Компенсационный мост переменного тока

Компенсационный мост переменного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заивлеио150776 (2f)2385167/18-21

Союз Советских

Социалистических

Республик

<">672572 (5() ч . Кл. с присоединением заявки М

G 01R 17/10

Государстоеииый комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК621. 317. .733(088.8) Опубликовано 05.07.79. Бюллетень М2 5

Дата опубликовании описании050779 (72) Авторы изобретеиия

A.Ô.Ïðoêóíöåâ, Г.И. Шаронов, И.Н. Захарова, Л.A. Нестеркина и P.М. Юмаев

Пензенский завод-втуз при заводе ВЭМ филиал

Пензенского политехнического института (71) Заявитель (54) КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и предназначено для измерения составляющих комплексного сопротивления с помощью мостов переменного тока.

Известна мостовая измерительная схема, содержащая источник питания, мостовую измерительную схему и индикатор, которая позволяет раздельно сформировать регулирующее воздействие используя напряжение питания и напряжение небаланса лишь для измерения модуля комплексного сопротивления, а не составляющих комплексного сопротивления (1).

Известно устройство, содержащее генератор, трансформатор питания, мостовую измерительную схему, согласующее устройство, логические элементы, блок уравновешивания, блок уравновешивания и формирователь импульсов, в котором сформировано раздельно регулирующее воздействие для уравновешивания по измеряемой составляющей комплексного сопротивления при использовании лишь напряжения питания и напряжения небаланса (2) .

Однако данный мост переменного тоимеет узкий диапазон измерения

2 составляющей комплексного сопротивления, обусловленный тем, что в качестве уравновешивающего элемента использован образцовый элемент, расположенный в ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление.

Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерения составляющих комплексного сопротивления.

Поставленная цель достигается тем, что в предложенном мосте переменного тока, предназначенном для измерения., параметров комплексного сопротивления, содержащем генератор синусоидального напряжения, выход которого подсоединен к первичной обмотке трансформатора питания, мостовую измерительную схему, одна ветвь которой составлена из последовательно соединенных комплексного сопротивления и образцового элемента, однородного измеряемой составляющей комплексного сопротивления, а вторая ветвь составлена из последовательно включенных образцовых элементов — одного, однородного измеряемой составляющей комплексного сопротивления, а другого, однородного по характеру неизмеряемой составляющей комплексного сопротин672572

Т -У>0 (z) g- Y=-î г

3 ления, причем оба образцовых элемента, однородных измеряемой составляющей комплексного сопротивления, включены в смежные плечи мостовой измерительной

" схемы и одними своими выходами под- ключены к началу нерегулируемой вторичной .обмотки трансформатора питания и к одному. из входов согласующего устройства, второй конец ветви, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления, подключен к концу вторичной обмотки трансформатора

"питания и ко второму входу согласующего устройства, вершина измерительной диагонали мостовой измерительной схемы Через второе согласующее устройство соединена с одним иэ входов формирователя импульсов, выходы которого" соединены с инверсным входом элемента запрет, блок уравновешивания, соединенный с блоком индикации, введены два фазовременных преобразователя„ второй элемент запрет ., элемент ИЛИ, а трансформатор питания снабжен регулируемой вторичной обмоткой, к концу которой подключен другой конец ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, а начало упомянутой обмотки соединено с концом нерегулируемой вторичной обмотки. При этом вторые входы фазо-, временных преобразователей и формирователя импульсов подключены параллельно .к выходу первого согласующего устройства, первые входы фазовременных преобразователей — параллельно к выходу второго согласующего устройства, прямой вход первого элемента запрет — к выходу первого фазовременного преобразователя, а инверсный вход второго элемента зап- рет — к выходу второго фазовремен- ного преобразователя. Прямой вход

"второго элементов запрет соединены со входом элемента ИЛИ, выход которого соединен со входом блока уравновешивания.

При такой конфигурации цепи мостовой измерительной Схемы появляется возможность осуществить выбор предела измерения путем коммутации образ"" "цовогр элемента, расположенного в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, а достия<ени4 состояния квазиравновесия " внутри выбранного предела измерения йо кно осуществить путем коммутации витков дополнительной вторичной об-.мотки, Благодаря этому приведенная по грешность измерения остается неизменной, а точность, измерения повышается : эа счет того, что отношение витков обмоток трансформатора не зависит от температуры и времени.

