Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2475763

(19)

RU

(11)

2475763

(13)

C1

(51) МПК G01R17/00 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 18.02.2013 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011133477/28, 09.08.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

09.08.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 09.08.2011

(45) Опубликовано: 20.02.2013

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2399918 C1, 20.09.2010. RU 2141672 C1, 20.11.1999. SU 1206718 A1, 23.01.1986. SU 1397842 A, 23.05.1988. SU1150556 A1, 15.04.1985. US 4059797 A1, 22.11.1977. US 3964315 A1, 22.06.1976. DE 4231616 A1, 24.03.1994. DE 2018895 B, 16.11.1978.

Адрес для переписки:

305040, г.Курск, ул. 50 лет Октября, 94, ЮЗГУ, ОЗиОИС

(72) Автор(ы):

Передельский Геннадий Иванович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) (RU)

(54) МОСТОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ДВУХПОЛЮСНИКОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промышленной электронике. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор. Генератор импульсов включает в себя усилитель мощности, блок синхронизации, формирователи линейно изменяющихся, квадратичных и прямоугольных импульсов напряжения. Мостовая цепь содержит две ветви, в первую из которых последовательно включены одиночный конденсатор и двухполюсник с уравновешивающими элементами, а во вторую - одиночный конденсатор второго плеча отношения, а также клеммы для подключения объекта измерения. Двухполюсник с уравновешивающими элементами представляет собой последовательное соединение конденсатора, резистора и индуктивной катушки. Новым в мостовом измерителе параметров двухполюсников является введение трех дополнительных конденсаторов в мостовую цепь, первый из них включен между первым выходом генератора импульсов и общим выводом имеющихся конденсатора и резистора первой ветви моста, второй дополнительный конденсатор включен между первым выходом генератора импульсов и общим выводом имеющихся резистора и индуктивной катушки первой ветви моста, третий дополнительный конденсатор включен между имеющимся резистором и заземленной клеммой для подключения двухполюсника объекта измерения второй ветви моста, электрическая цепь из последовательно соединенных индуктивной катушки, резистора и третьего дополнительного конденсатора во второй ветви моста образует двухполюсник объекта измерения. Технический результат изобретения - повышение надежности и уменьшение интенсивности отказов моста. 1 ил.

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 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 отсутствие возможности уравновешивания мостовой цепи только однотипными уравновешивающими регулируемыми элементами в виде регулируемых конденсаторов переменной емкости. Регулируемые конденсаторы не имеют трущихся контактов. Они перспективны и предпочтительны в тех практических случаях, где требуется плавная (не дискретная) регулировка и нежелательно использовать регулируемые резисторы переменного сопротивления, так как они имеют трущийся контакт. Такой контакт сравнительно быстро изнашивается и понижает срок службы элемента или изделия с его использованием, во время регулирования сопротивление в трущемся контакте нестабильно, оно также изменяется и в течение срока службы, и с изменением температуры, при перемещении трущегося контакта возникают искрения и соответственно помехи. Перечисленные факторы понижают надежность, повышают интенсивность отказов и уменьшают срок службы регулируемых резисторов и соответственно мостовых цепей и устройств с их использованием. Отсутствие трущихся контактов избавляет регулируемые конденсаторы переменной емкости от приведенных недостатков.

Известен электрический мост (АС СССР 983552, G01R 17/10, БИ 47, 1982), содержащий последовательно соединенные генератор импульсов сложной формы, мостовую электрическую цепь и индикатор равновесия.

Недостатком его является отсутствие возможности определять параметры двухполюсников объектов измерения с разнородными реактивными элементами, т.е. параметры R-L-C двухполюсников.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа электрический мост (АС СССР 920532, G01R 17/10, БИ 14, 1982), содержащий последовательно соединенные генератор импульсов сложной формы, мостовую электрическую цепь и индикатор равновесия (прототип).

Недостатком его является отсутствие возможности уравновешивать мост только однотипными уравновешивающими элементами в виде регулируемых конденсаторов переменной емкости при определении параметров двухполюсников с разнородными реактивными элементами (R-L-C двухполюсники).

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении надежности и уменьшении интенсивности отказов моста при определении параметров двухполюсников с разнородными реактивными элементами за счет использования только однотипных уравновешивающих регулируемых элементов в виде регулируемых конденсаторов переменной емкости.

