Устройство для измерения относи-тельного изменения параметров комплексногосопротивления

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

{u>840744

Ф

=.« » (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 050979 (21) 2813733/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (51) М. Кл.З

G 01 R 17/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 2 306.81.Бюллетень Мо 2 3

Ю) УДК 621. 317. .733(088.8) Дата опубликования описания 2506,81 (72) Авторы изобретения

Г.A. Ивановский, A.È. Литвак и Г.В. Фролов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОГО

ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНОГО

СОПРО ТИ ВЛ Е Н ИЯ

Изобретение относится к электрическим измерениям и предназначено для непрерывного измерения относитель ных изменений преобладающей составляю- щей параметрических датчиков, а также может быть использовано для преобразования этих изменений в активную скалярную величину — напряжение.

Известно устройство для измерения относительного изменения сопротивления, содержащее мостовую схему, состоящую иэ исследуемого и равных ему постоянных резисторов, ключи, буферный усилитель, последовательно соединенные интегратор, усилитель-ограни- 15 читель и датчик калиброванных интервалов времени, к выходам которого подключены управляющие входы ключей и вход измерителя временных интервалов, при этом вершина измеритель- 20 ной диагонали моста, в которую включен исследуемый резистор, соединена непосредственно с одним из входов буферного усилителя, другой его вход через ключ соединен с вершиной диаго- 25 нали питания, а выход — подключен ко входу интегратора f11.

Однако, обладая линейной зависи-. мостью выходного сигнала, такое устройство имеет низкие функциональные 30 возможности, поскольку не обеспечивает измерений относительных изменений составляющих других параметрических датчиков, кроме резистивных (например емкостных или индуктивных).

Кроме того, прибор имеет низкую чувствительность, так как она зависит от интервала интегрирования, величина которого должна удовлетворять противоречивым требованиям. С одной стороны, для увеличения чувствительности, нужно иметь указанный интервал наибольшим, а с другой, связанной с обеспечением высокого быстродействия, этот интервал должен быть наименьшим.

Следствием таких противоречий является цикличность измерительного процесса, что не обеспечивает требуемой точности при исследовании непрерывных процессов.

Известен также измеритель составляющих комплексного сопротивления параметрических датчиков, содержащий мост, подключенный к источнику синусоидального напряжения, блок вычитания, выходы которого соединены с вершинами измерительной диагонали моста, четыре блока выделения фазового сдви" га, фаэовращатель, элементы И и ИЛИ, подключенные параллельно к выходам

840744 двух блоков выделения фазового сдвига, схема сложения, подключенная к выходам элемента И и третьего. блока выделения фазового сдвига, два интегратора, один из входов которых подключен к выходу схемы сложения, а второй вход интеграторов соединен с выходами элемента ИЛИ и четвертого блока выделения фазового сдвига, блоки урав новешивания, соединенные с выходами интеграторов, и цифровые индикаторы Г21 °

Однако, имея широкие функциональные возможности, позволяя определять составляющие комплексного сопротивления любого параметрического датчика и являясь наиболее близким по технической сущности к предлагаемому, такое устройство не обеспечивает fIpHMoro измерения относительных изменений составляющих, а косвенное их .определение отнимает много времени и ведет к 2Q ухудшению точности при исследовании .непрерывных процессов. Кроме того, несмотря на высокую чувствительность прибора по отношению к составляющим комплексного сопротивленя, она недостаточна для определения малых их приращений, соизмеримых с единицей младшего разряда.

Цель изобретения — обеспечение пряного измерения и повышение чувствительности устройства.

