ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ДВУХПОЛЮСНИКОВ
METRE OF DIPOLE PARAMETERS

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, автоматике и промышленной электронике и может быть использовано для контроля и определения параметров объектов измерения, а также физических величин посредством параметрических датчиков.
Известен мостовой измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников (АС СССР №1157467 G01R 17/10, БИ 1985, №19), содержащий последовательно соединенные генератор импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.
Недостатком его является понижение точности при дистанционных измерениях за счет сравнительно большой составляющей погрешности от паразитной емкости соединительной линии для информативного сигнала. В случае дистанционных измерений имеется соединительная линия (например, коаксиальный кабель) между мостом и объектом контроля, измерения или исследования. Объектами измерения также могут быть параметры параметрических датчиков. Эквивалентные параметры соединительной линии (в данном случае паразитные параметры) вносят соответствующие составляющие в погрешность измерения. Основная (наибольшая) из них - это составляющая погрешности от электрической емкости соединительной линии (от паразитной емкости). При измерениях на переменном токе в текущее время приведенное положение настолько обострилось, что стало представлять собой проблему дистанционных измерений, что обосновано в статье - Соловьев А.Л. Развитие компенсационно-мостовых методов построения измерительных преобразователей для емкостных и индуктивных датчиков, Приборы и системы управления, 1995, №6, стр.20, второй столбец, вторая половина предпоследнего абзаца. Это, в частности, объясняется тем, что распространение получили малогабаритные и миниатюрные датчики, которые соответственно имеют малые значения информативных параметров. Такие значения становятся косвенно сопоставимыми со значениями емкостей соединительных линий для информативных сигналов. В частности, емкостный датчик может иметь значения в районе единиц и десятка пФ, что приведено в вышеназванной статье на стр.23, последний абзац. Значение паразитной емкости соединительной линии является известной со сравнительно большой ошибкой, это значение емкости существенно изменяется с изменением влажности, с течением времени от старения и особенно сильно с изменением температуры. Эти два положения создают дополнительную составляющую погрешности измерения от ошибки значения паразитной емкости линии связи и от нестабильности ее значения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа мостовой измеритель параметров трехэлементных пассивных двухполюсников (АС СССР №798607 G01R 17/10, БИ 1981, №3) содержащий последовательно соединенные генератор импульсов сложной формы, мостовую электрическую цепь и индикатор равновесия (прототип).
Недостатком его является понижение точности при дистанционных измерениях за счет сравнительно большой составляющей погрешности от ошибки значения паразитной емкости соединительной линии для информативного сигнала и ее нестабильности.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении точности при дистанционных измерениях за счет уменьшения составляющей погрешности от ошибки значения емкости (паразитной) соединительной линии для информативного сигнала и от нестабильности этой емкости.
0
1
2
0
1
2
0
1
2
Это достигается тем, что в измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор импульсов, который состоит из формирователей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону Kt, Kt, Kt, где K, K, K - постоянные коэффициенты и t - время, из коммутатора, входы которого соединены с выходами формирователей импульсов, а выход подключен ко входу усилителя мощности, выход которого образует первый выход относительно «земли» генератора импульсов, из блока синхронизации, выход которого соединен со входами синхронизации формирователей импульсов, а также образует второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов, общая шина генератора импульсов «заземлена»; измерительную цепь, которая включает в себя первую ветвь из первого и второго резисторов, параллельно первому из них включена цепь из последовательно соединенных конденсатора и третьего резистора, двухполюсник из первого резистора, конденсатора и третьего резистора является примером двухполюсника объекта измерения, вторую ветвь из последовательно соединенных первого резистора, второго резистора и индуктивной катушки, параллельно которой включен третий резистор, свободный общий вывод катушки индуктивности и третьего резистора соединен с общей заземленной шиной, свободный вывод первого резистора соединен с первым выходом генератора импульсов; нуль-индикатор, вход синхронизации которого соединен со вторым выходом (выходом синхронизации) генератора импульсов, общая шина нуль-индикатора заземлена, введена совокупность элементов из первой линии связи для информативного сигнала, второй линии связи для питающего сигнала с генератора импульсов, операционного усилителя, дополнительного резистора, неинвертирующего повторителя напряжения и аналогового сумматора, а также изменено включение элементов, первый вывод сигнального провода первой линии связи соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, второй вывод этого сигнального провода соединен с общим выводом первого и третьего резисторов первой ветви измерительной цепи, первый вывод сигнального провода второй линии связи соединен с первым выходом генератора импульсов, второй вывод этого сигнального провода соединен с общим выводом первого резистора и конденсатора первой ветви измерительной цепи, несигнальные проводники обеих линий связи заземлены, второй резистор первой ветви измерительной цепи включен между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, дополнительный резистор включен между неинвертирующим входом операционного усилителя и «землей», вход неинвертирующего повторителя напряжения соединен с общим выводом первого и второго резисторов второй ветви измерительной цепи, два входа аналогового сумматора подключены к выходу операционного усилителя и к выходу неинвертирующего повторителя напряжения, общие шины этого повторителя и аналогового сумматора соединены с «землей», выход аналогового сумматора подключен ко входу нуль-индикатора.
Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1).
0
i
1
2
0
1
2
Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит генератор 1 импульсов, включающий в себя формирователь 2 импульсов напряжения прямоугольной формы Kt, где здесь и в дальнейшем K - постоянные коэффициенты, t - время, формирователь 3 импульсов линейно изменяющегося напряжения Kt и формирователь 4 импульсов квадратичной формы Kt. Выходы каждого формирователя соединены со входами коммутатора 5, выход которого подключен ко входу усилителя 6 мощности. Выход его образует первый выход генератора импульсов относительно «земли». Выход блока 7 синхронизации соединен со входами (входами синхронизации) каждого формирователя импульсов, а также образует второй выход генератора импульсов (выход синхронизации). Общая шина генератора 1 заземлена.
9
Измерительная цепь включает в себя две ветви. Первая из них содержит два резистора 8 (R8) и 9 (R9), параллельно первому из них 8 включена цепь из последовательно соединенных конденсатора 10 (C10) и резистора 11 (R11). Двухполюсник из резистора 8, конденсатора 10 и резистора 11 является примером двухполюсника объекта контроля, измерения или исследования. Общий вывод резисторов 8 и 11 подключен к сигнальному проводу соединительной линии 12 для информативного сигнала. Другой вывод этого сигнального провода соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 13. В качестве соединительной линии может служить коаксиальный кабель, несигнальный провод его соединен с «землей». Резистор 9 (R9) включен между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя 13, а резистор 14 (R14) между его неинвертирующим входом и «землей». Вторая ветвь измерительной цепи содержит последовательно соединенные резистор 15 (R15), резистор 16 (R16) и индуктивную катушку 17 (L17), параллельно которой включен резистор 18 (R18). Общий вывод резистора 8 и конденсатора 10 соединен с сигнальным проводом соединительной линии 19 для сигнала с генератора 1 импульсов, второй вывод сигнального провода соединен со свободным выводом резистора 15 и их общий вывод соединен с первым выходом генератора 1 импульсов. Общий вывод резисторов 15 и 16 подключен ко входу неинвертирующего повторителя напряжения 20, общая шина этого повторителя заземлена. Выходы повторителя 20 и операционного усилителя 13 подключены ко входам аналогового сумматора 21, общая шина которого заземлена. Выход последнего соединен со входом нуль-индикатора, в качестве которого может служить осциллограф. Резистор R15 имеет постоянное известное значение сопротивления. Резистор R тоже имеет постоянное значение сопротивления, равное
<mrow><msub><mi>R</mi><mn>9</mn></msub><mo>=</mo><mn>0,5</mn><msub><mi>R</mi><mrow><mn>15</mn></mrow></msub><mo>.</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
Резистор 16, индуктивная катушка 17 и резистор 18 имеют известные регулируемые значения параметров. Они являются элементами уравновешивания. Вход измерительной цепи относительно «земли» образует общий вывод резистора 15 и сигнального провода линии связи 19 для питающих импульсов. Выходное напряжение измерительной цепи образуется двумя напряжениями противоположной полярности. Это выходное напряжение операционного усилителя 13 и выходное напряжение неинвертирующего повторителя напряжения 20. Сумма значений этих напряжений может равняться нулю. В исходном состоянии до прихода питающего импульса с генератора 1 реактивные элементы измерительной цепи 10 и 17 свободны от запасов энергии, входное напряжение измерительной цепи при этом и ее выходные напряжения равны нулю.
0
0
Измеритель параметров двухполюсников работает следующим образом. Вначале посредством коммутатора 5 с первого выхода генератора импульсов 1 подается на измерительную цепь последовательность импульсов прямоугольной формы (Kt). При воздействии очередного импульса в установившемся режиме в импульсе выходного напряжения сумматора 21 имеется плоская вершина в интервале времени от окончания переходного процесса и до окончания импульса. Однократной регулировкой значения сопротивления уравновешивающего резистора 16 приводится значение напряжения этой плоской вершины к нулю, и тем самым выполняется первое условие равновесия.
