RU2542640C2 - Bridge meter of parameters of n-element dipoles - Google Patents

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: invention relates to the field of metrology. A meter comprises a pulse generator, a bridge circuit, a zero indicator. The bridge circuit comprises two branches. The first branch comprises terminals and a single resistor. The second branch comprises two serially connected dipoles. The outputs of the bridge circuit are connected to the input of the zero indicator. The second multi-element dipole of the second branch of the bridge comprises serially connected the first resistor and the first inductance coil, to their common output the second resistor is connected, also an additional inductance coil is introduced, which is connected between the free outputs of the resistor and earth. The circuit from the serially connected resistor and the inductance coil represents an increment circuit, quantity of such additional circuits is equal to $$\left[\frac{n}{2}-2\right]$$

at even number of elements n in a dipole of a measurement object, starting from the first circuit of increment, in this case the last R-L circuit of increment is complete, at odd number of elements n the quantity of additional circuits of increment is equal to $$\left[\frac{n+1}{2}-2\right],$$

also starting from the third circuit of increment, in this case the last circuit of increment is incomplete.

EFFECT: expansion of functional capabilities.

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 n-элементных пассивных двухполюсников [Авторское свидетельство СССР №1150556, МКИ G01R 17/10. БИ 1986, №14 (аналог)], содержащий последовательно соединенные генератор импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций, четырехплечую мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.Known bridge meter parameters n-element passive bipolar [USSR Author's Certificate No. 1150556, MKI G01R 17/10. BI 1986, No. 14 (analogue)], comprising a pulse generator with voltage changing in series over their duration according to the law of power functions, a four-arm bridge electric circuit and a zero indicator.

Недостатком его является отсутствие возможности определять параметры резистивно-индуктивных (R-L) двухполюсников и двухполюсников с разнородными реактивными элементами (R-L-C) объектов измерения.Its disadvantage is the inability to determine the parameters of the resistive-inductive (R-L) two-terminal and two-terminal with heterogeneous reactive elements (R-L-C) of the measurement objects.

Известен мостовой измеритель параметров пассивных двухполюсников [Патент РФ №2103695, МКИ G01R 17/10. БИ 1998, №3 (аналог)], содержащий последовательно соединенные генератор электрических сигналов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.Known bridge meter parameters of passive bipolar [RF Patent No. 2103695, MKI G01R 17/10. BI 1998, No. 3 (analog)], containing a series-connected generator of electrical signals with voltage variation over their duration according to the law of power functions, a bridge electrical circuit and a zero indicator.

Недостаток его заключается в том, что отсутствует возможность определить значение пяти, шести и так далее параметров двухполюсников объектов измерения.Its disadvantage is that it is not possible to determine the value of five, six, and so on parameters of the two-terminal objects of measurement.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному устройству является выбранный в качестве прототипа мостовой измеритель параметров пассивных двухполюсников [Патент РФ №2365921, МКИ G01R 17/10. БИ 2009, №24 (прототип)], содержащий последовательно соединенные генератор последовательностей импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций, мостовую электрическую цепь и нуль-индикатор.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed device is a bridge meter of passive two-terminal parameters selected as a prototype [RF Patent No. 2365921, MKI G01R 17/10. BI 2009, No. 24 (prototype)], containing a series-connected pulse generator with voltage changes over their duration according to the law of power functions, a bridge electrical circuit and a zero indicator.

Недостатком его является то, что отсутствует возможность определять пять, шесть и так далее параметров двухполюсных объектов измерения.Its disadvantage is that it is not possible to determine five, six and so on parameters of bipolar measurement objects.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в расширении функциональных возможностей, заключающемся в том, что измеритель позволит определять пять, шесть и так далее параметров многоэлементных двухполюсников объектов измерения, а также он позволит определять параметры R-C, R-L, R-L-C двухполюсников объектов измерения.The problem to which the invention is directed, is to expand the functionality, namely, that the meter will allow you to determine five, six and so on parameters of multi-element two-terminal measurement objects, and it will also allow you to determine the parameters R-C, R-L, R-L-C of two-terminal measurement objects.

Это достигается тем, что в мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников, содержащий генератор импульсов, формирующий последовательности импульсов прямоугольной, линейно изменяющейся, квадратичной и т.д. форм (u_i=K_itⁱ, где u_i - изменение напряжения в импульсе, K_i - постоянные коэффициенты и i - принимает целочисленные значения 0, 1, 2, 3, …), а также импульсы синхронизации, первый выход генератора импульсов является сигнальным, второй - выходом синхронизации, общая шина генератора импульсов заземлена; четырехплечую мостовую цепь, состоящую из двух параллельно включенных ветвей, первая из которых включает в себя последовательно соединенные две клеммы для подключения двухполюсников объектов измерения и одиночный резистор, первая клемма подключена к сигнальному выходу генератора импульсов, общий вывод второй клеммы и одиночного резистора является первым выводом выхода мостовой цепи, свободный вывод одиночного резистора заземлен, вторая ветвь мостовой цепи состоит из двух последовательно соединенных многоэлементных двухполюсников, свободный вывод первого многоэлементного двухполюсника подключен к сигнальному выходу генератора импульсов, общий вывод двух многоэлементных двухполюсников образует второй вывод выхода мостовой цепи, свободный вывод второго многоэлементного двухполюсника заземлен, второй многоэлементный двухполюсник включает в себя последовательно соединенные первый резистор и первую катушку индуктивности, к их общему выводу подключен второй резистор, свободный вывод первой катушки индуктивности заземлен; нуль-индикатор, к первому (дифференциальному) входу которого подключены оба вывода выхода мостовой цепи, ко второму входу (входу синхронизации) - второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов, общая шина нуль-индикатора заземлена, введена во второй многоэлементный двухполюсник второй ветви моста дополнительная (вторая) катушка индуктивности, изменено включение этого второго многоэлементного двухполюсника, выделена цепь наращивания, определено количество дополнительных цепей наращивания и их подключение, дополнительная (вторая) катушка индуктивности включена между свободным выводом второго резистора и «землей», свободный вывод первого резистора подключен ко второму выводу выхода мостовой цепи, цепь из последовательно соединенных первого резистора и первой катушки индуктивности, а также вторая такая же цепь из второго резистора и второй (дополнительной) катушки индуктивности каждая представляет собой R-L цепь наращивания, количество дополнительных этих цепей равно $$\left[\frac{n}{2}-2\right]$$