Эта цель достигается тем, что в устройство, содержащее квазиуравновешенный мост, подключенный к источнику синусоидального напряжения, первый блок вычитания, блок выделения фазового сдвига, интегратор и измеритель, входы первого блока вычитания подключены к вершинам измерительной диагонали квазиуравновешенного моста, а выход — к одному из входов блока вы- 40 деления фазового сдвига, выход которого соединен с входом интегратора, введены второй и третий блоки вычитания и функциональный преобразователь, причем входы второго блока вычитания под-: 45 ключены к выходу источника синусоидального напряжения и вершине измерительной диагонали квазиуравновешенного моста, соединенной с объектом измерения, а выход упомянутого блока вычитания соединен с одним из входов третьего блока вычитания, другой вход которого подключен к оставшейся вершине измерительной диагонали моста, а выход подключен ко второму входу блока выделения фазового сдвига, при этом выход интегратора через функциональный преобразователь подключен к измерителю.

Кроме того, функциональный преоб- 60 разователь выполнен в виде блока, реализующего функцию ЪЬ4у 90 ру

На фиг. 1 представлейа блок-схема

Устройства; на фиг. 2 — векторная диаграмма напряжений моста. 65

Рассмотрим принцип действия устройства, например, при измерении относительного изменения сопротивления тенэодатчика. На фиг. 1 обозначены кваэиуравновешенный мост 1, состоящий из объекта измерения (R ) — тен1 зодатчика 2, компенсационного (R ) тензодатчика 3, образцовых конденсаторов 4 (Х ) и 5 (у„) и резистора б .(К4), у которого К = К, и Х =- Х, .

Резистор б выбран переменным и используется для регулировки чувствительности прибора, источник 7 синусоидального напряжения, блоки 8-10 вычитания, блок 11 выделения фазового сдвига, интегратор 12, функциональный преобразователь 13, реализующий функцию Ой = tgUqy, измеритель 14.

На фйг. 2 изображена часть комплексной плоскости с векторной диаграммой напряжений моста 1, на которой обозначены положения его потенциальных точек.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии, т.е. при

gR< = О, блок 8 вычитания, на который оступают напряжение пи-.ания моста 1 и падение напряжения на его плече Фр формирует вектор, равный по амплитуде напряжению U, так как

R1 = R, В блоках 9 и 10 вычитания вырабатывается одно и то же напряжение — ОрС. Следовательно, сигнала на выходе блока 11 выделения фазового сдвига не будет, и стрелка измерителя (преобразователя) 14 остается на нулевой отметке.

Пусть сопротивление тенэодатчика

2 R изменилось на величину и точка С моста 1 заняла (фиг. 2) положение С„ . Тогда с блоков 9 и 10 вычитания на блок 11 выделения фазового сдвига поступят напряжения U c и У с;, между которыми имеется фазовый сдвиг f (фиг. 2).

Блок 11 выработает импульс, длчтельность которого пропорциональна этому сдвигу, а интегратор 12 преобразует его в напряжение гх

"И = КН Е = КиЕт > (1) где К - коэффициент передачи интегратора 12;

Е и Tg — амплитуда и длительность импульса.

Напряжение 0н, подвергаясь функциональному преобразованию в узле 13, становится пропорциональным измеряемой величине — d R . = вЂ, значение Rf

1 . R которой оценивается с помощью измерителя (преобразователя) 14.

Такое взаимодействие узлов прибора (устройства) обеспечивает прямое измерение относительного изменения преобладающей составляющей любого параметрического датчика и повышение чувствительности благодаря линейности его

840744 уравнения преобразования, двукратному увеличению диапазона изменения выходного сигнала.

Чтобы доказать это, требуется получить уравнение преобразования. Найдем уравнение связи между величиной 9 и

Ф1, где угол Р является сигналом

5 разбаланса моста 1 (фиг. 1). и состоит ,(фиг. 2) иэ двух углов 1 и V, каждый из которых может быть определен следующим образом

1. АС„О - (-С„ОВ - Эт/22

10 (2)

М = АС 0 — > Ñ. 08 - 7 /2. условимся, что R = R<+ Ь R„, тогда

1 имеет USc = 0 ® 2 R

+сФ 1

-е 1 - 1+ и 08О — 2 - 0В,» = 0дц 2 ВрсВ(11 ° (3 )

В

2 - jtg9

Непряпенне НЕ ) О . — — — 4 (В)

