Устройство для измерения относи-тельного изменения параметров комплексногосопротивления

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 050979 (21) 2813733/18-21с присоединением заявки Мо(51) М. Кл.З О 01 й 17/10 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 2306.81.Бюллетень Мо 23 Ю) Уд 621.317, .733(088,8) Дата опубликования описания 25,06,81(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ Изобретение относится к электрическим измерениям и предназначено для непрерывного измерения относитель ных изменений преобладающей составляю-З 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 читель и датчик калиброванных интервалов времени, к выходам которого подключены управляющие входы ключей и вход измерителя временных интервалов, при этом вершина измеритель 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 нали питания, а выход - подключен ко входу интегратора (,1.Однако, обладая линейной зависи-. мостью выходного сигнала, такое устройство имеет низкие Функциональные 30 возможности, поскольку не обеспечивает измерений относительных измененийсоставляющих других параметрическихдатчиков, кроме резистивных (напримеремкостных или индуктивных).Кроме того, прибор имеет низкуючувствительность, так как,она зависитот интервала интегрирования, величина которого должна удовлетворять противоречивым требованиям. С одной стороны, для увеличения чувствительности, нужно иметь указанный интервалнаибольшим, а с другой, связанной собеспечением высокого быстродействия,этот интервал должен быть наименьшим.Следствием таких противоречий является цикличность измерительного процесса, что не обеспечивает требуемойточности 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 выходамдвух 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 индикатоГ 2 ЭОднако, имея широкие функциональные возможности, позволяя определять составляющие комплексного сопротивления любого параметрического датчика и являясь наиболее близким по техни- (5 ческой сущности к предлагаемому, та" кое устройство не обеспечивает прямого измерения относительных изменений составляющих, а косвенное их .определение отнимает много времени и ведет к 20 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, первыйблок вычитания, блок выделения Фазового сдвига, интегратор и измеритель,входы первого блока вычитания подключены к вершинам измерительной диагонали квазиуравновешенного моста, авыход - к одному из входов блока выделения фазового сдвига, выход которого соединен с входом интегратора, введены второй и третий блоки вычитанияи Функциональный преобразователь, причем входы второго блока вычитания под-: 45ключены к выходу источника синусоидального напряжения и вершине измерительной диагонали квазиуравновешенного моста, соединенной с объектомизмерения, а выход упомянутого блокавычитания соединен с одним из входовтретьего блока вычитания, другой входкоторого подключен к оставшейся вершине измерительной диагонали моста,а выход подключен ко второму входублока выделения Фазового сдвига, приэтом выход интегратора через функциональный преобразователь подключен кизмерителю. Кроме того, функциональный преоб разователь выполнен в виде блока, реализующего функцию Ое, сдОНа фиг. 1 представлейа блок-схема устройства; на Фиг. 2 - векторная диаграмма напряжений моста. 65 Рассмотрим принцип действия устройства, например, при измерении относительного изменения сопротивлениятенэодатчика. На фиг. 1 обозначеныкваэиуравновешенный мост 1, состоящий из объекта измерения (й ) - тен 1зодатчика 2, компенсационного (В)тензодатчика 3, образцовых конденсаторов 4 (Х) и 5 (Х 4) и резистора б(В 4), у которого й = й, и Х в . Х, .Резистор б выбран переменным и используется для регулировки чувствительности прибора, источник 7 синусоидального напряжения, блоки 8-10вычитания, блок 11 выделения фазовогосдвига, интегратор 12, функциональныйпреобразователь 13, реализующий функцию Огх = сдОвх. измеритель 14.На фйг. 2 изображена часть комплексной плоскости с векторной диаграммой напряжений моста 1, на которойобозначены положения его потенциальных точек.Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии, т,е, приАВ 1 = О, блок 8 вычитания, на которыйоступают напряжение пи-.ания моста 1и падение напряжения на его плече Фр формирует вектор, равный поамплитуде напряжению О Вс, так какВ 1 = й, В блоках 9 и 10 вычитаниявырабатывается одно и то же напряжение - ОрС. Следовательно, сигнала навыходе блока 11 выделения фазовогосдвига не будет, и стрелка измерителя(преобразователя) 14 остается на нулевой отметке,Пусть сопротивление тенэодатчика2 В изменилось на величину а Ви точка С моста 1 заняла (Фиг. 2)положение СТогда с блоков 9 и 10вычитания на блок 11 выделения Фазового сдвига поступят напряжения Ои Ус;, между которыми имеется фазовый сдвиг Ч (Фиг. 2).