Способ уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока и устройство для его осуществления

Способ уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

y1) 4 G 01 R 17/10.Р1г

А

t (У

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4095545/24-21 (22) 22.07.86 (46) 23.08,88. Бюл. ¹- 31 (71) Институт электродинамики

АН УССР (72) 3.Я.Монастырский, A.À.Шупта, А.В.Рыцарь и Б.А.Горай (53) 621.3 17.733(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 600456„ кл. G 01 R 17/10, 1974.

Авторское свидетельство СССР № 708241, кл. G 01 R 17/10, 1974.

„„SU„„1418626 д1 (54) СПОСОБ УРАВНОВЕ!ЦИВАНИЯ ЦИФРОВЫХ

ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ МОСТОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике ° Способ уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока реализован в устройстве, содержащем мостовую измерительную цепь (МИЦ) 11, модулятор, состоящий из трансформатора 1 напряжения, логических элементов И 8, 9

l 418626 ч кгп<чей 2-6, экстремум-детектор l6, тактовый генератор 7, делительный блок 34 блок 12 регулируемого пара— метра, селекторы 15, 29, HS-триггер

19, счетный триггер 31, логические элементы ИСКЛЮЧАГОЩЕЕ ИЛИ 21, ?2, логические элементы И 8, 9,. 20, 23, 30, реверсивный счетчик-18 miapnrm< pasрадов. Регулируют,цискретно два пара.»етра с помощью периодических импульсных регулирующих воздействий., для чего производят пробное скачкообразное изменение соответствующего параметра ГПЩ 1! от его текущего значения, .равного К шагам дискретности, 1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для применения в цифровых мостах перемег ного тока,. измеряющих комплексные сопротивления и проводимости.

Цель изобретени. — повышение точности уравновешива.ния за счет исключения погрешности от остаточного неравновесия.

Иа фиг. 1 представлена блок †схе цифрового экстремального моста переменного тока; на. фиг. 2а, б — cooTветственно зависимость амплитуды выходного напряжения Цн измерительной цепи от регулируемого параметра pvar при наличии неравновесия d q по второ— му параметру q и изменение амплитуды выходного напряжения мостовой измерительной цепи во времени в результате модуляционных воздействий вблизи точки равновесия.

Способ осуществляют следующим образом.

Периодические пробные модуляционные возействия в 2К+1.шагов регулирования вызывают в зависимости от текущего значения регулируемого параг метра pvar и направления регулирования положительные либо отрицательные приращения амплитуды выходного напряжения U измерительной цепи.

Н

Если. текугцее значение pvar удалено от состояния равновесия (MHHHMóìa функции I U.„(ðvar) (на фиг. 2) более, lIpотивоположное направлю гигю рег улирования уравновешивающего параметра, к значению, равному К+ 1 шагам дискретности и совпадающему с направлением регулирования уравновешивающего параметра, после достижения равновесия по данному параметру измеряют амплитуды напряжений двух последних положительных приращений. нызванньгх пробными скачкообразньпги воздействиями, и дополнительно регулируют этот пара1» метр цепи шагами, в 10 раз меньшими, чем основной шаг, и направлением.

Устройство имеет повышенную точность уравновешивания. 2 с,п» ф-лы, 2 ил.

2 чем на половину шага дискретности, то модуляционные воздействия, направленные от равновесия, вызывают положглтельные приращения, при которых изменяют направление регулирования.

