RU2034301C1 - Мост для измерения параметров трехэлементных нерезонансных двухполюсников - Google Patents
Мост для измерения параметров трехэлементных нерезонансных двухполюсников Download PDFInfo
- Publication number
- RU2034301C1 RU2034301C1 SU4908233A RU2034301C1 RU 2034301 C1 RU2034301 C1 RU 2034301C1 SU 4908233 A SU4908233 A SU 4908233A RU 2034301 C1 RU2034301 C1 RU 2034301C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- operational amplifier
- output
- capacitor
- input
- adder
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Использование: изобретение относится к мостовым цепям, а более конкретно - для изменения параметров трехэлементной схемы замещения емкостных датчиков. Данная схема моделирует емкостный бесконтактный датчик и может быть использовано в измерительной технике, например, для измерения влажности нефти и нефтепродуктов, а автоматике, телемеханике, связи. Сущность изобретения: с целью упрощения условий равновесия дополнительно в мост введены линия задержки 12, два ключа 9 и 11, детектор для определения экспоненциальной формы напряжения 16, конденсатор 19. При использовании данного устройства необходимо знание значения одной емкости объекта измерения, отсутствует раздельный отсчет. Наряду с достаточно высокой точностью вышеперечисленные положительные качества позволяют использовать предлагаемый мост как в лабораторных, так и в промышленных условиях. 1 ил.
Description
Изобретение относится к мостовым цепям, для измерения параметров трехэлементной схемы замещения емкостных датчиков. Данная схема моделирует емкостной бесконтактный датчик и может быть использовано в измерительной технике, например, для измерения влажности нефти и нефтепродуктов в автоматике, телемеханике, связи.
Известно устройство для измерения параметров пассивных трехэлементных нерезонансных двухполюсников [1] содержащее первый и второй операционные усилители, к входу первого подключен резистор, к входу второго регулируемый резистор, в цепь отрицательной обратной связи второго включен конденсатор, дифференциальный усилитель, нуль-индикатор, источник напряжения и объекты измерения, введены интегратор, дифференциатор, два ключа, третий операционный усилитель, регулируемый конденсатор, резистор, сумматор, детектор определения линейности переходного напряжения, 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.
Детектор определения линейности переходного напряжения выполнен из сравнивающего блока, источника трехопорных напряжений, инвертора, интегратора и переключателя, который соединен по входу с дифференциатором и сравнивающим блоком, а по выходу напрямую и через инвертор с интегратором, выход источника трехопорных напряжений соединен с входом сравнивающего блока.
Детектор выделения информации о 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.
Данное устройство имеет сложные пересчетные формулы от измеряемых параметров K, α,β к параметрам схемы замещения.
Известно мостовое устройство [2] для измерения параметров трехэлементных нерезонансных двухполюсников, содержащее генератор прямоугольных импульсов, соединенный с интегратором, шунтированным ключом. 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 с 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 линейности переходного напряжения. Выход генератора прямоугольных импульсов через резистор соединен с операционным усилителем, в цепь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор. Выход 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. Выход дифференциатора соединен с вторым входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с нуль-индикатором и с детектором деления информации о наличии линейной составляющей.
Данное устройство имеет сложные пересчетные формулы от измеряемых параметров K, α,βк значениям величин элементов схемы замещения.
Вышеописанное устройство выбрано автором в качестве прототипа.
Целью изобретения является получение простых расчетных формул для определения значений элементов схемы замещения, состоящей из емкости, включенной параллельно с активным сопротивлением, последовательно которым включена емкость.