Это достигается тем, что в мостовой измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор импульсов, который состоит из формирователей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону K 0 t 0 , K 1 t 1 , K 2 t 2 , где K i - постоянные коэффициенты и t - время, из коммутатора, входы которого соединены с выходами формирователей импульсов, а выход подключен к усилителю мощности, выход которого образует первый выход генератора импульсов, из блока синхронизации, выход которого соединен со входами синхронизации формирователей импульсов, а также образует второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов, общая шина генераторов импульсов «заземлена», а первый выход его соединен со входом мостовой цепи; мост состоит из двух параллельно включенных ветвей, первая из них включает в себя последовательно соединенные одиночный конденсатор первого плеча отношения моста и двухполюсник с уравновешивающими элементами, который состоит из последовательно соединенных конденсатора, резистора и индуктивной катушки, свободный вывод одиночного конденсатора подключен к первому выходу генератора импульсов, свободный выход индуктивной катушки «заземлен», общий вывод двух конденсаторов образует первый вывод выхода мостовой цепи, вторая ветвь моста включает в себя последовательно соединенные одиночный конденсатор второго плеча отношения моста и две клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения, свободный вывод одиночного конденсатора подключен к первому выходу генератора импульсов, одна из клемм для подключения двухполюсника объекта измерения «заземлена», общий вывод другой и одиночного конденсатора образует второй вывод выхода мостовой цепи, к незаземленной клемме подключена цепь из последовательно соединенных индуктивной катушки и резистора, они входят в двухполюсник объекта измерения; нуль-индикатор, к первому входу которого (дифференциальному входу) подключены два вывода выхода мостовой цепи, со вторым входом (входом синхронизации) соединен второй выход генератора импульсов, общая шина нуль-индикатора «заземлена», введены три дополнительных конденсатора, первый дополнительный конденсатор включен между первым выходом генератора импульсов и общим выводом конденсатора и резистора первой ветви мостовой цепи, второй дополнительный конденсатор включен между первым выходом генератора импульсов и общим выводом резистора и индуктивной катушки первой ветви мостовой цепи, третий дополнительный конденсатор включен между свободным выводом резистора и заземленной клеммой для подключения двухполюсника объекта измерения второй ветви мостовой цепи, цепь из индуктивной катушки, резистора и третьего дополнительного конденсатора во второй ветви моста образует двухполюсник объекта измерения.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1).

Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит генератор 1 импульсов, включающий в себя формирователь 2 импульсов напряжения прямоугольной формы K 0 t 0 , где здесь и в дальнейшем K i - постоянные коэффициенты, t - время, формирователь 3 импульсов линейно изменяющегося напряжения K 1 t 1 и формирователь 4 импульсов квадратичной формы K 2 t 2 . Выходы каждого формирователя соединены со входами коммутатора 5, выход которого подключен ко входу усилителя 6 мощности. Выход его образует первый выход генератора импульсов. 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.

Первый выход генератора импульсов подключен ко входу мостовой цепи, состоящей из двух параллельно включенных ветвей. Первая ветвь моста состоит из последовательно включенных конденсатора 8 (С8), конденсатора 9 (С9), резистора 10 (R10) и индуктивной катушки 11 (L11). Она включает в себя также конденсатор 12 (С12), включенный между первым выходом генератора 1 и общим выводом конденсатора 9 и резистора 10, и конденсатор 13 (С13), включенный между первым выходом генератора и общим выводом резистора 10 и индуктивной катушки 11. Свободный вывод конденсатора 8 соединен с первым выходом генератора 1. Общий вывод конденсаторов 8 и 9 образует первый вывод выхода мостовой цепи. Свободный вывод индуктивной катушки 11 заземлен.

Вторая ветвь моста состоит из последовательно соединенных конденсатора 14 (С14) и двух клемм для подключения двухполюсника объекта измерения. Одна из клемм заземлена. Общий вывод другой клеммы и конденсатора 14 образует второй вывод выхода мостовой цепи. Объект измерения, подключенный к двум клеммам, содержит последовательно соединенные индуктивную катушку 15 (L15), резистор 16 (R16) и конденсатор 17 (С17).

Оба вывода выхода мостовой цепи соединены с первым входом (дифференциальным входом) нуль-индикатора 18. Второй вход его (вход синхронизации) соединен со вторым выходом генератора импульсов 1. Общая шина нуль-индикатора заземлена.

Мостовой измеритель параметров двухполюсников работает следующим образом. В исходном состоянии все реактивные элементы мостовой цепи свободны от запасов электрической энергии, напряжения на входе и выходе моста равны нулю. Посредством коммутатора 5 с первого выхода генератора 1 подадим на мост последовательность импульсов прямоугольной формы. При воздействии очередного импульса в установившемся режиме в импульсе выходного напряжения моста имеется плоская вершина в интервале времени от окончания переходного процесса и до окончания импульса. Однократной регулировкой значения емкости конденсатора 9 (это элемент уравновешивания) приводим напряжение плоской вершины к нулю и тем самым выполняем первое условие равновесия

Здесь и в дальнейшем отмечаем равновесие моста по нуль-индикатору 18 (например, осциллограф). Сигнал синхронизации со второго выхода генератора 1 на второй вход нуль-индикатора 18 обеспечивает устойчивость показаний последнего.

