15) МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПАССИВНЫХ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ НЕРЕЗОНАНСНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ15) BRIDGE FOR MEASUREMENT OF PARAMETERS OF PASSIVE THREELEMENT NONRESONANT TWO-POLES
Изобретение относитс к электроизмерительной технике и может быть использовано в автоматике, телемеханике и св зи, например, дл контрол параметров датчиков. Известны мостовые устройства, использование активных элементов в измерительных цеп х которых позвол ет получить зависимое раздельное уравно вешивание . Недостатком подобных мостовых уст ройств вл етс измерение параметров ограниченного количества видов трехэлементных нерезонансных двухполюсников . Наиболее близким по технической сущности вл етс мостовое устройство , содержащее источник переменного напр жени , два операционных усилител , дифференциальный усилитель, дв фазочувствительных детектора и мосто вую схему Максвелла Вина, состо щую .|из двух трехэлементных ветвей с ак тивными уравновешивающими параметраМИ , одна из которых содержит объект измерени и посто нный образцовый резистор . Недостатком мостового устройства вл етс невозможность измер ть параметры трехэлементных пассивных нерезонансных двухполюсников. Цель изобретени - расширение функциональных возможностей, т.е. измерение параметров всех видов нерезонансных трехэлементных пассивных двухполюсников . Дл достижени поставленной цели в мост дл измерени параметров пассивных трехэлементных нерезонансных двухполюсников, содержащий первый и второй операционные усилители, к входу первого подключен резистор, к входу второго - регулируемый резистор, в цепь отрицательной обратной св зи второго включен конденсатор, диффе-. ренциальный усилитель, нуль-индикатор , источник напр жени и объекты измерени , введены интегратор, дифференциатор , два клjoчa, третий операционный усилитель, регулируемый конденсатор .резистор, сумматор, детектор определени линейности переходного напр жени , детектор выделени информации о наличии линейной состав л ющей, входы двух операционных усил талей через резисторы соединены с интегратором , шунтированным ключом, соединенным с генератором пр моуголь ных импульсов, вход третьего операционного усилител через объект измерени соединен с выходом интеграто ра, в цепь отрицательной обратной св зи третьего операционного усилител , выход которого через дифференциатор , шунтированный ключом, соединен с первым входом дифференциальног усилител и детектором определени линейности переходного напр жени , включают последовательно соединенные резистор и регулируемый конденсатор, в цепь отрицательной обратной св зи первого операционного усилител вклю чен регулируемый резистор, а выходы первого и второго операционных усили телей через сумматор соедин ют с вто рым входом дифференциального усилител , выход которого присоединен к первому входу детектора выделени ин формации о наличии линейной сээставл щей, второй вход которого соединен с выходом генератора пр моугольных импульсов. Детектор определени линейности переходного напр жени выполнен из сравнивающего блока, источника трех опорных напр жений, инвертора, интегратора и переключател , который соединен по входу с дифференциатором и с сравнивающим блоком, а по выходу - напр мую и через инвертор с интегратором , выход источникатрех опорных напр жений соединен с входом сравнивающего блока. Детектор выделени информации о наличии линейной составл ющей выполнен из хронирующего блока, инвертора интегратора и переключател , который соединен по входу с дифференциальным усилителем, хронирующим блоком, по выходу - напр мую и через инвертор с интегратором, вход хронирующего блока соединен с выходом генератора .пр моугольных импульсов.The invention relates to electrical measuring technology and can be used in automation, remote control and communication, for example, to monitor sensor parameters. Bridge devices are known, the use of active elements in measuring circuits of which allows to obtain dependent separate equilibrium hanging. The disadvantage of such bridges is the measurement of parameters of a limited number of three-element non-resonant two-port types. The closest in technical essence is a bridge device containing a source of alternating voltage, two operational amplifiers, a differential amplifier, two phase-sensitive detectors and a Maxwell Wien bridge circuit consisting of two three-element branches with active balancing parameters, one of which contains a measurement object and a constant reference resistor. The disadvantage of the bridge device is the inability to measure the parameters of three-element passive non-resonant two-terminal networks. The purpose of the invention is to expand the functionality, i.e. measurement of parameters of all types of non-resonant three-element passive two-terminal networks. To achieve this goal, a bridge for measuring the parameters of passive three-element nonresonant two-terminal networks, containing the first and second operational amplifiers, has a resistor connected to the first input, an adjustable resistor is connected to the second input, and a second capacitor is connected to the second feedback circuit. a potential amplifier, a null indicator, a voltage source and measurement objects, an integrator, a differentiator, two keys, a third operational amplifier, an adjustable capacitor, a resistor, an adder, a detector for determining the linearity of the transition voltage, a detector for extracting information about the presence of a linear component, the inputs of two operational amplifiers are connected through resistors to an integrator, a shunt switch connected to a generator of right angle pulses, and the input of a third operational amplifier through a measurement object connected to the integrator output, to the negative feedback circuit of the third operational amplifier, the output of which, through a key-differentiated differentiator, is connected to the first input of the differential amplifier and the detector for determining the linearity of the transition voltage, connect a series-connected resistor and an adjustable capacitor to the negative reverse circuit The first resistor is connected to the first operational amplifier, and the first and second operational amplifiers are connected to the second via an adder. The second input of the differential amplifier, the output of which is connected to the first input of the detection detector, contains a linear power supply, the second input of which is connected to the output of the square pulse generator. The detector for determining the linearity of the transition voltage is made of a comparison unit, a source of three reference voltages, an inverter, an integrator and a switch that is connected to the differentiator and to the comparison unit, and the output — directly and through an inverter to the integrator; zheny connected to the input of the comparison unit. A detector of information about the presence of a linear component is made of a timing unit, an inverter integrator and a switch that is connected to the input of a differential amplifier, a timing unit, and output directly and through an inverter to an integrator. The input of the timing unit is connected to the output of the rectangular pulses.