Поставленную цель достигают тем, что известное устройство, содержащее генератор прямоугольных импульсов, соединенный через регулируемый резистор с инвертирующим входом операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор, операционный усилитель соединен с сумматором, который соединен с выходом, второго операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор, третий операционный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включен измеряемый двухполюсник, содержащий параллельно включенные емкость и активное сопротивление, включенные последовательно с емкостью, нуль-индикатор, сумматор, регулируемый резистор, четвертый операционный усилитель, к инвертирующему входу которого подключен регулируемый резистор, а выход подключен к второму сумматору, конденсатор, резистор. Устройство дополнительно снабжено линией задержки, двумя ключами, детектором для определения экспоненциальной формы напряжения, регулируемым резистором. Генератор прямоугольных импульсов через конденсатор подключен к инвертирующему входу третьего операционного усилителя, выход которого соединен с вторым сумматором, который соединен через ключ с нуль-индикатором и непосредственно с детектором для определения экспоненциальной формы напряжения, генератор прямоугольных импульсов через регулируемый резистор соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, и к регулируемому резистору, подключенному к инвертирующему входу четвертого операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен резистор. К второму сумматору подключен сумматор. Параллельно конденсатору в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя включают регулируемый резистор. Выход генератора прямоугольных импульсов через линию задержки, параллельно которой включен второй ключ, соединен с ключом.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых элементов: конденсатора, линии задержки, двух ключей, детектора для определения экспоненциальной формы напряжения и их связей с остальными элементами схемы.
Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что конденсатор, линия задержки, ключи, детектор для определения экспоненциальной формы напряжения широко известны [3, 4]
Но их введение в данной связи с остальными элементами позволяют получить новое свойство, а именно простые пересчетные формулы.
Но их введение в данной связи с остальными элементами позволяют получить новое свойство, а именно простые пересчетные формулы.
Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения "существенные отличия".
На чертеже изображена принципиальная схема устройства.
Устройство содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, соединенный через конденсатор 2 с инвертирующим входом операционного усилителя 3, в цепь отрицательной обратной связи которого включен измеряемый двухполюсник 4, содержащий емкость, включенную последовательно с параллельно включенными активным сопротивлением 6 и емкостью 7. Операционный усилитель 3 через сумматор 8 соединен с ключом 9, соединенным с нуль-индикатором 10, и через ключ 11, соединенный параллельно линии задержки 12, с выходом генератора 1 прямоугольных импульсов, который соединен через регулируемый резистор 13 с операционным усилителем 14, в цепь отрицательной обратной связи которого включен резистор 15. Выход операционного усилителя 14 соединен с сумматором 8, выход которого соединен с детектором 16 для определения экспоненциальной формы напряжения. Выход генератора 1 прямоугольных импульсов через регулируемый резистор 17 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 18, в цепь отрицательной обратной связи которого параллельно включены конденсатор 19 и регулируемый резистор 20. Выход операционного усилителя 18 соединен с сумматором 21. Выход генератора 1 прямоугольных импульсов через переменный резистор 22 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор 24. Выход операционного усилителя 23 соединен с сумматором 21.
Устройство работает следующим образом.
На выходе операционного усилителя 3 получают напряжение
U3(t)
· PC2 
+ 
E 
+ E 
e
где E амплитуда прямоугольных импульсов;
C2,C5, C7 емкости конденсаторов 2, 5, 7;
R6 активное сопротивление резистора 6;
P комплексный параметр;
t время.
U3(t)
C2,C5, C7 емкости конденсаторов 2, 5, 7;
R6 активное сопротивление резистора 6;
P комплексный параметр;
t время.
На выходе операционного усилителя 14 получают напряжение
U11(t) E
где R13 и R15 активные сопротивления регулируемого резистора 13 и резистора 15.
U11(t) E
На выходе операционного усилителя 18 получают напряжение
U18(t)
· 
E 
E 
e
где R17, R20 активные сопротивления регулируемых резисторов 17 и 20;
C19 емкость конденсатора 19.
U18(t)
C19 емкость конденсатора 19.
На выходе операционного усилителя 23 получают напряжение
U23(t) E
где R22 и R24 активные сопротивления регулируемых резисторов 22 и 24.
U23(t) E
На выходе сумматора 21 получают напряжение
U21(t) U18(t)+U23(t) E
e
при условии
На выходе сумматора 8 получают напряжение
t
=
U
(
+
U
t
Ключ 11 разомкнут, ключ 9 открывается через фиксированный промежуток времени, обеспечиваемый линией 12 задержки. За это время переходные процессы затухают.
