RU2658077C2

RU2658077C2 - Bridge measuring device for parameters of n-element two-terminal networks

Info

Publication number: RU2658077C2
Application number: RU2016131734A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Иванович Передельский
Priority date: 2016-08-01
Filing date: 2016-08-01
Publication date: 2018-06-19
Also published as: RU2016131734A

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention relates to instrumentation, automation and industrial electronics and can be used to monitor and determine the parameters of measurement objects, as well as physical quantities through parametric sensors. Device consists of measuring bridge, zero-indicator, signal generator. Claimed generator consists of four pulse shapers, synchronization unit, switchboard and power amplifier. Generator has three outputs – synchronization output, grounding, signal output. Zero-indicator has two inputs, a ground terminal, a synchronization pin. Bridge circuit consists of two branches. First branch contains two resistors, the second branch contains a resistor and terminals for connecting the measurement object. Inverse measurement objects can be used. Two types of chain are introduced in the bridge. Above is a build-up chain consisting of a capacitor, an inductor, four resistors. Below is a build-up chain, consisting of a capacitor, two resistors, an inductor. Sum of the number of elements in all chains of a second type of growth and the second resistor in the first branch is equal to the number of parameters in the two-terminal network of the measurement object.

EFFECT: technical results are the combination of two important properties in one LCR bridge of two-terminal network parameters and separate balancing of the bridge circuit with only adjustable resistors, and expansion of functionality.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промышленной электронике и может быть использовано для контроля и определения параметров объектов измерения, а также физических величин посредством параметрических датчиков.The invention relates to instrumentation, automation and industrial electronics and can be used to control and determine the parameters of measurement objects, as well as physical quantities by means of parametric sensors.

Известен мостовой измеритель параметров четырехэлементных пассивных двухполюсников (АС СССР №918862, G01R 17/10, БИ 1982, №13), содержащий последовательно соединенные питающий генератор последовательностей импульсов трапецеидальной формы, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.A well-known bridge meter of the parameters of four-element passive two-terminal devices (USSR AS No. 918862, G01R 17/10, BI 1982, No. 13), containing a trapezoidal-shaped feed pulse generator, a bridge electrical circuit and a zero indicator in series.

Недостатком его является отсутствие возможности уравновешивать мостовую цепь только образцовым регулируемыми резисторами. Образцовые регулируемые резисторы в изготовлении являются более технологичными, простыми и недорогими, чем изготовление образцовых регулируемых конденсаторов и образцовых регулируемых катушек индуктивности. У них выше класс точности, меньше габаритные размеры и меньше вес. На них меньшее вредное влияние оказывают электрические и магнитные поля, шумы, наводки, случайные флуктуации, а также изменяющееся атмосферные условия.Its disadvantage is the inability to balance the bridge circuit only with exemplary adjustable resistors. Exemplary adjustable resistors in the manufacture are more technological, simple and inexpensive than the manufacture of exemplary adjustable capacitors and exemplary adjustable inductors. They have a higher accuracy class, smaller overall dimensions and less weight. They are less affected by electric and magnetic fields, noise, interference, random fluctuations, as well as changing atmospheric conditions.

Известен электрический мост (АС СССР №998967, G01R 17/10, БИ 1983, №7), содержащий последовательно соединенные питающий генератор последовательностей импульсов трапецеидальной формы, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.Known electric bridge (USSR AS No. 998967, G01R 17/10, BI 1983, No. 7), containing a trapezoidal-shaped feed pulse generator, a bridge electrical circuit and a zero indicator connected in series.

Недостатком его является отсутствие расширенных функциональных возможностей в том смысле, что в приведенном варианте мост позволяет определять параметры R-C двухполюсников и не пригоден для определения параметров R-L и R-L-C двухполюсников объектов измерения. Приведенный электрический мост уравновешивается только регулируемыми резисторами, но не имеет расширенных функциональных возможностей.Its disadvantage is the lack of advanced functionality in the sense that in the above version, the bridge allows you to determine the R-C parameters of two-terminal devices and is not suitable for determining the parameters R-L and R-L-C of two-terminal objects of measurement. The given electric bridge is balanced only by adjustable resistors, but does not have advanced functionality.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа мостовой измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников (АС СССР №1157467, G01R 17/10, БИ 1985, №19), содержащий последовательно соединенные питающий генератор последовательностей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степных функций, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.The closest in technical essence and the achieved result is a multi-element passive two-terminal bridge meter selected as a prototype (USSR AS No. 1157467, G01R 17/10, BI 1985, No. 19), containing a series-connected supply pulse generator with voltage changes during their duration according to the law of steppe functions, a bridge electrical circuit and a zero indicator.

Недостатком его является отсутствие возможности уравновешивать мостовую цепь только образцовыми регулируемыми резисторами.Its disadvantage is the inability to balance the bridge circuit only with exemplary adjustable resistors.

Задача, на решение которой направленно изобретение, состоит в обеспечении у мостового измерителя сочетания и возможности раздельно уравновешивать мостовую цепь только регулируемыми образцовыми резисторами, и в обеспечении расширения функциональных возможностей, которое заключается в возможности определять параметры не только эквивалентных, но и обратных двухполюсников объектов измерения, а также в возможности определять, в принципе, (теоретически) не ограниченное количество параметров этих двухполюсников.The problem to which the invention is directed is to provide the bridge meter with the combination and ability to separately balance the bridge circuit only with adjustable exemplary resistors, and to provide an extension of functionality, which consists in the ability to determine the parameters of not only equivalent, but also reverse two-terminal objects of measurement, as well as the ability to determine, in principle, (theoretically) an unlimited number of parameters of these two-terminal devices.

