Квазиуравновешенный мост для измерения параметров четырехэлементных rlc-двухполюсников

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 0% ( С 504 С 01 К 17 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН 4ЗС АВТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССР В 954891, кл. С 01 К 27/02, 1982.Авторское свидетельство СССР В 527721, кл. С 01 К 27/00, .1977. (54) КВАЗИУРАВНОВЕШЕННЫЙ МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЧЕТЫРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ К 1 С-ДВУХПОЛЮСНИКОВ(57) Изобретение может быть использовано для измерения электрических параметров электроакустических преобразователей. Цель изобретениярасширение функциональных возможностей устройства, Устройство содержитисточник 1 частотно-модулированногосигнала, операционный усилитель 3,фазочувствительный выпрямитель 13,управляемые делители 18 и 19 напряжения, интегрирующий усилитель 21и амплитудный детектор 26, Введениеоперационного усилителя 4, сумматоров10-12 напряжения, фазочувствительных выпрямителей 14 и 15, выпрямителей 16 и 17, управляемого делителя 20 напряжения, дифференцирующего усилителя 22, делителей 23 и 24напряжения, переключателя 25 и амплитудного детектора 27 обеспечивает раздельное измерение чечырехэлементных двухполюсников1 ил.Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьиспользовано для измерения электрических параметров электроакустичес 5ких преобразователей, струнных инакладных электромагнитных датчиков,магнитострикционных преобразователейи др,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройстваза счет обеспечения раздельного измерения параметров четырехэлементныхдвухполюсников, содержащих последовательный или параллельный КЬС-контур 15и включенный соответственно параллельно или последовательно обособленныйэлемент.На чертеже приведена функциональная схема квазиуравновешенного моста 20для измерения параметров четырехэлементного двухполюсника, состоящего,например, из последовательно соединенных резистора и параллельно КЬСконтура. 25Мост содержит источник 1 частотномодулированного сигнала, образцовыйрезистор 2, операционные усилители3 и 4, исследуемый двухполюсник 5,состоящий из обособленного элементаб, в данном случае резистора, резистора 7, конденсатора 8, катушки 9индуктивности, сумматоры 10-12 напряжения, фазочувствительные выпрямители 13-15, выпрямители 16 и 17, управляемые делители 18-20 напряжения,35интегрирующий 21 и дифференцирующий22 усилители, делители 23 и 24 напряжения, переключатель 25 и амплитудныедетекторы 26 и 27. Источник 1 частотно-модулированного сигнала через управляемые делители 19 и 20 напряжениясоединен соответственно с сумматорами11 и 12 напряжения, а через образцовый резистор 2 и управляемый делитель4518 - соответственно с операционнымиусилителями 3 и 4, выходы которыхсоединены с входами сумматора 10 напряжения. В цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 3включены зажимы для подключения исследуемого двухполюсника 5. Выходсумматора 10 через интегрирукпций 21и дифференцирующий 22 усилители соединен с переключателем 25, первый ивторой выходы которого соединены соответственно с входом сумматора 12 иодним из входов фазоцувствительногоВыпрямитс.,ля4 второй вход ктро ГО соединен с входом выпрямителя 17 ивыходом сумматора 12. Выходы фазочувствительного выпрямителя 14 и выпря-мителя 17 через делитель 24 напряжения и амплитудный детектор 26 соединены с управляющим входом управляе-,мого делителя 20. Кроме того, выходсумматора 10 соединен с входом сумматора 11, выпрямителя 16 и первымивходами фазочувствительных выпрямителей 13 и 15, а вторые вхады последних соединены соответственно с выходом сумматора 11 и источника 1 частотно-модулированного сигнала, Управляющий вход управляемого делителя 19соединен с выходом фазочувствительного выпрямителя 13, а управляемого делителя 18 через амплитудный детектор27 соединен с выходом делителя 23 напряжения, входы которого соединены свыходами фазочувствительного выпрямителя 15 и выпрямителя 16.Квазиуравновешенный мост работаетследующим образом.Измерительная цепь приводится впервое состояние квазиравновесия путем изменения коэффициента передачиуправляемого делителя 18 при помощиамплитудного детектора 27. Указанноесостояние квазиравновесия наступаетпри достижении частотной независимости напряжения на выходе делителя 23напряжения. В этом состоянии по коэффициенту передачи управляемого делителя 18 отсчитывают сопротивлениерезистора 6,Последующие состояния квазиравновесия взаимно независимы, Сопротивление резистора 7 отсчитываетсяпо коэффициенту передачи управляемого делителя 19 во втором состоянииквазиравновесия, которое достигается путем изменения коэффициента передачи этого делителя при помощифазочувствительного выпрямителя 13до получения квадратуры выходныхсигналов сумматоров 10 и 11.