При этом следующее модуляционное воздействие уже направлено в сторону равновесия и вызовет отрицательное приращение. При отрицательном приращении осуществляют регулирование в сторону равновесия. Два следующих друг за другом положительных приращения возникают только в том случае, когда текущее значение регулируемого

15 параметра удалено от значения, соответствующего минимуму (фиг. 2а, точка О), не более чем на половину шага дискретности (например, соответствует точке 0 ). При этом амплитуды

U и U (фиг. 2б) двух последовательных положительных приращений измеряют и вычисляют число дополнительных младших (в 10" раз меньших, чем основной) шагов регулирования .из соотношения

N =10 (П -U )/Г2(и +П )). (1) Определяют зависимость числа N шагов от остаточного неравновесия по

30 регулируемому параметру. Пусть первое положительное приращение получено за счет модуляционного воздействия, соответствующего переходу из точки в точку 2 (К=2), тогда следующее число N - допо:III!ттельних шагов. pPI лирования, которое необходимо для устранения неравновесия хар,, определяется соотношением (5) где др — дополнительный шаг дискретности, С учетом того, что дополнительное регулирование осуществляется шагами в 10" раз меньшими, чем др„, ".е. и

4р, =10 др,, на основании соотношений (4) и (5) имеем N=N т

Следовательно, число дополнительных шагов регулирования, определяемаепо амплитудам двух последовательных положительных приращений из выражения (1) соответствует требуемому изменению текущего значения pvar для достижения равновесия мостовой измерительной цепи. После регулировки

pvar шагами в 10 раз меньшими, чем

h основной шаг в направлении, определяемом знаком разности (Пд-U<), остаточное неравновесие существенно уменьшится. Погрешность уравновешивания теперь будет определяться следующим образом: ,1у =ад+ У.„х-др +а

kg=0,5др =

rÀe

=0,5ар,l10 — погрешность onI ределяемая дискретностью регулирования; д — погрешность, обусловленная неточностью измерений амплитуд U д — погрешность вые числений.

При использовании простейших средств измерений амплитуды импульсов погрешность d не превышает 1 и

5%, погрешность вычислений нетрудно снизить до единицы дискретности регулирования. Для х макс =О, 5 и п=1... 2 имеем

4у < (0,02...0,17)йро

По сравнению с известным способом (dyj 0, 54Р ) в предлагаемом погрешность уравновешивания уменьшена от б до 17 раз.

Устройство для реализации способа (фиг. 1) содержит трансформатор 1 напряжения, две вторичные обмотки ко50

Э

1418675 модуляционное воздействие будет соответствовать переходу из точки 3 в точку 4 и вызовет положительное приращение У > 0. Видно, что при этом для дальнейшего приближения к равновесию значение регулируемого параметра необходимо изменять в сторону второго модуляционного воздействия ° В случае же U — 10

V <0 (?????????? 0 ?????????????????? ???????????? ??????>

lU I --(и,+U,), где U1 и U — амплитуды напряжения неравновесия в точках 1 25 и 2.

Тангенсы углов наклона этих касательных к оси абсцисс определяют чувствительности мостовой цепи в точках

5 и б. В силу симметричности кривой, ЭО

IU<(pvar)(чувствительности в этих точках равны по абсолютному значению .и противоположны по знаку. При соответствующем выборе числа K=5...10 можно принять, что это значение чувЭ5 ствительности сохраняется в точках 1, 2,3 и 4. Если значение чувствительности S<, то напряжение неравновесия

U,..,U „ в соответствующих точках определяют из выражений

UI =Uo+S p (k x) p Рц i

Ug =Up+S (1с 1+х) 4 р,;

U> Б +Бр (k+x) DpI,;

U< =U +Sр (k+1-x) pp (2) где U — ордината точки пересечения

45 касательных;

dp, — основной шаг регулирования;

0 <(х с

<0,5 — остаточное неравновесие мостовой измерительной цепи в долях шага Лр

Амплитуды положительных приращений

U a и U, как видно из фиг. 2 и выражений (2), определяются соотношениями

U„=Up-U,=Sр(1+2х)др,;

ПВ П4-ПЗ=S р(1-2х) йро (3)

Подставив последние соотношения в (1), получают

N=10 х. (4) 1418626

1О

5 торого Выполнены с отвоцамк от сред— них точек и подключены выводами к

Входам пя rи ключей 2 — 6. Управляющий вход четвертого ключа 5 соединен с инверсным выходом тактового генератора 7, а управляющи"-. вхоцы третьего и пятого 6 ключей связаны с выходами логических элементов И 8 к 9 соответственно. Первые входы этих элементов подключены к выходу тактового генератора 7, а вторые — к выхоцам триггера 1.) ревер=а к управляющим входам первогО 2 и зтОрого 3 ключей, Выводы первичной обмОтки трансформа-tGpB 1 к с >едние вывОды втОричных обмоток подсоединены к измерительной цепи 11. Выводь. ключей ?

