SU1018024A1 - Автоматический квазиуравновешенный мост дл раздельного измерени двух параметров трехэлементных двухполюсников - Google Patents

Abstract

АВТОМАТИЧЕСКИЙ КВАЗИУРАВНОВЕШЕННЫП МОСТ ДЛЯРАЗДЕЛЬНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ДВУХ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ, содержащий два генератора синусоидами.ных колебаний, блок вычитани , интегратор, блок уравновешивани  и мостовую измерительную цепь, состо щую из трех однотипных элементов, один кз которых  вл етс  регулируемым, и исследуемого трехэлементного двухполюсника , одна из измерительных диагоналей мостовой измерительной цепи подключена к первому и второму входам блока вычитани , отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей устройства, в него введены два плеча мостовой измерительной цепи,- состо щей КЗ четвертого и п того однотипных элементов, один  з которых  вл етс  регулируемым, три блока вычитани , сумматор напр жени , четыре делител ,, дифференцирующий усилитель, восемь фазочувствительных детекторов, второй блок уравновешивани , причем втора  измерительна  диагональ мостовой измерительной цепи подключена к второму блоку вычитани , выход первого блока вычитани , соединен с первыми входа ми второго и третьего фазочувствительных детекторов непосредственно, а первого и четвертого фазочувствительных детекторов - через дифференцирующий усилитель, выход второго блока вычитани  соединен с первыми входами шестого и седьмого фазочувствительных детекторов непосредственно , а п того и восьмого фазочувствительных детекторов - через интегратор, выход первого г нератора синусоидальных колебани..  подключен как е первому входу сумматора напр жений, так и ко вторым входам третьего, четвертого, седьмого и сл восьмого фа.зочувствительных детекторов , а выход второго генератора с синусоидальных колебаний подключен как ко второму входу сумматора напр жений , так и ко вторым входам первого, второго, п того.и шестого фазочувствительных детекторов, при. этом соответственно выходы первого и второго, третьего и четвертого, п того и шестого, седьмого и восьмого фазочувствительных детекторов оо подключены к первым и вторым .входам делителей, выходы первого и втоО рого делителей соединены с входами ю третьего блока вычитани , а выходы третьего и четвертого, делителей под4 ключены к входам четвертого блока вычитани , причем выходы третьего и четвертого блоков вычитани  соединены соответственно с первым и вторым блоками уравновешивани.1, а выход cy(Iмaтopa напр жени  подключен к мостовой измерительной цепи.

Description

Изобретение относитс  к электрс)измерительной технике, в частности к измерению параметров пассивных ; комплексных величин, и может быть ; использовано дл  измерени  параметров , например, в электрохимии и бЦологии при изучении природы электрохимических и биологических систем |в микроэлектронной, электро- и радис(-, нефт ной и химической промышленной ст х дл  контрол  как различных из|делий , так и различных технологиче|ских процессов.I

Известен четырехплечий уравно- | . вешенный мост переменного тока, coiдержащий измер емый объект, сравнени , составленное из мага зинов сопротивлений и магазина емН костей, и вспомогательные ПЛечи, Ненератора качающейс  частоты и. осци|ллографа L13. ;

Недостатками данн.дго моста  вл Н ютс  сложность и значительна  проН должительность процесса, приведени  , измерительного моста к состо нию ; равновеси  из-за наличи  трех взаН имосв занных регулировок. Кроме то|го , в измерительной практике часто) возникает необходимость измерени  ; только двух информативных парамет-i ров объекта (двухполюсника), в то врем  как третий параметр  вл етс  неинформативный и усложн ет и удлиг н е.т процесс измерени .j

Известен квазиуравновешеннай моЬт дл  раздельного измерени  одного из параметров .нерезонансных трех- :. : элементных двухполюсников. Сущест-; венными признаками квазиуравновеше ного моста  вл ютс  наличие четыре); плечей мостовой цепи двух генераторроз синусоидальных колебаний, двух: .ключей, переключател , блока срав-| . нени , блока вычитани , преобразоЧ вател . переменного сигнала в по- сто нный, интегратора, фазовращател , формировател  пр моугольных | импульсов, двух блоков управлени ,: .генератора опорных импульсов, реверсивного счетчика и блока уравновешивани  23.;

к недостаткам этого квазиуравно;вешенного моста можно отнести погрешности измерени , возника -: кщей из-за разновременной подачи i сигналов разных частот на четырехп ечую измерительную цепь, а также, потенциально меньшее быстродействий из-за поочередного подключени  к ; мосту то одного, TOjдругого генера|тора синусоидальных колебаний. Мос|г не-позвол ет при необходимости проК извести одновременно измерение вто;рого информативного параметра контНролируемого трехэлементного двух- полюсникаг т.е. уравновесить его п второму измер емому параметру. {

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей квазиуравновешенного моста.