при четном числе элементов n в двухполюснике объекта измерения, начиная с третьей цепи наращивания, в этом случае последняя R-L цепь наращивания является полной, при нечетном числе элементов n количество дополнительных цепей наращивания равно $$\left[\frac{n+1}{2}-2\right]$$

, также начиная с третьей цепи наращивания, в этом случае последняя цепь наращивания является неполной, содержит только один резистор, который включается параллельно катушке индуктивности предпоследней цепи наращивания, каждая последующая R-L цепь наращивания подключается параллельно катушке индуктивности предыдущей цепи наращивания, оба многоэлементных двухполюсника во второй ветви мостовой цепи являются одинаковыми по количеству элементов в них, по характеру этих элементов и по их соединению между собой, количество элементов в каждом из двух многоэлементных двухполюсников во второй ветви мостовой цепи равно числу элементов n в двухполюснике объекта измерения, количество различных форм импульсов с первого (сигнального) выхода генератора импульсов тоже равно числу элементов n в двухполюснике объекта измерения.This is achieved by the fact that in the bridge meter the parameters of n-element two-terminal networks, containing a pulse generator, forming a pulse sequence of a rectangular, linearly changing, quadratic, etc. forms (u _i = K _i t ⁱ , where u _i is the change in voltage in the pulse, K _i are constant coefficients and i takes integer values 0, 1, 2, 3, ...), as well as synchronization pulses, the first output of the pulse generator is a signal, the second is a synchronization output, the common bus of the pulse generator is grounded; a four-arm bridge circuit consisting of two parallel-connected branches, the first of which includes two terminals connected in series for connecting two-terminal measuring objects and a single resistor, the first terminal is connected to the signal output of the pulse generator, the common output of the second terminal and single resistor is the first output terminal bridge circuit, the free output of a single resistor is grounded, the second branch of the bridge circuit consists of two series-connected multi-element bipolar, the free output of the first multi-element two-terminal is connected to the signal output of the pulse generator, the common output of the two multi-element two-terminal forms the second output of the bridge circuit, the free output of the second multi-element two-terminal is grounded, the second multi-element two-pole includes a first resistor and a first inductor in series to their common output a second resistor is connected, the free terminal of the first inductor is grounded; a null indicator, to the first (differential) input of which both outputs of the bridge circuit output are connected, to the second input (synchronization input) - the second output (synchronization output) of the pulse generator, the common bus of the null indicator is grounded, inserted into the second multi-element two-terminal device of the second branch of the bridge additional (second) inductor, the inclusion of this second multi-element bipolar is changed, the extension circuit is selected, the number of additional extension circuits and their connection is determined, additional (second (i) an inductance coil is connected between the free output of the second resistor and ground, the free output of the first resistor is connected to the second output of the bridge circuit output, a circuit from the first resistor and the first inductor connected in series, and the second same circuit from the second resistor and the second ( additional) inductors, each represents an RL extension circuit, the number of additional these circuits is $$\left[\frac{n}{2}-2\right]$$

for an even number of elements n in the two-terminal network of the measurement object, starting from the third extension circuit, in this case the last RL extension circuit is complete, for an odd number of elements n, the number of additional extension circuits is $$\left[\frac{n+\mathrm{one}}{2}-2\right]$$

, also starting from the third extension circuit, in this case the last extension circuit is incomplete, contains only one resistor that is connected parallel to the inductance coil of the penultimate extension circuit, each subsequent RL extension circuit is connected parallel to the inductance coil of the previous extension circuit, both multi-element two-terminal devices in the second branch bridge circuits are the same in the number of elements in them, in the nature of these elements and in their connection with each other, the number of elements in each m of the two multi-element two-terminal networks in the second branch of the bridge circuit is equal to the number n of elements in the two-terminal network measurement object, the number of different pulse shapes with the first (signal) of the pulse generator output is also equal to the number n of elements in the two-terminal network measurement object.

Сущность изобретения поясняется Фиг.1.The invention is illustrated in Figure 1.

Мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников включает в себя генератор импульсов 1, формирующий импульсы напряжения с изменением напряжения в течение их длительности по закону K₀t⁰, K₁t¹, K₂t², …, K_n-1t^n-1, где K₀, K₁ K₂, …, K_n-1 - постоянные коэффициенты, t - время, n - число элементов в двухполюснике объекта измерения. Эти импульсы напряжения поступают с сигнального выхода генератора импульсов 1 на вход мостовой измерительной цепи, который образует общий вывод двух параллельно включенных ветвей мостовой цепи. Также генератор импульсов 1 формирует импульсы синхронизации, поступающие с выхода синхронизации генератора импульсов 1 на вход синхронизации нуль-индикатора 2. Общая шина генератора импульсов 1 заземлена.The bridge meter of the parameters of n-element two-terminal devices includes a pulse generator 1, which generates voltage pulses with voltage change over their duration according to the law K ₀ t ⁰ , K ₁ t ¹ , K ₂ t ² , ..., K _n-1 t ^{n- 1} , where K ₀ , K ₁ K ₂ , ..., K _n-1 are constant coefficients, t is time, n is the number of elements in the two-terminal network of the measurement object. These voltage pulses come from the signal output of the pulse generator 1 to the input of the bridge measuring circuit, which forms the common output of two parallel branches of the bridge circuit. Also, the pulse generator 1 generates synchronization pulses from the synchronization output of the pulse generator 1 to the synchronization input of the zero indicator 2. The common bus of the pulse generator 1 is grounded.

Первая ветвь мостовой цепи включает в себя последовательно соединенные две клеммы 3 и 4 для подключения двухполюсников - объектов измерения и одиночный резистор 5. Общий вывод одиночного резистора 5 и клеммы 4 для подключения объектов измерения образуют первый вывод выхода мостовой цепи.The first branch of the bridge circuit includes two terminals 3 and 4 connected in series for connecting two-terminal devices - measuring objects and a single resistor 5. The common output of a single resistor 5 and terminal 4 for connecting measurement objects form the first output terminal of the bridge circuit.

Вторую ветвь мостовой цепи образуют два последовательно соединенных многоэлементных двухполюсника. Общий вывод их образует второй вывод выхода мостовой цепи. Клемма 3 для подключения объектов измерения и свободный вывод первого многоэлементного двухполюсника образуют первый вывод входа мостовой цепи, соединенный с сигнальным выходом генератора импульсов 1. Свободные выводы второго многоэлементного двухполюсника и одиночного резистора 5 заземлены и образуют второй вывод входа мостовой цепи.The second branch of the bridge circuit is formed by two series-connected multi-element bipolar. Their general conclusion forms the second output of the bridge circuit output. Terminal 3 for connecting measurement objects and the free output of the first multi-element two-terminal form the first output of the bridge circuit input connected to the signal output of the pulse generator 1. The free terminals of the second multi-element two-terminal and single resistor 5 are grounded and form the second output terminal of the bridge circuit.

Первый многоэлементный двухполюсник состоит из последовательно включенных первого резистора 6 и первой катушки индуктивности 7. К их общему выводу подключен второй резистор 8, последовательно с которым соединена вторая катушка индуктивности 9. К общему выводу второго резистора 8 и второй катушки индуктивности 9 подключен третий резистор 10, последовательно с которым соединена третья катушка индуктивности 11. Свободный вывод резистора 6 соединен с сигнальным выходом генератора импульсов 1. Свободные выводы катушек индуктивности 7, 9 и 11 соединены со вторым выводом выхода мостовой цепи.The first multi-element bipolar consists of a series-connected first resistor 6 and a first inductor 7. A second resistor 8 is connected to their common terminal, a second inductor 9 is connected in series with it. A third resistor 10 is connected to a common terminal of the second resistor 8 and the second inductor 9, in series with which the third inductor 11 is connected. The free output of the resistor 6 is connected to the signal output of the pulse generator 1. The free conclusions of the inductors 7, 9 and 11 are connected neny with the second output of the bridge circuit output.

Второй многоэлементный двухполюсник состоит из последовательно включенных первого резистора 12 и первой катушки индуктивности 13. К их общему выводу подключен второй резистор 14, последовательно с которым соединена вторая катушка индуктивности 15. К общему выводу второго резистора 14 и второй катушки индуктивности 15 подключен третий резистор 16, последовательно с которым соединена третья катушка индуктивности 17. Свободный вывод резистора 12 соединен со вторым выводом выхода мостовой цепи. Свободные выводы катушек индуктивности 13, 15 и 17 заземлены.The second multi-element bipolar consists of a series-connected first resistor 12 and a first inductor 13. A second resistor 14 is connected to their common terminal, a second inductor 15 is connected in series with it. A third resistor 16 is connected to a common terminal of the second resistor 14 and the second inductor 15, in series with which the third inductor 17 is connected. The free output of the resistor 12 is connected to the second output terminal of the bridge circuit. The free leads of the inductors 13, 15 and 17 are grounded.

К первому входу нуль-индикатора 2 (дифференциальному входу) соединены оба вывода выхода мостовой цепи. Второй вход нуль-индикатора 2 (вход синхронизации) соединен с выходом синхронизации генератора импульсов 1. Общая шина нуль-индикатора 2 заземлена.To the first input of the zero indicator 2 (differential input), both outputs of the bridge circuit output are connected. The second input of the zero indicator 2 (synchronization input) is connected to the synchronization output of the pulse generator 1. The common bus of the zero indicator 2 is grounded.

