RU2509312C1 - Metre of dipole parameters - Google Patents

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: bridge metre of dipole parameters comprises serially connected pulse generator, a metering circuit, an analogue summator and a zero indicator. The bridge metre comprises the first line of communication for an information signal, the second line of communication for supply pulses, an additional resistor, an operational amplifier, a non-inverting voltage repeater and an analogue summator. At the same time the first outlet of the signal wire of the first line of communication is connected with the inverting inlet of the operational amplifier, the second outlet of the signal wire is connected to the common outlet of the first and second resistors of the first branch of the metering circuit, the first outlet of the signal wire of the second line of communication is connected to the first outlet of the pulse generator, the second outlet of this signal wire is connected to the common outlet of the first resistor and capacitor of the first branch of the metering circuit, the second resistor of the first branch of the metering circuit is connected between the inverting inlet and outlet of the operational amplifier, the additional resistor is connected between the non-inverting inlet of the operational amplifier and "earth", the inlet of the non-inverting voltage repeater is connected with the common outlet of the first and second resistors of the second branch of the metering circuit, two inlets of the analogue summator are connected to the outlet of the operational amplifier and to the outlet of the non-inverting voltage repeater, the outlet of the analogue summator is connected to the inlet of the zero indicator.

EFFECT: higher accuracy of measurements.

1 dwg

Description

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.The invention relates to information-measuring equipment, automation and industrial electronics and can be used to control and determine the parameters of the measurement objects, as well as physical quantities by means of parametric sensors.

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.A well-known bridge meter of the parameters of multi-element passive two-terminal devices (USSR AS No. 1157467 G01R 17/10, BI 1985, No. 19), containing a series-connected pulse generator with voltage change over their duration according to the law of power functions, a bridge electrical circuit and a zero indicator.

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.Its disadvantage is a decrease in accuracy during remote measurements due to the relatively large error component from the stray capacitance of the connecting line for an informative signal. In the case of remote measurements, there is a connecting line (for example, a coaxial cable) between the bridge and the object of control, measurement or research. Parameters of parametric sensors can also be objects of measurement. The equivalent parameters of the connecting line (in this case, spurious parameters) introduce the corresponding components into the measurement error. The main (largest) of them is the component of the error from the electrical capacitance of the connecting line (from the stray capacitance). When measuring with alternating current, the current situation has become so aggravated that it has become a problem of remote measurements, which is justified in the article - A. Soloviev Development of compensation-bridge methods for constructing measuring transducers for capacitive and inductive sensors, Instruments and Control Systems, 1995, No. 6, p. 20, second column, second half of the penultimate paragraph. This, in particular, is explained by the fact that small-sized and miniature sensors, which respectively have small values of informative parameters, have gained distribution. Such values become indirectly comparable with the values of the capacities of the connecting lines for informative signals. In particular, a capacitive sensor can have values in the region of units and a dozen pF, which is given in the above article on page 23, the last paragraph. The value of the parasitic capacitance of the connecting line is known with a relatively large error; this value of the capacitance varies significantly with humidity, over time from aging, and especially with temperature. These two positions create an additional component of the measurement error from the error of the value of the parasitic capacitance of the communication line and from the instability of its value.

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).The closest in technical essence and the achieved result is a three-element passive two-terminal device selected as a prototype (protector of the USSR No. 798607 G01R 17/10, BI 1981, No. 3) containing a series-connected pulse generator of complex shape, a bridge electrical circuit and an equilibrium indicator ( prototype).

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.Its disadvantage is a decrease in accuracy during remote measurements due to the relatively large error component from the error of the value of the parasitic capacitance of the connecting line for the informative signal and its instability.

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.The problem to which the invention is directed, is to increase accuracy in remote measurements by reducing the error component of the error value of the capacitance (spurious) connecting line for an informative signal and from the instability of this capacity.