<mrow><msub><mi>A</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mn>16</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">[</mo><msub><mi>R</mi><mn>8</mn></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>K</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mn>0,5</mn><msub><mi>R</mi><mrow><mn>15</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">]</mo><mo>−</mo><mn>0,5</mn><mi>K</mi><msub><mi>R</mi><mrow><mn>15</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">[</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mn>15</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mn>16</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mn>0,</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где K - коэффициент усиления операционного усилителя 13. Здесь и в дальнейшем отмечаем равновесие измерительной цепи по нуль-индикатору 22 (например, осциллограф). Сигнал синхронизации со второго выхода генератора 1 на второй вход нуль-индикатора 22 обеспечивает устойчивость показаний последнего.
1
1
Далее посредством коммутатора 5 с первого выхода генератора 1 подается на измерительную цепь последовательность импульсов линейно изменяющегося напряжения (Kt). При воздействии очередного такого импульса на выходе сумматора после окончания переходного процесса устанавливается импульсный сигнал с плоской вершиной. Однократной регулировкой значения индуктивности уравновешивающей катушки индуктивности 17 приводится значение напряжения этой плоской вершины к нулю, т.е., выполняется второе условие равновесия
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>A</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>L</mi><mrow><mn>17</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">[</mo><msub><mi>R</mi><mn>8</mn></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>K</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mn>0,5</mn><msub><mi>R</mi><mrow><mn>15</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">]</mo><mo>+</mo><mn>0,5</mn><msub><mi>R</mi><mrow><mn>15</mn></mrow></msub><mo>{</mo><msub><mi>R</mi><mn>8</mn></msub><msub><mi>R</mi><mrow><mn>16</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>C</mi><mrow><mn>10</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>C</mi><mi>п</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>−</mo><mi>K</mi><mo stretchy="false">[</mo><msub><mi>L</mi><mrow><mn>17</mn></mrow></msub><mo>+</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>+</mo><msub><mi>C</mi><mrow><mn>10</mn></mrow></msub><msub><mi>R</mi><mn>8</mn></msub><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mn>15</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mn>16</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">]</mo><mo>}</mo><mo>=</mo><mn>0,</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
п
где С - емкость линии связи 12 (паразитная емкость).
17
При этом первое условие (2) не нарушается, т.к. регулируемый здесь параметр L в него не входит.
2
2
После этого посредством коммутатора 5 с первого выхода генератора 1 подается на измерительную цепь последовательность импульсов квадратичной формы Kt. При поступлении очередного импульса на выходе сумматора 21 после окончания переходного процесса имеется напряжение с плоской вершиной. Это напряжение однократной регулировкой сопротивления уравновешивающего резистора 18 приводится к нулю, тем самым выполняется третье условие равновесия.
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>A</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><mn>0,5</mn><msub><mi>R</mi><mn>8</mn></msub><msub><mi>R</mi><mrow><mn>15</mn></mrow></msub><msub><mi>R</mi><mrow><mn>16</mn></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>C</mi><mrow><mn>10</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>C</mi><mi>п</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mn>18</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">[</mo><msub><mi>C</mi><mrow><mn>10</mn></mrow></msub><msub><mi>R</mi><mn>8</mn></msub><msub><mi>R</mi><mrow><mn>11</mn></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>K</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mn>0,5</mn><msub><mi>R</mi><mrow><mn>15</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>C</mi><mrow><mn>10</mn></mrow></msub><msub><mi>R</mi><mn>8</mn></msub><mo>+</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>+</mo><msub><mi>C</mi><mrow><mn>10</mn></mrow></msub><msub><mi>R</mi><mrow><mn>11</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>C</mi><mi>п</mi></msub><msub><mi>R</mi><mn>8</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">]</mo><mo>−</mo><mn>0,5</mn><mi>K</mi><msub><mi>C</mi><mrow><mn>10</mn></mrow></msub><msub><mi>R</mi><mrow><mn>15</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">[</mo><msub><mi>R</mi><mn>8</mn></msub><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mn>15</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mn>16</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mn>18</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mn>11</mn></mrow></msub><msub><mi>R</mi><mrow><mn>18</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">]</mo><mo>=</mo><mn>0.</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable>
18
Первые два условия равновесия (2) и (3) от этого не нарушаются, так как регулируемый параметр R в них не входит.
8
10
11
Отсчет искомых параметров R, C и R берется из трех условий равновесия. (2)-(4). По сути, из трех уравнений берется отсчет трех неизвестных параметров.
В приведенном (фиг.1) частном случае линия связи 19 для питающих импульсов и линия связи 12 для информативного сигнала выбраны в виде коаксиальных кабелей. Реализация их может быть и другой. В частности, в виде двух изолированных проводов. Один - сигнальный провод для питающих импульсов с первого выхода генератора 1. Другой - сигнальный провод для информативного сигнала.