Это достигается тем, что в мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников, содержащий генератор последовательностей питающих импульсов, который состоит из формирователей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степных функций

,

, где K₀, K₁, …, K_n-1 - постоянные коэффициенты, t - время, n - число параметров в двухполюснике объекта измерения, из коммутатора, входы которого соединены с выходами формирователей импульсов, а выход подключен к усилителю мощности, выход которого образует первый (сигнальный) выход генератора импульсов, из блока синхронизации, выход которого соединен со входами синхронизации каждого формирователя импульсов, а также его выход образует второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов, общая шина генератора импульсов заземлена; мостовую электрическую цепь, первая из двух параллельно включенных ветвей которой состоит из последовательно соединенных первого и второго резисторов, свободный вывод первого из них подключен к первому (сигнальному) выходу генератора импульсов, а свободный вывод второго заземлен, к общему выводу первого (сигнального) выхода генератора импульсов и первого резистора подключена цепь из последовательно соединенных конденсатора, третьего резистора и индуктивной катушки, к общему выводу третьего резистора и индуктивной катушки подсоединен четвертый резистор, вторая ветвь мостовой цепи включает в себя последовательно соединенные одиночный резистор и две клеммы для подключения двухполюсников объектов измерения, свободный вывод одиночного резистора соединен с общим выводом первого резистора, конденсатора первой ветви и первого (сигнального) выхода генератора импульсов, общий вывод одиночного резистора и первой клеммы для подключения двухполюсников объектов измерения образует первый вывод выхода мостовой цепи, вторая клемма заземлена, двухполюсник объекта измерения, в частности, состоит из последовательно соединенных первого резистора и индуктивной катушки, параллельно последней включены второй резистор, а также цепь из последовательно соединенных конденсатора и третьего резистора, инверсным вариантом приведенному двухполюснику объекта измерения является двухполюсник из параллельно соединенных первого резистора и цепи из последовательно соединенных конденсатора, второго резистора и индуктивной катушки, третий резистор включен параллельно индуктивной катушке; нуль-индикатор, первый из двух выводов дифференциального (первого) входа которого соединен с первым выводом выхода мостовой цепи, второй вход нуль-индикатора (вход синхронизации) соединен со вторым выходом (выходом синхронизации) генератора импульсов, общая шина нуль-индикатора заземлена, введены четыре дополнительных резистора, дополнительный конденсатор и дополнительная индуктивная катушка, изменено включение элементов, определены цепи наращивания первого и второго вида, подключение последующей цепи наращивания к предыдущей, определен выход относительно «земли» ветви с цепями наращивания мостовой цепи, этот выход является также одним из двух выводов выхода мостовой цепи, определено количество цепей наращивания, первый дополнительный резистор включен в первой ветви между свободным выводом имеющейся индуктивной катушки и общим выводом имеющихся первого и второго резисторов, второй дополнительный резистор включен между свободным выводом имеющегося четвертого резистора и общим выводом имеющейся индуктивной катушки и первого дополнительного резистора, между собой последовательно соединены дополнительный конденсатор, третий дополнительный резистор и дополнительная индуктивная катушка, эта цепь включена параллельно имеющемуся второму резистору, четвертый дополнительный резистор включен параллельно дополнительной индуктивной катушке, цепь из шести элементов: четырех резисторов, а именно имеющихся третьего, четвертого и дополнительных первого и второго, имеющегося конденсатора и имеющейся индуктивной катушки при приведенном включении их между собой образуют цепь наращивания первого вида, последующие (вторая, третья, …) полные цепи наращивания первого вида содержат те же самые приведенные элементы в том же самом включении их между собой, свободный вывод конденсатора каждой цепи наращивания образует первый вывод ее входа, а свободный вывод первого дополнительного резистора - второй вывод входа, этими двумя выводами входа последующая цепь наращивания подключается к предыдущей параллельно четвертому резистору, при полной последней цепи наращивания первого вида второй вывод выхода мостовой цепи образует общий вывод резистора, соответствующего четвертому резистору в первой цепи наращивания, и резистора, соответствующего второму дополнительному резистору в первой цепи наращивания, последняя цепь наращивания может быть неполной и включать в себя два элемента: последовательно соединенные конденсатор и резистор, тогда свободный вывод конденсатора по-прежнему является первым выводом входа этой последней неполной цепи наращивания, а вторым выводом входа является свободный вывод резистора, при неполной последней цепи наращивания второй вывод выхода мостовой цепи образует общий вывод конденсатора и резистора, второй вывод выхода мостовой цепи соединен со вторым выводом дифференциального входа нуль-индикатора, при четном числе параметров в двухполюснике объекта измерения количество цепей наращивания первого вида равно n/2 и последняя из них является неполной, при не четном числе параметров в двухполюснике объекта измерения число цепей наращивания первого вида равно (n-1)/2 и последняя из них является полной, цепь из четырех элементов: дополнительного конденсатора, дополнительного третьего резистора, дополнительной индуктивной катушки и дополнительного четвертого резистора при приведенном включении их между собой образуют цепь наращивания второго вида, последующие (вторая, третья, …) полные эти цепи наращивания содержат те же самые приведенные элементы в том же самом включении их между собой, свободный вывод конденсатора в каждой цепи наращивания является ее входом относительно «земли», в частности, в первой цепи наращивания второго вида это свободный вывод дополнительного конденсатора, выход каждой цепи наращивания относительно «земли» образует общий вывод индуктивной катушки и двух резисторов, имеющихся в этих цепях наращивания, выход предыдущей цепи наращивания второго вида соединяется со входом последующей цепи, последняя цепь наращивания может быть неполной в трех вариантах и включать в себя: только конденсатор, свободный вывод которого заземлен, только конденсатор и резистор, где свободный вывод резистора заземлен, и конденсатор, резистор и индуктивную катушку при имеющихся их включении между собой, сумма количества элементов во всех цепях наращивания второго вида и имеющегося в первой ветви второго резистора равна числу параметров в двухполюснике объекта измерения.This is achieved by the fact that in a bridge meter of parameters of n-element bipolar, containing a generator of sequences of supply pulses, which consists of pulse shapers with voltage changes over their duration according to the law of steppe functions

