового импульса тока третьей степени, что свидетельствует об упрощении аппаратуры. Устройство обладает свойством раздельного уравновешивания. Формулы для вычисления параметров двухполюсника просты. Результаты измерений стабильны, так как определяются стабильностью резисторов и конденсаторов, входящих в состав интеграторов, и регулируемых резисторов. Оно пригодно и для измерения параметров двухполюсников общего вида с конечным, т. е. с ненулевым и небесконечным сопротивлением между полюсами на постоянном токе.

Источники информации

1. Патент РФ №2144195, G01R 17/10. Мостовой измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников / В.И. Иванов, Г.И. Передельский, опубл. 10.01.2000. Бюл. № 1.

2. Патент РФ №2466412, G01R 17/00. Измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников / В.И. Иванов, опубл. 10.06.2012. Бюл. №16. (Прототип).

3. Иванов, В.И. Применение обобщенных параметров измерительной цепи для идентификации многоэлементных двухполюсников / В.И. Иванов, В.С. Титов, Д.А. Голубов // Датчики и системы. - 2010. - №8. - С. 43-45.

4. Иванов В.И. Преобразование параметров многоэлементных RLC-двухполюсников с коротким замыканием и разрывом цепи между полюсами на постоянном токе / В.И. Иванов, В.С. Титов // Датчики и системы. 2014. №9. С. 26-32.

Измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников, содержащий генератор прямоугольных импульсов напряжения, n последовательно включенных инвертирующих интеграторов, в состав каждого из которых входят операционный усилитель (ОУ), резистор в цепи инвертирующего входа ОУ, параллельно включенные конденсатор и разрядный ключ в цепи обратной связи ОУ, дифференциальный преобразователь «ток-напряжение» на последовательно соединенных (n + 1)-м и (n + 2)-м операционных усилителях с параллельной отрицательной обратной связью, первый и второй входы преобразователя подключены к инвертирующим входам (n + 1)-го и (n + 2)-го ОУ соответственно, (n + 1) регулируемых резисторов, один из выводов каждого из них соединен с выходом генератора импульсов и выходами интеграторов соответственно, (n + 1) аналоговых коммутаторов, входы которых подключены к свободным выводам регулируемых резисторов, выходы коммутаторов соединены с входами преобразователя «ток-напряжение», n-каскадный дифференциатор на последовательно соединенных дифференцирующих RC-звеньях, вход первого звена подключен к выходу преобразователя «ток-напряжение»; (n + 1) нуль-индикаторов (НИ), вход первого из них соединен с выходом последнего, n-го RC-звена дифференциатора, вход второго НИ - с выходом (n - 1)-го RC-звена и т. д., вход (n + 1)-го НИ соединен с выходом преобразователя «ток-напряжение»; микроконтроллер, выход синхронизации которого соединен с входом синхронизации генератора импульсов, отличающийся тем, что в него дополнительно введены преобразователь «напряжение-ток» на (n + 3)-м операционном усилителе с двумя резисторами в цепи параллельной отрицательной обратной связи по напряжению и опорным резистором, первым повторителем напряжения на (n + 4)-м операционном усилителе и резисторным делителем - в цепи отрицательной обратной связи по току, второй повторитель напряжения на (n + 5)-м операционном усилителе, вход которого подключен к общей точке соединения выхода преобразователя «напряжение-ток» и первого полюса двухполюсника объекта измерения, а также образцовый резистор, один вывод которого соединен с выходом второго повторителя напряжения, а второй - с входом преобразователя «ток-напряжение»; второй полюс двухполюсника объекта измерения заземлен.

Предлагаемое изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении уровня диэлектрической жидкости в системах контроля и диагностики технических объектов, а также в системах измерения уровня заправки ракетно-космической техники компонентами топлива.

Устройство для измерения отношения напряжения мостовых датчиков // 2562000

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при обработке информации, получаемой при проведении многофакторных экспериментальных исследований.

Мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников // 2542640

Изобретение относится к области метрологии. Измеритель содержит генератор импульсов, мостовую цепь, нуль-индикатор.