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 K₀t⁰, K₁t¹, K₂t², где K₀, K₁, K₂ - 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.This is achieved by the fact that a two-terminal parameter meter containing a pulse generator, which consists of pulse shapers with voltage changes over their duration according to the law K ₀ t ⁰ , K ₁ t ¹ , K ₂ t ² , where K ₀ , K ₁ , K ₂ are constant coefficients and t is the time from the switch, the inputs of which are connected to the outputs of the pulse shapers, and the output is connected to the input of the power amplifier, the output of which forms the first output relative to the ground of the pulse generator, from the synchronization block, the output of which is connected to the inputs synchronize pulse generator, and also forms the second output (synchronization output) of the pulse generator, the common bus of the pulse generator is “grounded”; a measuring circuit, which includes the first branch of the first and second resistors, a circuit of a series-connected capacitor and a third resistor is connected in parallel with the first one, a two-terminal from the first resistor, a capacitor and a third resistor is an example of a two-terminal object of measurement, the second branch of the first connected in series a resistor, a second resistor and an inductive coil, in parallel with which a third resistor is connected, a free common output of the inductor and the third resistor is connected nen with a common ground bus, the free output of the first resistor is connected to the first output of the pulse generator; a null indicator, the synchronization input of which is connected to the second output (synchronization output) of the pulse generator, the common bus of the zero indicator is grounded, a set of elements from the first communication line for the informative signal, the second communication line for the power signal from the pulse generator, operational amplifier, additional a resistor, a non-inverting voltage follower and an analog adder, and the inclusion of elements has been changed, the first output of the signal wire of the first communication line is connected to the inverting input ohm of the operational amplifier, the second output of this signal wire is connected to the common output of the first and third resistors of the first branch of the measuring circuit, the first output of the signal wire of the second communication line is connected to the first output of the pulse generator, the second output of this signal wire is connected to the common output of the first resistor and capacitor of the first branches of the measuring circuit, non-signal conductors of both communication lines are grounded, a second resistor of the first branch of the measuring circuit is connected between the inverting input and the output of the opera amplifier, an additional resistor is connected between the non-inverting input of the operational amplifier and ground, the input of the non-inverting voltage follower is connected to the common output of the first and second resistors of the second branch of the measuring circuit, the two inputs of the analog adder are connected to the output of the operational amplifier and to the output of the non-inverting voltage follower, common the buses of this repeater and the analog adder are connected to ground, the output of the analog adder is connected to the input of the null indicator.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1).The invention is illustrated in the drawing (figure 1).

Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит генератор 1 импульсов, включающий в себя формирователь 2 импульсов напряжения прямоугольной формы K₀t⁰, где здесь и в дальнейшем K_i - постоянные коэффициенты, t - время, формирователь 3 импульсов линейно изменяющегося напряжения K₁t¹ и формирователь 4 импульсов квадратичной формы K₂t². 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.The bridge measuring device of two-terminal parameters contains a pulse generator 1, which includes a rectangular voltage generator 2 pulses K ₀ t ⁰ , where hereinafter K _i are constant coefficients, t is time, a linear voltage generator 3 pulses K ₁ t ¹ and a shaper 4 pulses of a quadratic form K ₂ t ² . The outputs of each driver are connected to the inputs of the switch 5, the output of which is connected to the input of the power amplifier 6. Its output forms the first output of the pulse generator relative to the "ground". The output of the synchronization unit 7 is connected to the inputs (synchronization inputs) of each pulse shaper, and also forms the second output of the pulse generator (synchronization output). The common bus of the generator 1 is grounded.

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 R₉ тоже имеет постоянное значение сопротивления, равноеThe measuring circuit includes two branches. The first of them contains two resistors 8 (R8) and 9 (R9), parallel to the first of them 8 a circuit is connected from series-connected capacitor 10 (C10) and resistor 11 (R11). The two-terminal network of the resistor 8, the capacitor 10, and the resistor 11 is an example of a two-terminal device of a monitoring, measurement or study object. The common output of the resistors 8 and 11 is connected to the signal wire of the connecting line 12 for an informative signal. Another output of this signal wire is connected to the inverting input of the operational amplifier 13. A coaxial cable can serve as a connecting line, its non-signal wire is connected to the ground. A resistor 9 (R9) is connected between the inverting input and the output of the operational amplifier 13, and a resistor 14 (R14) between its non-inverting input and the ground. The second branch of the measuring circuit contains a series-connected resistor 15 (R15), a resistor 16 (R16) and an inductive coil 17 (L17), in parallel with which a resistor 18 (R18) is connected. The common terminal of the resistor 8 and the capacitor 10 is connected to the signal wire of the connecting line 19 for the signal from the pulse generator 1, the second terminal of the signal wire is connected to the free terminal of the resistor 15 and their common terminal is connected to the first output of the pulse generator 1. The common output of resistors 15 and 16 is connected to the input of the non-inverting voltage follower 20, the common bus of this follower is grounded. The outputs of the repeater 20 and the operational amplifier 13 are connected to the inputs of the analog adder 21, the common bus of which is grounded. The output of the latter is connected to the input of a null indicator, which can serve as an oscilloscope. Resistor R15 has a constant known resistance value. Resistor R ₉ also has a constant resistance value equal to

$$R_9=\mathrm{0,5}{R}_{15}.\left(1\right)$$

$$R_9=0.5R_{\mathrm{fifteen}}.\left(\mathrm{one}\right)$$

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.Resistor 16, inductive coil 17 and resistor 18 have known adjustable parameter values. They are elements of balancing. The input of the measuring circuit relative to the "ground" forms the common output of the resistor 15 and the signal wire of the communication line 19 for the supply pulses. The output voltage of the measuring circuit is formed by two voltages of opposite polarity. This is the output voltage of the operational amplifier 13 and the output voltage of a non-inverting voltage follower 20. The sum of the values of these voltages may be zero. In the initial state, before the arrival of the supply pulse from the generator 1, the reactive elements of the measuring circuit 10 and 17 are free of energy reserves, the input voltage of the measuring circuit and its output voltages are zero.

Измеритель параметров двухполюсников работает следующим образом. Вначале посредством коммутатора 5 с первого выхода генератора импульсов 1 подается на измерительную цепь последовательность импульсов прямоугольной формы (K₀t⁰). 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.The bipolar parameters meter works as follows. First, through the switch 5 from the first output of the pulse generator 1 is fed to the measuring circuit a sequence of pulses of a rectangular shape (K ₀ t ⁰ ). When the next pulse in the steady state, the pulse of the output voltage of the adder 21 has a flat peak in the time interval from the end of the transition process to the end of the pulse. By a single adjustment of the resistance value of the balancing resistor 16, the voltage of this flat peak is brought to zero, and thereby the first equilibrium condition is satisfied.

$$A_1=R_{16}[R_8(K+1)+\mathrm{0,5}{R}_{15}]-\mathrm{0,5}K{R}_{15}[R_{15}+R_{16})=\mathrm{0,}\left(2\right)$$

$$A_{\mathrm{one}}=R_{16}[R_8(K+\mathrm{one})+0.5R_{\mathrm{fifteen}}]-0.5K{R}_{\mathrm{fifteen}}[R_{\mathrm{fifteen}}+R_{16})=0\left(2\right)$$

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.where K is the gain of the operational amplifier 13. Here and in the future, we note the equilibrium of the measuring circuit by the zero indicator 22 (for example, an oscilloscope). The synchronization signal from the second output of the generator 1 to the second input of the zero indicator 22 ensures the stability of the readings of the latter.