Каждая из двухэлементных цепей двух многоэлементных двухполюсников второй ветви мостовой цепи, состоящая из первого резистора 6 (12) и первой катушки индуктивности 7 (13), из второго резистора 8 (14) и второй катушки индуктивности 9 (15), а также третьего резистора 10 (16) и третьей катушки индуктивности 11 (17), представляет собой R-L цепь наращивания. Количество дополнительных этих цепей, учитывая две цепи наращивания из прототипа, равно $$\left[\frac{n}{2}-2\right]$$

при четном числе элементов n в двухполюснике объекта измерения, начиная с третьей цепи наращивания. В этом случае последняя R-L цепь является полной. При нечетном числе элементов n количество дополнительных цепей наращивания равно $$\left[\frac{n+2}{2}-2\right]$$

, также начиная с третьей цепи наращивания, в этом случае последняя цепь наращивания является неполной, содержит только один резистор, который включается параллельно катушке индуктивности предпоследней цепи наращивания. Каждая последующая R-L цепь наращивания подключается параллельно резистору предыдущей R-L цепи наращивания. Оба многоэлементных двухполюсника во второй ветви мостовой цепи являются одинаковыми по количеству элементов в них, по характеру этих элементов и по их соединению между собой. Количество элементов в каждом из двух многоэлементных двухполюсников во второй ветви мостовой цепи равно числу элементов n в двухполюснике объекта измерения.Each of the two-element circuits of two multi-element two-terminal circuits of the second branch of the bridge circuit, consisting of the first resistor 6 (12) and the first inductor 7 (13), the second resistor 8 (14) and the second inductor 9 (15), as well as the third resistor 10 (16) and the third inductor 11 (17), represents the RL chain of build-up. The number of additional these chains, given the two extension chains from the prototype, is $$\left[\frac{n}{2}-2\right]$$

with an even number of elements n in the two-terminal network of the measurement object, starting from the third extension circuit. In this case, the last RL circuit is complete. With an odd number of elements n, the number of additional extension chains is $$\left[\frac{n+2}{2}-2\right]$$

, also starting from the third extension circuit, in this case the last extension circuit is incomplete, contains only one resistor, which is connected in parallel to the inductance coil of the penultimate extension circuit. Each subsequent RL extension circuit is connected in parallel with the resistor of the previous RL extension circuit. Both multi-element bipolar in the second branch of the bridge circuit are the same in the number of elements in them, in the nature of these elements and in their connection with each other. The number of elements in each of the two multi-element two-terminal networks in the second branch of the bridge circuit is equal to the number of elements n in the two-terminal network of the measurement object.

В качестве примеров двухполюсников - объектов измерения приведены двухполюсники R-C, R-L и R-L-C. Пример резистивно-емкостного R-C двухполюсника содержит резистор 18, параллельно которому включена цепь из последовательно соединенных конденсатора 19 и резистора 20, параллельно резистору 20 включен конденсатор 21. Пример резистивно-индуктивного двухполюсника R-L содержит последовательно соединенные резистор 22 и катушку индуктивности 23, параллельно катушке индуктивности 23 включены последовательно соединенные резистор 24 и катушка индуктивности 25. И, наконец, пример R-L-C двухполюсника содержит резистор 26, последовательно с которым включена цепь из параллельно соединенных катушки индуктивности 27, резистора 28 и конденсатора 29.Two-terminal R-C, R-L, and R-L-C examples are given as examples of two-terminal devices. An example of resistive-capacitive RC double-pole contains a resistor 18, in parallel to which a circuit is connected from a series-connected capacitor 19 and a resistor 20, a capacitor 21 is connected in parallel to a resistor 20. An example of a resistive-inductive double-terminal RL contains a series-connected resistor 22 and an inductor 23, parallel to the inductance 23 a resistor 24 and an inductor 25 are connected in series. Finally, an example of a two-terminal RLC includes a resistor 26, in series with which A chain of parallel-connected inductors 27, a resistor 28 and a capacitor 29.

Образцовые элементы мостовой цепи 5 (R₅), 6 (R₆), 7 (L₇), 8 (R₈), 9 (L₉), 10 (R₁₀), 11 (L₁₁), … имеют известные и постоянные значения параметров. Образцовые элементы мостовой цепи 12 (R₁₂), 13 (L₁₃), 14 (R₁₄), 15 (L₁₅), 16 (R₁₆), 17 (L₁₇), … имеют известные регулируемые значения параметров и используются для уравновешивания мостовой цепи. Наконец, элементы 18 (R₁₈), 19 (С₁₉), 20 (R₂₀), 21 (C₂₁), …; 22 (R₂₂), 23 (L₂₃), 24 (R₂₄), 25 (L₂₅), …; 26 (R₂₆), 27 (L₂₇), 28 (R₂₈), 29 (C₂₉), … имеют неизвестные значения параметров и относятся к двухполюсникам объекта измерения.Exemplary elements of the bridge chain 5 (R ₅ ), 6 (R ₆ ), 7 (L ₇ ), 8 (R ₈ ), 9 (L ₉ ), 10 (R ₁₀ ), 11 (L ₁₁ ), ... are known and constant parameter values. The model elements of the bridge circuit 12 (R ₁₂ ), 13 (L ₁₃ ), 14 (R ₁₄ ), 15 (L ₁₅ ), 16 (R ₁₆ ), 17 (L ₁₇ ), ... have known adjustable parameter values and are used to balance bridge chain. Finally, the elements 18 (R ₁₈ ), 19 (C ₁₉ ), 20 (R ₂₀ ), 21 (C ₂₁ ), ...; 22 (R ₂₂ ), 23 (L ₂₃ ), 24 (R ₂₄ ), 25 (L ₂₅ ), ...; 26 (R ₂₆ ), 27 (L ₂₇ ), 28 (R ₂₈ ), 29 (C ₂₉ ), ... have unknown parameter values and relate to two-terminal objects of measurement.