Способ измерения вектора гармонического сигнала // 2528274

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может использоваться при измерениях пассивных и активных комплексных электрических величин. Способ состоит в том, что амплитуду А и начальный фазовый сдвиг φ0 вектора гармонического сигнала S(t) с известным периодом Т, действующего совместно с сигналами субгармонических помех Pm(t)=Amsin(2πt/Tm+φ0m), где m = 1, M ¯ , значения периодов Tm которых тоже известны и кратны Т, определяют по соотношениям: A=[(p')2+(p”)2]1/2 и φ0=arctg(p'/p”), где p', p” - проекции вектора сигнала S(t) на два ортогональных вектора опорных сигналов, а значения их измеряют путем частотозависимой дискретизации суммарного сигнала σ ( t ) = S ( t ) + ∑ m = 1 M P m ( t ) суммирования его дискретных отсчетов, производимых с помощью мгновенных импульсов, действующих в моменты времени, образующие соответственно для р' и для р” множества { t i ' } и { t i " } = { t i ' + Δ T } , где ΔТ=(2k±1)T/4, a k=0,1,2,…, которые формируют согласно условию: t i ' = t 0 + T ( i − 1 ± n i ⋅ H ) или t i ' = t 0 − T ( i − 1 ± n i ⋅ H ) , где t0 - произвольный начальный момент отсчета времени, Н - наименьшее общее кратное множества чисел {rm}, i = 1, H ¯ , ni=0,1,2,…, а значения проекций р' и р” получают по соотношениям: p ' = K ∑ i = 1 H σ ( t i ' ) , p " = K ∑ i = 1 H σ ( t i " ) , где K=1/H.

Мостовой измеритель параметров двухполюсников // 2527658

Изобретение относится к измерительной технике. Измеритель содержит генератор импульсов, нуль-индикатор, мостовую цепь.

Мостовой измеритель параметров двухполюсников // 2523772

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор питающих импульсов с изменением напряжения в течение их длительности пропорционально tn, где n при раздельном уравновешивании принимает значения 0, 1, 2 и 3, мостовую цепь и нуль-индикатор.

Мостовой измеритель параметров двухполюсников // 2499997

Изобретение относится к измерительной технике. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор, мостовую цепь и нуль-индикатор.

Мостовой измеритель параметров многоэлементных rlc двухполюсников // 2499263

Изобретение относится к измерительной технике. Мостовой измеритель параметров многоэлементных RLC двухполюсников содержит генератор импульсов напряжения, выход которого подключен ко входу четырехплечей мостовой цепи, первая ветвь которой состоит из последовательно включенных одиночного резистора в первом плече отношения и многоэлементного двухполюсника с уравновешивающими элементами в первом плече сравнения, а вторая ветвь - из одиночного резистора во втором плече отношения и одиночного резистора во втором плече сравнения, дифференциальный усилитель, входы которого соединены с выходом мостовой цепи, а выход подключен к n-каскадному дифференциатору, состоящему из n последовательно включенных дифференцирующих RC звеньев; нуль-индикатор; устройство управления, выход синхронизации которого соединен с входами синхронизации генератора импульсов и нуль-индикатора.

Измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников // 2495440

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, к области измерения параметров объектов, имеющих схемы замещения в виде многоэлементных пассивных двухполюсников.

Мостовой измеритель параметров двухполюсников // 2475764

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

Мостовой измеритель параметров двухполюсников // 2575794

Изобретение относится к метрологии, в частности к средствам измерения параметров двухполюсников. Измеритель содержит генератор, четырехплечую мостовую цепь и нуль-индикатор. Генератор состоит из четырех формирователей импульсов, блока синхронизации, коммутатора, усилителя мощности. Измерительный мост состоит из двух параллельных ветвей, в первую из которых включен объект измерения, многоэлементный двухполюсник, резисторы. Вторая ветвь содержит резисторы. Объект измерения состоит из двух резисторов, катушки индуктивности, конденсатора. Нуль-индикатор имеет дифференциальный вход, вход синхронизации, общая шина индикатора равновесия и генератора импульсов заземлена. В мост введены четыре дополнительных резистора. Первый дополнительный резистор включен в многоэлементном двухполюснике моста между выводом конденсатора и выводом катушки индуктивности, последовательно соединенные второй и третий дополнительные резисторы подключены между общим выводом резистора и катушки индуктивности в многоэлементном двухполюснике четырехплечей мостовой цепи и общим выводом одиночного резистора первой ветви и первым выводом выхода моста, четвертый дополнительный резистор включен параллельно цепи из последовательно соединенных второго и третьего дополнительных резисторов. Технический результат - повышение точности измерений. 1 ил.

