МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВУХПОЛЮСНИКОВ

Полезная модель относиться к измерительной технике, а конкретнее к мостовым схемам и предназначено для измерения параметров объектов, представленных многоэлементными (R, L, С) двухполюсниками.
Известно мостовое устройство для измерения параметров трехэлементных двухполюсников, содержащее первый и второй операционные усилители, к выходу первого подключен регистор, к входу второго - регулируемый резистор, в цепь отрицательной обратной связи включен конденсатор, дифференциальный усилитель, нуль-индикатор, источник напряжения и объекты измерения. Имеются интегратор, дифференциатор, два ключа, третий операционный усилитель, регулируемый конденсатор, резистор, сумматор, детектор определения линейности переходного напряжения, детектор выделения информации о наличии линейной составляющей, входы двух операционных усилителей через резистор соединены с интегратором, шунтированным ключом, соединенным с генератором прямоугольных импульсов, вход третьего операционного усилителя через объект измерения соединен с выходом интегратора, в цепь отрицательной обратной связи третьего операционного усилителя, выход которого через дифференциатор, шунтированный ключом, соединен с первым входом дифференциального усилителя и детектором определения линейности переходного напряжения, включают последовательно соединенные резистор и регулируемый конденсатор, в цепь отрицательной обратной связи первого операционного усилителя включен регулируемый резистор, а выходы первого и второго операционных усилителей через сумматор соединяют со вторым входом дифференциального усилителя, выход которого присоединен к первому входу детектора выделения информации о наличии линейной составляющей, второй вход которого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов. (СССР а. с, №1762247, МПК G01R 17/10 опуб. 15.09.92. Бюл. №34, «Мостовое устройство для изменения параметров трехэлементных двухполюсников» автор М.М. Зинин)
Недостатком аналога являются недостаточные функциональные возможности, что заключается в невозможности измерения параметров произвольного R, L, С двухполюсника.
Известен мостовое устройство для измерения параметров трехэлементных двухполюсников, содержащее генератор прямоугольных импульсов, соединенный через первый регулируемый резистор с инвертирующим входом первого операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор, выход первого операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей тиной, соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго операционного усилителя, не инвертирующий вход которого соединен общей тиной, в цепь отрицательной обратной связи которого включены клеммы для подключения измеряемого двухполюсника, содержащего параллельно включенные конденсатор и резистор, включенные последовательно с конденсатором, нуль-индикатор, второй сумматор, третий регулируемый резистор, четвертый операционный усилитель, не инвертирующий вход которого соединен с общей тиной, к инвертирующему входу которого подключен четвертый регулируемый резистор, а выход подключен к первому входу второго сумматора, конденсатор, резистор, линия задержки, два ключа, детектор для определения экспоненциальной формы напряжения, пятый регулируемый резистор, генератор прямоугольных импульсов через конденсатор подключен к инвертирующему входу третьего операционного усилителя, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора, выход которого соединен через первый ключ с нуль-индикатором и непосредственно с детектором для определения экпоненциальной формы напряжения, генератор прямоугольных импульсов через третий регулируемый резистор соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, с четвертым регулируемым регистром, подключенным к инвертирующему входу четвертого операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен резистор, к третьему входу второго сумматора подключен выход первого сумматора, параллельно конденсатору в цепь отрицательной обратной связи первого операционного усилителя, включен пятый регулируемый резистор, выход генератора прямоугольных импульсов через линию задержки, параллельно которой включен второй ключ, соединен с первым ключом. (Пат. РФ №2034301, MПК G01R 17/10, опуб. 30.04.1995, Бюл. №12. «Мост для измерения параметров трехэлементных нерезонансных двухполюсников», автор М.М. Зинин)
Недостатком данного технического решения являются недостаточные функциональные возможности, заключающиеся в отсутствии возможности измерения параметров произвольного пассивного двухполюсника.
Данное техническое решение автор выбрал в качестве прототипа.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей, заключающееся в обеспечении измерения параметров произвольного пассивного линейного двухполюсника.