Поставленна  цель достигаетс  те что в автоматический квазиуравновешенный мост дл  раздельного измерени  двух параметров трехэлементных двухполюсников, содержащий два генератора синусоидальных колебаний, блок вычитани , интегратор, блок уравновешивани  и. мостовую измерительную цепь, состо щую из трех однотипных элементов, один из которых  вл етс  регулируемым, и исследуемого нерезонаисного трехэлементного двухполюсника, одна из измерительных диагоналей мостовой измерительной цепи подключена к первому и второму входам Влока вычитани , введены два плеча мостовой измерительной цепи, состо щей из четвертого и п того однотипных элементов, один из которых  вл етс  регулируемым, три блока вычитани , сумматор напр жени , четыре делител ,дифференцирующий усилитель, восемь фазочувствительных детекторов, второй блок уравновешивани , причем втора  измерительна  диагональ мостовой измерительной цепи подключена к второму блоку вычитани , выход первого блока вычитани  соединен с первыми входами второго и третьего фазочувствительных детекторов/непосредствено , а первого и четвертого фазочувствительных детекторов - через диф ференцирующий усилитель, выход второго блока вычитани  соединен с первыми входами шестого и седьмого фазочувствительных детекторов непосредственно , а п того и восьмого фазочувствительных детекторов - через интегратор, выход первого генератора синусоидальных колебаний подключен как к первому входу сумматора напр жений, так и к вторым входам третьего, четвертого, седьмого и восьмого фазочувствительных дОтекторов, а выход второго генератора синусоидальных колебаний подключен как ко второму входу сумматора напр жений, так и ко вторым вхдам первого, второго, п того и шестого фазочувствительных детекторов, при этом соответственно выходы первого и второго, третьего и четвертого , п того и шестого, седьмого и восьмого фазочувствительных детекторов подключены к первым и вторым входам делителей, выходы первого и второго делителей соединены с входами третьего блока вычитани , а выходы третьего и четвертого дели .телей подключены к входам четвертого блока вычитани , причем выходы третьего и четвертого блоков вычитани  соединены соответственно с первым и вторым блоками уравновешивани , а выход сумматора напр жени 

Подключен к мостовой и мерительной цепи.

Характерным дл  предлагаемого ав- . тсилатического квазиуравновешенного моста  вл етс  то, что вс  совокупность указанных существенных признаков позвол ет получать измерение двух параметров двухполюсника с достаточно высокой точностью, поскольку в основу положен мостовой метод измерени , простой и быстрый процесс уравнове1шивани  мостовой измерительной цепи, измерение осуществл етс  независимо от третьего в данном случае нейнформативного параметра контролируемого трехэлементного двухполюсника .

На фиг. 1 показана функциональна  схема автоматического квазиуравновешенного моста; на фиг. 2 .примеры построени  шестиплечих мостовых цепей дл  измерени  параметров исследуемых двухполюсников с различными схемами замещени .

Автоматический квазиуравновешенный мост содержит {см. фиг. 1) шестиплечую мостовую цепь, в которую вход т исследуемый трехэлементный двухполюсник 1, состо щий из резисторов ,3 и конденсатора 4, и п ть однотипных образцовых элементов (резисторов ) , два из которых регулируемые 5 и 6, а три остальных - и 9 посто нные. Кроме того, автоматический квазиуравновешенный мост содержит два генератора 10 и 11 синусоидальных колебаний, выходы которых через сумматор 12 напр жени  соединены с шестиплечей мостовой цепью, дифференцирующий усилитель 13

интегратор 14, четыре блока 15-18 вычитани , четыре делител  19-22, вос5емь фазочувствительных детекторов 23-30 и два блока 31 и 32 уравновешивани . Все узлы автоматического моста выполн ютс  на серийнзык элементах аналоговой или цифровой техники, выпускаемых нашей промьлшленно .стью.

Устройство работает следующим образом .

Сумматор 12 cyNMHpyeT синусоидальные напр жени  генераторов 10. и 11, при этом частоты генераторов выбираютс  различными. Суммарное напр жение питает шестиплечую мостовую цепь. Сигналы с изме ритель- . ных диагоналей моста через блоки 15 и 16 вычитани  поступают на фа- зочувствительные детекторы. В результате работы фазочувствительных детекторов 27-30, делителей 21,22 и интё1гратора 14 на выходе блока 18 вычитани  имеет место-сигнал расюогласовани . мостовой цепи. Этот сигнал поступает на блок 32 уравновешиванй , который измен ет сопрЬ-

тивление образцового резистора 6 . до наступлени  состо ни  квазйравновеси  мостовой цепи. Однс5временно с регулировкой переменного резистора 6 в результате работы, фазочувствительных детекторов 23-26, делителей 19,20 и дифференцирующего усилител  13 на входе блока 17 вычитани  имеет место второй сигнал рассогласовани  мостовой цепи. Последний сигнал поступает -иа блок 31 уравновшйивани , который измен ет сопротивление образцового резистора 5 до наступлени  второго состо ни  квазиравновеси  мостовой измерительной цепи. Существенной особенностью автоматического квчзиурав-. новешенного моста  вл етс  отсут- - ствие взаимосв зи и взаимовли ни  двух регулировок образцовых элементов моста, что упрощает и ускор ет процесс приведени  цепи в.состо ние квазиравновеси , повышает точность

измерени .