Далее посредством коммутатора 5 с первого выхода генератора 1 подается на измерительную цепь последовательность импульсов линейно изменяющегося напряжения (K₁t¹). 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 равновесияNext, through the switch 5 from the first output of the generator 1 is fed to the measuring circuit a sequence of pulses of a ramp voltage (K ₁ t ¹ ). When the next such pulse is applied, the pulse signal with a flat top is established at the output of the adder after the end of the transient process. By a single adjustment of the inductance value of the balancing inductor 17, the voltage of this flat peak is brought to zero, i.e., the second equilibrium condition is satisfied

$$\begin{array}{l}{A}_2=L_{17}[R_8(K+1)+\mathrm{0,5}{R}_{15}]+\mathrm{0,5}{R}_{15}\{R_8{R}_{16}(C_{10}+C_{п})-K[L_{17}+\\ +C_{10}{R}_8(R_{15}+R_{16})]\}=\mathrm{0,}\left(3\right)\end{array}$$

$$\begin{array}{l}{A}_2=L_{17}[R_8(K+\mathrm{one})+0.5R_{\mathrm{fifteen}}]+0.5R_{\mathrm{fifteen}}\{R_8{R}_{16}(C_{10}+C_P)-K[L_{17}+\\ +C_{10}{R}_8(R_{\mathrm{fifteen}}+R_{16})]\}=0\left(3\right)\end{array}$$

где С_п - емкость линии связи 12 (паразитная емкость).where C _p - the capacity of the communication line 12 (stray capacitance).

При этом первое условие (2) не нарушается, т.к. регулируемый здесь параметр L₁₇ в него не входит.Moreover, the first condition (2) is not violated, because the parameter L ₁₇ adjustable here is not included in it.

После этого посредством коммутатора 5 с первого выхода генератора 1 подается на измерительную цепь последовательность импульсов квадратичной формы K₂t². 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.After that, through the switch 5 from the first output of the generator 1 is fed to the measuring circuit a sequence of pulses of a quadratic form K ₂ t ² . When the next pulse arrives at the output of the adder 21 after the end of the transition process, there is a voltage with a flat top. This voltage by a single adjustment of the resistance of the balancing resistor 18 is reduced to zero, thereby fulfilling the third equilibrium condition.

$$\begin{array}{l}{A}_3=\mathrm{0,5}{R}_8{R}_{15}{R}_{16}\left(C_{10}+C_{п}\right)+R_{18}[C_{10}{R}_8{R}_{11}\left(K+1\right)+\mathrm{0,5}{R}_{15}(C_{10}{R}_8+\\ +C_{10}{R}_{11}+C_{п}{R}_8)]-\mathrm{0,5}K{C}_{10}{R}_{15}[R_8(R_{15}+R_{16}+R_{18})+R_{11}{R}_{18}]=0.\left(4\right)\end{array}$$

$$\begin{array}{l}{A}_3=0.5R_8{R}_{\mathrm{fifteen}}{R}_{16}\left(C_{10}+C_P\right)+R_{\mathrm{eighteen}}[C_{10}{R}_8{R}_{\mathrm{eleven}}\left(K+\mathrm{one}\right)+0.5R_{\mathrm{fifteen}}(C_{10}{R}_8+\\ +C_{10}{R}_{\mathrm{eleven}}+C_P{R}_8)]-0.5K{C}_{10}{R}_{\mathrm{fifteen}}[R_8(R_{\mathrm{fifteen}}+R_{16}+R_{\mathrm{eighteen}})+R_{\mathrm{eleven}}{R}_{\mathrm{eighteen}}]=0.\left(\mathrm{four}\right)\end{array}$$

Первые два условия равновесия (2) и (3) от этого не нарушаются, так как регулируемый параметр R₁₈ в них не входит.The first two equilibrium conditions (2) and (3) are not violated from this, since the adjustable parameter R ₁₈ is not included in them.

Отсчет искомых параметров R₈, C₁₀ и R₁₁ берется из трех условий равновесия. (2)-(4). По сути, из трех уравнений берется отсчет трех неизвестных параметров.The count of the desired parameters R ₈ , C ₁₀ and R ₁₁ is taken from three equilibrium conditions. (2) - (4). In fact, a count of three unknown parameters is taken from the three equations.