U21(t) U18(t)+U23(t) E
На выходе сумматора 8 получают напряжение
Ключ 11 разомкнут, ключ 9 открывается через фиксированный промежуток времени, обеспечиваемый линией 12 задержки. За это время переходные процессы затухают.
Тогда
U8(t) E
По показанию нуль-индикатора 10 регулировкой регулируемого резистора 13 сводят U8(t) к нулю. Тогда
C5= C2
Тогда напряжение
U8(t) E
e
- E 
e
Регулировкой регулируемого резистора 20 добиваются равенства
R6C7 C19R20, которое засекают с помощью детектора для определения экспоненциальной формы напряжения 16.
U8(t) E
По показанию нуль-индикатора 10 регулировкой регулируемого резистора 13 сводят U8(t) к нулю. Тогда
C5= C2
Тогда напряжение
U8(t) E
Регулировкой регулируемого резистора 20 добиваются равенства
R6C7 C19R20, которое засекают с помощью детектора для определения экспоненциальной формы напряжения 16.
После чего регулировкой регулируемого резистора 17 при замкнутом ключе 11 по показаниям нуль-индикатора 10 получают
E
e
- E 
e
0
Тогда
или C7 C2 
Следовательно, R6= R20
Получен раздельный отсчет.
E
Тогда
Следовательно, R6= R20
Получен раздельный отсчет.
Известно мостовое устройство, применяемое в промышленности [7] предназначенное для измерения параметров схемы замещения, состоящей из емкости, включенной последовательно с параллельно включенными емкостью и активным сопротивлением. При использовании данного устройства необходимо знание значения одной емкости объекта измерения. Кроме того, в этом случае отсутствует раздельный отсчет.
Введение линии задержки, двух ключей, детектора для определения экспоненциальной формы напряжения, регулируемого резистора приводит к получению раздельного отсчета, при наличии раздельного уравновешивания и регулировки только активных сопротивлений. Данные положительные качества вместе в известных устройствах при измерении параметров схемы замещения, состоящей из емкости, включенной последовательно с параллельно включенными активным сопротивлением и емкостью, не встречаются [5, 6]
Данная схема замещения является моделью емкостного датчика при измерении влажности, параметров двухкомпонентных жидкостей и т.д. [7]
Данная схема замещения является моделью емкостного датчика при измерении влажности, параметров двухкомпонентных жидкостей и т.д. [7]
Claims (1)
- МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ НЕРЕЗОНАНСНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ, содержащий генератор прямоугольных импульсов, соединенный через первый регулируемый резистор с инвертирующим входом первого операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор, выход первого операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, в цепь отрицательной обратной связи которого включены клеммы для подключения измеряемого двухполюсника, содержащего параллельно включенные конденсатор и резистор, включенные последовательно с конденсатором, нуль-индикатор, второй сумматор, третий регулируемый резистор, четвертый операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, к инвертирующему входу которого подключен четвертый регулируемый резистор, а выход подключен к первому входу второго сумматора, конденсатор, резистор, отличающийся тем, что, с целью уменьшения трудоемкости проведения измерений за счет упрощения условий равновесия, в него введены линия задержки, два ключа, детектор для определения экспоненциальной формы напряжения, пятый регулируемый резистор, генератор прямоугольных импульсов через конденсатор подключен к инвертирующему входу третьего операционного усилителя, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен через первый ключ с нуль-индикатором и непосредственно с детектором для определения экспоненциальной формы напряжения, генератор прямоугольных импульсов через третий регулируемый резистор соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, с четвертым регулируемым резистором, подключенным к инвертирующему входу четвертого операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен резистор, к третьему входу второго сумматора подключен выход первого сумматора, параллельно конденсатору в цепь отрицательной обратной связи первого операционного усилителя включен пятый регулируемый резистор, выход генератора прямоугольных импульсов через линию задержки, параллельно которой включен второй ключ, соединен с первым ключом.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4908233 RU2034301C1 (ru) | 1991-01-08 | 1991-01-08 | Мост для измерения параметров трехэлементных нерезонансных двухполюсников |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4908233 RU2034301C1 (ru) | 1991-01-08 | 1991-01-08 | Мост для измерения параметров трехэлементных нерезонансных двухполюсников |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2034301C1 true RU2034301C1 (ru) | 1995-04-30 |