Третье и четвертое состояния квазиравновесия определяются по частотной независимости выходного сигналаделителя 24 напряжения, которое достигается при помощи амплитудного детектора 26 путем изменения коэффициента передачи управляемого делителя 20. При этом последовательностьизмерения реактивных элементов 8 и9 зависит от положения переключателя25. В указанном положении переключа=Ц К ра 1 где П я источдулировыходные напряжен ника 1 частотно-м ванного сигнала; коэффициент перед равляемого делите 10 + К 19 К 9-К 2) 9 1 ЗТ) 9 Кде К дачи упеля 19 на ффициент пеяемого деления.тельный де торов ление ре и 7; сть конд ктивност 4 овая часнсат С - емк Ь 9 - инД- кру ри вып ектор выде апряжения ЕНИЮ 61 О: к к аст яет веществен по отношен) Ц 1ий М 1 игналом детекторт передачи управдо выполнения выходным коэффици елителя зависит о оим п еня и5л то ты: мого условия 2) Ке Ы 1 Ц 19= К 7 яниюаче В иональчасть вительеля 16 ого К схемы, ного в и дели зистом ельно выходя выпрям ен дное ется ГДЕ 11 О двиг фа иями 01 яжен м010ая часть напряже отношению к 01. дной сигнал дели Ке (о веществен НИЯ 01 О П том (3) вых напряжения выходное напряжние дифференци С учтеля 23жением 55 гДе 022 еписывается вь ую; ени е)е Кей)е Ц еия; з 14 теля измеряется значение емкости конденсатора 8. В противоположном положении по значению того же коэффициента передачи управляемого делителя 20 отсчитывается значение индуктивности катушки 9,Рассмотрим работу устройства во всех состояниях квазиравновесия, При этом следует отмеить, что при активном характере обособленного элемента 6 операционный усилитель 4 является неинвертирующим усилителем. Для простоты считают его повторителем.Тогда напряжение на выходе сумматора 10 описывается выражением е ление сигн ала, пропеИ 1 Ц 49)3, осуществлсостоящая из фазочув1 прямителя 15, выпрямтеля 23 напряжения.ой сигнал фазочувствителя 15 з "1 о = - Ке(01 о ), (3Ц)Ъо что соответствует выражению вещественной части отношения двух комплексных напряжений. Амплитудный детектор27 выделяет огибающую выходного сигнала делителя 23 и изменяет коэффициент передачи управляемого делителя18 напряжения до выполнения условия(2). В этом состоянии по значению коэффициента передачи делителя 18 отсчитывают сопротивление резистора 6 После достижения первого квазирав 15 новесия (1) примет вид а выходное напряжение суммато 4 О что соответствует второму состквазиравновесия, При этом по зннию коэффициента передачи дели19 отсчитывают сопротивление ртора 7,Третье состояние квазиравно45достигается при указанном положпереключателя 25. При этом выхнапряжение сумматора 12 описыввыражением012 = 022 + 02 О =50 щего усилителяГ 22 - постоянная вре , дифференцирова1404957 Ф012 О исодно силите инте грирующе пряже1 г 1 ,КгЬо Пю = 01 сд Ъ Ег, ЗаЬ(1 выходной сигния описываетемени инте.ггЬе тношения двух 2(12 14) н ента и об обыходное напряжениеуправляемого делителя 20,К 2 О - коэффициент передачн делителя 20. При выполнении условия Ктовыражение (10) принимает вид где Ср - постоянная вр рирования. Вещественная часть о ф Ц 12 наЩяжений Ю =, с учето ПИ еечЦд)Э К 2 о ьэе зависит от частвует третьемуновесия.Напряжение, пропорциональное значению Кем(Ю), выделяет часть схемы, состоящая из выпрямителя 17, фазочувствительного выпрямителя 14 и делителя 24 напряжения. Ее принцип действия аналогичен описанному для первого состояния квазиравновесия:П Р Б 12 сов 62)5)Пи Пггде 42 - сдвиг фаз между напряжениями 02 и ПИАмплитудный детектор 26 изменяет . коэффициент передачи управляемого делителя 20 напряжения до получения частотной независимости напряжения 024, что соответствует выполнению условия (11). При этом по значению коэффициента передачи управляемого делителя 20 отсчитывают емкость конденсатора 8 согласно выраженил (11).Перевод переключателя в противоположное указанному положение позволяет измерить значение индуктивности катушки 9 в момент четвертого квазиравновесия. В этом случае выход операционного усилителя 3 соединенс входом сумматора 12 через интегрирующий усилитель 21, а с входомфазочувствительного выпрямителя 14и выпрямителя 17 - через дифференцирующий усилитель 22,Тогда выходное напряжение сумматора 12 описывается выражением 10Пг = Пг + Ого(16)ф Кг(Кгпв-Ь )-ЙКрС ЬюКг+ЮЬ КЦК(1-мгС,Ь,)+3 аЬо 15 Выходное напряжение дифференцирующего усилителя 22 д ггг КрЬ д" К(1-аС,Ь,)+20 С учетом (16) и (1нал делителя 24 напряжся выражением Как и в предыдущем случае, амплитудный детектор 26 огибающей изменяет коэффициент передачи управляемого делителя 20 напряжения до достижения 0 частотной независимости напряженияБг. Она достигается при выполнении условия четвертого квазиравновесия:Ье = :гК 1 о (19)Выражения (5), (9) (11) и.(19)показывают возможность отсчета параметров исследуемого двухполюсника по значениям коэффициентов передачи управляемых делителей напряжения в четырех состояниях квазиравновесия мос. товои измерительнои цепи.При индуктивном или емкостномхарактере обособленного элемента 6исследуемого двухполюсника операционный усилитель 4 выполняет соответственно дифференцирование или интегрирование выходного сигнала управляемого делителя 18 напряжения.При этом по значению коэффициентапередачи. последнего отсчитывают соответственно значение индуктивностиили емкости обособленного элемента.