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.In the above (Fig. 1) particular case, the communication line 19 for the supply pulses and the communication line 12 for the informative signal are selected in the form of coaxial cables. Their implementation may be different. In particular, in the form of two insulated wires. One is the signal wire for the supply pulses from the first output of the generator 1. The other is the signal wire for the informative signal.

Емкость линии связи С_п 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 С_п вносит 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_п весьма мала и, соответственно, весьма малой является скорость изменения напряжения $$(\frac{d{u}_c}{dt})$$

. Электрический ток и напряжение на емкости связаны между собой известной дифференциальной зависимостьюThe capacity of the communication line C _p for the informative signal is turned on between the inverting input of the operational amplifier 13 and the "ground". In the considered version, it does not introduce an error into the determination of the first parameter R8, because the first derivative of a constant value is zero. When determining two other parameters, the capacitance of the communication line C _p introduces a very small component of the error. This is because with a large and very large gain of the operational amplifier 13, the voltage amplitude at its inverting input and at the capacitance C _{n is} very small and, accordingly, the rate of change of voltage is very small $$(\frac{d{u}_c}{dt})$$

. The electric current and voltage at the capacitance are interconnected by a known differential relationship

$$i_c=C\frac{d{u}_c}{dt}\left(5\right)$$

$$i_c=C\frac{d{u}_c}{dt}\left(5\right)$$

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_п 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_п и от ее нестабильности.In the considered scheme (Fig. 1), the rate of change of voltage at the inverting input of the operational amplifier 13 is very small, the capacitance of the communication line is also sought to choose small, therefore, on the right side of expression (5) there is a product of two small quantities. From here a vanishingly small electric current branches off to the capacitance C _p , which determines a very small error component from the communication line capacitance for the informative signal and, accordingly, a small error component from the error in the value of the stray capacitance C _p and from its instability.

Условие равновесия (3) учитывает значение паразитной емкости С_п, тогда составляющая относительной погрешности от ошибки в значении емкости С_п и от ее нестабильности при определении значения емкости С₁₀ находится из выражения:The equilibrium condition (3) takes into account the value of the parasitic capacitance C _p , then the component of the relative error from the error in the value of the capacitance C _p and its instability when determining the value of capacitance C ₁₀ is found from the expression:

$${\delta }_c\left(\Delta C_{п}\right)=\left|\frac{\mathrm{0,5}\Delta C_{п}{R}_8{R}_{15}{R}_{16}}{L_{17}\left[R_8\left(K+1\right)-\mathrm{0,5}{R}_{15}\left(K-1\right)\right]+\mathrm{0,5}{C}_{п}{R}_8{R}_{15}{R}_{16}}\right|,\left(6\right)$$

$${\delta }_c\left(\Delta C_P\right)=|\; |\; |\frac{0.5\Delta C_P{R}_8{R}_{\mathrm{fifteen}}{R}_{16}}{L_{17}\left[R_8\left(K+\mathrm{one}\right)-0.5R_{\mathrm{fifteen}}\left(K-\mathrm{one}\right)\right]+0.5C_P{R}_8{R}_{\mathrm{fifteen}}{R}_{16}}|\; |\; |,\left(6\right)$$

где ΔС_П - изменение паразитной емкости от ошибки ее известного значения и от ее нестабильности. Составляющая относительной погрешности от ошибки в значении емкости С_п и от ее нестабильности при определении значения сопротивления R₁₁ определяется выражениемwhere ΔС _P is the change in parasitic capacitance from an error of its known value and from its instability. The component of the relative error from the error in the value of the capacitance C _p and from its instability when determining the resistance value R ₁₁ is determined by the expression