,

, where K ₀ , K ₁ , ..., K _n-1 are constant coefficients, t is time, n is the number of parameters in the two-terminal network of the measurement object from the switch, the inputs of which are connected to the outputs of the pulse shapers, and the output is connected to a power amplifier, the output which forms the first (signal) output of the pulse generator from the synchronization unit, the output of which is connected to the synchronization inputs of each pulse shaper, and its output forms the second output (synchronization output) of the pulse generator, the common bus of the pulse generator is grounded; a bridge electric circuit, the first of two parallel connected branches of which consists of series-connected first and second resistors, the free output of the first of them is connected to the first (signal) output of the pulse generator, and the free output of the second is grounded, to the common output of the first (signal) output of the generator pulses and the first resistor is connected to a circuit from a series-connected capacitor, a third resistor and an inductive coil, to the common output of the third resistor and an inductive coil the fourth resistor, the second branch of the bridge circuit includes a single resistor connected in series and two terminals for connecting two-terminal measuring objects, the free output of a single resistor is connected to the common output of the first resistor, the capacitor of the first branch and the first (signal) output of the pulse generator, the common output of a single resistor and the first terminal for connecting the two-terminal measuring objects forms the first output of the bridge circuit output, the second terminal is grounded, the two-terminal measuring object, in in particular, it consists of a series-connected first resistor and an inductive coil, a second resistor is connected in parallel with the latter, and a circuit of a series-connected capacitor and a third resistor, an inverse version of the two-terminal object of measurement is a two-terminal of a parallel-connected first resistor and a circuit of a series-connected capacitor, the second a resistor and an inductive coil; a third resistor is connected in parallel with the inductive coil; a null indicator, the first of two terminals of the differential (first) input of which is connected to the first output of the bridge circuit output, the second input of the null indicator (synchronization input) is connected to the second output (synchronization output) of the pulse generator, the common bus of the null indicator is grounded, four additional resistors, an additional capacitor and an additional inductive coil, the inclusion of elements has been changed, the extension chains of the first and second types are determined, the connection of the subsequent extension circuit to the previous one, the output is relative to the ground of the branch with the extension circuits of the bridge circuit, this output is also one of the two outputs of the output of the bridge circuit, the number of extension circuits is determined, the first additional resistor is connected in the first branch between the free output of the existing inductive coil and the common output of the first and second resistors, a second additional resistor is connected between the free terminal of the existing fourth resistor and the common terminal of the existing inductive coil and the first additional resistor, between the additional capacitor, the third additional resistor and the additional inductive coil are connected in series, this circuit is connected in parallel with the second resistor, the fourth additional resistor is connected in parallel with the additional inductive coil, a circuit of six elements: four resistors, namely the existing third, fourth and additional first and second , the existing capacitor and the existing inductive coil, when turned on, they are interconnected to form a chain of build-up of the first kind, p the following (second, third, ...) full extension circuits of the first type contain the same reduced elements in the same connection between them, the free output of the capacitor of each extension circuit forms the first output of its input, and the free output of the first additional resistor - the second input output , with these two terminals of the input, the subsequent extension circuit is connected to the previous parallel to the fourth resistor, with the complete last extension circuit of the first type, the second output terminal of the bridge circuit forms a common output resistor a, corresponding to the fourth resistor in the first extension circuit, and a resistor corresponding to the second additional resistor in the first extension circuit, the last extension circuit may be incomplete and include two elements: a capacitor and a resistor connected in series, then the free output of the capacitor is still the first the output terminal of this last incomplete build-up circuit, and the second input output is the free output of the resistor, with the incomplete last build-up circuit, the second output of the bridge output chain forms the common output of the capacitor and resistor, the second output terminal of the bridge circuit is connected to the second terminal of the differential input of the null indicator, with an even number of parameters in the two-terminal network of the measurement object, the number of extension chains of the first type is n / 2 and the last of them is incomplete, if not even the number of parameters in the two-terminal network of the measurement object, the number of extension chains of the first type is (n-1) / 2 and the last of them is complete, a chain of four elements: an additional capacitor, an additional third thread a stor, an additional inductive coil and an additional fourth resistor, when turned on, they form a second type extension circuit with each other, the subsequent (second, third, ...) complete extension circuits contain the same reduced elements in the same connection between them, free output the capacitor in each extension circuit is its input relative to the “ground”, in particular, in the first extension circuit of the second type, this is the free output of an additional capacitor, the output of each extension circuit is relative It is the ground that forms the common output of the inductive coil and the two resistors that are available in these build-up circuits, the output of the previous build-up circuit of the second type is connected to the input of the subsequent circuit, the last build-up circuit can be incomplete in three versions and include: only a capacitor, free output which is grounded, only the capacitor and resistor, where the free output of the resistor is grounded, and the capacitor, resistor and inductive coil when they are connected to each other, increasing the sum of the number of elements in all circuits Nia and second species present in the first branch of the second resistor is equal to the number of parameters in the two-terminal network measurement object.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг. 1).The invention is illustrated in the drawing (Fig. 1).

Мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников содержит генератор 1 последовательностей питающих импульсов, который включает в себя формирователи импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степных функций: формирователь 2 прямоугольных импульсов

, формирователь 3 импульсов линейно изменяющегося напряжения

, формирователь 4 квадратичных импульсов

, и т.д. до

, где K₀, K₁, …, K_n-1 - постоянные коэффициенты, t - время, n - число параметров в двухполюснике объекта измерения. Выход каждого формирователя соединен с соответствующим входом коммутатора 5, выход которого подключен ко входу усилителя 6 мощности. Выход последнего образует первый (сигнальный) выход генератора 1 импульсов. Также в этот генератор входит каскад 7 синхронизации, выход которого соединен со входами (входами синхронизации) каждого формирователя импульсов, а также образует второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов. Общая шина генератора заземлена.The bridge meter of n-element two-terminal parameters contains a generator of 1 sequences of supply pulses, which includes a pulse shaper with a change in voltage over their duration according to the law of steppe functions: a shaper of 2 rectangular pulses

, shaper 3 pulses of a ramp voltage

, 4 quadratic pulse shaper

, etc. before

, where K ₀ , K ₁ , ..., K _n-1 are constant coefficients, t is time, n is the number of parameters in the two-terminal network of the measurement object. The output of each driver is connected to the corresponding input of the switch 5, the output of which is connected to the input of the power amplifier 6. The output of the latter forms the first (signal) output of the pulse generator 1. This generator also includes a synchronization stage 7, the output of which is connected to the inputs (synchronization inputs) of each pulse shaper, and also forms a second output (synchronization output) of the pulse generator. The common bus of the generator is grounded.