Технический результат достигается тем, что в мост для измерения параметров трехэлементных нерезонансных двухполюсников, содержащий генератор соединенный с инвертирующим входом, операционный усилитель, первый сумматор, вход которого подключен к выходу операционного усилителя с инвертирующим входом, модель преобразователя, согласно полезной модели дополнительно введены сумматор, потенциометры, количество которых равно удвоенному порядку дифференциального уравнения, которое описывает объект измерения, сумматоры и интеграторы, количество которых равно порядку дифференциального уравнения, которое описывает объект измерения, регистр, причем выход генератора соединен с инвертирующим входом операционного усилителя через объект измерения, в цепь отрицательной обратной связи первого операционного усилителя включен резистор, выход генератора через потенциометры соединен с входом сумматоров, вторьте входы сумматоров через потенциометры соединены с первым сумматором, а выходы сумматоров через интеграторы соединены с входами сумматоров.
Введенные изменения позволяют реализовать модель преобразователя с подключенным объектом измерения. В результате получен мост с частотно независимым состоянием равновесия, в котором имеется раздельный отсчет коэффициентов операторной входной функции объекта измерения, по данным коэффициентам определяют (R, L, С) параметры двухполюсника.
На фигуре 1 показана принципиальная схема моста.
Мост для измерения параметров двухполюсников состоит из генератора 1, объекта измерения 2, который описан дифференциальным уравнением, операционного усилителя 3, резистора 4, первого сумматора 5, потенциометров 6, 7, 8, 9, 10, 11, количество которых равно удвоенному порядку дифференциального уравнения, описывающего объект измерения, сумматоров 12, 13, 14, количество которых равно порядку дифференциального уравнения, которое описывает объект измерения, интеграторов 15, 16, количество которых равно порядку дифференциального уравнения, которое описывает объект измерения.
Мост для измерения параметров двухполюсников работает следующим образом.
Генератор 1 выдает выходной сигнал. На выходе операционного усилителя 3 получают напряжение
1
где U(P) - по Лапласу выходное напряжение генератора 1;
4
P - сопротивление резистора 4,
n
0
m
0
А,…,a, b,…,b - коэффициенты входной функции объекта измерения 2. Данные коэффициенты равны коэффициентам передачи потенциометров 6, 7, 8, 9, 10, 11 (Каллер М.Я. Теория линейных электрических цепей железнодорожной автоматики, телемеханики и связи [Текст]: учебник / М.Я. Каллер, Ю.В. Соболев, А.Г. Богданов. - М.: Транспорт, 1987. - С. 110). Уравновешивание данного моста выполняется известными методами.
Устройство работает следующим образом.
Модель объекта измерения собрана из элементов, составляющих аналоговую модель, в аналоговых вычислительных устройствах. Если объект измерения 2 описывается дифференциальным уравнением
где х - входная величина объекта измерения;
у - выходная величина объекта измерения;
n
0
m
0
4
4
a,…,a; b,…,b - параметры дифференциального уравнения, описывающего объект измерения, при R=1 Ом, где R - сопротивление в цепи обратной связи операционного усилителя 3. То данное уравнение, при n=m, можно записать следующим образом
В результате дальнейших преобразований получим
Данному уравнению соответствует модель изображенная на фиг. 1.
Уравновешивание моста осуществляется известными методами, как, например, применение степенных импульсов и т.д., регулировкой потенциометров 6, 7, 8, 9, 10, 11. Имеется раздельный отсчет по коэффициентам дифференциального уравнения, которые описывает объект измерения 2. Возможна модификация устройства для измерения для измерения параметров нелинейных двухполюсников, в этом случае коэффициенты, дифференциального уравнения, реализующая объект измерения 2, набираются из образцовых нелинейностей.
Предлагаемое устройство позволяет получить универсальный измеритель (R, L, С) параметров двухполюсников, с классом точности 1-2%, что позволяет сократить номенклатуру используемых приборов.