Мост для измерения параметров пассивных трехэлементных нерезонансных двухполюсников

Соеэ Советски аСецнапнстнчвсинаРеспттбпии О П И С А Н И Е (п)938167ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл,О О 1 й 17/10 Ввуаарстюиьй камитет СССР в авим извбрвтеннй и открытий(72) Авторы изобретения А.А. Кольцов и М.М. Зинин Куйбышевский институт инженеров железнодорожноготранспорта(71) Заявитель 5 М) МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПАССИВНЫХ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ НЕРЕЗОНАНСНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ 1Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может бытьиспользовано в автоматике, телемеханике и связи, например, для контроля параметров датчиков.Известны мостовые устройства, использование активных элементов в измерительных цепях которых позволяетполучить зависимое раздельное уравновешивание 11.Недостатком подобных мостовых устройств является измерение параметровограниченного количества видов трехэлементных нерезонансных двухполюсников15Наиболее близким по техническойсущности является мостовое устройство, содержащее источник переменногонапряжения, два операционных усилителя, дифференциальный усилитель, два 20 фазочувствительных детектора и мостовую схему Максвелла Вина, состоящуюиз двух трехэлементных ветвей с активными уравновешивающими параметра 2ми, одна из которых содержит объект измерения и постоянный образцовый ре" зистор21.Недостатком мостового устройства является невозможность измерять параметры трехэлементных пассивных нерезонансных двухполюсников.Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей, т.е. измерение параметров всех видов нерезонансных трехэлементных пассивных двух-. полюсников.Для достижения поставленной цели в мост для измерения параметров пассивных трехэлементных нерезонансных двухполюсников, содержащий первый и второй операционные усилители, к входу первого подключен резистор, к входу второго - регулируемый резистор, в цепь отрицательной обратной связи второго включен конденсатор, диффе-, ренциальный усилитель, нуль-индикатор, источник напряжения и объекты измерения, введены интегратор, диффе 3 93816 ренциатор, два ключа, третий операционный усилитель, регулируемый конденсатор,резистор, сумматор, детектор определения линейности переходного напряжения, детектор выделения информации о наличии линейной составляющей, входы двух операционных усили телей через резисторы соединены с интегратором, шунтированным ключом, соединенным с генератором прямоуголь 1 О ных импульсов, вход третьего операционного усилителя через объект измерения соединен с выходом интеграто. ра, 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.Детектор определения линейности переходного напряжения выполнен из35 сравнивающего блока, источника трех опорных напряжений, инвертора, интегратора и переключателя, который соединен по входу с дифференциатором40 и с сравнивающим блоком, а по выходу - напрямую и через инвертор с ин тегратором, выход источника трех опорных напряжений соединен с входом сравнивающего блока.Детектор выделения информации о45 наличии линейной составляющей выполнен из хронирующего блока, инвертора, интегратора и переключателя, который соединен по входу с дифференциальным усилителем хронирующим блоком, по выходу - напрямую и через инвертор с интегратором, вход хронирующего блока соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов. 7 4На чертеже изображена структурнаясхема предлагаемого устройства.Устройство содержит генератор 1прямоугольных импульсов, интегратор2, шунтированный ключом 3, объектизмерения, операционный усилитель 5,резистор 6 и регулируемый конденсатор 7, дифференциатор 8, шунтированный ключом 9, дифференциальный усилитель 1 О, детектор 11 определения линейности переходного напряжения, резистор 12, операционный усилитель 13,резисторы 14 и 15, операционный усилитель 16, конденсатор 17,; сумматор18, нуль-индикатор 19, детектор 20выделения информации о наличии линейной составляющей. Детектор 11 определения линейности переходного напряжения содержит переключатель 21,сравнивающий блок 22, источник 23трех опорных напряжений, инвертор 24,интегратор 25. Детектор 20 выделенияинформации о наличии линейной составляющей содержит переключатель 26,хронирующий блок 27, инвертор 28 иинтегратор 29.Устройство работает следующим образом,Операторную проводимость объектаизмерения описывают выражениемч(р) = р"рфр-где 1 сК,- масштабный коэффициент,нуль и полюс объекта 4измерения;п=О;Т 1 - в зависимости от видаобъекта 4 измерения(трехэлементного нереэонансного двухполюсника);р - комплексный параметр.При и = О ключи 3 и 9 замкнуты,при и = 1 ключ 3 разомкнут, а ключ 9замкнут. При и = -1 ключ 3 замкнут,а ключ 9 разомкнут, Изображение поЛапласу выходного напряжения дифференциатора 9 при условии, что времязатухания переходных процессов меньше длительности импульсов питания ипромежутков между ними, задано выраже.нием ЦЬ)рР+ 1) ЕКЙ Р+АИсточник напряжения выполнен в виде генератора прямоугольных импульсов,где Е - амплитуда импульсов генератора 1 прямоугольныхимпульсов;5 9381Р и С - значения сопротивлениярезистора 6 и регулируемой емкости конденсатора 7;д - коэффициент пропорциональности, определяемыйдифференциатором 8 и интегратором 2.