Мостовая цепь содержит две параллельно включенные ветви. Первая из них включает в себя последовательно соединенные резисторы 8 (R₈) и 9 (R₉). Свободный вывод первого из них подключен к первому (сигнальному) выходу генератора импульсов. Свободный вывод резистора 9 заземлен. Параллельно резистору 8 включена цепь из последовательно соединенных конденсатора 10 (C₁₀), резистора 11 (R₁₁), индуктивной катушки 12 (L₁₂) и резистора 13 (L₁₃). Параллельно индуктивной катушки 12 подключены последовательно соединенные резистор 14 (R₁₄)и резистор 15 (R₁₅).The bridge chain contains two branches connected in parallel. The first of them includes resistors 8 (R ₈ ) and 9 (R ₉ ) connected in series. The free output of the first of them is connected to the first (signal) output of the pulse generator. The free output of the resistor 9 is grounded. In parallel to resistor 8, a circuit is connected from series-connected capacitor 10 (C ₁₀ ), resistor 11 (R ₁₁ ), inductive coil 12 (L ₁₂ ) and resistor 13 (L ₁₃ ). Parallel to the inductive coil 12, a resistor 14 (R ₁₄ ) and a resistor 15 (R ₁₅ ) are connected in series.

Первая ветвь мостовой цепи состоит из начальной части цепи и группы включенных друг за другом цепей наращивания первого вида и цепей наращивания второго вида. Начальную часть составляет цепь из последовательно соединенных резисторов 8 и 9. Первая цепь наращивания первого вида включает в себя конденсатор 10, индуктивную катушку 12 и четыре резистора 11, 13, 14, и 15. Включение этих элементов между собой уже описано выше. На фиг. 1 первая цепь наращивания первого вида выделена пунктирными линиями. Свободный вывод конденсатора 10 образует первый вывод входа обсуждаемой цепи наращивания. Свободный вывод резистора 13 образует второй вывод ее входа. Общий вывод резисторов 11, 14 и индуктивной катушки 12 является первым выводом выхода цепи наращивания, а общий вывод резисторов 14 и 15 образует второй вывод ее выхода.The first branch of the bridge chain consists of the initial part of the chain and a group of building chains of the first type connected one after another and building chains of the second type. The initial part is a chain of series-connected resistors 8 and 9. The first extension circuit of the first type includes a capacitor 10, an inductive coil 12 and four resistors 11, 13, 14, and 15. The inclusion of these elements together has already been described above. In FIG. 1, the first chain of building of the first type is indicated by dashed lines. The free terminal of the capacitor 10 forms the first terminal of the input of the discussed extension circuit. The free terminal of the resistor 13 forms the second terminal of its input. The common output of resistors 11, 14 and inductive coil 12 is the first output terminal of the extension circuit, and the common output of resistors 14 and 15 forms the second output terminal.

Цепи наращивания первого вида последовательно включаются друг за другом путем подключения выводов выхода предыдущей цепи наращивания к выводам входа последующей цепи. Все последующие полные цепи наращивания (вторая, третья, …) имеют, как и первая цепь, такие же элементы, в таком же количестве и в таком же включении между собой. Все они одинаковы. Они имеют также одинаковые выводы входа и выхода.The extension circuits of the first type are sequentially connected one after another by connecting the output terminals of the previous extension circuit to the input terminals of the subsequent circuit. All subsequent complete extension chains (second, third, ...) have, like the first chain, the same elements, in the same quantity and in the same inclusion between themselves. They are all the same. They also have the same input and output pins.

Для примера на фиг. 1 приведена вторая цепь наращивания первого вида и тоже выделена пунктирными линиями. Она содержит последовательно соединенные конденсатор 16, резистор 17, индуктивную катушку 18 и резистор 19, параллельно индуктивной катушки 18 включена цепь из последовательно соединенных резисторов 20 и 21. При полной последней цепи наращивания выход относительно «земли» первой ветви мостовой цепи образует общий вывод двух резисторов, образующих цепь включенную параллельно индуктивной катушке. В частности, на фиг. 1 общий вывод резисторов 20 и 21 образует выход относительно «земли» первой ветви мостовой цепи. Этот выход является также одним из двух выводов выхода мостовой цепи.For the example of FIG. 1 shows the second chain of building the first type and is also highlighted in dashed lines. It contains a series-connected capacitor 16, a resistor 17, an inductive coil 18 and a resistor 19, a circuit of series-connected resistors 20 and 21 is connected in parallel with the inductive coil 18. With the last complete extension circuit, the output relative to the ground of the first branch of the bridge circuit forms a common output of two resistors forming a circuit connected in parallel with an inductive coil. In particular, in FIG. 1, the common output of resistors 20 and 21 forms an output relative to the ground of the first branch of the bridge circuit. This output is also one of the two outputs of the bridge circuit output.

Последняя цепь наращивания первого вида может быть неполной и включать в себя два элемента: последовательно соединенные конденсатор и резистор. Тогда свободный вывод конденсатора по-прежнему является первым выводом входа этой цепи, а вторым выводом входа является свободный вывод резистора. При неполной последней цепи наращивания выход относительно «земли» первой ветви мостовой цепи образует общий вывод конденсатора и резистора. Этот выход по-прежнему является одним из двух выводов выхода мостовой цепи.The last chain of building up of the first type may be incomplete and include two elements: a capacitor and a resistor connected in series. Then the free output of the capacitor is still the first output of the input of this circuit, and the second output of the input is the free output of the resistor. If the last build circuit is incomplete, the output relative to the ground of the first branch of the bridge circuit forms the common output of the capacitor and resistor. This output is still one of the two outputs of the bridge circuit output.