На фиг. 1 дана структурная схема компенсационного моста переменного тока на фиг. 2, 3 — временные диаграммы процесса уравновешивания, где обозначены

U b — напряжение питания ветви, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления;

U<(c — напряжение небаланса; фазовый сдвиг напряжения относительно напряжения

5 Udc Р1 — фазовый угол, равный

Slf fAT

dc — фазовый угол, paavtaA avccosdb

Компенсационный мост переменного (О тока содержит мостовую измерительную цепь 1, образцовый элемент 2 с сопротивлением R>, служащий дпя выбора пределов измерения, активный 3 с сопротивлением R< и реактивный 4 с емкостью С, элементы измеряемого комплексного сопротивления, конденсатор 5 и резистор б, генератор синусоидального направления 7, трансформатор питания 8 с первичной обмоткой 9 с числом витков Ио,вторичной об-моткой 10 с числом витков W,äîïoëíèтельной вторичной коммутируемой обмоткой 11 с числом витков Иг, согласующие устройства 12, 13, формирователЬ импульсов 14, фазовременные преобразователи 15, lб, элементы запрет 17, . 18, элемент ИЛИ 19, блок уравновешивания 20 и блок индикации

21.

Процесс уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной схемы по активной (реактивной) состав- ляющей комплексного сопротивления осуществляют за счет изменения напряжения питания ветви, содержащей иэ35 меряемое комплексное сопротивление, путем коммутации витков обмотки 11 трансформатора питания.

Момент квазиравновесия компенсационно-мостовой измэрительной схемы по активной составляющей комплекс- . ного сопротивления можно зафиксировать, добиваясь выполнения следующего соотношения

v-v,-o

45 у усо г

Блокируя (сбрасывая) например, все изменения регулируемого элемента (витки обмотии 11) приводящие к не равенству

Т-У >О .

Х

v-Ó <о или т-Y а

1 у -Y

60 Л и сбрасывая (блокируя) все изменения регулируемого элемента, приводящие к неравенству

Y-Y cO

1 р сО г

672572 вторые входы формирователя импульсов

10 14 и преобразователей 15 и 16. Сиг.нал с выхода формирователя импульсов

14 (фиг. 2, З,Ь) пропорциональный временному интервалу между ближайшими соседними точками перехода через

Fl е ь !

5 нуль с,.минуса на плюс (с плюса на минус ) напряжением небаланса Ug и напряжением питания

По), измерительной схемы (точка перехода через нуль напряжением питания Uab взята за начало отсчета), поступает на инверсный вход Элемента запрет 17 и на прямой вход элемента запрет 18. Сигнал с выхода преобразователя 15 (фиr. 2, 3, C ), пропорциональный временному интервалу, отсчитанному от начала отсчета до первого момента времени, соответствующего равенству мгновенных значений напряжения питания Uzgi ветви, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления, и сигнала, положительный уровень которого пропорционален амплитудному значению напряжения небаланса, поступает на прямой вход элемента запрет 17; а сигнал с выхода преобразователя

16 (фиг . 2, 3, d ), пропорциональный временному интервалу,,отсчитанному от начала отсчета до второго момен. та времени, соответствующего равенст40 ву мгновенных значений напряжения питания Ugb ветви, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления, и сигнала, положительный уровень которого пропорционален амплитуд45 ному (экстремальному) значению напряжения небаланса, поступает на инверсный вход элемента запрет 18.

В случае, когда длительность первого из этих сигналов больше длительности вторбго сигнала, но меньше третьего, на выходе элементов . запрет 17 и

18 (фиг. 2, 3, f g ) сигнал отсутствует. B случае, когда длительность первого иэ этих сигналов меньше длительности второго и тРетьего сигналов, на выходе элемента запрет

17 (фиг. 2,б, ) сигнал присутствует, .а на выходе элемента запрет 18 (фиг. 2, б,ф) отсутствует, а когда длительность первого из вышеописанных сигналов больше длительности второго и третьего сигналов, то сигнал на выходе элемента запрет 17 (фиг.3, б, f ) отсутствует, а на выходе элемента запрет 18 (ф) присутстнует.

Сигналы с выходов элементов запрет полагая а при смене образцоного элемента R иа С2 получим значение реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления (. = Ñ :М

2Ю2 или -У >а

М P-V О

2 можно дс)биться квазираннонесия компенсационно-мостовой измерительной ,схемы, например, по активной составляющей измеряемого комплексного сопротивления (фиг. 2, фиг. 3).

Процесс уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной схемы IIO e TH Ho o)"T R e KOMплексного сопротивления осуществляют аналогично с той лишь Разницей, что вместо образцового сопротивления ащего nay s 6opa предела измерения, включают образцовую емкость

С2. Отсчет. составляющих комплексного сопротивления можно получить следующим образом.

