МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ НЕРЕЗОНАНСНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ

МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ НЕРЕЗОНАНСНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ


RU (11) 2034301 (13) C1

(51) 6 G01R17/10 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1995.04.30 
(21) Регистрационный номер заявки: 4908233/10 
(22) Дата подачи заявки: 1991.01.08 
(45) Опубликовано: 1995.04.30 
(56) Аналоги изобретения: 1. Авторское свидетельство СССР N 938167, кл. G 01R 17/10, 1982. 2. Авторское свидетельство СССР N 1219970, кл. G 01R 17/10, 1986. 3. Авторское свидетельство СССР N 1307354, кл. G 01R 17/10, 1987. 4. Измерение в электронике. Справочник. /Под ред.В.А.Кузнецова. М.:Энергоатомиздат, 1987. 511 с. 5. Передельский Г.И. Мостовые цепи с импульсным питанием.М.: Энергоатомиздат, 1988, с.115. 6. Кнеллер В.Ю. и Боровских Л.П. Измерение параметров объектов, представленных многоэлементными двухполюсниками. - Измерение, контроль, автоматизация. 1976, N 3, с.3-11. 7. Каменев Л.В., Ермильцев В.П. и Кон А.М. Автоматический диэльнометр. В сб. Автоматизация химических производств. Госкомитет по химии. Вып. 2, 1963. с.50-53. 
(71) Имя заявителя: Самарский институт инженеров железнодорожного транспорта им. М.Т.Елизарова 
(72) Имя изобретателя: Зинин М.М. 
(73) Имя патентообладателя: Самарский институт инженеров железнодорожного транспорта им. М.Т.Елизарова 

(54) МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ НЕРЕЗОНАНСНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ 

Использование: изобретение относится к мостовым цепям, а более конкретно - для изменения параметров трехэлементной схемы замещения емкостных датчиков. Данная схема моделирует емкостный бесконтактный датчик и может быть использовано в измерительной технике, например, для измерения влажности нефти и нефтепродуктов, а автоматике, телемеханике, связи. Сущность изобретения: с целью упрощения условий равновесия дополнительно в мост введены линия задержки 12, два ключа 9 и 11, детектор для определения экспоненциальной формы напряжения 16, конденсатор 19. При использовании данного устройства необходимо знание значения одной емкости объекта измерения, отсутствует раздельный отсчет. Наряду с достаточно высокой точностью вышеперечисленные положительные качества позволяют использовать предлагаемый мост как в лабораторных, так и в промышленных условиях. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к мостовым цепям, для измерения параметров трехэлементной схемы замещения емкостных датчиков. Данная схема моделирует емкостной бесконтактный датчик и может быть использовано в измерительной технике, например, для измерения влажности нефти и нефтепродуктов в автоматике, телемеханике, связи.

Известно устройство для измерения параметров пассивных трехэлементных нерезонансных двухполюсников [1] содержащее первый и второй операционные усилители, к входу первого подключен резистор, к входу второго регулируемый резистор, в цепь отрицательной обратной связи второго включен конденсатор, дифференциальный усилитель, нуль-индикатор, источник напряжения и объекты измерения, введены 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 резисторы 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 с 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.

Детектор определения линейности переходного напряжения выполнен из сравнивающего блока, источника трехопорных напряжений, инвертора, интегратора и переключателя, который соединен по входу с дифференциатором и сравнивающим блоком, а по выходу напрямую и через инвертор с интегратором, выход источника трехопорных напряжений соединен с входом сравнивающего блока.

Детектор выделения информации о наличии линейной составляющей выполнен из хронирующего блока, инвертора, интегратора и переключателя, который соединен по входу с дифференциальным усилителем, хронирующим блоком, по выходу напрямую и через инвертор с интегратором, вход хронирующего блока соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов.

Данное устройство имеет сложные пересчетные формулы от измеряемых параметров K, , к параметрам схемы замещения.

Известно мостовое устройство [2] для измерения параметров трехэлементных нерезонансных двухполюсников, содержащее генератор прямоугольных импульсов, соединенный с интегратором, шунтированным ключом. Выход интегратора через резистор соединен с входом операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен объект измерения. Выход операционного усилителя соединен через регулируемый резистор с входом операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор. Выход операционного усилителя через резистор соединен с входом операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор. Выходы операционных усилителей соединены с входами сумматора, выход которого через дифференциатор, шунтированный ключом, соединен с детектором определения линейности переходного напряжения. Выход генератора прямоугольных импульсов через резистор соединен с операционным усилителем, в цепь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор. Выход операционного усилителя соединен с сумматором, соединенным с одним входом дифференциального усилителя. Выход генератора прямоугольных импульсов через регулируемый резистор соединен с входом операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор. Выход операционного усилителя соединен с сумматором. Выход дифференциатора соединен с вторым входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с нуль-индикатором и с детектором деления информации о наличии линейной составляющей.

Данное устройство имеет сложные пересчетные формулы от измеряемых параметров K, ,к значениям величин элементов схемы замещения.

Вышеописанное устройство выбрано автором в качестве прототипа.

Целью изобретения является получение простых расчетных формул для определения значений элементов схемы замещения, состоящей из емкости, включенной параллельно с активным сопротивлением, последовательно которым включена емкость.

