Pierwszenstwo: BIlUtTEKA Urzedu fet**t»w»f• Opublikowano: 20. V. 1968 55517 MKP G 01 r 27/c7£ UKD Twórca wynalazku: dr inz. Lech Weiss Wlasciciel patentu: Politechnika Poznanska (Katedra Miernictwa Elek¬ trycznego), Poznan (Polska) Sposób pomiaru zmian impedancji za pomoca mostka elektrycznego oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Wynalazek dotyczy sposobu pomiaru zmian im¬ pedancji za pomoca mostka elektrycznego oraz urzadzenia do stosowania tego sposobu. Mierzona zmiana impedancji zostaje przetworzona w most¬ ku elektrycznym na proporcjonalny do niej od¬ cinek czasu. Poczatek i koniec tego odcinka czasu sa zaznaczone impulsami. Odcinek czasu mierzy sie sposobami elektronicznymi, a w szczególnosci spo¬ sobem numerycznym, co umozliwia uzyskanie du¬ zej dokladnosci pomiaru, przy czym cyfrowe wska¬ zanie czasomierza wyraza bezposrednio wartosc mierzonej zmiany impedancji.Znane sposoby mostkowego pomiaru zmian im¬ pedancji opieraja sie na metodzie zerowej lub wychylowej. W obu metodach mostek musi byc przed pomiarem zrównowazony, po czym w jednej lub w kilku galeziach mostka, a mianowicie w ga¬ leziach pomiarowych, nastepuje zmiana impedan¬ cji, której wartosc ma byc zmierzona.W metodzie zerowej nastepuje powtórne zrów¬ nowazenie mostka, które zostaje dokonane poprzez zmiane impedancji innych jego galezi, a miano¬ wicie galezi regulacyjnych. Zmiana wartosci impe¬ dancji regulacyjnych galezi mostka moze odby¬ wac sie recznie lub automatycznie i jest wykazy¬ wana na odpowiednim przyrzadzie odczytowym.Jest ona miara mierzonej zmiany impedancji. Dla pomiarów numerycznych konieczna jest automa¬ tyczna zmiana wartosci impedancji galezi regula¬ cyjnych mostka, przy czym zmiana ta musi od¬ bywac sie w sposób skokowy przez zalaczanie za pomoca przekazników szeregowo lub równolegle impedancji wyrównawczych. Niedogodnosc stoso¬ wania metody zerowej polega na tym, ze czas 5 dzialania przekazników jest stosunkowo dlugi. Po¬ za tym w przypadku pomiaru bardzo malych war¬ tosci mierzonych zmian impedancji nie mozna po¬ minac opornosci styków przekaznika w stanie zwarcia lub rozwarcia. Stwarza to dodatkowe trud- 10 nosci pomiarowe.W metodzie wychylowej wykorzystuje sie sygnal niezrównowazenia mostka. Poziom tego sygnalu jest w przyblizeniu proporcjonalny do wartosci mierzonej zmiany impedancji. W celu uzyskania 15 odczytu numerycznego sygnal ten musi byc zmie¬ rzony za pomoca kompensatora skokowego lub woltomierza z odczytem numerycznym. Wada me¬ tody jest nieliniowosc wskazan, która rosnie ze wzrostem wartosci mierzonej zmiany impedancji. 20 Poza tym pomiar sygnalu niezrównowazenia kom¬ pensatorem skokowym wymaga dluzszego czasu, a stosowanie woltomierza cyfrowego wymaga uzy¬ cia wzmacniacza o kalibrowanym wzmocnieniu, co w praktyce nastrecza znaczne trudnosci. 25 Wartosc zmiany impedancji, mierzonej sposo¬ bem wedlug wynalazku okresla sie czasem po¬ trzebnym do sprowadzenia mostka do stanu rów¬ nowagi. Dlatego w przynajmniej jednej galezi mostka znajduje sie opór, którego wartosc ste- 30 ruje sie wedlug okreslonej funkcji czasowej od 555173 55517 4 swojej wartosci poczatkowej do koncowej. Chwila poczatkowa, w której rozpoczyna sie sterowanie opornosci, oznaczona jest impulsem elektrycznym „start" i stanowi poczatek procesu pomiarowego.Opór sterowany po osiagnieciu swojej wartosci koncowej powraca skokiem do swojej wartosci poczatkowej.Ekstremalne Wartosci oporu sterowanego wyzna¬ czaja zakres pomiarowy. Dzieki temu, ze w obre¬ bie zakresu wartosc oporu sterowanego zmienia sie w sposób ciagly, brak w mostku stanu statycz¬ nego (ustalonego), a równowaga- mostka wyste¬ puje tylko;w jednej chwili. Chwila ta oznaczona jest impulsem .elektrycznym „stop" i rstanowi zakonczenie procesu pomiarowego. Czas T za¬ warty miedzy impulsami oznaczajacymi poczatek i koniec pomiaru jest miara mierzonej zmiany impedancji i mierzy sie go sposobem numerycz-' nym.Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykla¬ dowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy urzadzenia, a fig. 2 przebieg bezwzglednej wartosci sygnalu niezrówno- wazenia U na wyjsciu motka oraz dochodzace do wejscia czasomierza impulsy e(t) oznaczajace po¬ czatek i koniec procesu pomiarowego.Cyfrowego pomiaru zmian impedencji sposobem wedlug wynalazku dokonuje sie za pomoca ukladu przedstawionego na fig. 1. Pomiaru zmian A Z% impedancji Z2 dokonuje sie w mostku 1 skladaja¬ cym sie z galezi o impedancjach Z±, Z2, Z3 i Z4 oraz opornika wyrównawczego r. Impedancja Z\ jest sterowana, a jej wartosc jest funkcja czasu.Przed pomiarem dokonuje sie wstepnego wyrów¬ nania mostka znajdujacego sie w stanie statycz¬ nym.Wyrównanie wstepne odbywa sie przez nastawie¬ nie poczatkowej wartosci impedancji Z4, oraz przez regulacje opornika wyrównawczego r przy uzyciu wzmacniacza 2 i wskaznika równowagi sta¬ tyczne} 3. Po wyrównaniu wstepnym uklad star¬ towy 5 wysyla impuls „start". Uruchamianie ukla¬ du startowego nastepuje recznie lub automatycznie.Impuls „start" uruchamia urzadzenie sterujace 6, oraz otwiera bramke elektroniczna czasomierza 7.. Urzadzenia sterujace 6 zmienia w czasie impe- dancje Z4 mostka, w rezultacie czego poziom sygnalu niezrównowazenia na wyjsciu mostka w punkcie a jest równiez funkcja czasu. Jezeli mierzona zmiana impedancji AZ2=0, to poziom sygnalu niezrównowazenia posiada wartosc zerowa w momencie startu. Zgodnie ze zmiana impedan¬ cji Z4 poziom sygnalu niezrównowazenia osiaga wartosc zerowa po pewnym czasie, jak na fig. 2, a nastepnie w miare wzrastania lub zmniejszania sie wartosci impedancji Z4, bezwzgledna wartosc poziomu sygnalu niezrównowazenia znowu wzra¬ sta.Sygnal niezrównowazenia po wzmocnieniu we wzmacniaczu 2 dochodzi do detektora 4, w którym przejscie sygnalu niezrównowazenia przez poziom zerowy w momencie równowagi wywoluje impuls : „stop". Impuls; „stop" zamyka bramke elektronicz¬ na czasomierza 7. Czasomierz 7 wykazuje odpo¬ wiednia cyfre w swoim polu odczytowym i na tym cykl pomiarowy zostaje zakonczony. Pomiar 5 moze byc powtarzany cyklicznie.Sposób pomiaru zmian impedancji wedlug wy¬ nalazku charakteryzuje sie tym, ze dzieki zasto¬ sowaniu nastawnej impedancji Z4, której wartosc jest zmieniana za pomoca ukladu sterujacego 5, •1° uzyskuje sie funkcjonalna zaleznosc czasu potrzeb¬ nego do zrównowazenia mostka 1 od wartosci mie¬ rzonej zmiany AZ2 impedancji Z^ Moment w któ¬ rym mostek znajdzie sie w stanie równowagi jest zaznaczony impulsem elektrycznym. Czas trwania 15 jednego cyklu pomiarowego zmiany impedancji w sposobie wedlug wynalazku zalezy od predko¬ sci zmiany sterowanej impedancji Z4 i nie prze¬ kracza kilku milisekund.Predkosc zmiany sterowanej impedancji Z4 do- 20 biera sie, tak, by wskazania cyfrowego czaso¬ mierza 7 wyrazaly bezposrednio wartosc mierzonej zmiany A Z2 impedancji Z2. Dokladnosc pomiaru zmian impedancji sposobem wedlug wynalazku jest równa dokladnosci mostkowych metod zerowych 25 i nadaje sie zwlaszcza do pomiaru malych zmian impedancji, a w szczególnosci do pomiaru malych zmian oporu rzeczywistego. Sposób ten moze byc wiec stosowany na przyklad do pomiarów tenso- metrycznych. W przypadku pomiaru tylko oporów ,;0 rzeczywistych, wszystkie omówione zaleznosci maja przebieg liniowy. PL