ИЛИ 14„ вход этого счетчика — к второму выходу селектора 15, а его управляющие входы — к выходам триггера 10 реверса. Выход отрицательных приращений экстремум †детекто 16 подключен к R-входу RS-триггера 19, соецкненного выходом с управляющим входом первого селектора 15 и первым входом третьего логического элемента И 20, а также к одному из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21. Выход элемента ИСКХПОЧА1ОЩЕЕ ИЛИ 21 соединен с первым входом второго элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22 и S — входом триггера 19, а его второй вход — с выходом "àêòîâîãî генератора 7, входом экстремум-детектора 16 и входом логического элемента И 23. Выход положительных приращений экстремум †цетектора 16 через шестой ключ 24 и запоминающее устройство ? соединен с сум О

Я5

5О

55 мирующим входом вычитателя 26 . Выход этого устройства через усилитель 27 подключен к входам управляемого инвертора 28 и второму входу элемента

ИСКЛ1ОЧА)01ЦЕЕ ИГИ 22,, выход которого подключен к второму входу элемента

И 20, соединенного выходом со счетным входом триггера 10 реверса. Выход управляемого инверторя 28 подключен к одному из Входов второго селектора 29, соединенного вторым входом с выходом отрицательных приращгний экстремум-детектора 16.

В соста†уст. ро.й:"с тва вход-ят также логический элемент И 30, счетный триггер 31, сумматор 32, к поч 33, целительный блок 34 и генератор 35 се= рии импульсов. Вход установки в нуль тригг ера 3 1 с оецинен с выходом отрицательных приращений экстремум-детектора 16, счетный вход триггера 31 соединен с выходом первого элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, прямой выход с вторым входом четвертого элемента

И 23, а инверсный выход — с одним из вхо-дов элемента И 30. Второй вход этого элемента подключен к выходу триггера „9, а его выход — к управляющим входам селектора 29 и ключа 33. Выход элемента И 23 соединен с управляющим входом ключа 24. Вычитающий вход вычитателя 26 связан с выходом положительных приращений экстремум †детекто-, ра l6, причем вхоцы вычитателя 26 запараллепены с входами сумматора 32, выход которого подключен через ключ

33 к дополнительному входу целительного блока 34. Основной вход делительного блока 34 соединен с выходом второго селектора 29, а выход делительного блока 34 через генератор 35 серии импульсов подключеч к входу селектора 15.

Устройство работает следуюпдм образом.

Модулятор, состоящий из трансформатора 1 напряжений, ключей 2 и 3, управляемых триггером 10 реверса, и ключей 4 — 6, управляемых логическими элементами И 8 и 9 и тактовым генератором 7, создает в измерительной це-. пи 11 пробные модуляционные воздействия по регулируемому в заданный момент времени параметру pvar, на время длительности импульса тактового генератора 7, При этом модуляционные воздействия осуществляются от те-. кущего значения pvar регулируемого! 418626

40 элемент И 20, а посредством селекто45

55 параметра приращениями в -К шагов дискретности регулирования, заданными открыванием ключей 2 или 3, к приращению +(K+1) шагов (знаками

1 +" или "-" обозначены соответственно совпадение или несовпадение модуляционных воздействий с выбранным направлением регулирования). При этом амплитуда модуляционного воздействия составляет 2К+ шаг дискретности и задается открыванием ключа 4 или 6 при закрывании ключа 5. Проведенное модуляционное воздействие приближает либо удаляет измерительную цепь 11 от состояния равновесия в зависимости от направления регулирования, заданного состоянием триггера 10 реверса. Пусть состояние триггера 10 реверса соответствует уходу от равновесия, направление выбрано неправильно. Тогда амплитуда выходного напряжения U.!, измерительной цепи 1! в результате модуляционного воздействия возрастает, а на выходе положительных приращений экстремум-детектора 16 будет сформирован импульс напряжения U>. При этом на выходе отрицательных приращений экстремум-детектора 16 импульс отсутствует. Поэтому импульс с выхода