Перед началом воздействия очередного импульса с сигнального выхода генератора импульсов 1 реактивные элементы мостовой цепи свободны от запасов энергии, и напряжение на входе и выходе мостовой цепи равно нулю. На каждом этапе уравновешивания при воздействии очередного импульса в мостовой цепи в начале импульса и после его окончания возникают переходные процессы в виде всплесков напряжения на выходе мостовой цепи, которые за время переходного процесса затухают до нуля. Полезной является часть импульса с выхода мостовой цепи от окончания переходного процесса и до окончания импульса, она имеет плоскую вершину.Before the start of the next pulse from the signal output of the pulse generator 1, the reactive elements of the bridge circuit are free of energy reserves, and the voltage at the input and output of the bridge circuit is zero. At each stage of balancing under the influence of the next pulse in the bridge circuit at the beginning of the pulse and after its end, transients occur in the form of voltage spikes at the output of the bridge circuit, which decay to zero during the transition process. The part of the pulse from the output of the bridge circuit from the end of the transition process to the end of the pulse is useful, it has a flat top.

Рассмотрим работу мостового измерителя при подключении к мостовой цепи двухполюсника R-C объекта измерения, содержащего элементы 18 (R₁₈), 19 (C₁₉), 20 (R₂₀) и 21 (C₂₁). Вначале на мостовую цепь с генератора импульсов 1 подаются импульсы прямоугольной формы K₀t⁰. Регулировкой значения сопротивления резистора 12 (R₁₂) приводят плоскую вершину импульсного напряжения с выхода моста (напряжение неравновесия) к нулю, отмечая это здесь и в дальнейшем по нуль-индикатору 2, в качестве которого можно использовать, например, осциллограф. В результате выполняется первое условие равновесияConsider the operation of a bridge meter when connecting to the bridge circuit of a two-terminal RC measurement object containing elements 18 (R ₁₈ ), 19 (C ₁₉ ), 20 (R ₂₀ ) and 21 (C ₂₁ ). First, rectangular pulses K ₀ t ⁰ are supplied to the bridge circuit from the pulse generator 1. By adjusting the resistance value of the resistor 12 (R ₁₂ ), the flat peak of the pulse voltage from the bridge output (nonequilibrium voltage) is brought to zero, noting this hereafter in the zero indicator 2, for which, for example, an oscilloscope can be used. As a result, the first equilibrium condition is satisfied

$$A_1=R_6{R}_5-R_{18}{R}_{12}=0.\left(1\right)$$

$$A_{\mathrm{one}}=R_6{R}_5-R_{\mathrm{eighteen}}{R}_{12}=0.\left(\mathrm{one}\right)$$

Отсчет неизвестного значения сопротивления 18 (R₁₈) исследуемого двухполюсника берется из условия равновесия (1), где значения параметров всех других элементов (R₅, R₆, R₁₂) являются известными. Здесь и в дальнейшем импульсы синхронизации с генератора импульсов 1 обеспечивают устойчивость показаний нуль-индикатора 2.The count of the unknown resistance value 18 (R ₁₈ ) of the studied two-terminal network is taken from the equilibrium condition (1), where the parameter values of all other elements (R ₅ , R ₆ , R ₁₂ ) are known. Hereinafter, synchronization pulses from the pulse generator 1 ensure the stability of the readings of the zero indicator 2.

После этого на мостовую цепь с генератора импульсов 1 подаются импульсы линейно изменяющегося напряжения (K₁t¹). Регулировкой катушки индуктивности 13 (L₁₃) плоская вершина импульса напряжения неравновесия приводится к нулю и тем самым выполняется второе условие равновесияAfter that, a linearly varying voltage pulse (K ₁ t ¹ ) is supplied to the bridge circuit from a pulse generator ¹ . By adjusting the inductor 13 (L ₁₃ ), the flat peak of the nonequilibrium voltage pulse is reduced to zero, and thus the second equilibrium condition is satisfied

$$A_2=\left(R_6{C}_{19}{R}_5-L_{13}\right)R_{18}+L_7{R}_5=0.\left(2\right)$$

$$A_2=\left(R_6{C}_{19}{R}_5-L_{13}\right)R_{\mathrm{eighteen}}+L_7{R}_5=0.\left(2\right)$$

При этом не следует регулировать значение сопротивления резистора 12 (R₁₂), так как это приведет к нарушению первого условия равновесия (1), что недопустимо. Отсчет неизвестного параметра С₁₉ берется из выражения (2), так как остальные величины в нем являются известными, в том числе значение сопротивления 8 (R₈) из выражения (1).In this case, the resistance value of the resistor 12 (R ₁₂ ) should not be adjusted, since this will lead to a violation of the first equilibrium condition (1), which is unacceptable. The count of the unknown parameter C ₁₉ is taken from expression (2), since the remaining values in it are known, including the resistance value 8 (R ₈ ) from expression (1).