Поставленную цель достигают тем, что известное устройство, содержащее генератор прямоугольных импульсов, соединенный через регулируемый резистор с инвертирующим входом операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен конденсатор, операционный усилитель соединен с сумматором, который соединен с выходом, второго операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор, третий операционный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включен измеряемый двухполюсник, содержащий параллельно включенные емкость и активное сопротивление, включенные последовательно с емкостью, нуль-индикатор, сумматор, регулируемый резистор, четвертый операционный усилитель, к инвертирующему входу которого подключен регулируемый резистор, а выход подключен к второму сумматору, конденсатор, резистор. Устройство дополнительно снабжено линией задержки, двумя ключами, детектором для определения экспоненциальной формы напряжения, регулируемым резистором. Генератор прямоугольных импульсов через конденсатор подключен к инвертирующему входу третьего операционного усилителя, выход которого соединен с вторым сумматором, который соединен через ключ с нуль-индикатором и непосредственно с детектором для определения экспоненциальной формы напряжения, генератор прямоугольных импульсов через регулируемый резистор соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, и к регулируемому резистору, подключенному к инвертирующему входу четвертого операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен резистор. К второму сумматору подключен сумматор. Параллельно конденсатору в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя включают регулируемый резистор. Выход генератора прямоугольных импульсов через линию задержки, параллельно которой включен второй ключ, соединен с ключом.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых элементов: конденсатора, линии задержки, двух ключей, детектора для определения экспоненциальной формы напряжения и их связей с остальными элементами схемы.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что конденсатор, линия задержки, ключи, детектор для определения экспоненциальной формы напряжения широко известны [3, 4]

Но их введение в данной связи с остальными элементами позволяют получить новое свойство, а именно простые пересчетные формулы.

Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения "существенные отличия".

На чертеже изображена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, соединенный через конденсатор 2 с инвертирующим входом операционного усилителя 3, в цепь отрицательной обратной связи которого включен измеряемый двухполюсник 4, содержащий емкость, включенную последовательно с параллельно включенными активным сопротивлением 6 и емкостью 7. Операционный усилитель 3 через сумматор 8 соединен с ключом 9, соединенным с нуль-индикатором 10, и через ключ 11, соединенный параллельно линии задержки 12, с выходом генератора 1 прямоугольных импульсов, который соединен через регулируемый резистор 13 с операционным усилителем 14, в цепь отрицательной обратной связи которого включен резистор 15. Выход операционного усилителя 14 соединен с сумматором 8, выход которого соединен с детектором 16 для определения экспоненциальной формы напряжения. Выход генератора 1 прямоугольных импульсов через регулируемый резистор 17 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 18, в цепь отрицательной обратной связи которого параллельно включены конденсатор 19 и регулируемый резистор 20. Выход операционного усилителя 18 соединен с сумматором 21. Выход генератора 1 прямоугольных импульсов через переменный резистор 22 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, в цепь отрицательной обратной связи которого включен регулируемый резистор 24. Выход операционного усилителя 23 соединен с сумматором 21.

Устройство работает следующим образом.

На выходе операционного усилителя 3 получают напряжение

U3(t) PC2 + E + E e где E амплитуда прямоугольных импульсов;

C2,C5, C7 емкости конденсаторов 2, 5, 7;

R6 активное сопротивление резистора 6;

P комплексный параметр;

t время.

На выходе операционного усилителя 14 получают напряжение

U11(t) E где R13 и R15 активные сопротивления регулируемого резистора 13 и резистора 15.

На выходе операционного усилителя 18 получают напряжение

U18(t) E E e где R17, R20 активные сопротивления регулируемых резисторов 17 и 20;

C19 емкость конденсатора 19.

На выходе операционного усилителя 23 получают напряжение

U23(t) E где R22 и R24 активные сопротивления регулируемых резисторов 22 и 24.

На выходе сумматора 21 получают напряжение

U21(t) U18(t)+U23(t) E e при условии



На выходе сумматора 8 получают напряжение

t=U( +Ut 

Ключ 11 разомкнут, ключ 9 открывается через фиксированный промежуток времени, обеспечиваемый линией 12 задержки. За это время переходные процессы затухают.

Тогда

U8(t) E 

По показанию нуль-индикатора 10 регулировкой регулируемого резистора 13 сводят U8(t) к нулю. Тогда

C5= C2 

Тогда напряжение

U8(t) E e- E e

Регулировкой регулируемого резистора 20 добиваются равенства

R6C7 C19R20, которое засекают с помощью детектора для определения экспоненциальной формы напряжения 16.

После чего регулировкой регулируемого резистора 17 при замкнутом ключе 11 по показаниям нуль-индикатора 10 получают

E e- E e 0

Тогда

или C7 C2 

Следовательно, R6= R20 

Получен раздельный отсчет.

Известно мостовое устройство, применяемое в промышленности [7] предназначенное для измерения параметров схемы замещения, состоящей из емкости, включенной последовательно с параллельно включенными емкостью и активным сопротивлением. При использовании данного устройства необходимо знание значения одной емкости объекта измерения. Кроме того, в этом случае отсутствует раздельный отсчет.

Введение линии задержки, двух ключей, детектора для определения экспоненциальной формы напряжения, регулируемого резистора приводит к получению раздельного отсчета, при наличии раздельного уравновешивания и регулировки только активных сопротивлений. Данные положительные качества вместе в известных устройствах при измерении параметров схемы замещения, состоящей из емкости, включенной последовательно с параллельно включенными активным сопротивлением и емкостью, не встречаются [5, 6]

Данная схема замещения является моделью емкостного датчика при измерении влажности, параметров двухкомпонентных жидкостей и т.д. [7] 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ НЕРЕЗОНАНСНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ, содержащий 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 шиной, соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, 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, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, к инвертирующему входу которого подключен четвертый регулируемый резистор, а выход подключен к первому входу второго сумматора, конденсатор, резистор, отличающийся тем, что, с целью уменьшения трудоемкости проведения измерений за счет упрощения условий равновесия, в него введены 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 с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен через первый ключ с нуль-индикатором и непосредственно с детектором для определения экспоненциальной формы напряжения, генератор прямоугольных импульсов через третий регулируемый резистор соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, с четвертым регулируемым резистором, 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.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru