МОСТОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ДВУХПОЛЮСНИКОВ
BRIDGE CIRCUIT FOR MEASURING PARAMETERS OF TWO-TERMINAL DEVICES

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике. В частности, оно позволяет определять параметры трехэлементных двухполюсников или параметры датчиков с трехэлементной схемой замещения.
Известен мостовой измеритель параметров пятиэлементных пассивных двухполюсников (а.с. СССР №1147986 G01R 17/10, БИ №12, 1985), содержащий последовательно включенные генератор импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по законам степенных функций, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.
Недостатком его является повышение погрешности измерения за счет составляющей погрешности от паразитных емкостей, которые образуют незаземленные регулируемые уравновешивающие элементы относительно «земли». В указанном измерителе в принципе невозможно заземлить все регулируемые уравновешивающие элементы, поэтому названные паразитные емкости и соответствующая составляющая погрешности измерения здесь обязательно присутствуют. От нестабильности паразитных емкостей возникает также дополнительная составляющая погрешности. Кроме того, для уменьшения вредного влияния внешних электромагнитных полей и наводок, уравновешивающие элементы нередко экранируют. Тогда в случае незаземленности этих элементов возникает неопределенность выбора вершины электрического моста, с которой было бы лучше соединить экраны. Если же названные элементы заземлены, то очевидно, что экраны следует соединять с «землей». В случае регулирования незаземленных уравновешивающих элементов посредством использования электронных ключей и управляющих электрических сигналов к ним возникают дополнительные трудности - необходимость применения развязывающих элементов, например, трансформаторов или оптронных пар. При заземлении всех уравновешивающих элементов такие трудности исключаются.
Известен мостовой измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников (а.с. СССР №1157467 G01R 17/10, БИ №19, 1985), 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 повышение погрешности измерения за счет составляющей погрешности от паразитных емкостей, которые образуют незаземленные регулируемые уравновешивающие элементы относительно «земли».
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа электрический мост (а.с. СССР №983552 G01R 17/10, БИ №47, 1982), содержащий последовательно включенные генератор импульсов сложной формы, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.
Недостатком его является повышение погрешности измерения за счет составляющей погрешности от паразитных емкостей, которые образуют незаземленные регулируемые уравновешивающие элементы относительно «земли».
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в уменьшении погрешности измерения за счет исключения составляющих погрешности от паразитных емкостей относительно «земли» регулируемых уравновешивающих элементов и нестабильности этих паразитных емкостей. Названные паразитные емкости отсутствуют потому, что в измерителе используются только заземленные уравновешивающие элементы.
0
1
2
0
1
2
0
1
2
Это достигается тем, что в мостовом измерителе параметров двухполюсников, содержащем генератор питающих импульсов, который состоит из формирователей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону kt, kt и kt (где k, k и k - постоянные коэффициенты, t - текущее время), из коммутатора, из усилителя мощности и блока синхронизации, выход каждого формирователя импульсов соединен с соответствующим входом коммутатора, выход его подключен ко входу усилителя мощности, выход которого образует первый выход генератора импульсов относительно «земли», выход блока синхронизации соединен со входом (входом синхронизации) каждого формирователя импульсов, а также выход его образует второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов относительно «земли», общая шина генератора импульсов заземлена; первый выход генератора импульсов подключен ко входу мостовой цепи, который образует общий вывод двух параллельно включенных ветвей мостовой цепи, первую ветвь моста образуют последовательно соединенные одиночный конденсатор плеча отношения и две клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения, который, в частности, состоит из последовательно соединенных первого конденсатора и резистора, параллельно которому включен второй конденсатор, общий вывод одиночного конденсатора и первой клеммы для подключения двухполюсников объекта измерения образует первый вывод выхода мостовой цепи, вторая клемма заземлена, вторая ветвь моста образована последовательно соединенными первым конденсатором (одиночным) второго плеча отношения, второго конденсатора и резистора, параллельно которому подключен третий конденсатор, также вторая ветвь имеет четвертый конденсатор, общий вывод первого и второго конденсаторов второй ветви образует второй вывод выхода мостовой цепи, общий вывод одиночного конденсатора первой ветви и первого конденсатора второй ветви образует вход мостовой цепи относительно «земли», общий вывод резистора и третьего конденсатора второй ветви моста заземлен, резистор, второй и третий конденсаторы второй ветви моста образуют двухполюсник с элементами для уравновешивания мостовой цепи; нуль-индикатор, первый вход которого (дифференциальный вход) соединяется с двумя выводами выхода мостовой цепи, второй вход его (вход синхронизации) соединен со вторым выходом генератора импульсов, общая шина нуль-индикатора заземлена, изменено включение элемента мостовой цепи, четвертый конденсатор полностью перенесен в двухполюсник с элементами для уравновешивания мостовой цепи, один вывод его соединен со вторым выводом выхода мостовой цепи, а другой вывод заземлен.
Сущность изобретения поясняется чертежом.
Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит питающий генератор 1, который состоит из формирователей 2, 3 и 4 последовательностей прямоугольных, линейно изменяющихся и квадратичных импульсов и имеет два выхода, образованных тремя выводами, один из которых заземлен. Генератор содержит также коммутатор 5, входы которого соединены с выходами формирователей, а выход соединен с усилителем мощности 6, выход последнего является первым выходом генератора импульсов относительно «земли», и блок синхронизации 7, выход которого соединен со входами синхронизации формирователей, а также выход является вторым выходом генератора импульсов относительно «земли» (выходом синхронизации).
8
9
10
11
Первая из двух ветвей электрического моста имеет две клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения, состоящего из последовательно соединенных первого конденсатора 8 (C) и резистора 9(R), параллельно которому включен второй конденсатор 10 (C), и последовательный с двумя клеммами одиночный конденсатор 11 (C) первого из двух плеч отношения мостовой цепи.
12
13
14
15
16
Во второй ветви мостовой цепи последовательно включены первый (одиночный) конденсатор 12 (C) второго плеча отношения и двухполюсник с уравновешивающими элементами, который образован последовательно соединенными вторым конденсатором 13 (C) и резистором 14 (C), параллельно последнему подключен третий конденсатор 15 (C), также во второй ветви параллельно двухполюснику с уравновешивающими элементами включен четвертый конденсатор 16 (C).
11
12
14
15
16
11
12
13
16
Общий вывод одиночного конденсатора 11 (C) первой ветви и первого конденсатора 12 (C) второй ветви образует вход мостовой цепи относительно «земли». Вторая клемма для подключения объекта измерения и общий вывод уравновешивающих элементов - резистора 14 (R), конденсатора 15 (C) и конденсатора 16 (C) заземлены. Общий вывод одиночного конденсатора 11 (C) и первой клеммы для подключения двухполюсников объекта измерения образует первый вывод выхода мостовой цепи; общий вывод первого конденсатора 12 (C), второго конденсатора 13 (C) и четвертого конденсатора 16 (C) образует второй вывод выхода мостовой цепи, оба вывода образуют относительно «земли» дифференциальный выход четырехплечей мостовой цепи, который соединен с дифференциальным входом нуль-индикатора 17, общая шина которого заземлена, а второй вход нуль-индикатора - вход синхронизации - соединен с выходом синхронизации генератора импульсов 1.
10
15
Мостовой измеритель параметров двухполюсников работает следующим образом. В исходном состоянии напряжения на входе и выходе четырехплечей мостовой цепи равны нулю. Подадим на мост с генератора 1 последовательность импульсов прямоугольной формы. При действии очередного импульса в установившемся режиме в ветвях мостовой цепи устанавливаются неизменяющиеся напряжения. Напряжение неравновесия здесь зависит только от емкостей конденсаторов за исключением 10 (C) и 15 (C). Первое условие равновесия моста -
.
16
Однократной регулировкой значения емкости регулируемого заземленного конденсатора 16 (C) плоская вершина импульсного сигнала неравновесия приводится к нулю, тем самым выполняется первое условие равновесия моста (1). Равновесие моста здесь и в дальнейшем отмечается по нуль-индикатору 17, при этом сигнал синхронизации со второго выхода генератора 1 на второй вход нуль-индикатора 17 обеспечивает устойчивость его показаний. Далее на вход моста подаем с генератора 1 последовательность импульсов, изменяющихся по линейному закону. При воздействии очередного такого импульса после окончания переходного процесса на выходе моста устанавливается импульсный сигнал неравновесия с плоской вершиной. Второе условие равновесия моста -
.
14
14
Выполняется оно регулировкой значения сопротивления заземленного резистора 14 (R). Однократной регулировкой сопротивления приводим плоскую вершину импульсного сигнала неравновесия к нулю, т.е. выполняем второе условие равновесия (2), при этом первое условие (1) не нарушается, так как регулируемый здесь параметр 14 (R) в него не входит. Затем на вход моста подаем с генератора 1 последовательность квадратичных импульсов. При воздействии очередного такого импульса по окончании переходного процесса на выходе моста устанавливается импульсный сигнал неравновесия с плоской вершиной. Третье условие равновесия моста -
.
15
15
Однократной регулировкой емкости заземленного конденсатора 15 (C) приводим плоскую вершину импульсного напряжения неравновесия к нулю и выполняем третье условие равновесия (3), при этом первые два условия равновесия (1) и (2) не нарушаются, так как регулируемый здесь параметр конденсатора 15 (C) в них не входит.
16
14
15
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Изложенное показывает, что раздельное уравновешивание мостовой цепи следует проводить в приведенной последовательности - 16 (C), 14 (R), 15 (C). По уравнениям условий равновесия (1), (2) и (3) выполняется отсчет искомых трех параметров: 8 (R), 9 (R), 10 (C). Значения параметров элементов 11 (C), 12 (C), 13 (C) являются постоянными и известными. Параметры 14 (R), 15 (C) и 16 (C) являются регулируемыми и тоже известными.
Таким образом, данный мостовой измеритель параметров трехэлементных двухполюсников, обладающий свойством раздельного уравновешивания при однократных регулировках значений уравновешивающих параметров, содержит двухполюсник, в котором все регулируемые уравновешивающие элементы заземлены, что позволяет исключить составляющие погрешности измерений, вносимые паразитными емкостями уравновешивающих элементов относительно «земли».