Мостовое устройство для измерения параметров трехэлементных двухполюсников

(511 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТПРИ ГКНТ СССР ТИЯМ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВ(7) Самарский институт инженеров железнодорожного транспорта им, М.Т.Елизарова(56) Авторское свидетельство СССРМ 938167. кл. 6 01 Б 17/10, 1984,Авторское свидетельство СССРМ.1219970, кл. 6 01 Я 17/10, 1988.Каменев Л.В., Ермильцев В.П., Кон А.М.Автоматический диэльнометр в сб. Автоматизация химических производств, Госкомитет по химии, Вып, 2, 1963, с.50-53.Измерение в электронике, под ред.В.А.Кузнецова. МЭнергоатомиздат, 1987,с.510.Авторское свидетельство СССРМ 1307354, кл. О О 1 Я 17/10 1989,Изобретение относится к электроизмерительной технике, а более конкретно к мостовым цепям и может быть использовано в автоматике, телемеханике, связи.Известно устройство, предназначенное для измерения параметров трехэлементных двухполюсников, содержащее первый и второй операционные усилители, к входу первого подключен резистор, к входу второго - регулируемый резистор, в цепь отрицательной обратной связи второо включен конденсатор, дифференциальный усилитель, нуль-индикатор, источник напряжения и объекты измерения, Имеются интегратор, дифференциатор, два ключа, третий операционный усилитель, регулируемый конденсатор, резистор, сумматор, детектор определения линейности переходного на(54) МОСТОВОЕ УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ(57) Использование: в электроизмерительной технике и в автоматике, телемеханике и связи. Сущность изобретения: устройство дополнительно снабжено одним регулируемым резистором, двумя детекторами, служащими для определения экспоненциальной формы напряжения, а также взаимосвязями между элементами. Введение регулируемого резистора и двух детекторов приводит к повышению точности измерения при малых параметрах К объекта измерения. 1 ил. пряжения, детектор выделения информации о наличии линейной составляющей, входы двух операционных усилителей через резисторы соединены с интегратором, шунтированным ключом, соединенным с генератором прямоугольных импульсов, вход третьего операционного усилителя через объект измерения соединен с выходом интегратора, в цепь отрицательной обратной связи третьего операционного усилителя, выход которого через дифференциатор, шунтированный ключом, соединен с первым входом дифференциального усилителя и детектором определения линейности переходного напряжения, включают последовательно соединенные резистор и регулируемый конденсатор, в цепь отрицательной обратной связи первого операционного усилителя включен регулируемый резистор, а выходы первого и второго операционных усилителей через сумматор соединяют с вторым входом дифференциального усилителя, выход которого присоединен к первому входу детектора выделения информации о наличии линейной составляющей, второй вход которого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов,Рассматриваемое устройство обладает низкой точностью измерения при малых параметрах К /1/ (и сравнительно больших постоянных времени объекта измерения) вследствие неточности установления равенства регулируемого нуля полюсу изображения выходного напряжения операционного усилителя 5,Известно устройство, содержащее генератор прямоугольных импульсов, соединенный с интегратором, шунтированным клю ом. Выход интегратора через резистор соединен с входом операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен объект измерения. Выход операционного усилителя соединен через регулируемый резистор с входом операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор. Выход операционного усилителя через резистор соединен со входом операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор, Выходы операционных усилителей соединены с входами сумматора, выход которого через дифференциатор, шунтированный ключом, соединен с детектором определения линейнос;и переходного напряжения, Выход генератора прямоугольных импульсов через резистор соединен с операционным усилителем,в цепь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор. В ыход операционного усилителя соединен с сумматором, соединенным с одним входом дифференциального усилителя, Выход генератора прямоугольных импульсов через регулируемый резистор соединен с входом операционного усилителя. в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор, Выход операционного усилителя соединен с сумматором. Выходдифференциатора соединен с вторым входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с нуль-индикатором и с детектором выделения информации о наличии линейной составляющей, В этом устройстве имеется низкая точность измерения при малых параметрах К 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 импеданса объекта измерения, что обусловлено неточностью установления равенства регулируемого нуля полюсу изображения выходного напряжения сумматора, Причиной является высокая погрешность, в данном случае вызванная детектором определения линейности переходного напряжения. Малые коэффициенты К (при постоянной времени порядка 10 сек) встречаютсяпри измерениях состава бинарных растворов. влажности веществ с использованием емкостных датчиков,Целью изобретения является повышение точности измерения.