1тактового генератора 7 проходит через первый элемент ИСКЛЮЧАЮШЕЕ ИЛИ 21 на счетный вход триггера 3 1 и Sвход триггера 19. Начальные установки триггеров соответствуют нулевому состоянию, поэтому передним фронтом тактового импульса они устанавливаются в состояние логической

"1", при котором открываются логические элементы И 20 и 23. Импульс тактового генератора 7 проходит через элемент И 23 на управляющий вход ключа 24 и открывает его. При этом положительное приращение с выхода экстремум †детекто 16 запоминается устройством 25. Это положительное приращение присутствует одно временно на двух входах вычитателя

26, благодаря чему на его выходе, выходах усилителя 27 и управляемого инвертора 28 импульсы не возникают, Так как на втором входе элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22, соединенном с выходом усилителя 27, сигнал отсутствует, то выходной импульс элемента ИСКЛЮЧАКЗЦЕЕ ИЛИ 21 проходит через элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22 и через открытый элемент И 20 на счет6

HbiH вход триггера 10 реверса, DIIpG

11 кидывая его. Сигнал логическои 1 с выхода триггера 19 посредством селектора 15 подключает выход генератора 35 серии импульсов к входу реверсивного счетчика 18. Сигнал логического "0 с выхода элемента И 30 ("0" на инверсном выходе триггера 3 1) подключает к основному входу делительного блока 34 посредством второго селектора 29 выход отрицательных приращений экстремум-детектора 16. Поскольку импульс на этом выходе отсуo ствуеT то отсутствуют r сигналы на выходах делительного блока 34 и генератора 35 серии шптульсов. Поэтому состояние реверсивного счетчика 18 не меняется. Следовательно, первое пробное модуляционное воздействие в сторочу удаления от сос-ояния равновесия приводит к опрокидыванию триггера 10 реверса, r.å. к изменению на противоположное направления регулирования, без изменения текущего значения регулируемого параметра. Следующее модуляционное воздействие в 2К+1 шаг уже направлено в сторону приближения к состоянию равновесия измерительной цепи.

При этом импульс напряжения П-, амплитуда которого пропорцчональна неравновесию по регулируемому параметру, возникает на выходе отрицательных приращений экстремум-детектора 16. Этот импульс, поступая на Sвходы триггеров ".9 и 3 1,,устанавливает их в нулевое состояние. Сигнал логического "0 1 триггера 19 закрывает 1 ра 15 подключает выход генератора 35 серии импульсов к входу элемента

ИЛИ 14, Сигнал логического 0" с выхода элемента И 30 закрывает ключ 33, а посредством с ел ектора 29 подключает выход отрицательных приращений экстремум-детектора 16 к основному входу делительного блока 34. Дополнительный вход делительного блока 34 отключен, поэтому оно работает в режиме деления на постоянную величину

S !р, где S !1 — расчетная чувствительность измерительнсй цепи при оТ сутствии неравновесия по регулируемому параметру, др, — шаг дискретности регулируемого параметра блока 12.