Пусть напр жение генератора,10

равно и при частоте синусоидальных колебаний Vf, а напр жение генератора 11 равно . при частоте синусоидальных колебаний сц.. Напр жение на выходз сумматора 12 равно . В этом случае напр жение U.g, на выходе блока вычитани  16 равно

.Ц-..,) R9-fttRg, -16 11 CZ tRgXRfe-i-Rgy

где R ,R ,Rg - соответственно con- ,

ротивлеии  резисторов 6,9 й1 8;

Z - комплексное сопро ивление измер емого ; трехэлементного  вухполюсника 1.

Комплексное сопротивление 2 запишем следующим образомг

,

2 -UJU;R G ) .

( .

где Rrt,R-, - соответственно сопротив лени  резисторов 2 и 3; Cjj. - емкость конденсатора 4. Подставим (2) в выражение (1) и посла р дапреобразований получим

-«б

.;R.(gu.-R VR6RfiH-ju)R.,C4(RaB-o-R6ft9)

R2. + jouRa,C4( Введем в выражение (-3) следующие обозначени : .

.+ ti -l fcRg-Q; : iijC4(RaR9-R6Re b;. Rn.-vR,, R.,,04(84 M)d Выделим вещественные и мнимые части напр жени  , и получщ Гп ас-Ю-) bd . I. ,, b ca. ас--шгЬа 5 +ш|а t -Kjuja Дл  фазочувствительных детекторов 29 и 30 опорным  вл етс  напр  жение и сЧастотой w, поэтому напр жени  других частот, в том числе и напр жение U эти детекторы подавл ют. Детектор 29 выдел ет вещественную составл ющую напр жени  частоты , детектор 30 мнимую составл ющую напр жени  U , частоты (и , предварительно проин гегрирован11ого интегратором 14. В результате напр жение на выходе де лител  22 равно С1С+1( U. - V -1/11 i Ъс-(3а . где KJ посто  нл  времени интегр тора 14 . Дл  фазочувствительных детекторов 27 и 28 опорным  вл етс  напр  жение и с частотой U , поэтому на пр жени  других частот, в том числ и напр жение U, подавл ютс . Детек тор 28 выдел ет вещественную соста л ющую напр жени  U. частоты (tf/j./ д тектор 27 мнимую составл ющую на пр жени  частоты ц), предварительно проинтегрированного интегра тором 14. В результате напр жени  на выходе делител  21 равно ( I - Qc+Culbd i-i Ъс-сЗа -14 Разность напр жений U/j пол чают на выходе блока 18 вычитани , , т .е , равно ( 1 ,, I, - a.c-fU; ba Ч6 2гр2Г bo-da -14 . a,cj4Uji.b be-da Состо ние квазиравновеси  мостовой измерительной цепи достигаетс  при равенстве нулю напр жепи  , но подобное со.сто ние при различных частотах ш и ц; может быть достиг нуто, как видно из выражени  (4), только в одном единственном случае b или d должны равн тьс  нулю. Но, поскольку d не может равн тьс  нулю , то приравниваем к нулюЬ. b-R,,c()0. ft« Отсюда .Rg. Следовательно, по образцовому сопротивлению Н в состо нии квазираеиовеси  можно раздельно и одноз HflHHt) определить значение сопротив лени  Rg. При равенстве образцовых сопротивлений Rg+R регулируемое образцовое сопротивление R равно измер емому сопротивлению Rj, т.е.Яз .Р.б (5; Провод  рассуждени , указанным путем покажем, каким образом измер етс  второй параметр трехэлементного двухполюсника. Напр жение . на выходе блока вычитани  15 равно ,, . fi, .. . ZRT-Rsfte , U,,-(U,.U,)(6) где R, R-7 и Rg - соответственно сопротивлени  резисторов 5,7 и8. Подставим (2) 3 выражение (б) и после р да преобразований получим II UilU 5 MAj - rI O--Rog.8tJLOfti 4CRaR.) .(R.i + l Введем дополнительно следующие обозначени : Ят( + Кз - 5К-&-а-1; -R,,04(2,11-7- 5 g -iВыделим вещественные и мнимые части напр жени  при этом получим и I Гц .. (1 игп b-iC-dg-i , TliJyd .а . 1, д- с- -ш1ьд . t-ic-aa-i 1 - Ua c..a.d - . Детекторы 25 и 26 подают напр жени  всех частот неравных и; . Детектор 25 выдел ет вещественную составл ющую напр жени  и частоты uJ , фазочувотвительный .детектор 26 выдел ет мнимую составл ющую напр жени  Uy частоту СЦ,предварительно продифференцированного усилителем 13. В результате напр жение на выходе делител  20 равно - gi Ъ(Э .V где T-j - посто нна  времени дифференцирующего усилител . Напр жение на выходе делител  19 равно . + Щй Ь.|сЗ (b.c-aQ,V Разность напр жений U получаЕот на выходе блока 17 вычитани  a C-Cii -fa d С,ш() ,)