$${\delta }_R\left(\Delta C_n\right)=\left|\frac{\mathrm{0,5}\Delta C_n{R}_8{R}_{15}(R_{16}+R_{18})}{\mathrm{0,5}{R}_8{R}_{15}\left[(R_{16}+R_{18})(C_{10}+C_n)-K{C}_{10}\left(R_{15}+R_{16}+R_{18}\right)\right]}\right|,\left(7\right)$$

$${\delta }_R\left(\Delta C_n\right)=|\; |\; |\frac{0.5\Delta C_n{R}_8{R}_{\mathrm{fifteen}}(R_{16}+R_{\mathrm{eighteen}})}{0.5R_8{R}_{\mathrm{fifteen}}\left[(R_{16}+R_{\mathrm{eighteen}})(C_{10}+C_n)-K{C}_{10}\left(R_{\mathrm{fifteen}}+R_{16}+R_{\mathrm{eighteen}}\right)\right]}|\; |\; |,\left(7\right)$$

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=10⁶.It can be seen that both relative errors are very small for large and very large gain K of the operational amplifier 13. Therefore, you should choose the appropriate operational amplifier, for example, 140UD25A with a gain of K = 10 ⁶ .

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.Thus, a two-terminal parameter meter realizes an increase in accuracy during remote measurements by reducing the error component of the error in the value of the communication line capacitance for an informative signal and from the instability of this capacitance. It has separate balancing and retains other advantages of devices with pulse power supply to the measuring circuit.

Claims (1)

Измеритель параметров двухполюсников, содержащий генератор импульсов, который состоит из формирователей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону K₀t⁰, K₁t¹, K₂t², где K₀, K₁, K₂ - 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, отличающийся тем, что в него 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. A two-terminal parameter meter containing a pulse generator, which consists of pulse shapers with voltage changes over their duration according to the law K ₀ t ⁰ , K ₁ t ¹ , K ₂ t ² , where K ₀ , K ₁ , K ₂ are constant coefficients and t is the time from the switch, the inputs of which are connected to the outputs of the pulse shapers, and the output is connected to the input of the power amplifier, the output of which forms the first output relative to the "ground" of the pulse generator, from the synchronization block, the output of which is connected to the synchronization inputs of the pulse shapers LSS, and also forms the second output (synchronization output) of the pulse generator, the common bus of the pulse generator is “grounded”; a measuring circuit, which includes the first branch of the first and second resistors, a circuit of a series-connected capacitor and a third resistor is connected in parallel with the first one, a two-terminal from the first resistor, a capacitor and a third resistor is an example of a two-terminal object of measurement, the second branch of the first connected in series a resistor, a second resistor and an inductive coil, in parallel with which a third resistor is connected, a free common output of the inductor and the third resistor is connected nen with a common ground bus, the free output of the first resistor is connected to the first output of the pulse generator; a null indicator, the synchronization input of which is connected to the second output (synchronization output) of the pulse generator, the common bus of the null indicator is grounded, characterized in that it contains a set of elements from the first communication line for the informative signal, the second communication line for the supply signal from the generator pulses, an operational amplifier, an additional resistor, a non-inverting voltage follower and an analog adder, as well as changing the inclusion of elements, the first output of the signal wire of the first communication line with connected to the inverting input of the operational amplifier, the second output of this signal wire is connected to the common output of the first and third resistors of the first branch of the measuring circuit, the first output of the signal wire of the second communication line is connected to the first output of the pulse generator, the second output of this signal wire is connected to the common output of the first resistor and the capacitor of the first branch of the measuring circuit, the non-signal conductors of both communication lines are grounded, the second resistor of the first branch of the measuring circuit is connected between the inverter the input and output of the operational amplifier, an additional resistor is connected between the non-inverting input of the operational amplifier and ground, the input of the non-inverting voltage follower is connected to the common output of the first and second resistors of the second branch of the measuring circuit, the two inputs of the analog adder are connected to the output of the operational amplifier and to the output of the non-inverting voltage repeater, the common buses of this repeater and the analog adder are connected to ground, the output of the analog adder is connected to the zero-in input ikatora.