Для достижения пост-вленной цели устройство, содержащее генератоо прямоугольных импульсов, операционный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор, второй операционный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включен переменный резистор, выходы. оооих операционных усилителей присоединены к сумматору, соединенному с дифференциатором, шунтированным ключом, интегратор, шунтированный вторым ключом, резистор, соединенный с инвертирующим входом третьего операционного усилителя, в цепь отрицательной обратнои связи которого включен измеряемый двухполюсник, четвертый операционный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор, соединен со вторым сумматором, который соединен с выходом пятого операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор, а инвертирующий вход через регулируемый .,езистор соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, Выход второго сумматора и выход интегратора соединены со.входами третье:о сумматора, к выходу котороо подкл очен нуль-индикатор. Име,отся два резистора и два регулируемых резистора. Устройство снабжено одним регулируемым резистором, двумя детекторами, служащими для определения зкспоненцлальной формы напряженияГенератор прямсугольных импульсов через два резистора подключен к инвертирующим входам операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого параллельно конденсатору включен переменный резистор, и второго операционного усилителя, Дифференциатср подключен к резистору, соединенному с инвертирующим входом третьего операционного усилителя, выход которого подключен через интегратор к детектору, служащему лля определения экспоненци 1762247альной формы напряжения. В цепь отрицательной обратной связи пятого операционного усилителя параллельно конденсаторувключен регулируемый резистор, Инвертирующий вход четвертого операционного 5усилителя через регулируемый резистор соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, Выход третьего сумматорасоединен со вторым детектором, служащимдля определения экспоненциальной формы 10напряжения.На чертеже изображена принципиальная схема устройства,Устройство содержит генератор прямоугольных импульсов 1, соединенный через 15резистор 2 с инвертирующим входом операционного усилителя 3, в цепь отрицательной обратной связи которого параллельновключены регулируемый резистор 4 и конденсатор 5. Выход операционного усилителя 3 соединен с сумматором б,соединенным с операционным усилителем7, в цепь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор 8, кинвертирующему входу подключен резистор 9, соединенный с выходом генераторапрямоугольных импульсов 1, Сумматор б через дифференциатар 10, параллельно которому включен кляч 11 подключен крезистору 12, соединенному с инвертирующим входом операционному усилителю 13,в цепь отрицательной обратной связи которого включен измеряемый двухполюсник14. Выход операционного усилителя ",3 через интегратор 15, параллельно которому 35включен ключ 16, соединен с детектором,служащим для определения экспоненциальной формы напряжения 17, Выход генератора прямоугольных импульсов 1 черезрезистор 18 соединен с инвертирующим 40входом операционною усилителя 19, в цепьотрицательной обратной связи которого параллельно включены регулируемый резистор 20 и конденсатор 21., Выходоперационного усилителя 19, соединен с 45сумматором 22, соединенным с выходомоперационного усилителя 23, в цепь отрицательной обратной связи которого включенрегулируемый резистор 24, а к инвертирующему входу подключен регулируемый резистор 25, соединенный с выходом генераторапрямоугольных импульсов 1. Сумматор 22соединен с сумматором 26, подключеннымк выходу интегратора 15, к детектору, служащему для определения экспоненциальной формы напряжения 27,нуль-индикатору 28,Устройство работает следующим образом,Операторное сопротивление объектаизмерения 14 описывают выражениемР - К Р -дР+агде К, а,Р - масштабный коэффициент, полюс и нуль объекта измерения 14;и = О, + 1 - в зависимости от вида объекта 14 измерения (трехэлементного двухполюсника);Р - комплексный параметр.При и = 0 ключи 11 и 16 замкнуты, при и = 1ключ 11 разомкнут, а ключ 16 замкнут, прии = -1 ключ 11 замкнут, а ключ 16 разомкнут,Напряжение на выходе сумматора б,при условии, что в промежутках между прямоугольными импульсами переходные процессы в цепи затухают, равноЕ 1 1 +ЕВ 8Р я с 5 Р 4 ттйю с 5 Р яя1/84 С 5 84 88- я,с,- О 8(1) =- Е - е.84В,При замкнутых ключах 11 и 16 напряжение на выходе операционного усилителя 13равно84 1 1 Р+Я%С 55засекают по детектору, служащему для определения экспоненциальной формы напряжения 17.