Способ определения параметров двухполюсника // 2583879

Мостовой измеритель параметров двухполюсников // 2602997

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике, в частности, оно позволяет определять параметры четырехэлементных двухполюсников или параметры датчиков с четырехэлементной схемой замещения. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит генератор питающих импульсов, дополнительный конденсатор и интегратор. В первой ветви мостовой цепи дополнительный конденсатор включен параллельно имеющемуся первому резистору, общий вывод первого резистора, конденсатора и дополнительного конденсатора первой ветви моста соединен со свободным выводом одиночного резистора второй ветви, этот общий вывод заземлен, а общий вывод одиночного резистора первой ветви моста и второй клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения второй ветви соединен с первым выходом генератора питающих импульсов. Выход формирователя прямоугольных импульсов соединен не только с соответствующим входом коммутатора, но и со входом формирователя импульсов линейно изменяющегося напряжения, выход которого соединен не только с соответствующим входом коммутатора, но и со входом интегратора, выход которого соединен со входом формирователя кубичных импульсов, выход последнего соединен не только с соответствующим входом коммутатора, но и со входом формирователя импульсов с изменением напряжения по закону четвертой степени времени. Технический результат заключается в уменьшении погрешности измерения. 1 ил.

Устройство для измерения отношения напряжения мостовых датчиков // 2615167

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, в частности к мостовым схемам измерения. Устройство измерения отношения напряжения мостовых датчиков содержит рабочий (измерительный) мост 1, измерительная диагональ которого через последовательно соединенные усилитель 2, селектируемый пиковый детектор 3, запоминающую емкость 4, двуквадрантный генератор управляемой частоты 5 связана с диагональю питания моста 1. Выход генератора соединен также с выходом устройства, цепью управления работой детектора 3 и через последовательно соединенные стандартизатор импульсов 6, преобразователь частоты в напряжение 7 - с диагональю питания сравнительного моста 8. При этом измерительные диагонали мостов 1 и 8 соединены последовательно. Частота следования импульсов на выходе устройства прямо пропорциональна отношению коэффициентов передачи измерительного и сравнительного мостов. Техническим результатом заявляемого устройства выступает повышение чувствительности его работы путем введения в цепь отрицательной обратной связи двуквадрантного генератора управляемой частоты, подключаемого своим выходом к диагонали питания рабочего моста. 1 ил.

Имитатор сигналов мостовых тензорезисторных датчиков // 2620895

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для имитации сигналов мостовых тензорезисторных датчиков при проведении метрологических исследований и калибровке быстродействующих измерительных систем в автоматическом режиме. Имитатор сигналов мостовых тензорезисторных датчиков содержит два коммутатора и две цепочки резисторов. Имитатор выполнен по схеме резисторного моста, в котором сопротивления плеч равны номинальному сопротивлению плеч тензорезисторов мостового датчика. Между каждой парой резисторов, образующих плечи моста, к которым подведено электропитание моста, включены цепочки из последовательно соединенных резисторов. При этом одна цепочка состоит из m-1 резисторов и имеет m выводов, которые соединены с соответствующими входами первого коммутатора, вторая цепочка состоит из n-1 резисторов и имеет n выводов, которые соединены с соответствующими входами второго коммутатора. На выходах коммутаторов, представляющих измерительную диагональ моста, количество ступеней сигналов имитатора равно m×n; при наличии одной цепочки из m-1 резисторов количество ступеней сигналов имитатора равно m. Применение данного изобретения позволит повысить точность воспроизведения сигналов мостового резисторного имитатора и точность измерения физических величин при использовании измерительной системы испытательного стенда, удаленной от градуировочного стенда, на котором проводилась калибровка мостовых тензорезисторных датчиков различных физических величин (силы, давления, перемещения и др.) с помощью измерительной системы испытательного стенда. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Способ дистанционного контроля устройства дренажной защиты подземной коммуникации // 2621641