Затем на мостовую цепь с генератора импульсов 1 подаются импульсы квадратичной формы (K₂t²). Регулировкой значения сопротивления резистора 8 (R₈) плоская вершина импульса напряжения неравновесия приводится к нулю и выполняется третье условие равновесияThen, quadratic pulses (K ₂ t ² ) are applied to the bridge circuit from the pulse generator 1. By adjusting the resistance value of resistor 8 (R ₈ ), the flat peak of the nonequilibrium voltage pulse is reduced to zero and the third equilibrium condition is satisfied

$$\begin{array}{l}{A}_3=\left\{L_{13}\left(R_8{R}_5-R_{14}{R}_{18}\right)+R_{14}{C}_{19}{R}_5\left[R_{18}\left(R_6{R}_8\right)+R_8{R}_{20}\right]\right\}{L}_7+L{}_{13}R{}_8{C}_{19}{R}_{18}(R_6{R}_5-\\ -R_{14}{R}_{20})=0.\left(3\right)\end{array}$$

$$\begin{array}{l}{A}_3=\left\{L_{13}\left(R_8{R}_5-R_{\mathrm{fourteen}}{R}_{\mathrm{eighteen}}\right)+R_{\mathrm{fourteen}}{C}_{19}{R}_5\left[R_{\mathrm{eighteen}}\left(R_6{R}_8\right)+R_8{R}_{\mathrm{twenty}}\right]\right\}{L}_7+L{}_{13}R{}_8{C}_{19}{R}_{\mathrm{eighteen}}(R_6{R}_5-\\ -R_{\mathrm{fourteen}}{R}_{\mathrm{twenty}})=0.\left(3\right)\end{array}$$

Параметры элементов 12 (R₁₂) и 13 (L₁₃) при этом регулировать нельзя, так как это приведет к нарушению выполнения первых двух условий равновесия (1) и (2). Отсчет неизвестного параметра R₂₀ берется из (3), так как остальные величины в нем известны, в том числе R₁₈ из (1) и С₁₉ из (2).The parameters of the elements 12 (R ₁₂ ) and 13 (L ₁₃ ) cannot be adjusted in this case, since this will lead to a violation of the fulfillment of the first two equilibrium conditions (1) and (2). The count of the unknown parameter R ₂₀ is taken from (3), since the other quantities in it are known, including R ₁₈ from (1) and C ₁₉ from (2).

Для примера подробно приведены три этапа уравновешивания мостовой цепи. Далее на последующих этапах уравновешивания используются импульсы с генератора импульсов 1 с изменением напряжения по закону третьей (K₃t³), четвертой (K₄t⁴), пятой (K₅t⁵) и так далее степени. Число этапов уравновешивания и количество используемых форм импульсов равно числу параметров в двухполюсных объектах измерения. На каждом этапе приводится к нулю плоская вершина импульса напряжения неравновесия в интервале времени от окончания переходного процесса и до окончания питающего импульса. Это реализуется регулированием значения уравновешивающего элемента, который не использовался ранее на предыдущих этапах уравновешивания и не входил в предыдущие условия равновесия. Отсчет искомых параметров берется из условий равновесия.For example, the three stages of balancing the bridge chain are detailed. Further, at the subsequent stages of balancing, pulses from the pulse generator 1 are used with a voltage change according to the law of the third (K ₃ t ³ ), fourth (K ₄ t ⁴ ), fifth (K ₅ t ⁵ ) and so on. The number of balancing steps and the number of pulse shapes used is equal to the number of parameters in bipolar measurement objects. At each stage, the flat peak of the nonequilibrium voltage pulse is reduced to zero in the time interval from the end of the transient process to the end of the supply pulse. This is realized by adjusting the value of the balancing element, which was not used earlier in the previous stages of balancing and was not included in the previous equilibrium conditions. The reference for the desired parameters is taken from the equilibrium conditions.

При подключении к мостовой цепи резистивно-индуктивного (R-L) двухполюсника объекта измерения, содержащего элементы 22 (R₂₂), 23 (L₂₃), 24 (R₂₄), 25 (L₂₅), используются приведенные выше этапы уравновешивания в прежней последовательности. Сохраняются те же формы питающих импульсных сигналов, те же регулируемые параметры и прежняя последовательность регулирования их значений: R₁₂, L₁₃, R₁₄, …. Приведены условия равновесия для первых трех этапов:When connecting a resistive-inductive (RL) two-terminal circuit to the bridge circuit of a measurement object containing elements 22 (R ₂₂ ), 23 (L ₂₃ ), 24 (R ₂₄ ), 25 (L ₂₅ ), the above balancing steps are used in the previous sequence. The same forms of supplying pulsed signals, the same adjustable parameters and the previous sequence of regulation of their values are saved: R ₁₂ , L ₁₃ , R ₁₄ , .... Equilibrium conditions for the first three stages are given:

$$A_1=R_6{R}_5-R_{12}{R}_{22}=0,\left(4\right)$$

$$A_{\mathrm{one}}=R_6{R}_5-R_{12}{R}_{22}=0,\left(\mathrm{four}\right)$$

$$A_2=R_{12}{R}_{23}-L_7{R}_5-L_{13}{R}_{22}=0,\left(5\right)$$

$$A_2=R_{12}{R}_{23}-L_7{R}_5-L_{13}{R}_{22}=0,\left(5\right)$$

$$\begin{array}{l}{A}_3=R_{24}{L}_{13}{L}_7\left(R_8{R}_5-R_{14}{R}_{22}\right)+L_{23}\{R_{14}{R}_8\left(L_7{R}_5{L}_{13}{R}_{22}\right)-\{R_{24}[L_{13}{R}_8\left(R_{12}+R_{14}\right)+\\ L_7{R}_{12}{R}_{14}]\}\}=0.\left(6\right)\end{array}$$

$$\begin{array}{l}{A}_3=R_{24}{L}_{13}{L}_7\left(R_8{R}_5-R_{\mathrm{fourteen}}{R}_{22}\right)+L_{23}\{R_{\mathrm{fourteen}}{R}_8\left(L_7{R}_5{L}_{13}{R}_{22}\right)-\{R_{24}[L_{13}{R}_8\left(R_{12}+R_{\mathrm{fourteen}}\right)+\\ L_7{R}_{12}{R}_{\mathrm{fourteen}}]\}\}=0.\left(6\right)\end{array}$$

Из них берется отсчет значений искомых параметров: R₂₂, L₂₃, R₂₄, ….From them, the count of the values of the desired parameters is taken: R ₂₂ , L ₂₃ , R ₂₄ , ....

