ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ДВУХПОЛЮСНИКОВ
METER OF DIPOLE PARAMETERS

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и управлению и может быть использовано для контроля и определения параметров объектов измерения и физических величин посредством параметрических датчиков.
Известен измеритель параметров двухполюсников (Патент РФ №2156982, G01R 17/10, БИ 2000, №27), содержащий последовательно соединенный генератор трапецеидальных импульсов, измерительную цепь, аналоговый сумматор, разделительный конденсатор и нуль-индикатор.
Недостатком его является отсутствие возможности уравновешивать измерительную схему только образцовыми регулируемыми резисторами. Образцовые регулируемые резисторы в изготовлении являются более технологичными, простыми и недорогими, чем изготовление образцовых регулируемых конденсаторов и образцовых регулируемых катушек индуктивности. У них выше класс точности, меньше габаритные размеры и меньше вес. На них меньшее влияние оказывают электрические и магнитные поля, шумы, наводки, случайные флуктуации, а также изменяющиеся атмосферные условия.
Известен мостовый измеритель параметров двухполюсников (Патент РФ №2474828, G01R 17/10, БИ 2013, №4), содержащий последовательно соединенный генератор импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.
Недостатком его является понижение точности измерения за счет составляющей погрешности от отрицательного влияния синфазного сигнала дифференциального усилителя, входящего в состав нуль-индикатора с дифференциальным входом.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа измеритель параметров двухполюсников (Патент РФ №2152622, G01R 17/10, БИ 2000, №19), содержащий последовательно соединенный генератор последовательностей прямоугольных импульсов, измерительную цепь, неинвертирующий повторитель напряжения, инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления напряжения, равным двум, двухвходовый аналоговый сумматор, разделительный конденсатор и нуль-индикатор.
Недостатком его является отсутствие возможности раздельно уравновешивать измерительную цепь только регулируемыми резисторами.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в обеспечении возможности раздельно уравновешивать измерительную цепь только регулируемыми резисторами.
Это достигается тем, что в измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор последовательностей питающих импульсов, который состоит из формирователя прямоугольных импульсов, из коммутатора, который имеет первый и второй входы, первый вход соединен с выходом формирователя прямоугольных импульсов, а выход коммутатора подключен к усилителю мощности, выход которого образует первый (сигнальный) выход генератора импульсов, из блока синхронизации, выход которого соединен со входом формирователя прямоугольных импульсов, а также образует второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов, общая шина генератора импульсов заземлена, измерительную цепь, которая включает в себя последовательно соединенный первый и второй резисторы, свободный вывод первого из них соединен с первым (сигнальным) выходом генератора импульсов, а к их общему выводу подключен первый конденсатор, второй конденсатор включен параллельно второму резистору, свободный общий вывод второго резистора и второго конденсатора заземлен, неинвертирующий повторитель напряжения, инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления напряжения, равным двум, вход которого соединен с выходом повторителя напряжения, двухвходовый аналоговый сумматор, первый вход которого соединен с выходом инвертирующего усилителя, а второй вход - с первым (сигнальным) входом генератора импульсов, к выходу которого подключен разделительный конденсатор, нуль-индикатор, первый (сигнальный) вход которого подключен к свободному выводу разделительного конденсатора, второй его вход (вход синхронизации) соединен со вторым выходом (выходом синхронизации) генератора импульсов, общие шины неинвертирующего повторителя напряжения, инвертирующего усилителя, двухвходового аналогового сумматора и нуль-индикатора заземлены, введены в генератор импульсов формирователь импульсов линейно изменяющегося напряжения, в измерительную цепь дополнительный резистор и изменено включение выхода этой измерительной цепи, вход формирователя импульсов линейно изменяющегося напряжения соединен с выходом формирователя импульсов прямоугольной формы, а выход подключен ко второму входу коммутатора, дополнительный резистор включен между свободным выходом первого конденсатора и общим выводом первого, второго резисторов и второго конденсатора, выход измерительной цепи образует общий вывод дополнительного резистора и первого конденсатора, этот выход соединен со входом неинвертирующего повторителя напряжения.
Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1).