Предлагаемый способ относится к системам автоматизации контроля электрохимической защиты стальных подземных коммуникаций, в том числе магистральных трубопроводов транспортировки нефти и газа, и может использоваться при оснащении контролируемых пунктов (КП) устройствами телемеханики в системах дистанционного контроля электрохимической защиты. Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит подземную коммуникацию 1, дренажную установку 2, модемы 3.1 и 3.2, систему 4 сбора данных, источник 5 питания с преобразователем блуждающих токов и накопителем энергии, источник 6 блуждающих токов, заземленный электрод 7, приемопередающие антенны 8.1 и 8.2. Каждый модем 3.1 (3.2) содержит приемопередающую антенну 8.1 (8.2), задающий генератор 9.1 (9.2), источник 10.1 (10.2) дискретных сообщений, фазовый манипулятор 11.1 (11.2), первый гетеродин 12.1 (12.2), первый смеситель 13.1 (13.2), усилитель 14.1 (14.2) первой промежуточной частоты, первый усилитель 15.1 (15.2) мощности, дуплексер 16.1 (16.2), второй усилитель 17.1 (17.2) мощности, второй гетеродин 18.1 (18.2), второй смеситель 19.1 (19.2), усилитель 20.1 (20.2) второй промежуточной частоты, перемножитель 21.1 (21.2), полосовой фильтр 22.1 (22.2) и фазовый детектор 23.1 (23.2). Техническим результатом заявленного решения является повышение надежности дистанционного контроля устройства дренажной защиты подземной коммуникации путем применения дуплексной радиосвязи между контрольным и диспетчерским пунктами с использованием двух частот и сложных сигналов с фазовой манипуляцией. 4 ил.

Мостовой измеритель параметров двухполюсников // 2629653

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике, в частности оно позволяет определять параметры четырехэлементных двухполюсников или параметры датчиков с четырехэлементной схемой замещения. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит генератор питающих импульсов, который состоит из формирователей импульсов прямоугольной формы К0t0, импульсов линейно изменяющегося напряжения К1t1, импульсов кубичной формы К3t3 и импульсов с изменением напряжения в течение длительности импульса по закону пятой степени времени К5t5, где К0, К1, К3, К5 – постоянные коэффициенты, а t – текущее время. Устройство также включает коммутатор, усилитель мощности, блок синхронизации и нуль-индикатор, а также четырехплечую мостовую электрическую цепь, которая состоит из двух параллельно включенных ветвей. Первая из них включает в себя одиночный резистор первого плеча отношения и многоэлементный двухполюсник с уравновешивающими элементами из резистора, параллельно которому включена электрическая цепь из последовательно соединенных первого конденсатора и индуктивной катушки, параллельно последней подключен второй конденсатор, вторая ветвь мостовой цепи включает в себя последовательно соединенные две клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения и одиночный резистор второго плеча отношения. Кроме того, введены дополнительный конденсатор и два интегратора согласно схеме устройства. Технический результат заключается в уменьшении погрешности измерения за счет исключения составляющих погрешности от паразитных емкостей относительно "земли" регулируемых уравновешивающих элементов и нестабильности этих паразитных емкостей. 1 ил.