Если к мостовой цепи подключается R-L-C двухполюсник, содержащий элементы 26 (R₂₆), 27 (L₂₇), 28 (R₂₈), 29 (C₂₉), то используются те же формы питающих импульсов, те же регулируемые параметры и прежняя последовательность регулирования их значений. Условия равновесия для первых трех этапов:If a two-terminal RLC containing elements 26 (R ₂₆ ), 27 (L ₂₇ ), 28 (R ₂₈ ), 29 (C ₂₉ ) is connected to the bridge circuit, then the same forms of supply pulses are used, the same adjustable parameters and the same control sequence their meanings. The equilibrium conditions for the first three stages:

$$A_1=R_6{R}_5-R_{12}{R}_{26}=0,\left(7\right)$$

$$A_{\mathrm{one}}=R_6{R}_5-R_{12}{R}_{26}=0,\left(7\right)$$

$$A_2=R_{12}{R}_{27}-L_7{R}_5-L_{13}{R}_{26}=0,\left(8\right)$$

$$A_2=R_{12}{R}_{27}-L_7{R}_5-L_{13}{R}_{26}=0,\left(8\right)$$

$$\begin{array}{l}{A}_3=R_{28}{L}_{13}{L}_7\left(R_8{R}_5-R_{14}{R}_{26}\right)+L_{27}\{R_{14}{R}_8\left(L_7{R}_5{L}_{13}{R}_{26}\right)-\{R_{28}[L_{13}{R}_8\left(R_{12}+R_{14}\right)+\\ L_7{R}_{12}{R}_{14}]\}\}=0.\left(9\right)\end{array}$$

$$\begin{array}{l}{A}_3=R_{28}{L}_{13}{L}_7\left(R_8{R}_5-R_{\mathrm{fourteen}}{R}_{26}\right)+L_{27}\{R_{\mathrm{fourteen}}{R}_8\left(L_7{R}_5{L}_{13}{R}_{26}\right)-\{R_{28}[L_{13}{R}_8\left(R_{12}+R_{\mathrm{fourteen}}\right)+\\ L_7{R}_{12}{R}_{\mathrm{fourteen}}]\}\}=0.\left(9\right)\end{array}$$

Из них берется отсчет значений искомых параметров R₂₆, L₂₇, R₂₈, ….From them, a reference is taken to the values of the desired parameters R ₂₆ , L ₂₇ , R ₂₈ , ....

После выполнения всех n этапов уравновешивания мост к полному равновесию не приводится, но получены n условий равновесия (n уравнений), из которых, как известно, можно взять отсчет n искомых параметров двухполюсников объектов измерения. Здесь на выходе моста в начале импульса имеется всплеск напряжения, который затухает до нуля за время переходного процесса, и напряжение плоской вершины импульса, равное нулю. После окончания импульса в течение переходного процесса тоже имеется всплеск напряжения, которое затухает до нуля. Такие мостовые цепи относятся к квазиуравновешенным мостам.After all n stages of balancing are completed, the bridge is not brought to full equilibrium, but n equilibrium conditions (n equations) are obtained, from which, as you know, we can take the count of n required parameters of the two-terminal objects of measurement. Here at the output of the bridge at the beginning of the pulse there is a surge of voltage, which decays to zero during the transition process, and the voltage of the flat peak of the pulse is zero. After the end of the pulse during the transient, there is also a surge in voltage, which decays to zero. Such bridge circuits are quasi-balanced bridges.

Таким образом, в приведенном мостовом измерителе параметров двухполюсников существенно расширены функциональные возможности, и он позволяет определить параметры R-C, R-L и R-L-C n-элементных двухполюсников объектов измерения, где число n может быть равно пяти, шести и так далее. При этом сохранено такое важное качество мостовой цепи, как раздельное уравновешивание.Thus, the functionality of the above-mentioned bridge meter of two-terminal parameters is significantly expanded, and it allows you to determine the parameters R-C, R-L, and R-L-C of n-element two-terminal objects of measurement, where the number n can be equal to five, six, and so on. At the same time, such an important quality of the bridge chain as separate balancing is preserved.