При четном числе параметров в двухполюснике объекта измерения количество цепей наращивания первого вида равно n/2 и последняя из них является неполной. При не четном числе этих параметров число цепей наращивания первого вида равно (n-1)/2 и последняя из них является полной.With an even number of parameters in the bipolar of the measurement object, the number of extension chains of the first type is n / 2 and the last of them is incomplete. With an even number of these parameters, the number of extension chains of the first type is (n-1) / 2 and the last of them is complete.

Параллельно резистору 9 включена цепь из последовательно соединенных конденсатора 22 (C₂₂), резистора 23 (R₂₃) и индуктивной катушки 24 (R₂₄). Параллельно последней подключен резистор 25 (R₂₅). Электрическая цепь из четырех элементов 22-25 в приведенном включении этих элементов между собой представляет собой цепь наращивания второго вида. На фиг. 1 она выделена пунктирными линиями. Свободный вывод конденсатора 22 образует первый вывод входа обсуждаемой цепи наращивания. Общий вывод индуктивной катушки 24 и резистора 25 образует второй вывод входа цепи наращивания второго вида и заземлен. Общий вывод резисторов 23, 25 и индуктивной катушки 24 образует выход цепи наращивания относительно «земли».In parallel to resistor 9, a circuit is connected from series-connected capacitor 22 (C ₂₂ ), resistor 23 (R ₂₃ ) and inductive coil 24 (R ₂₄ ). In parallel with the latter, a resistor 25 (R ₂₅ ) is connected. The electrical circuit of the four elements 22-25 in the above inclusion of these elements among themselves is a chain of building of the second type. In FIG. 1 it is indicated by dashed lines. The free terminal of the capacitor 22 forms the first terminal of the input of the discussed extension circuit. The common terminal of the inductive coil 24 and the resistor 25 forms a second terminal of the input of the extension circuit of the second type and is grounded. The common output of the resistors 23, 25 and the inductive coil 24 forms the output of the extension circuit relative to the "ground".

Цепи наращивания второго вида последовательно включаются друг за другом путем подключения выхода предыдущей цепи наращивания ко входу последующей цепи. Все последующие полные цепи наращивания (вторая, третья, …) имеют, как и первая цепь, такие же элементы, в таком же количестве и в таком же включении их между собой. Все они одинаковы, а также имеют одинаковые входы и выходы.The extension circuits of the second type are sequentially connected one after another by connecting the output of the previous extension circuit to the input of the subsequent circuit. All subsequent complete extension chains (second, third, ...) have, like the first chain, the same elements in the same amount and in the same inclusion between them. All of them are the same, and also have the same inputs and outputs.

Для примера на фиг. 1 приведена вторая цепь наращивания второго вида и тоже выделена пунктирными линиями. Параллельно резистору 25 включена цепь из последовательно соединенных конденсатора 26, резистора 27, катушки индуктивности 28. Параллельно последней подключен резистор 29. Последняя цепь наращивания может быть неполной в трех вариантах и включать в себя только конденсатор, свободный вывод которого заземлен, только конденсатор и резистор, где свободный вывод резистора заземлен, и, наконец, конденсатор, резистор и индуктивную катушку при имеющимся их включении между собой. Сумма количества элементов во всех цепях наращивания второго вида и имеющегося в первой ветви резистора 9 равна числу параметров в двухполюснике объекта измерения n. Т.е. число элементов во всех цепях наращивания второго вида равно n-1.For the example of FIG. 1 shows the second chain of building of the second type and is also highlighted by dashed lines. In parallel to the resistor 25, a circuit is connected from a series-connected capacitor 26, a resistor 27, an inductor 28. A resistor 29 is connected in parallel with the last one. The last extension circuit can be incomplete in three versions and include only a capacitor, the free output of which is grounded, only a capacitor and a resistor, where the free output of the resistor is grounded, and finally, the capacitor, resistor and inductive coil when they are connected to each other. The sum of the number of elements in all the building chains of the second type and the resistor 9 available in the first branch is equal to the number of parameters in the two-terminal network of the measurement object n. Those. the number of elements in all the extension chains of the second type is n-1.

Вторая ветвь мостовой цепи включает себя последовательно соединенные одиночный резистор 30 (R₃₀)и две клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения. Свободный вывод одиночного резистора 30 подключен к общему выводу сигнального выхода генератора 1 импульсов, резистора 8 и конденсатора 10. Общий вывод резистора 30 и первой клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения образует еще один из двух выводов выхода мостовой цепи. Вторая клемма заземлена.The second branch of the bridge circuit includes a single resistor 30 (R ₃₀ ) connected in series and two terminals for connecting the two-terminal device of the measurement object. The free output of a single resistor 30 is connected to the common output of the signal output of the pulse generator 1, resistor 8 and capacitor 10. The common output of the resistor 30 and the first terminal for connecting the two-terminal device of the measurement object forms one of two outputs of the bridge circuit output. The second terminal is grounded.

Для подтверждения расширения функциональных возможностей мостовых цепей достаточно использовать в объектах измерения обратные (инверсные) двухполюсники. [Передельский Г.И. Шевелев С.С. Обоснование расширения функциональных возможностей мостовых цепей с импульсным питанием, Электрика, 2015, №10, с. 24-31]. Обратные двухполюсники существуют в двух вариантах. В одном из них каждый из двух обратных двух-двухполюсников содержит резисторы и только однородные реактивные элементы, но разного характера. Например, резистивно-емкостный (R-C) двухполюсник и обратный ему резистивно-индуктивный (R-L) двухполюсник. В другом варианте каждый из обратных двухполюсников содержит резисторы и разнородные реактивные элементы (R-L-C двухполюсники). В результате мостовые цепи с расширенными функциональными возможностями позволяют определять параметры R-C, R-L и R-L-C двухполюсников. Но для обоснования этого достаточно использовать только один из вариантов обратных двухполюсников. В данном случае выбран второй вариант обратных двухполюсников, а именно R-L-C обратные двухполюсники.To confirm the expansion of the functionality of bridge circuits, it is sufficient to use inverse (inverse) two-terminal devices in the measurement objects. [Peredelsky G.I. Shevelev S.S. Justification for expanding the functionality of bridge circuits with pulse power, Electrics, 2015, No. 10, p. 24-31]. Reverse bipolar exist in two versions. In one of them, each of the two inverse two-two-terminal devices contains resistors and only homogeneous reactive elements, but of a different nature. For example, resistive-capacitive (R-C) two-terminal and its inverse resistive-inductive (R-L) two-terminal. In another embodiment, each of the reverse bipolar contains resistors and dissimilar reactive elements (R-L-C bipolar). As a result, bridge circuits with enhanced functionality allow the determination of R-C, R-L, and R-L-C two-terminal parameters. But to justify this, it is enough to use only one of the variants of the inverse bipolar. In this case, the second variant of the inverse bipolar is selected, namely, the R-L-C inverse bipolar.