На выходе сумматора 22 получают аналогично напряжению на выходе сумматора б напряжениеЙго тфгОсг 1Огг= Е е818при условииРегулируя Й 20 (при .выполнении условия В 20 Й 24 - = - ) получают В 18 В 2515 ГХ =1Выполнение данного условия определяют с помощью детектора, служащего для определения экспоненциальной формы напряжения 27, Тогда ц ,Р 2 В 4 Я ) - аВ 18 В 2 В 12 17 С 5 В 4 ГхРегулировкой В 18 (при выполнении условия В 18 = В 25) добиваются В 20 В 4 Гх - Р" В 18 В 2 В 12 17 С 5 В 4 Гх Выполнение данного условия определяют с помощью нуль-индикатора 28. 30 Тогда К - В 20 В 2 В 12 1/С 5 В 4 Гх В 18 В 4 ГХ - 73 Мостовое устройство, предназначенное для измерения параметров трехэлементных 35 схем замещения, используемое в лабораторной практике, описано в /3/,. При малых значениях параметра К наблюдается увеличение погрешностей измерения, описанного в /3/ мостового устройства, Кроме того, 40 необходимо априорное знание одного параметра схемы замещения для проведения измерений данным мостом,Введение регулируемого резистора и двух детекторов, служащих для определе ния экспоненциальной формы напряжения, приводит к повышению точности измерения при малых параметрах К объекта измерения. Данный эффект вызван тем, что в устройстве, выбранном в качестве прототипа, 50 квазиравновесное состояние (равенство нуля полюсу) проявляется в появлении линейной составляющей напряжения, При малом К напряжение медленно растет и его форму трудно зафиксировать детектором определения линейности переходного напряжения. В заявляемом устройстве используются детекторы, служащие для определения экспоненциальной формы напряжения, на работе которых малое значение К сказывается в меньшей степени.Потребности в измерении параметров емкостных датчиков, представленных трек- элементными схемами замещения, с малым значением К существуют при изучении бинарных растворов. влажности и т,д.Ф о р мул а и з обре те н ия Мостовое устройство для измерения параметров трехэлементных двухполюсников, содержащее регулируемый резистор, генератор прямоугольных импульсов, резистор, первый операционный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор. второй операционный усилитель. в цепь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор, а инвертирующий вход которого соединен с резистором. выходы обоих операционных усилителей присоединены к входам сумматора, выход которого соединен с входом дифференциатора, параллель- . но которому включен ключ, интегратор, параллельно которому включен второй ключ, резистор; соединенный с инвертирующим входом третьего операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включены клеммы для подключения измеряемого двухполюсника, четвертый операционный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор, соединенный с одним входом второго сумматора, другой вход которого соединен с выходом пятого операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор, а инвертирующий вход через регулируемый резистор соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов. выход второго сумматора соединен с первым входом третьего сумматора, к выходу которого подключен нуль-индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью повышения точности, оно снабжено двумя регулируемыми резисторами, двумя детекторами для определения экспоненциальной формы напряжения, выход генератора прямоугольных импульсов соединен через регулируемый резистор. с инвертирующим входом четвертого операционного усилителя, через резистор - с инвертирующим входом первого, операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого параллельно конденсатору включен регулируемый резистор, и с вторым выводом резистора, первый вывод которого соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, выход дифференциатора соединен с вторым выводом оеэистора, первый вывод которого сое10 1762247 рационного усилителя параллельно конденсатору включен регулируемый резистор, второй вход третьего сумматора соединен с выходом интегратора, а выход его - с входом второго детектора для определения экспоненциальной формы напряжения,Составитель М.ЗининТехред М.Моргентал Корректор М.Демч то Заказ 3257 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, Рауизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина динен с инвертирующим входом третьего операционного усилителя, выход которого через интегратор соединен с входом первого детектора для определения экспоненциальной формы напряжения, в цепь 5 отрицательной обратной связи пятого опеПодписноеениям и открытиям при ГКНТ Сая наб., 4/5