Далее посредством коммутатора 5 с первого выхода генератора 1 подадим на мост последовательность импульсов линейно изменяющегося напряжения. При воздействии очередного такого импульса на выходе моста после окончания переходного процесса устанавливается импульсный сигнал неравновесия с плоской вершиной. Однократной регулировкой значения емкости конденсатора 12 (элемент уравновешивания) приводим напряжение этой плоской вершины к нулю, т.е. выполняем второе условие равновесия моста

При этом первое условие (1) не нарушается, т.к. регулируемый здесь параметр 12 в него не входит.

После этого посредством коммутатора 5 с выхода генератора 1 подаем на мост последовательность импульсов квадратичной формы. При воздействии очередного импульса на выходе моста после окончания переходного процесса имеется напряжение с плоской вершиной. Это напряжение однократной регулировкой значения емкости конденсатора 13 (элемент уравновешивания) приводим к нулю, тем самым выполняется третье условие равновесия моста

Первые два условия равновесия (1), (2) от этого не нарушаются, т.к. регулируемый параметр 13 в них не входит.

Из приведенного вытекает, что мостовая цепь имеет раздельное зависимое уравновешивание и его следует проводить в приведенной выше последовательности 9, 12 и 13. Значения параметров элементов 8, 10, 11 и 14 являются постоянными и известными, значения параметров 9, 12 и 13 являются регулируемыми и тоже известными, значения параметров двухполюсника объекта измерения 15, 16 и 17 являются неизвестными. Они определяются из условий равновесия (1)-(3), по сути, из трех уравнений.

Таким образом, мостовой измеритель параметров двухполюсников реализует повышение надежности и уменьшение интенсивности отказов моста при определении параметров двухполюсников с разнородными реактивными элементами за счет использования регулируемых элементов только в виде конденсаторов переменной емкости. В нем отсутствуют регулируемые элементы с трущимися контактами. Мостовая цепь в нем сохранила свойство раздельного уравновешивания.

Источники информации

1. А.с. СССР 1157467. МПК G01R. Мостовой измеритель параметров многоэлементных пассивных двухполюсников. - Опубл. 23.05.1985. Бюл. 19.

2. А.с. СССР 93552. МПК G01R. Электрический мост. - Опубл. 23.12.1982. Бюл. 47.

3. А.с. СССР 920532. МПК G01R. Электрический мост. - Опубл. 15.04.1982. Бюл. 14 (прототип).

Формула изобретения

Мостовой измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор импульсов, который состоит из формирователей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону K 0 t 0 , K 1 t 1 , K 2 t 2 , где K i - постоянные коэффициенты и t - время, из коммутатора, входы которого соединены с выходами формирователей импульсов, а выход подключен к усилителю мощности, выход которого образует первый выход генератора импульсов, из блока синхронизации, выход которого соединен со входами синхронизации формирователей импульсов, а также образует второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов, общая шина генераторов импульсов «заземлена», а первый выход его соединен со входом мостовой цепи; мост состоит из двух параллельно включенных ветвей, первая из них включает в себя последовательно соединенные одиночный конденсатор первого плеча отношения моста и двухполюсник с уравновешивающими элементами, который состоит из последовательно соединенных конденсатора, резистора и индуктивной катушки, свободный вывод одиночного конденсатора подключен к первому выходу генератора импульсов, свободный выход индуктивной катушки «заземлен», общий вывод двух конденсаторов образует первый вывод выхода мостовой цепи, вторая ветвь моста включает в себя последовательно соединенные одиночный конденсатор второго плеча отношения моста и две клеммы для подключения двухполюсника объекта измерения, свободный вывод одиночного конденсатора подключен к первому выходу генератора импульсов, одна из клемм для подключения двухполюсника объекта измерения «заземлена», общий вывод другой и одиночного конденсатора образует второй вывод выхода мостовой цепи, к незаземленной клемме подключена цепь из последовательно соединенных индуктивной катушки и резистора, они входят в двухполюсник объекта измерения; нуль-индикатор, к первому входу которого (дифференциальному входу) подключены два вывода выхода мостовой цепи, со вторым входом (входом синхронизации) соединен второй выход генератора импульсов, общая шина нуль-индикатора «заземлена», отличающийся тем, что введены три дополнительных конденсатора, первый дополнительный конденсатор включен между первым выходом генератора импульсов и общим выводом конденсатора и резистора первой ветви мостовой цепи, второй дополнительный конденсатор включен между первым выходом генератора импульсов и общим выводом резистора и индуктивной катушки первой ветви мостовой цепи, третий дополнительный конденсатор включен между свободным выводом резистора и заземленной клеммой для подключения двухполюсника объекта измерения второй ветви мостовой цепи, цепь из индуктивной катушки, резистора и третьего дополнительного конденсатора во второй ветви моста образует двухполюсник объекта измерения.

РИСУНКИ