На фиг. 1 приведены частные примеры двух обратных двухполюсников объектах измерения. Первый из них состоит из последовательно соединенных резистора 31 и индуктивной катушки 32. Параллельно последней включены и резистор 33, и цепь из последовательно соединенных конденсатора 34 и резистора 35. Свободный вывод резистора 31 подключен к первой клемме для подключения двухполюсников объектов измерения. Ко второй клемме подключен общий вывод индуктивной катушки 32 и резисторов 33, 35.In FIG. 1 shows particular examples of two inverse bipolar measurement objects. The first of them consists of a series-connected resistor 31 and an inductive coil 32. In parallel with the last, both a resistor 33 and a circuit of a series-connected capacitor 34 and a resistor 35 are connected. The free output of the resistor 31 is connected to the first terminal for connecting two-terminal objects of measurement. The second terminal is connected to the common output of the inductive coil 32 and resistors 33, 35.

Второй частный пример двухполюсника объекта измерения обратный относительно предыдущего первого примера состоит из резистора 36, параллельно которому включена цепь из последовательно соединенных конденсатора 37, резистора 38 и индуктивной катушки 39. Параллельно последней соединен резистор 40. Общий вывод резистора 36 и конденсатора 37 подключается к первой клемме для подключения двухполюсников объектов измерения. Ко второй клемме подключается общий вывод резистора 36, индуктивной катушки 39 и резистора 40.The second private example of the two-terminal object of the measurement object inverse to the previous first example consists of a resistor 36, in parallel to which a circuit is connected from a series-connected capacitor 37, a resistor 38 and an inductive coil 39. A resistor 40 is connected in parallel with the last one. The common output of the resistor 36 and the capacitor 37 is connected to the first terminal for connecting two-terminal measuring objects. The second terminal is connected to the common output of the resistor 36, inductive coil 39 and resistor 40.

Оба ранее приведенных вывода выхода мостовой цепи соответственно соединены с двумя выводами первого (дифференциального) входа нуль-индикатора 41. Второй вход его (вход синхронизации) соединен со вторым выходом (выходом синхронизации) генератора 1 импульсов. Общая шина нуль-индикатора заземлена.Both previously shown outputs of the bridge circuit output are respectively connected to two outputs of the first (differential) input of the null indicator 41. Its second input (synchronization input) is connected to the second output (synchronization output) of the pulse generator 1. The common bus of the zero indicator is grounded.

Перед началом работы реактивные элементы мостовой цепи мостового измерителя параметров n-элементных двухполюсников свободны от запасов электрической энергии. Входное и выходное напряжения моста равны нулю.Before starting work, the reactive elements of the bridge circuit of the bridge meter for the parameters of n-element two-terminal devices are free of electrical energy reserves. The input and output voltages of the bridge are zero.

Мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников работает следующим образом.A bridge meter for the parameters of n-element two-terminal devices works as follows.

Допустим, что к мостовой цепи подключен первый частный пример (фиг. 1) двухполюсника объекта измерения. Вначале посредством коммутатора 5 на мостовую цепь подается последовательность импульсов прямоугольной формы. При воздействии на мост очередного прямоугольного импульса после окончания переходного процесса выходное напряжение мостовой цепи зависит от значений сопротивлений резисторов 8, 9, 30 и 31. В интервале времени от окончания переходного процесса до окончания импульса импульсное напряжение на дифференциальном входе нуль-индикатора 41, в качестве которого может использоваться осциллограф, имеет плоскую вершину. Однократной регулировкой значения сопротивления уравновешивающего резистора 8 значение напряжения этой плоской вершины приводится к нулю. В результате выполняется первое условие равновесия моста.Suppose that the first particular example (Fig. 1) of the two-terminal device of the measurement object is connected to the bridge circuit. First, through a switch 5, a sequence of rectangular pulses is applied to the bridge circuit. When the bridge is exposed to another rectangular pulse after the end of the transition process, the output voltage of the bridge circuit depends on the values of the resistances of the resistors 8, 9, 30 and 31. In the time interval from the end of the transition process to the end of the pulse, the pulse voltage at the differential input of the null indicator 41, as which can be used with an oscilloscope, has a flat top. By adjusting the resistance value of the balancing resistor 8 once, the voltage value of this flat peak is reduced to zero. As a result, the first equilibrium condition of the bridge is fulfilled.

Полярность импульсного дифференциального напряжения на первом входе нуль-индикатора 41 определяет направление регулирования резистора 8, а именно в сторону увеличения значения сопротивления или в сторону его уменьшения. Сигнал синхронизации со второго выхода генератора 1 импульсов на второй вход нуль-индикатора 41 здесь и в дальнейшем обеспечивает устойчивые показания нуль-индикатора.The polarity of the pulse differential voltage at the first input of the zero indicator 41 determines the direction of regulation of the resistor 8, namely, in the direction of increasing the value of resistance or in the direction of decreasing it. The synchronization signal from the second output of the pulse generator 1 to the second input of the null indicator 41 hereinafter provides stable readings of the null indicator.