Источник напр жени выполнен в виде генератора пр моугольных импульсов .The voltage source is made in the form of a generator of rectangular pulses.
где f - амплитуда импульсов генератора 1 пр моугольных импульсов; На чертеже изображена структурна схема предлагаемого устройства. Устройство содержит генератор 1 пр моугольных импульсов, интегратор 2, шунтированный ключом 3, объект k измерени , операционный усилитель 5, резистор 6 и регулируемый конденсатор 7, дифференциатор 8, шунтированный ключом 9, дифференциальный усилитель 10, детектор 11 определени линейности переходного напр жени , резистор 12, операционный усилитель 13, резисторы 1 4 и 15, операционный усилитель 16, конденсатор 17,-сумматор 8, нуль-индикатор 19, детектор 20 выделени информации о наличии линейной составл ющей. Детектор 11 определени линейности переходного напр жени содержит переключатель 21, сравнивающий блок 22, источник 23 трех опорных напр жений, инвертор 2, интегратор 25. Детектор 20 выделени информации о наличии линейной составл ющей содержит переключатель 26, хронирующий блок 27, инвертор 28 и интегратор 29. Устройство работает следующим образом . Операторную проводимость объекта измерени описывают выражением . Y(p) k.o, масштабный коэффициент, нуль и полюс объекта f измерени ; . - в зависимости от вида объекта измерени (трехэлементного нерезонансного двухполюсника ) ; р - комплексный параметр. При п О ключи 3 и 9 замкнуты, при п 1 ключ 3 разомкнут, а ключ 9 замкнут. При п -1 ключ 3 замкнут, а ключ 9 разомкнут. Изображение по Лапласу выходного напр жени дифференциатора 9 при условии, что врем затухани переходных процессов меньше длительности импульсов питани и промежутков между ними, задано выражением Р k y CPM/RC), R и С - значени сопротивлени резистора 6 и регулируе мой емкости конденсатора 7; d - коэффициент пропорциональности , определ емый дифференциатором 8 и ин тегратором 2. Изменением регулируемой емкости конденсатора 7 получают на выходе д ференциатора 8 напр жение Сот U(i:)- (Р f oL) Е аи 1-Е dRdk U . Момент установлени напр жени U(t), представл ющего сумму посто н ной и линейной составл ющих, опреде л ют по нулевому показанию детектора 11 определени линейности перехо ного напр жени . Его работа основан на том, что разность интегралов от суммы посто нной и линейной составл ющих при условии, что напр жени на выходе источника 23 трех опорных напр жений удовлетвор ют условию II - II «J- - и U2 и Ь где UY , U2, и, - напр жени источни ка 23 трех опорных напр жений, равна нулкТ, Интегратор 25 интегрирует U(t) в промежутке между достижением U(t) напр жений U и U, а затем с тивоположным знаком от U, что получают подключением выхода дифференциатора 8 к интегратору переключателем 20 по сигналу сравнивающего блока 22 сначала напр мую, а за тем через инвертор 2 с единичным коэффициентом усилени . При этом по лучают условие квазиравновеси fi 1/RC Затем регулировкой сопротивлени резистора 15 компенсируют на выходе дифференциатора 8 линейную составл ю щую U(t). Момент компенсации определ ют по нулевому показанию детектора 20 выделени информации о наличии линейной составл ющей. Работа последнего основана на том, что интегратор 29 интегрирует напр жение U(t), подаваемое на него с противоположными знаками через переключател 26 и инвертор 28 с единичным коэффициентом усилени , в течение одинаковых промежутков времени, задавае14з1х хронирующим блоком 271 запуск которого осуществл ют в момент подачи импульса с выхода генератора 1 пр моугольных импульсов. При этом разность интегралов от посто нной со- . ставл ющей равна нулю, а линейной нет . Отсюда получают условие равновеси k, --J V где R и Cg - значени регулируемого сопротивлени резистора 15 и емкости конденсатора 17. Затем регулировкой активного сопротивлени 1 компенсируют посто нную составл ющую напр жени U(t) по нулевому показанию нуль-индикатора 19- Получают где RL и R- - значени сопротивлени резисторов 1 и 12. В случае неполного уравновешивани операции повтор ют. При необходимости по измеренным значени м k ,oL , f можно подсчитать R, L, С параметры объекта k измерени , что не вызывает принципиальных затруднений. Использование генератора пр моугольных импульсов, интегратора, дифференциатора , двух ключей, операционного усилител , регулируемого конденсатора, активного сопротивлени , сумматора, детектора определени линейности переходного напр жени , детектора выделени информации о наличии линейной составл ющей, нуль-индикатора позвол ет измер ть масштабный коэффициент, нуль и полюс проводимости нерезонансных пассивных трехэлементных двухполюсников всех видов. При необходимости не представл ют принципиальных затруднений определени по результатам измерений R, L, С параметров. Таким образом, применение детекторов выделени информации о наличии линейной состсэвл ющей и определени линейности переходного напр жени дает возможность получить высокую точность, определ емую применением операций интeгpиpoвa 1Я и вычитани , легко автоматизировать устройство, что дополнительно облегчаетс наличием раздельного злвисимого уравновешивани .where f is the amplitude of the pulses of the generator 1 of rectangular