Известно что

В = =, (3) д (x+P) „у, (4) аЪ где Ryd и 21с — радиусы окружностей уравновешивания.

В момент квазиравновесия 1J,) с (5)

Приравняв выражения (3) и (4), получим

"(. ") i будем иметь

p=a(K 7) (8)

В то же время уравнение (7) можно выразить через соотношение витков во вторичной обмотке трансформатора питания1 .() л = б, (1о)

1 и подставив выражение (9) в ныраже; ние (8), получим

2 <)11 М

При W2 = аког i . W = Сои|, С учетом уравнения (10) уравнение (8) примет вид p = с л. (12)

Таким образом, зная значения и, можно определить значения активной составляющей измеряемого комплексного сопротивления

R =R —. (()

1 2 )))

Устройство работает следующим образом.

Напряжение Ug), снимаемое непосредственно с измерительной цепи 1 (фиг. 2, 3 4 ), через согласующее устрриство 12 поступает на первЫе входы формирователя импульсон 14 и преобразонателей 15 и 16, а напряжение питания Ugb через согласующее устрой> ство 13 (фиг. 2, Cl. ) поступает на

7 67257

17 и 18 подаются на входы элемента

ИЛИ 19. Отсутствие сигнала на выходе элемента ИЛИ 19 (фиг. 2, à, h; фиг. 3, à, h) свидетельствует о недоуравновешивании (переуравновешивании) компенсационного моста переменного тока, наличие сигнала на выходе элемента ИЛИ 19 (фиг. 2, б, 3, б,Ъ) свидетельствует о переуравновешивании (неудоравновешивании) компенсационного моста переменного тока. 10

Предлагаемый компенсационный моат переменного тока позволяет повысить точность измерения составляющих комплексного сопротивления и расширить функциональные возможйости АСУТП, в которых об изменении технологических параметров судят по изменениям R, С-параметров комплексйых преоб-, разователей.

Формула и зоб рет ения

Компенсационный мост йеременного * тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, выход которого подсоединен к первичной обмотке трансформатора питания, мостовую измерительную схему, одна ветвь которой составлейа из последовательно соединенных комплексного сопротивления и образцового" элемент"а",-"однородного измеряемой составляющей комплексного сопротивления, а вторая ветвь составлена из последовательно включенных образцовых элементов, одного-од- нородного измеряемой составляющей комплексного сопротивления, а другого — однородного по характеру неизмеряемой составляющей комплексного сопротивления, причем оба образцо- 40 вых элемента, однородных измеряемой составляющей комплексногсГсопротивлениЯ; включейй в смежййе йлечй мостовой измерительной схемы и одними своими вйводами подключены к началу нерегулируемой вторичной обмотки трансфЬрматора питания и к одному из входов согласующего устройства, 2 8 второй конец ветви, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления, подключен к концу указанной вторичной обмотки трансформатора питания и ко второму входу согласующего устройства, вершина измерительной диагонали мостовой измерительной схемы через второе согласующее устройство соединена с одним из входов формирователя импульсов, выход которого соединен с инверсным входом элемента запрет, блок уравновешивания, соединенный с блоком индикации, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения диапазона измерения составляющих комплексного сопротивления, в него введены два фазовременных преобразователя, второй элемент запрет, элемент

ИЛИ, а трансформатор питания снабжен регулируемой вторичной обмоткой, к концу которой подключен другой конец ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, а начало этой обмотки соединено с концом нерегулируемой вторичной обмотки, при этом вторые входы фазовременных преобразователей и формирователя импульсов подключены параллельно к входу ïåðвого согласующего устройства, первые входы фазовременных преобразователей — параллельно к выходу второго согласующего устройства, прямой вход первого элемента запрет к выходу первого фазовременного преобразователя, а инверсный вход второго элемента запрет — к выходу второго фазовременного преобразователя, прямой вход второго элемента запрет — к выходу формирователя импульса, выходы обоих элементов запрет . соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого соединен со входом блока уравновешивания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Карандеев К.Б. Специальные методй электрических измерений.

Госэнергоиздат 1963, с. 237-240.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 391285 кл. G 01 R 17/10, 16.01.73.

672572

Раг. 8

Рыг. 3

Составитель И.Бахтина

Редактор Л.Утехина ТехредЛ. АлфероваКорректор Е. Папп

Закаэ 3882/45 Тираж 1089 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,4