Измеритель параметров двухполюсников содержит генератор 1 последовательностей питающих импульсов. Он состоит из каскада 2 синхронизации, формирователя 3 прямоугольных импульсов, формирователя 4 импульсов линейно изменяющегося напряжения, коммутатора 5 и усилителя 6 мощности. Выход каскада 2 синхронизации соединен со входом формирователя 3 прямоугольных импульсов, а его выход - со входом формирователя 4 импульсов линейно изменяющегося напряжения и с первым входом коммутатора 5. Выход формирователя 4 соединен со вторым входом коммутатора 5. В формирователь 4 входит аналоговый интегратор, который преобразует входные прямоугольные импульсы в импульсы линейно изменяющегося напряжения. Это является функцией аналогового интегратора. Выход коммутатора 5 соединен со входом усилителя 6 мощности. Выход последнего образует первый (сигнальный) выход генератора 1 импульсов. Выход каскада 2 синхронизации также образует второй выход (выход синхронизации) генератора 1 импульсов. Общая шина этого генератора заземлена. Первый (сигнальный) выход генератора 1 соединен со входом измерительной цепи. Она состоит из последовательно соединенных резистора 7 и резистора 8. Свободный вывод резистора 7 соединен с первым выходом генератора 1. К их общему выводу подключен конденсатор 9. Конденсатор 10 включен параллельно резистору 8. Их общий свободный вывод заземлен. Дополнительный резистор 11 включен между свободным выводом конденсатора 9 и общим выводом резисторов 7, 8 и конденсатора 10. Выход измерительной цепи образует общий вывод конденсатора 9 и дополнительного резистора 11.
Вход неинвертирующего повторителя 12 напряжения соединен с выходом измерительной цепи. Использование такого повторителя объясняется известным его достоинством - это большое входное сопротивление. Вход инвертирующего усилителя 13 с коэффициентом усиления напряжения, равным двум, соединен с выходом неинвертирующего повторителя, а выход - с первым входом двухходового аналогового сумматора 14. Второй вход его соединен с первым (сигнальным) выходом генератора 1 импульсов. К выходу сумматора 14 подключен разделительный конденсатор 15.
Первый (сигнальный) вход нуль-индикатора 16 подключен к свободному выводу разделительного конденсатора 15. Второй его вход (вход синхронизации) соединен со вторым выходом (выходом синхронизации) генератора 1 импульсов. Общие шины генератора 1 импульсов, неинвертирующего повторителя 12 напряжения, инвертирующего усилителя 13, двухвходового аналогового сумматора 14 и нуль-индикатора 16 заземлены.
Измеритель параметров двухполюсников работает следующим образом.
С первого сигнального входа генератора 1 снимаются последовательности питающих импульсов. При воздействии на измерительную цепь очередного импульса прямоугольной формы после окончания переходного процесса напряжение на выходе ее не зависит от значения емкостей конденсаторов 9 (С9), 10 (С10) и сопротивления 11 (R11) и определяется только значениями сопротивлений резисторов 7 (R7) и 8 (R8). В интервале времени от окончания переходного процесса и до окончания импульса импульсное напряжение на входе нуль-индикатора 16, в качестве которого может использоваться осциллограф, имеет плоскую вершину. Однократной регулировкой уравновешивающего резистора 7 (R7) она приводится к нулю, в результате чего выполняется первое условие равновесия
7
8
R- R=0.   (1)
Полярность импульсного напряжения на входе нуль-индикатора определяет направление регулирования уравновешивающего резистора 7 (R7): в сторону увеличения значения сопротивления или в сторону его уменьшения.
Посредством коммутатора 5 подключаем к усилителю мощности 6 формирователь 4 импульсов линейно изменяющегося напряжения, и эти импульсы имеются теперь на первом (сигнальном) выходе генератора 1 импульсов. При воздействии очередного импульса после окончания переходного процесса импульсное напряжение на входе нуль-индикатора 16 имеет плоскую вершину. Однократной регулировкой уравновешивающего резистора 11 (R11) она приводится к нулю. В результате чего выполняется второе условие равновесия
10
7
8
9
7
8
8
11
7
11
CRR - C(RR+RR+RR)=0.   (2)
Как и ранее, полярность импульсного напряжения на входе нуль-индикатора 16 определяет направление регулирования уравновешивающего резистора 11 (R11). Регулирование его не приводит к нарушению первого условия, т.к. это сопротивление не входит в условие (1).
В измерительной цепи конденсатор 9 (С9) имеет известное постоянное значение емкости, резисторы 7 (R7) и 11 (R11) - известные регулируемые значения сопротивлений. Параметры R8 и С10 следует определить. Из (1) находится значение R8, из (2) - значение емкости С10, т.к. R8 и другие параметры в (2) являются известными.
Таким образом, представленный измеритель уравновешивается только регулируемыми резисторами. При этом сохранилось такое важное свойство, как раздельное уравновешивание. В рассмотренном измерителе отсутствует нуль-индикатор с дифференциальным входом, поэтому отсутствует дифференциальный усилитель и, следовательно, исключена составляющая погрешности измерения от синфазного сигнала, т.к. у дифференциального усилителя не идеальное подавление синфазного сигнала. Допустима небольшая нестабильность амплитуды питающих импульсов генератора, т.к. напряжение этой амплитуды не входит в условие равновесия (1), (2) и соответственно в формулы для отсчета искомых параметров. Допустима также небольшая нестабильность длительности импульсов питающего генератора и их частоты повторения.