Блок 11 выработает импульс, длчтельность которого пропорциональнаэтому сдвигу, а интегратор 12 преобразует его в напряжение гхК ) Ес = КЕТрс (1)где К- коэффициент передачи интегратора 12;Е и 1 х - амплитуда и длительностьимпульса.Напряжение Он, подвергаясь функциональному преобразованию в узле 13,становится пропорциональным измеряемой величине - ФВ = в ф , значенией.Вкоторой 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 его840744 уравнения преобразования, двукратномуувеличению диапазона изменения выходного сигнала.Чтобы доказать это, требуется получить уравнение преобразования, Найдемуравнение связи между величиной М иФ 1 , где угол г является сигналом5разбаланса моста 1 (фиг. 1). и состоит(фиг, 2) иэ двух углов Ч.с и М, каждый из которых может быть определенследующим образомЬ АС 1 О - свС 108 - У/2,10)5 25 Формула изобретенияУстройство для измерения относительного изменения параметров комплексного "опротивления, содержащеекваэиуравновешенный мост, подключенный к источнику синусоидального напряжения, первый блок вычитания,блок выделения фазового сдвига, интегратор и измеритель, входы первогоблока вычитания подключены к вершинам измерительной диагонали квазиуравновешенного моста, а выход - кодному из входов блока выделения фазового сдвига, выход которого соединен с входом интегратора, о тличающееся тем, что, с,целью обеспечения прямого измеренияи повышения чувствительности, в неговведены второй и третий блоки вычитания и функциональный преобразователь, причем входы второго блока вычитания подключены к выходу источника.синусоидального напряжения и вер"шине измерительной диагонали кваэиуравновешенного моста, соединеннойс объектом измерения, а выход упомянутого блока вычитания соединен с одним из входов третьего блока вычитания, другой вход которого подключенк оставшейся вершине измерительнойдиагонали моста, а выход подключенко второму входу блока выделения фаэо.вого сдвига, при этом выход интегра"тора через функциональный преобразователь подключен к измерителю.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1,. Авторское свидетельство СССРР 591086, кл. 6 01 Р 17/10 в 1976.2, Авторское свидетельство СССРР 504982, кл. 6 01 Р 17/10 в 1976. Рг).где сдд = - В- - тангенс угла потерь.24 = Р 4 - 3 Х 4 при уеловии, чтоКд= Х 4= Х.Выражения для напряжений О 1 иО 1 ксв имеют вид1)Вгга-гангОО; Вр ввг)гнва)рцга 44 га)ОАВ )е)ч "ЬЯ 8+2 У 94 Я 8 УР9ВО ВЗ ВО)гегвв 4 ВВга) 444 ВО) АВИэ выражения (5) находимАСЗ:Л-дгО.О: 3 Г-огсз)Ьв(т+РР 1)Вэс Ьаав (61 35В(2+ Вве В 41)2.АСа=л-дЧ с 1 = )1-с) сс%Пс Щ+2 ьВ+Ь 28 с)вк 1Подставив выражение (б) в выражение (2), получим величину40О =авевекне к О .ене) - Я - (ОВ" )В(1+о"Я)ПОЛаГая, Ч" Э С)кР. С(1, УГОЛ В 1 О)Ежду векторами напряжений О о и ОС равен2 дЪ, 45В.Ге = Ч.1 + Ч = аГССд В (8)сдвпричем каждый из углов Ч 1 и 9 является сигналом разбаланса моста, используемого в прототипе.Длительность импульса с выхода 50 блока 11 равнаТХ - -ДД.К В (9) где Т - период напряжения питаниямоста 1. 55Напряжение на выходе интегратора 12, определяемое по формуле (1) будет представлять некоторую функцию от сРР, т.е.Т2 ВФЙ 1О 1 = К)1 зб 0-)"Сд сдв =60 2 сФ)- Къгссдсдвгде К - коэффициент передачи рассмотренной части устройства. . 65 учитывая действие функциональногопреобразователя 13, получим выражение: К ;ф"; , )ВВ)которое является уравнением преобразования прибора (устройства), при-.чем К - коэффициент его передачи,равный КККак видйо из выражения (11), сигнал, поступающий в измеритель преобразователь 14, пропорционален удвоен"ному значению измеряемой величины,что наилучшим образом доказывает достижение поставленной цели. Возможнои дополнительное повышение чувствительности благодаря изменению величины сд 6 осуществляемое с помощьюрезистора б моста 1.Поскольку импульсы .с блока 11 вы"деления фазового сдвига следуют с частотой источника,7 питания, а интегратор обладает инерционностью, сигналбудет поступать непрерывно на измеритель (преобразователь) 14, что дает возможность применять данный прибор для исследования непрерывных процессов, в том числе быстропротекающих,840744 с Составитель И. Бахтинаедактор С. Родикова Техред М. Голинка Корректор Г, Реше каз 4753/64 П лиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектна Тираж 732 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 13035, Москва, Ж, Раушкоми откая писноета СССРтийб., д. 4