Изменением регулируемой емкости конденсатора 7 получают на выходе диф.10ференциатора 8 напряжение Момент установления напряжения 0(С), представляющего сумму постоянной и линейной составляющих, определяют по нулевому показанию детектора 11 определения линейности переход 20 ного напряжения. Его работа основана на том, что разность интегралов от суммы постоянной и линейной составляющих при условии, что напряжения на выходе истоцника 23 трех опорных напряжений удовлетворяют условиюОЯ О. О . ОгДе 01, 0, О - напряжения источника 23 трех опорных напряжений, равна нулю. Интегратор 25 интегрирует О в промежутке между достижением 0(й) напряжений О и О, а затем с противоположным знаком от О до 0, что получают подключением выхода диффе 35 ренциатора 8 к интегратору 24 переключателем 20 по сигналу сравнивающего блока 22 сначала напрямую, а за" тем через инвертор 24 с единичным коэффициентом усиления. При этом получают условие квазиравновесия= 1/РСЗатем регулировкой сопротивления резистора 15 компенсируют на выходе дифференциатора 8 линейную составляющую О(й). Момент компенсации определяют по нулевому показанию детектора 20 выделения информации о наличии линейной составляющей. Работа последнего основана на том, цто интеЫ гратор 29 интегрирует напряжение 0, подаваемое на него с противоположными знаками через переключатель 26 и инвертор 28 с единичным коэффициентом усиления, в течение одинаковых промежутков времени, задаваемыхИ хронирующим блоком 27, запуск которого осуществляют в момент подачи Ъимпульса с выхода генератора 1 прямоугольных импульсов. При этом разность интегралов от постоянной со-, ставляющей равна нулю, а линейной - нет.Отсюда получают условие равновесияА Рсщгде Р и С - значения регулируемогоосопротивления резистора 15 и емкости конденсатора 17.Затем регулировкой активного сопротивления 14 компенсируют постоянную составляющую напряжения О(с) по нулевому показанию нуль-индикатора 19. Получаютгде Р, и Р - значения сопротивлениярезисторов 14 и 12.В случае неполного уравновешивания операции повторяют.При необходимости по измеренным значениям 1 ,о,можно подсчитать Р, 1., С параметры объекта 4 измерения, что не вызывает принципиальных затруднений.Использование генератора прямоугольных импульсов, интегратора, дифференциатора, двух ключей, операционного усилителя, регулируемого конденсатора, активного сопротивления, сумматора, детектора определения линейности переходного напряже" ния, детектора выделения информации о наличии линейной составляющей, нуль-индикатора позволяет измерять масштабный коэффициент, нуль и полюс проводимости нереэонансных пассивных трехэлеиентных двухполюсников всех видов. При необходимости не представляют принципиальных затруднений определения по результатам измерений Р, , С параметров.Таким образом, применение детекторов выделения информации о наличии линейной составляющей и определения линейности переходного напряжения дает возможность получить высокую точность, определяемую применением операций интегрирования и вычитания, легко автоматизировать устройство, что дополнительно облегчается наличием раздельного зависимого уравновешивания.Формула изобретения 40 1, Мост для измерения параметров пассивных трехйементных нерезонансмых двухполюсников, содержащий первый и второй операционные усилители, к входу первого операционного усилителя подключен резистор, к входу вто рого - регулируемый резистор, в цепь отрицательной обратной связи второго операционного усилителя включен конденсатор, дифференциальный усилитель, нуль-индикатор, источник напряжения и объекты измерения, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с щелью расширения функциональных возможностей, он снабжен интегратором, дифференциатором, двумя ключами, третьим операционным усилителем, регулируемым конденсатором, резистором, сумматором, детектором определения линейности переходного напряжения, детектором выделения информации о наличии линейной составляющей, входы двух операционных усилителей через резисторы соединены с интегратором, аунтированным. ключом, соединенным с генератором прямоугольных импульсов, вход третьего операционного усилителя через объект измерения соединен с выходом интегратора, в цепь отрищательной обратной связи третьего операционного усилителя, выход которого через дифференциатор, шунтированный ключом, соединен с первым вхо. дом дифФеренциального усилителя и детектором определения линейности переходного напряжения, включены последовательно соединенные резистор и регулируемый конденсатор, в цепь отрицательной обоатной связи первого опе. рационного усилителя включен регулиоуемый резистор, а выходы первого и 5 10 го 25 30 3 второго операционных усилителей через сумматор соединены 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.2. Мост по и, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что детектор определения линейности переходного напряжения выполнен иэ сравнивающего блока, источника трех опорных напряжений, инвертора, интегратора и переключателя, который соединен по входу с дифференциальными и сравнивающим блоками, а по выходу - напрямую и через инвертор с интегратором, выход источника трех опорных напряжений соединен с входом сравнивающего блока.3. Мост по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что детектор выделения информации о наличии линейной составляющей выполнен из хронирующего блока, инвертора, интегратора и переключателя, который соединен по входу с дифференциальным усилителем, хронирующим блоком, а по выходу- напрямую и через инвертор с интегра" тором, вход хронирующего блока соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов.4. Мост по и, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что источник напряжения выполнен в виде генератора прямоугольных импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. "Измерение, контроль, автоматизация", 1976, 8 3, с, 8.2. Авторское свидетельство СССР И 490042, кл. 6 01 В 27/02, 1974