Выходное напряжение делительногоблока 34 поступает на вход генератора

35, формирующего серию импульсов, 1418626

10 количестBQ которых раBHQ -ьислу ос новных шагов неравновесия по регулируемому параметру., Зти импульсы через селектор 15 и логический элемент

ИЛИ 14 поступают на вход блока 13 управления. Блок i 3 управления изменя- ет текущее значение регулируемого параметра блока 12 в соответствии с числом поступавших на. его вход импульсов и уравновешивает измерительную цепь 11. Остаточное неравновесие ,при этом в лучшем случа- когда погрешности делительного блока 34 и .генератора 35 серии импульсов отсутствуют, не превышает полов1чы шага дискретности регулирования параметров блока 12. Последую:ште модуляционные воздействия, в какую бы сторо"-. ну они не ос ществлялись,. вызовут только на положительные или нулевые приращения амплитуды сигнала неравновесия, Положите.ьное приращение, следующее непосредственно за отрицательным, вызовет, как и начальное положительное приращение, опрокидывание триггеров 19 и 31, задоминат|ие амплитуды U (фиг. 2 устройств" 25 и изменение на пр",.:явоположное направления модуляци . †.ного воздействия. Благодаря налтт-,из элемента ИС-.

КЛ10ЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 работа. устройства осуществляется одинаково как при по-ложительных, так и при нулевых прира щениях амплитуды сигнала неравновеcHsI, импульс на выходе элемента 21 возникает при отсутствии отрицател ных приращений. Это значит, что работа схемы не прекращается при остаточном неравновесии, равном поло-, вине шага дискретности регулируемо вЂ, го параметра блока 12.

Второе положительное (либо нулевое) приращение ататлитуды сигнала неравновесия, следующее непосредственно 3G первым, видетельствует о достижении частного равновесия измерительной цепи по регулируемому параметру. При этом по-решность уравновешивания определяется остатотным неравновесием и может составлять не менее псловины шага дискретности регулирования.,Уменьшение этой погрешности,достигB.EYcR пуTpM дополнительного изменения младших разрядов бло- ка 17 регулируемого параметра. Шаг регулирования 4 р этих разрядов выбран е ",0 раз меньшт м„чем шаг регу лируемого параметра блока 12. Очередной импульс с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 при отсутствии отрицательных приращений подтверждает по

S-входу сигнал логической "1" на выходе триггера 19 и опрокидывает по счетному входу триггер 31 в состояние логического "0", Ключ 24 остается закрытым в момент действия тактового импульса сигналом логического 0" с выхода элемента И 3. Поэтому на,выходе запоминающего устройства

25 действует напряжение, равное амплитуде U .предьдущего положительного приращения., которое поступает ча один из входов сумматора 2 и на суммирующий вход вычитателя,. на вычитающем входе которого действует импульс второго положительного приращения амплитудой U . Поэтому амплитуды импульсов и 2 и 11З2 на выходах соответствующих блоков определяют из выражений

02 5 о; Ug 32 Но(118

Усилитель 27 и инвертор 28 вьптол- няют функции нормирования импульса U2, т.е. приводят его как по полярности, так и по диапазону изменения амплитуд в соответствие с имттульсами Uвыхода отрицательных приращений экстремум-детектора 16. Такое нормирова-. ние необходимо для нормальной работы делительного блока 34, по основному входу которого посредством селектора 29 подаются поочередно импульсы U и U2< . Делительный блок

34 работает при подаче на его основной вход импульсов положительной полярности. На управляющий вход инвертора 28 и на его основной вход поступают как положительные, так и отрицательные импульсы с выхода усилителя 27. Инвертор 28 выполнен, например, по схеме двухполупериодного выпрямителя, который при подаче на его входы разнополярных напряжений формирует на выходе напряжение определенной полярности, т.е. изменяет полярность входного сигнала, напри.мер, только при наличии на входах отрицательного импульса. Поэтому независимо от полярности входных импульсов на выходе инвертора 28 присутствуют импульсы положительной полярности. Сигналы логической "1" с выхода триггера 19 и инверсного выхода триггера 31 поступают на вход элемента И 30. Благодаря этому на его

18626

12 выходе также присутствует сигнал лог« er:rro«1 ., KGTophrH открываеT ключ 33 « посредством селектора 29 подключает выход «ннертора 28 к основному входу блока 34. Сигнал логической "1" с выхода триггера 19 посредством селектора 15 подключает выход генератора 35 серии импульсов к входу счетчика 18 млад1 ших разрядов. Число импульсов генератора 35, поступающих на вход счетчика 18, определяется выражением

Уд K yl vcr 0р (6)

Б +Б„

0

Я5

1 где U u U — амплитуды выходных импульсов инвертора

28 и сумматора 32 соответственно;

К вЂ” коэффициент усиления

У усилителя 27.