Способ определения уровня диэлектрического вещества // 2642166

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к измерению электрических параметров двухполюсников, используемых в качестве датчиков физических процессов (температуры, давления, уровня жидких и сыпучих сред и др.) на промышленных объектах, транспортных средствах, а также в системах измерения уровня заправки ракетно-космической техники. Техническим результатом является повышение надежности и достоверности определения уровня диэлектрического вещества за счет использования дублированного емкостного датчика уровня, исключения влияния паразитной электрической емкости длиной линии связи, защиты от сбойных процессов в устройствах вычислительной техники и отказов электронной компонентной базы в измерительном канале. В способе определения уровня диэлектрического вещества воздействуют синусоидальным напряжением на заданных частотах последовательно сначала на основной, затем на дублирующий емкостный датчик уровня и их эталоны, затем измеряют токи через дублирующий сухой датчик уровня и эталон на каждой из заданных частот, фиксируют результаты измерения, определяют и фиксируют значение электрической емкости дублирующего сухого емкостного датчика уровня, определяют и фиксируют значение приращения электрической емкости дублирующего емкостного датчика уровня при полном его погружении в диэлектрическое вещество. Периодически и последовательно измеряют и фиксируют ток через заполняемый диэлектрическим веществом дублирующий емкостный датчик уровня и эталон на каждой из заданных частот, периодически определяют и фиксируют текущее значения электрической емкости дублирующего емкостного датчика уровня, заполняемого диэлектрическим веществом, определяют уровень, выраженный в виде разности текущего значения электрической емкости заполняемого дублирующего емкостного датчика уровня и электрической емкости дублирующего сухого емкостного датчика уровня, отнесенной к значению приращения электрической емкости полностью погруженного в диэлектрическое вещество дублирующего емкостного датчика уровня. Далее в каждом n-канале определяют значения уровней диэлектрического вещества, измеренные основным и дублирующим емкостным датчиком уровня, причем приоритетным значением уровня принимают значение, определяемое через основной емкостный датчик уровня, при этом значения уровней, измеренные основным и дублирующим емкостным датчиком в каждом канале сравнивают между собой, при превышении полученным результатом сравнения допустимого значения проводят анализ возможных причин, в результате которых возникло превышение, после чего измеренные через основной емкостный датчик уровня значения токов, значение электрической емкости и значение уровня в каждом из n-каналов сравнивают с заданными соответственно диапазонами допустимых значений, в случае выхода измеренных в каком-либо из n-каналов значений токов, электрической емкости или уровня за соответствующие пределы диапазона допустимых значений, измеренные в этом же канале через дублирующий емкостный датчик уровня значения токов, электрической емкости и уровня сравнивают с заданными соответственно диапазонами допустимых значений, определение уровня диэлектрического вещества происходит с учетом значений уровней, измеренных в каждом n-канале. 2 ил.

Измерительный мост с повышенным быстродействием // 2645867

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в датчиковых системах для преобразования сигналов сенсоров (ускорения, давления, радиации и т.п.) в напряжение. Технический результат - повышение быстродействия. Измерительный мост с повышенным быстродействием содержит первый (1), второй (4), третий (6) и четвертый (8) измерительные резисторы, первый (9) и второй (10) паразитные конденсаторы, связанные соответственно с первым (3) и вторым (7) выводами измерительной диагонали. В схему введены первый (11) и второй (12) инвертирующие усилители напряжения, первый (13) и второй (14) корректирующие конденсаторы, причем вход первого (11) инвертирующего усилителя напряжения подключен ко второму (7) выводу измерительной диагонали, а первый (13) корректирующий конденсатор включен между выходом первого (11) инвертирующего усилителя напряжения и первым (3) выводом измерительной диагонали, вход второго (12) инвертирующего усилителя напряжения соединен с первым (3) выводом измерительной диагонали, а второй (14) корректирующий конденсатор включен между выходом второго (12) инвертирующего усилителя напряжения и вторым (7) выводом измерительной диагонали. 11 ил.

Способ измерения электрической емкости // 2647564

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения электрической емкости конденсаторов и конденсаторных датчиков различных технологических параметров (уровня, давления, перемещения и т.д.). Способ измерения электрической емкости основан на регистрации времени заряда t1 измеряемого конденсатора с момента подачи на него через резистор R постоянного напряжения Е до момента достижения на измеряемом конденсаторе СХ заранее принятого порогового значения напряжения U0. Заменив измеряемый конденсатор СХ образцовым конденсатором СО с известной емкостью, измеряют время заряда образцового конденсатора t2, не меняя при этом значения сопротивления резистора R, напряжения зарядного источника Е и заранее принятого порогового значения напряжения U0 на конденсаторе. Измеряемую емкость вычисляют по формуле: где СО - емкость образцового конденсатора; t1 - время заряда конденсатора с измеряемой емкостью СХ до заранее принятого порогового значения напряжения на его обкладках; t2 - время заряда конденсатора СО до заранее принятого порогового значения напряжения на его обкладках. Технический результат заключается в повышении точности измерения электрической емкости. 1 табл., 3 ил.