Посредством коммутатора 5 подключают к усилителю 6 мощности формирователь 3 импульсов линейно изменяющегося напряжения, и эти импульсы имеются теперь на первом (сигнальном) выходе генератора 1 импульсов. При воздействии очередного такого импульса после окончания переходного процесса импульсное напряжение на дифференциальном входе нуль-индикатора 41 имеет плоскую вершину. Однократной регулировкой значения сопротивления уравновешивающего резистора 13 значение напряжения плоской вершины приводится к нулю и выполняет второе условие равновесияBy means of a switch 5, a linearly varying voltage pulse generator 3 is connected to a power amplifier 6, and these pulses are now available at the first (signal) output of the pulse generator 1. When the next such pulse is applied after the end of the transient process, the pulse voltage at the differential input of the null indicator 41 has a flat top. By once adjusting the resistance value of the balancing resistor 13, the voltage value of the flat top is reduced to zero and fulfills the second equilibrium condition

Как и ранее, полярность импульсного напряжения на дифференциальном входе нуль-индикатора 41 определяет направление регулирования значения сопротивления уравновешивающего резистора 13. Регулирование его не нарушает выполнение первого условия, т.к. это сопротивление не входит в условие (1).As before, the polarity of the pulse voltage at the differential input of the null indicator 41 determines the direction of regulation of the resistance value of the balancing resistor 13. Regulation of it does not violate the first condition, because this resistance is not included in condition (1).

Аналогично предыдущему посредством коммутатора 5 подключают к мостовой цепи импульсы квадратичной формы. Напряжение плоской вершины импульсов на дифференциальном входе нуль-индикатора 41 приводят к нулю однократной регулировкой значения сопротивления уравновешивающего резистора 15. Тогда выполняется третье условие равновесияSimilarly to the previous one, by means of a switch 5, quadratic pulses are connected to the bridge circuit. The voltage of the flat peak of the pulses at the differential input of the null indicator 41 leads to zero by a single adjustment of the resistance value of the balancing resistor 15. Then the third equilibrium condition is satisfied

Полярность импульсного напряжения на дифференциальном входе нуль-индикатора 41 определяет направление регулирования значения сопротивления уравновешивающего резистора 15. Регулирование его не нарушает выполнение первых двух условий равновесия (1) и (2), т.к. сопротивление R_l5 не входит в эти условия.The polarity of the pulse voltage at the differential input of the zero indicator 41 determines the direction of regulation of the resistance value of the balancing resistor 15. Regulation of it does not violate the fulfillment of the first two equilibrium conditions (1) and (2), because resistance R _{l5 is} not included in these conditions.

Для примера приведены и описаны три этапа уравновешивания мостовой цепи. Последующие этапы уравновешивания являются аналогичными. На каждом из них используется очередная (последующая) форма импульсов генератора, приводится к нулю после окончания переходного процесса напряжение плоской вершины импульса с выхода мостовой цепи регулировкой значения сопротивления резисторов, аналогичных вышеназванным уравновешивающим резисторам, а именно тем, которые на предыдущих этапах уравновешивания не входили в предыдущие условия равновесия, чтобы при регулировании их не нарушать выполнение этих предыдущих условий равновесия.For example, three stages of balancing a bridge chain are given and described. The subsequent balancing steps are similar. On each of them, the next (subsequent) form of the generator pulses is used, the voltage of the flat peak of the pulse from the output of the bridge circuit is reduced to zero after the transition process by adjusting the resistance values of the resistors similar to the above balancing resistors, namely those that were not included in the previous balancing stages previous equilibrium conditions, so that when regulating them do not violate the fulfillment of these previous equilibrium conditions.

Отсчет искомых параметров R₃₁, L₃₂, R₃₃, … двухполюсника объекта измерения берется из условий равновесия. По существу n-параметров находятся из n уравнений (условий равновесия).The counting of the desired parameters R ₃₁ , L ₃₂ , R ₃₃ , ... of the two-terminal device of the measurement object is taken from the equilibrium conditions. Essentially, n-parameters are found from n equations (equilibrium conditions).

Если к мостовой цепи подключен второй частный пример (фиг. 1) двухполюсника объекта измерения, обратный относительно первого частного примера, то используются приведенные выше этапы уравновешивания в прежней последовательности. Сохраняются те же формы питающих импульсных сигналов, те же регулируемые параметры и прежняя последовательность регулирования их значений: R₈, R₁₃, R₁₅ …. приведены условия равновесия для первых трех этапов уравновешивания:If the second particular example (Fig. 1) of the two-terminal object of the measurement object, the inverse of the first particular example, is connected to the bridge circuit, then the above steps of balancing in the previous sequence are used. The same forms of supplying pulsed signals, the same adjustable parameters and the previous sequence of regulation of their values are saved: R ₈ , R ₁₃ , R ₁₅ .... equilibrium conditions for the first three stages of balancing are given:

Из них берется отсчет значений искомых параметров R₃₆, C₃₇, R₃₈, …From them, the reference is taken to the values of the desired parameters R ₃₆ , C ₃₇ , R ₃₈ , ...

После выполнения всех n этапов уравновешивания мостовая цепь к полному равновесию не приводится, но получены n условий равновесия (n уравнений), из которых, как известно, можно взять отсчет n искомых параметров двухполюсников объектов измерения. Здесь на выходе моста в начале импульса имеется всплеск напряжения, который содержит сумму экспоненциальных слагаемых и затухает до нуля за время переходного процесса. После окончания этого процесса напряжение на выходе моста равно нулю. После окончания питающего мост импульса в течение переходного процесса это напряжение тоже имеет всплеск напряжения, который тоже затухает до нуля после окончания переходного процесса. Такие мостовые цепи относят к квазиуравновешенным мостам.After all n stages of balancing have been completed, the bridge circuit is not brought to complete equilibrium, but n equilibrium conditions (n equations) are obtained, from which, as you know, we can take the count of n desired parameters of the two-terminal objects of measurement. Here at the output of the bridge at the beginning of the pulse there is a voltage surge, which contains the sum of the exponential terms and decays to zero during the transition process. After the end of this process, the voltage at the output of the bridge is zero. After the end of the pulse supplying the bridge during the transient, this voltage also has a surge, which also decays to zero after the end of the transient. Such bridge chains are referred to as quasi-balanced bridges.