В -)- tgC6)

20 ) 5

Формула изобретения

Устройство для измерения относи- . тельного изменения параметров комплексного "опротивления, содержащее кваэиуравновешенный мост, подключенный к источнику синусоидального напряжения, первый блок вычитания, блок выделения фазового сдвига, интегратор и измеритель, входы первого блока вычитания подключены к вершинам измерительной диагонали квазиуравновешенного моста, а выход — к одному из входов блока выделения фазового сдвига, выход которого сое динен с входом интегратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения прямого измерения и повышения чувствительности, в него введены второй и третий блоки вычитания и функциональный преобразователь, причем входы второго блока вычитания подключены к выходу источника.синусоидального напряжения и вершине измерительной диагонали кваэиуравновешенного моста, соединенной с объектом измерения, а выход упомянутого блока вычитания соединен с одним из входов третьего блока вычитания, другой вход которого подключен к оставшейся вершине измерительной диагонали моста, а выход подключен ко второму входу блока выделения фазового сдвига, при этом выход интегратора через функциональный преобразователь подключен к измерителю.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,. Авторское свидетельство СССР

9 591086, кл. G 01 и 17/10, 1976.

2, Авторское свидетельство СССР

11) 504982, кл. G 01 R 17/10, 1976. (10) R где t g (9 = — тангенс угла потерь . х, Z 4. R4 J X4 при условии А что

Хз Х4 Х

Выражения для напряжений 01 и

U c имеют вид

2 (2)2 B - 2,4 В„

DC, BD ВВ ((2 ЕQ„)(4 442В 944422В) AB

rtPg+2tg94tg 8 P% ., 9 О 22, ВЗ Ве„ (2 4 44)(4+BB2В) 444 яр) АВ

Иэ выражения (5) находим AC„3=3i-ar)r0 — — 3-are%((r .

Е 9(- Й„)

Е(8-2%(.B (6) 35

Ь в(-(-("й,7 АС„ В=У-(-(g U, =Л- ()-ctq

С 8+2 9 ЕР Р

Подставив выражение (6) в выражение (2), получим величину

44=24cBg н г -и 42 — Я2 — (2).

yqB Q. " W qq9(+d"ß„)

Полагая, ч".о с1222. С<1, уголВр ежду векторами напряжений 0 о и О С раЭ1 1. вен

2сА1 45

Ч = Ч.1 + (1 < = arctg 4 (8)

tg9 причем каждый из углов Ч„и 9 является сигналом разбаланса моста, используемого в прототипе.

Длительность импульса с выхода 50 блока 11 равна

Т Х вЂ” 36Р (9) где Т вЂ” период напряжения питания моста 1. 55

Напряжение на выходе интегратора

12, определяемое по формуле (1) будет представлять некоторую функцию от <РАЙ„, т.е.

Т 2д%., U> = К11 Е 360с) are tg йд9

2 )2.( — Kerctg

tgа где К вЂ” коэффициент передачи рассмотренной части устройства. . 65

Учитывая действие функционального преобразователя 13, получим выражение

С) ВВ

В = К„, (В)) которое является уравнением преобразования прибора (устройства), при-. чем K„ — коэффициент его передачи, равный КК

Как видйо из выражения (11), сигнал, поступающий в измеритель преобразователь 14, пропорционален удвоен" ному значению измеряемой величины, что наилучшим образом доказывает достижение поставленной цели. Возможно и дополнительное повышение чувствительности благодаря изменению величины tge„ осуществляемое с помощью резистора 6 моста 1.

Поскольку импульсы .с блока 11 выделения фазового сдвига следуют с частотой источника,7 питания, а интегратор обладает инерционностью, сигнал будет поступать непрерывно на измеритель (преобразователь) 14, что дает возможность применять данный прибор для .исследования непрерывных процессов, в том числе быстропротекающих.

840744 с

Физ.2

Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4753/64

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

Составитель И. Бахтина

Редактор С. Родикова Техред М. Голинка Корректор Г. Решетннк