В остальном работа устройства не изменяется,Для измерения параметров двухполюсника, состоящего из соединенныхпараллельно обособленного элемпоследовательного КЬС-контура,разцовый резистор 2 включают в7 1404957 15 20 25 30 55 ратную связь, а исследуемый двухполюсник - в прямую связь операционного усилителя 3. При активном характере обособленного элемента операционный усилитель 4 является повторителем, при индуктивном - интегратором, а при емкостном - дифференциатором.При этом значении обособленного элемента отсчитывают в первом состоянии квазиравновесия по значению коэффициента передачи управляемого делителя 18, а значение активного сопротивления последовательного КЬС- контура отсчитывают во втором состоянии квазиравновесия по значению коэффициента передачи управляемого делителя 19. Порядок измерения реактивных параметров последовательного КЬС-контура изменяется на обратный по сравнению с описанным для параллельного контура. Указанное положение переключателя 25 соответствует измерению индуктивного параметра контура, значение ко торо го о тсчитыв ае тся в третьем состоянии квазиравновесия по значению коэффициента передачи управляемого делителя 20. Для измерения емкостного параметра контура переключатель 25 переводится в противоположное указанному положение. Тогда в четвертом состоянии квазиравновесия по значению коэффициента передачи делителя 20 отсчитывают значение емкости контура. Работа самогоустройства при этом не изменяется.Отличительной особенностью предлагаемого квазиуравновешенного моста является взаимная независимость контуров уравновешивания, Измерение параметров КЬС-контура исследуемого двухполюсника возможно после достижения первого квазиравновесия. Однако производимые регулировки для достижения остальных состояний квазиравновесия взаимно независимы и не нарушают условий первого квазиравновесия, Это позволяет производить измерение в широком диапазоне изменения параметров исследуемых двухполюсников, в том числе и в предельныхслучаях, когда указанные четырехэлементные КЬС-двухполюсники преобразуются в трехэлементные двухполюсникиразличной конфигурации. Таким образом обеспечение раздельного измерения параметров четырехэлементных КЬС-двухполюсников, а также трехэлементных двухполюсников произвольной конфигурации значительнорасширяет функциональные возможности устройства по сравнению с известным. Формула изобретения Квазиуравновешенный мост для измерения параметров четырехэлементных КЬС-двухполюсников, содержащий источник частотно-модулированного сигнала, первый операционный усилитель,образцовый резистор 1 первый и второйуправляемые делители напряжения, интегрирующий усилитель, первый фазочувствительный выпрямитель, первыйамплитудный детектор, первый и второй зажимы для подключения исследуемого двухполюсника, первый из которых соединен с входом первого операционного усилителя, а выход источника частотно-модулированного сигнала соединен с первым входом первого фазочувствительного выпрямителя ивходом первого управляемого делителянапряжения, управляющий вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, внего введены второй операционный усилитель, второй амплитудный детектор,третий управляемый делитель напряжения, дифференцирующий усилитель, второй и третий фазочувствительные выпрямители, первый и второй выпрямители, первый и второй, целители напряжения, первый, второй и третий сумматоры напряжения и переключатель,причем источник частотно-модулированного сигнала через образцовый резистор соединен с входом первого операционного усилителя, а через. второйи третий управляемые делители напряжения - соответственно с входом второго операционного усилителя и первымвходом третьего сумматора напряжения,при этом второй зажим для подключенияисследуемого двухполюсника соединен свыходом первого операционного усилителя, входы первого сумматора напря 35ао а 5 50 жения соединены соответственно с выходами операционных усилителей, а еговыход соединен с входом первого выпрямителя, вторым входом первого ипервым входом третьего фазочувстнительных выпрямителей и вторым входом.Заказ 3098/48 Тираж 772 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 9 1404 третьег(т сумматора напряжения, а также с входами интегрирующего и дифференцирующего усилиТелей, причем выходы последних соединены с входами переключателя,. выходы первого выпря 5 мителя и первого фазочувствительного выпрямителя через первый делитель напряжения и второй амплитудный детектор соединены с управляющим входом второго управляемого делителя напряжения, выход третьего сумматора напряжения соединен с вторым входомтретьего фазочувствительного выпря.мителя, а выход последнего соединенс управляющим входом третьего управ 957 10ляемого делителя напряжения, при этом входы второго сумматора напря" жения соединены с выходом первого управляемого делителя напряжения и первым выходом переключателя соответственно, а его выход соединен с входом второго выпрямителя и первым входом второго фазочувствительного выпрямителя, второй вход которого соединен с вторым выходом переключателя, а выходы второго выпрямителя и второго фазочувствительного выпрямителя че" рез второй делитель напряжения соединен с входом первого амплитудного детектора.