Таким образом, в приведенном мостовом измерителе параметров двухполюсников обеспечено и уравновешивание мостовой цепи только регулируемыми резисторами, и расширение функциональных возможностей, как в плане определять параметры не только эквивалентных, но и обратных двухполюсников, так и в плане определять, в принципе, (теоретически) неограниченное количество параметров двухполюсников объектов измерения. При этом сохранено такое важное свойство мостовой цепи, как раздельное уравновешивание.Thus, in the given bridge meter of the two-terminal parameters, balancing of the bridge circuit is only possible with adjustable resistors, and the expansion of functionality, both in terms of determining the parameters of not only equivalent but also reverse two-terminal, and in terms of determining, in principle, (theoretically) unlimited the number of parameters of two-terminal measuring objects. At the same time, such an important property of the bridge chain as separate balancing is preserved.

Claims

A bridge meter of parameters of n-element two-terminal circuits containing a generator of sequences of supply pulses, which consists of pulse shapers with a change in voltage over their duration according to the law of power functions K ₀ t ⁰ , K ₁ t ¹ , ..., K _n-1 t ^n-1 , where K ₀ , K ₁ , ..., K _n-1 are constant coefficients, t is time, n is the number of parameters in the two-terminal network of the measurement object from the switch, the inputs of which are connected to the outputs of the pulse shapers, and the output is connected to a power amplifier, the output which forms the first (signal) output a pulse generator, from a synchronization unit, the output of which is connected to the synchronization inputs of each pulse shaper, as well as its output forms a second output (synchronization output) pulse generator, the common bus of the pulse generator is grounded; a bridge electrical circuit, the first of two parallel-connected branches of which consists of series-connected first and second resistors, the free output of the first of them is connected to the first (signal) output of the pulse generator, and the free output of the second is grounded, to the common output of the first (signal) output a pulse generator and a first resistor, a circuit is connected from a series-connected capacitor, a third resistor and an inductive coil, to a common terminal of a third resistor and an inductive coil n the fourth resistor, the second branch of the bridge circuit includes a single resistor connected in series and two terminals for connecting the two-terminal object of measurement, the free output of a single resistor is connected to the common output of the first resistor, the capacitor of the first branch and the first (signal) output of the pulse generator, the common output of a single the resistor and the first terminal for connecting the two-terminal object of the measurement forms the first output terminal of the bridge circuit, the second terminal is grounded, the two-terminal object of measurement, in h This parameter consists of a series-connected first resistor and an inductive coil, a second resistor connected in parallel with the latter, and a chain of a series-connected capacitor and a third resistor; and an inductive coil, a third resistor is connected in parallel with the inductive coil; a null indicator, the first of two pins of the differential (first) input of which is connected to the first output of the bridge circuit output, the second input of the null indicator (synchronization input) is connected to the second output (synchronization output) of the pulse generator, the common bus of the null indicator is grounded, different the fact that four additional resistors, an additional capacitor and an additional inductive coil are introduced into it, the inclusion of elements is changed, the extension chains of the first and second types are determined, the connection of the subsequent nar circuit connection to the previous one, the second output terminal of the bridge circuit is determined, the number of extension circuits is determined, the first additional resistor is included in the first branch between the free output of the existing inductive coil and the common output of the first and second resistors, the second additional resistor is connected between the free output of the existing fourth resistor and the common the output of the existing inductive coil and the first additional resistor, parallel to the second available resistor, a circuit of four elements is connected: of additionally connected additional capacitor, third additional resistor, additional inductive coil, the fourth additional resistor is connected in parallel with the latter, a chain of six elements: four resistors, namely the existing third, fourth and additional first and second, available capacitor and available inductive coil when they are turned on between themselves forms a chain of building of the first type, subsequent (second, third, ...) full chains of building of the first type contain the same these elements in the same connection between them, the free output of the capacitor of each extension circuit forms the first output of its input, and the free output of the first additional resistor - the second output of the input, with these two output pins the subsequent extension circuit is connected to the previous parallel to the fourth resistor, with full the last extension circuit of the first type, the second output terminal of the bridge circuit forms the common terminal of the resistor corresponding to the fourth resistor in the first extension circuit, and the resistor, respectively corresponding to the second additional resistor in the first extension circuit, the last extension circuit may be incomplete and include two elements: a capacitor and a resistor connected in series, then the free output of the capacitor is still the first output terminal of this last incomplete extension circuit, but the second output of the input is the free output of the resistor, if the last build-up circuit is not complete, the second output terminal of the bridge circuit forms the common output of the capacitor and resistor, the second output terminal of the bridge circuit connected to the second output of the differential input of the null indicator, for an even number of parameters in the two-terminal network of the measurement object, the number of extension circuits of the first type is n / 2 and the last one is incomplete, for an odd number of parameters in the two-terminal network of the measurement object, the number of extension chains of the first type is (n-1) / 2 and the last one is complete, a circuit of four elements: an additional capacitor, an additional third resistor, an additional inductive coil and an additional fourth resistor n and with the inclusion included, they form a build-up chain of the second type, the subsequent (second, third, ...) complete these build-up chains contain the same reduced elements in the same connection between them, the free output of the capacitor in each build-up circuit is its input relative to "Ground", in particular, in the first build-up circuit of the second type is the free output of an additional capacitor, the output of each build-up circuit relative to the "ground" forms a common output of the inductive coil and two resistors available in these extension circuits, the output of the previous extension circuit of the second type is connected to the input of the subsequent circuit, the last extension circuit may not be complete in three versions and include: only a capacitor, the free output of which is grounded, only a capacitor and a resistor, where the free output of the resistor is grounded , and the capacitor, resistor and inductive coil when they are turned on among themselves, the sum of the number of elements in all the building chains of the second type and the second resistor in the first branch is equal to the number parameter s in the bipolar of the measurement object.