п
п
п
<mrow><mo stretchy="false">(</mo><mfrac><mrow><mi>d</mi><msub><mi>u</mi><mi>c</mi></msub></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>t</mi></mrow></mfrac><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
Емкость линии связи С для информативного сигнала включается между инвертирующим входом операционного усилителя 13 и «землей». В рассмотренном варианте она не вносит погрешность в определение первого параметра R8, т.к. первая производная от неизменяющейся величины равна нулю. При определении двух других параметров емкость линии связи Свносит весьма малую составляющую погрешности. Это объясняется тем, что при большом и очень большом коэффициенте усиления операционного усилителя 13 амплитуда напряжения на его инвертирующем входе и на емкости С весьма мала и, соответственно, весьма малой является скорость изменения напряжения
. Электрический ток и напряжение на емкости связаны между собой известной дифференциальной зависимостью
<mrow><msub><mi>i</mi><mi>c</mi></msub><mo>=</mo><mi>C</mi><mfrac><mrow><mi>d</mi><msub><mi>u</mi><mi>c</mi></msub></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>t</mi></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
п
п
В рассмотренной схеме (фиг.1) скорость изменения напряжения на инвертирующем входе операционного усилителя 13 является очень малой, емкость линии связи тоже стремятся выбирать малой, поэтому в правой части выражения (5) имеется произведение двух малых величин. Отсюда на емкость С ответвляется исчезающе малый электрический ток, что предопределяет очень малую составляющую погрешности от емкости линии связи для информативного сигнала и соответственно, малую составляющую погрешности от ошибки в значении паразитной емкости С и от ее нестабильности.
п
п
10
Условие равновесия (3) учитывает значение паразитной емкости С, тогда составляющая относительной погрешности от ошибки в значении емкости С и от ее нестабильности при определении значения емкости С находится из выражения:
<mrow><msub><mi>δ</mi><mi>c</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>C</mi><mi>п</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mrow><mo>|</mo><mrow><mfrac><mrow><mn>0,5</mn><mi>Δ</mi><msub><mi>C</mi><mi>п</mi></msub><msub><mi>R</mi><mn>8</mn></msub><msub><mi>R</mi><mrow><mn>15</mn></mrow></msub><msub><mi>R</mi><mrow><mn>16</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>L</mi><mrow><mn>17</mn></mrow></msub><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>R</mi><mn>8</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>K</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><mn>0,5</mn><msub><mi>R</mi><mrow><mn>15</mn></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>K</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>+</mo><mn>0,5</mn><msub><mi>C</mi><mi>п</mi></msub><msub><mi>R</mi><mn>8</mn></msub><msub><mi>R</mi><mrow><mn>15</mn></mrow></msub><msub><mi>R</mi><mrow><mn>16</mn></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>|</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>6</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
П
п
11
где ΔС - изменение паразитной емкости от ошибки ее известного значения и от ее нестабильности. Составляющая относительной погрешности от ошибки в значении емкости С и от ее нестабильности при определении значения сопротивления R определяется выражением
<mrow><msub><mi>δ</mi><mi>R</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>C</mi><mi>n</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mrow><mo>|</mo><mrow><mfrac><mrow><mn>0,5</mn><mi>Δ</mi><msub><mi>C</mi><mi>n</mi></msub><msub><mi>R</mi><mn>8</mn></msub><msub><mi>R</mi><mrow><mn>15</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mn>16</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mn>18</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mn>0,5</mn><msub><mi>R</mi><mn>8</mn></msub><msub><mi>R</mi><mrow><mn>15</mn></mrow></msub><mrow><mo>[</mo><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mn>16</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mn>18</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>C</mi><mrow><mn>10</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>C</mi><mi>n</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>−</mo><mi>K</mi><msub><mi>C</mi><mrow><mn>10</mn></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mn>15</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mn>16</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mn>18</mn></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow><mo>|</mo></mrow><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>7</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
6
Видно, что обе относительные погрешности получаются весьма малыми при больших и очень больших коэффициентах усиления К операционного усилителя 13. Поэтому следует выбирать соответствующий операционный усилитель, например, 140УД25А с коэффициентом усиления К=10.
Таким образом, измеритель параметров двухполюсников реализует повышение точности при дистанционных измерениях за счет уменьшения составляющей погрешности от ошибки значения емкости линии связи для информативного сигнала и от нестабильности этой емкости. Он имеет раздельное уравновешивание и сохранил другие достоинства устройств с импульсным питанием измерительной цепи.