Claims (1)

Мостовой измеритель параметров n-элементных двухполюсников, содержащий генератор импульсов, формирующий последовательности импульсов прямоугольной, линейно изменяющейся, квадратичной и т.д. форм (u_i=K_itⁱ, где u_i - изменение напряжения в импульсе, K_i - постоянные коэффициенты и i - принимает целочисленные значения 0, 1,2, 3, …), а также импульсы синхронизации, первый выход генератора импульсов является сигнальным, второй - выходом синхронизации, общая шина генератора импульсов заземлена; четырехплечую мостовую цепь, состоящую из двух параллельно включенных ветвей, первая из которых включает в себя последовательно соединенные две клеммы для подключения двухполюсников объектов измерения и одиночный резистор, первая клемма подключена к сигнальному выходу генератора импульсов, общий вывод второй клеммы и одиночного резистора является первым выводом выхода мостовой цепи, свободный вывод одиночного резистора заземлен, вторая ветвь мостовой цепи состоит из двух последовательно соединенных многоэлементных двухполюсников, свободный вывод первого многоэлементного двухполюсника подключен к сигнальному выходу генератора импульсов, общий вывод двух многоэлементных двухполюсников образует второй вывод выхода мостовой цепи, свободный вывод второго многоэлементного двухполюсника заземлен, второй многоэлементный двухполюсник включает в себя последовательно соединенные первый резистор и первую катушку индуктивности, к их общему выводу подключен второй резистор, свободный вывод первой катушки индуктивности заземлен; нуль-индикатор, к первому (дифференциальному) входу которого подключены оба вывода выхода мостовой цепи, ко второму входу (входу синхронизации) - второй выход (выход синхронизации) генератора импульсов, общая шина нуль-индикатора заземлена, отличающийся тем, что введена во второй многоэлементный двухполюсник второй ветви моста дополнительная (вторая) катушка индуктивности, изменено включение этого второго многоэлементного двухполюсника, выделена цепь наращивания, определено количество дополнительных цепей наращивания и их подключение, дополнительная (вторая) катушка индуктивности включена между свободным выводом второго резистора и «землей», свободный вывод первого резистора подключен ко второму выводу выхода мостовой цепи, цепь из последовательно соединенных первого резистора и первой катушки индуктивности, а также вторая такая же цепь из второго резистора и второй (дополнительной) катушки индуктивности каждая представляет собой R-L цепь наращивания, количество дополнительных этих цепей равно

при четном числе элементов n в двухполюснике объекта измерения, начиная с третьей цепи наращивания, в этом случае последняя R-L цепь наращивания является полной, при нечетном числе элементов n количество дополнительных цепей наращивания равно

, также начиная с третьей цепи наращивания, в этом случае последняя цепь наращивания является неполной, содержит только один резистор, который включается параллельно катушке индуктивности предпоследней цепи наращивания, каждая последующая R-L цепь наращивания подключается параллельно катушке индуктивности предыдущей цепи наращивания, оба многоэлементных двухполюсника во второй ветви мостовой цепи являются одинаковыми по количеству элементов в них, по характеру этих элементов и по их соединению между собой, количество элементов в каждом из двух многоэлементных двухполюсников во второй ветви мостовой цепи равно числу элементов n в двухполюснике объекта измерения, количество различных форм импульсов с первого (сигнального) выхода генератора импульсов тоже равно числу элементов n в двухполюснике объекта измерения. A bridge meter of n-element two-terminal parameters, containing a pulse generator that generates a pulse sequence of a rectangular, linearly changing, quadratic, etc. forms (u _i = K _i t ⁱ , where u _i is the change in voltage in the pulse, K _i are constant coefficients and i takes integer values 0, 1,2, 3, ...), as well as synchronization pulses, the first output of the pulse generator is a signal, the second is a synchronization output, the common bus of the pulse generator is grounded; a four-arm bridge circuit consisting of two parallel-connected branches, the first of which includes two terminals connected in series for connecting two-terminal measuring objects and a single resistor, the first terminal is connected to the signal output of the pulse generator, the common output of the second terminal and single resistor is the first output terminal bridge circuit, the free output of a single resistor is grounded, the second branch of the bridge circuit consists of two series-connected multi-element bipolar, the free output of the first multi-element two-terminal is connected to the signal output of the pulse generator, the common output of the two multi-element two-terminal forms the second output of the bridge circuit, the free output of the second multi-element two-terminal is grounded, the second multi-element two-pole includes a first resistor and a first inductor in series to their common output a second resistor is connected, the free terminal of the first inductor is grounded; a null indicator, to the first (differential) input of which both outputs of the bridge circuit output are connected, to the second input (synchronization input) - the second output (synchronization output) of the pulse generator, the common bus of the null indicator is grounded, characterized in that it is inserted into the second multi-element bipolar of the second branch of the bridge an additional (second) inductor, the inclusion of this second multi-element bipolar is changed, the extension circuit is highlighted, the number of additional extension circuits is determined and their connection , an additional (second) inductor is connected between the free output of the second resistor and ground, the free output of the first resistor is connected to the second output of the bridge circuit output, a circuit from the first resistor and the first inductor connected in series, and the second same circuit from the second resistor and the second (additional) inductor each represents an RL extension circuit, the number of additional these circuits is

for an even number of elements n in the two-terminal network of the measurement object, starting from the third extension circuit, in this case the last RL extension circuit is complete, for an odd number of elements n, the number of additional extension circuits is

, also starting from the third extension circuit, in this case the last extension circuit is incomplete, contains only one resistor that is connected parallel to the inductance coil of the penultimate extension circuit, each subsequent RL extension circuit is connected parallel to the inductance coil of the previous extension circuit, both multi-element two-terminal devices in the second branch bridge circuits are the same in the number of elements in them, in the nature of these elements and in their connection with each other, the number of elements in each m of the two multi-element two-terminal networks in the second branch of the bridge circuit is equal to the number n of elements in the two-terminal network measurement object, the number of different pulse shapes with the first (signal) of the pulse generator output is also equal to the number n of elements in the two-terminal network measurement object.