pulses; The drawing shows a structural diagram of the proposed device. The device contains a generator of 1 rectangular pulses, an integrator 2, shunted by key 3, a measurement object k, an operational amplifier 5, a resistor 6 and an adjustable capacitor 7, a differentiator 8, shunted by key 9, a differential amplifier 10, a linear voltage detection detector 11, a resistor 12, an operational amplifier 13, resistors 1 4 and 15, an operational amplifier 16, a capacitor 17, an adder 8, a null indicator 19, a detector 20 for extracting information about the presence of a linear component. The linear voltage detection detector 11 includes a switch 21, a comparing unit 22, a three reference voltage source 23, an inverter 2, an integrator 25. The linear component information detection detector 20 includes a switch 26, a timing unit 27, an inverter 28, and an integrator 29 The device works as follows. The operator conductivity of the measurement object is described by the expression. Y (p) k.o, scale factor, zero and pole of measurement object f; . - depending on the type of measurement object (three-element non-resonant two-terminal network); p is a complex parameter. With p O the keys 3 and 9 are closed, with n 1 the key 3 is open, and the key 9 is closed. When n -1 key 3 is closed, and key 9 is open. The Laplace image of the output voltage of the differentiator 9, provided that the transient decay time is shorter than the duration of the supply pulses and the intervals between them, is given by the expression Pk y CPM / RC), R and C are the resistance values of the resistor 6 and the adjustable capacitance of the capacitor 7; d is the proportionality coefficient determined by the differentiator 8 and the integrator 2. By varying the adjustable capacitance of the capacitor 7, at the output of the differentiator 8, the voltage Cell U (i:) - (P f oL) E au 1-E dRdk U is obtained. The moment of establishing the voltage U (t), which represents the sum of the constant and linear components, is determined from the zero reading of the detector 11 for determining the linearity of the alternating voltage. His work is based on the fact that the difference of the integrals of the sum of the constant and linear components, provided that the voltage at the output of the source 23 of the three reference voltages satisfy the conditions II - II "J- and U2 and b where UY, U2, and, - voltage source 23 of three reference voltages, is equal to zero, Integrator 25 integrates U (t) between the achievement of voltage U (t) and U, and then with the opposite sign from U, which is obtained by connecting the output of the differentiator 8 to the integrator by a switch 20 according to the signal of the comparing unit 22, first directly, and then Erez inverter 2 with a single gain factor. In this case, the quasi-equilibrium condition fi 1 / RC is obtained. Then, by adjusting the resistance of the resistor 15, at the output of the differentiator 8, the linear component U (t) is compensated. The moment of compensation is determined by the zero reading of the detector 20 for extracting information about the presence of a linear component. The latter is based on the fact that the integrator 29 integrates the voltage U (t) supplied to it with opposite signs through the switch 26 and the inverter 28 with a unit gain factor for equal periods of time, given by the timing unit 271, which is started at the moment pulse supply from the generator output 1 rectangular pulses. In this case, the difference of the integrals from the constant ω. is zero and linear is not. From this, an equilibrium condition is obtained k, --JV where R and Cg are the values of the adjustable resistance of the resistor 15 and the capacitance of the capacitor 17. Then, by adjusting the active resistance 1, the constant component of the voltage U (t) is compensated by the zero reading of the null indicator 19- RL and R- are the resistance values of resistors 1 and 12. In the case of incomplete balancing, the operations are repeated. If necessary, using measured values of k, oL, f, one can calculate R, L, C parameters of the object k of measurement, which does not cause fundamental difficulties. The use of a square pulse generator, an integrator, a differentiator, two switches, an operational amplifier, an adjustable capacitor, an active resistance, an adder, a detector for determining the linearity of a transient voltage, a linear component information detection detector, a null indicator allows you to measure the scale factor, conduction zero and pole of non-resonant passive three-element two-terminal networks of all kinds. If necessary, it is not difficult to determine the parameters of the R, L, C parameters by measurements. Thus, the use of detectors for isolating information on the presence of linear compositing and determining the linearity of the transient voltage makes it possible to obtain high accuracy, determined by the use of the operations of integer 1H and subtraction, it is easy to automate the device, which is further facilitated by the presence of separate dependent balancing.