Если коэффициент усилителя Ку выбран из соотношения

1др 10 о

2 др 2 ь то выражение (6) совпадает с формулой (1) для вычисления количества дополнительных (младших) шагов уравновешивания. Счетчик 18 младших разрядов управляет регулируемым параметром блока 17, благодаря чему осуществляется изменение текущего значения этого параметра на N единиц дискретности. В случае переполнения .счетчика 18 импульс переноса поступает через элемент ИЛИ 14 на вход блока 13 управления. Направление счета реверсивного счетчика 18 определяется знаком разности (U;V ) и задается триггером 10 реверса. При Urr-UrriG на второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 22 поступает импульс положительной полярности с выхода усилителя 27, Наличие этого импульса, наряду с выходным импульсом элемента 21, запрещает формирование импульса на выходе элемента 22 и прохождение его через открытый элемент И 20 на вход триггера 10 реверса. Направление счета реверсивного счетчика 18 и направление регулирования параметров блока 12 и 17 остаются прежними и совпадают с направлением последнего модуляционного воздействия. Если же U -Ue 10, то импульс с выхода элемента 2 l проходит на вход триггера 10 реверса и изменяет направление регулирования на противоположное. Следовательно, по направлению и числу дополнительных п!агсв rrshrerrerr» e -.ercyrrrer 3 на ЧРн«я регулируемого параметра соответствует пр«бл«жеш ю к состоя««ю равновесия. При этом погрешность уравновешивания без учета погрешностей запом«-зюшего устройства 25 « арифметических (вьгчитателя 26, сумматора 32 и дел«тельного блока 34) блоков не превышаеT половины IJBI à Д р регул«вЂ” ( рован«я параметра блока 1?.

Сравнительно несложные запоминающие устройства имеют погрешности в единицы милли=-.альт, что для реальных приращений з 0.1 — 1 В не превышает единиц процентов. Погрешности арифмети еских устройств могут быть снижены до десятых долей процента, однако в реальных устройствах погрешности отдельнь|х у:ë.îâ целесообразно задавать соразмерными. Поэтому примем суммарную погрешность запоминающего и арифметических устройств в пределах о =57. от остаточного неравновесия, тогда максимальная nof грешность йу уравновешивания данного устройства для п=1...2 составит д у = 0, 5:r p, + — = —, -- i0,02...

0,17)rrp, .

По сравнению с известным устройст"вом,погрешность уравновешиванич которого у=0,5dp> данное устройство позволяет уманьшить эту погрешность в 6-17 раз.

Следует отметить еше и тот факт, что дополнительное регулирование параметра pvar осуществляется в течение двух периодов работы тактового генератора 7, которые необходимы и в известном устройс-.ве для установления момента частного равновесия, -..е. без увеличения числа тактов уравновешивания.

Таким образом, использование данного способа уравновеилвания в цифровых модуляционных мостах переменного тока позволяет в 6-1? раз повысить точность уравновешивания по одному из параметров без доуравновешивания, по второму.

Формула и з о б р е т е н и я

1. Способ уравновеш«вания цифровых экстремальных мостов переменного тока, заключающийся в том, что регулируют дискретно два параметра с помощью периодических импульсных регу1418626 16 пятого элемента И подключен к инверс-.

Составитель В.Семенчук

Редактор С.Пекарь Техред Л.Олийнык Корректор N.Äåì÷èê

Заказ 4148/42

Подписное

Тираж 772

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 новному входу делительного блока, причем второй вход третьего элемента И соединен с выходом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход — с вхо5 дом триггера реверса, второй вход ному выходу счетного триггера, а его выход — к управляющим входам второго селектора и седьмого ключа.