Family
ID=21558844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4908233 RU2034301C1 (ru) | 1991-01-08 | 1991-01-08 | Мост для измерения параметров трехэлементных нерезонансных двухполюсников |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2034301C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU167937U1 (ru) * | 2016-06-06 | 2017-01-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Мост для измерения параметров многоэлементного произвольного двухполюсника |
-
1991
- 1991-01-08 RU SU4908233 patent/RU2034301C1/ru active
Non-Patent Citations (7)
| Title |
|---|
| 1. Авторское свидетельство СССР N 938167, кл. G 01R 17/10, 1982. * |
| 2. Авторское свидетельство СССР N 1219970, кл. G 01R 17/10, 1986. * |
| 3. Авторское свидетельство СССР N 1307354, кл. G 01R 17/10, 1987. * |
| 4. Измерение в электронике. Справочник. /Под ред.В.А.Кузнецова. М.:Энергоатомиздат, 1987. 511 с. * |
| 5. Передельский Г.И. Мостовые цепи с импульсным питанием.М.: Энергоатомиздат, 1988, с.115. * |
| 6. Кнеллер В.Ю. и Боровских Л.П. Измерение параметров объектов, представленных многоэлементными двухполюсниками. - Измерение, контроль, автоматизация. 1976, N 3, с.3-11. * |
| 7. Каменев Л.В., Ермильцев В.П. и Кон А.М. Автоматический диэльнометр. В сб. Автоматизация химических производств. Госкомитет по химии. Вып. 2, 1963. с.50-53. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU167937U1 (ru) * | 2016-06-06 | 2017-01-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Мост для измерения параметров многоэлементного произвольного двухполюсника |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Preethichandra et al. | A simple interface circuit to measure very small capacitance changes in capacitive sensors | |
| Vooka et al. | A direct digital readout circuit for impedance sensors | |
| Goes et al. | A universal transducer interface for capacitive and resistive sensor elements | |
| Ferri et al. | Full range analog Wheatstone bridge‐based automatic circuit for differential capacitance sensor evaluation | |
| van der Goes et al. | A simple accurate bridge-transducer interface with continuous autocalibration | |
| RU2034301C1 (ru) | Мост для измерения параметров трехэлементных нерезонансных двухполюсников | |
| CN209992560U (zh) | 一种高精度电流采样电路 | |
| CN105115535B (zh) | 电容传感器的模拟装置 | |
| RU2699303C1 (ru) | Преобразователь напряжения разбаланса мостовой схемы в частоту или скважность | |
| JPH0638088B2 (ja) | 容量測定用回路 | |
| RU2152622C1 (ru) | Измеритель параметров двухполюсников | |
| Linthish et al. | Autonulling-based multichannel impedance measurement system for capacitive sensors | |
| SU938167A1 (ru) | Мост дл измерени параметров пассивных трехэлементных нерезонансных двухполюсников | |
| Loevinger | Precision measurement with the total-feedback electrometer | |
| SU1647272A1 (ru) | Емкостный компенсационный уровнемер | |
| Reynolds et al. | DC insulation analysis: A new and better method | |
| Sarkar et al. | Low Value Capacitance Measurement System with Adjustable Lead Capacitance Compensation | |
| Cox | A new method for extracting cable parameters from input impedance data | |
| Malik et al. | A simple analog interface for capacitive sensor with offset and parasitic capacitance | |
| SU1307354A1 (ru) | Мост дл измерени параметров п тиэлементных двухполюсников | |
| RU2168729C1 (ru) | Емкостной преобразователь | |
| SU834714A1 (ru) | Аналоговый интегратор | |
| SU752189A1 (ru) | Устройство дл измерени сопротивлени | |
| ATE282817T1 (de) | Kapazitiver sensor und verfahren zur messung von kapazitätsänderungen | |
| SU399790A1 (ru) | Способ снятия зависимости сопротивления |