Второе, состо ние квазиравновеси  МО0ТОВОЙ измерительной цепи достига- .етс  при равенстве нулю напр жени  . Но, как видно из вьфажени  (7),

4t7 равно нулю только в единственном случае, когда .

a-,R,)-R5Re O.: Отсюда ч ;..,H.

;-Следовательно, по рёразцовому соирб-, .тивленйю .Rg в состр вии кваэиравно-:

: Веси  можно однозначно определить второе сопротивление двухполюс й ка vRj При равенстве ре}разц9вых; с&про-. ;Тий(1ений р(в 7улнруёмре об; .;15 азцрвое дЪйро1  в.тен равно;:- ;,;V ;су 4 е: .измерйемах соп ио-тйвлёний, T,

.

Поскольку Rj в каждаай момент времени определ етс  через Рбразцрвое српротивление R, то

;. . ;: 5 Таким образом, пре.длсжейна мос това  измерительна  цепь позвол ет производить измерени  двух napaivietров двухполюсников бе измерени  третьего неинформативнргб парамет 0 ра с большим быстройействием и с высокой точностью, присущей мосто вым методам изьюрений.

на фиг. 2 показаны примеру раз Личных трехэлементных Двухпрлюсййкой с разНЕдада схемами замещени . В тальнью плечёй моста включены однотипные элементы, В срстр ци х квазиравновеси  могут быть раздельно измерены: емкости 33 ij 34 (фцг..2а) f еодр,отивле 1га  :35 и 36 фиг. eiM0 КОСТИ.37 и 38 Хфиг. 2-Р ) ; :сопрртив«- ; лени  39 и 40 (Фиг. 2 Z ) ;, сопротив- : Ленин 41 и 42 (Фиг. 2 д )..

ж

y

а

37

т :Ж

L4 Р

Claims (1)

1. АВТОМАТИЧЕСКИЙ КВАЗИУРАВНОВЕШЕННЫЙ МОСТ ДЛЯ'РАЗДЕЛЬНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ДВУХ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ, содержащий два генератора синусоидальных колебаний, блок вычитания, интегратор, блок уравновешивания и мостовую измерительную цепь, состоящую из трех однотипных элементов, один из которых является регулируемым, и исследуемого трехэлементного двухполюсника, одна из измерительных диагоналей мостовой измерительной цепи подключена к первому и второму входам блока вычитания, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, в него введены два плеча мостовой измерительной цепи/ состоящей из четвертого и пятого однотипных элементов, один из которых является регулируемым, три блока вычитания, сумматор напряжения, четыре делителя,, дифференцирующий усилитель, восемь фазочувствительных детекторов, второй блок уравновешивания, причем вторая измеритель· ная диагональ мостовой измеритель- ной цепи подключена к второму блоку вычитания, выход первого блока вычитания, соединен с первыми входами второго й третьего фазочувствительных детекторов непосредственно, а первого и четвертого фазочувствительных детекторов - через дифференцирующий усилитель, выход второго блока вычитания соединен с первыми входами шестого и седьмого' фазочувствительных детекторов непосредственно, а пятого и восьмого фазочувствительных детекторов - через интегратор, выход первого генерато-’ ра синусоидальных колебаний подключен как е первому входу сумматора напряжений, так и ко вторым входам третьего, четвертого, седьмого и восьмого фазочувствительных детекторов, а выход второго генератора синусоидальных колебаний подключен как ко второму входу сумматора напряжений, так и ко вторым входам первого, второго, пятого.и шестого фазочувствительных детекторов, при этом соответственно выходы первого и второго, третьего и четвертого, пятого и шестого, седьмого и восьмого фазочувствительных детекторов подключены к первым и вторым .входам делителей, выходы первого и второго делителей соединены с входами третьего блока вычитания, а выходы третьего и четвертого, делителей подключены к входам четвертого блока вычитания, причем выходы третьего и четвертого блоков вычитания соединены соответственно с первым и вторым блоками уравновешивани.., а выход сумматора напряжения подключен к мостовой измерительной цепи.

   . SU.... 1018024