Цифровой мост переменного тока

Цифровой мост переменного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистически к

Республик

<>748255

\ /

7Ф (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 31,0378 (21) 2596912/18-21 с присоединением заявки М (23) Приоритет (я)М. К,.3

G 01 R 17/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открыти й

I (5Ç) УАК 621. 317. . 733 (088. 8) Опубликовано 150780. Бюллетень 26

Дата опубликования описания 180 l80 (72) Авторы изобретения

А.Ф. Прокунцен, Г.И. Оаронов и Л.А. Бугреева (71) Заявитель

Пензенский завод-ВТУЗ при заводе ВЭМ, филиал

Пензенского политехнического института (54) ЦИФРОВОИ ХОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров комплексного сопротивления.

Известен цифровой мост переменно- 5 го тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, включенный н диагональ питания мостовой измери тельной цепи, первая вершина измерительной диагонали которой, примыкаю- 1р щая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к первым входам первого и второго фаэовременных преобразонателей и второму входу четвертого фаэовременного преобразовате- 15 ля, первая вершина диагонали питания, примыкак1щая к измеряемому комплексному сопротивлению, подключена к первому входу третьего фазовременного преобразователя и третьим входам 2р первого и четвертого фаэовременных преобразователей,: вторая вершина диагонали питания подсоединена ко второму входу первого фаэовременного преобразователя, к третьим нходам 25 второго и третьего фаэовременных преобразователей и к первому входу четвертого фазовременного преобразователя, первый и второй выходы первого фазовременного превбразователя под- Зр ключены соответственно к первым входам первого и второго интегратора, вторые входы которых подсоединенй к выходу второго фазовременного преобразователя, выходы первого и второго интеграторов подсоединены соотвественно к прямому и инверсному входам элемента "Запрет", выход которого через блок уравновешивания по реактинной составляющей измеряемого комплексного сопротивления подключен ко входу первого блока индикации, выходы третьего и четвертого фаэовременных преобразователей пбдсоединены соответствеино к первому и второму входу третьего интегратора, выход которого через блок упранновешивания по тангенсу угла потерь измеряемого комплексного сопротивления, подсоединен ко входу второго блока индика-. ции (1) .

Недостатком этого моста является низкая чувствительность уравновешивания по тангенсу угла потерь измеряемого комплексного сопротивления, обусловленная незначительными изменениями сигнала, сформированного в тракте формирования регулирующих воздействий, от изменений уравновешивающего параметра.

748255

Кроме того, данный мост имеет невысокую точность, обусловленную тем, что такая структура цифрового моста переменного тока не позволяет формировать сигналы, используемые для формирования регулирующих воздействий в обоих каналах уравновешивания.

Известен цифровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, первая вершина измерительной диагонали которой, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к первым входам первого и третьего фазовременных преобразователей и второму входу второга фаэовременного преобразователя, вторая вершина измерительной диагонали мостовой цепи подсоединена к третьему вхацу второго фазовре йнного пре.образователя, первая вершина диагонали питания мостовой измерительной цепи, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подключена к третьему входу первого фазовременного преобразователя и первому входу фазосдвигающей цепи, вторая вершина диагонали питания подсоецинена ка второму входу первого фазбвременного преобразователя, первому входу второго фазовременного преобразователя, третьему входу третьего фазовременного преобразователя и второму входу фазосдвигающей цепи, выход которой пбдключен ка второму ходу третьего фазовременного преобразователя, первый и второй выходы первого фазовременного преобразователя подсоединены, соответственно, к первым входам первого и второго интеграторов, выход второго фазовременного преобразователя подключен ко вторым входам четырех интеграторов, первый и второй выХоды третьего фазовременного преобразователя подсоединены, соатвественно, к первым входам третьего и четвертога интеграторов, выходы первого и второго интеграторов подсоединены, соответственно, к прямому и инверсному входам первого элемента "Запрет", выход которого через блок уравиовешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления подключен ко входу первого блока индикации, выходы третьего и четвертого интеграторов подсоединены, саответстренна, к прямому и.инверсиому входам второго элемента "Запрет", выход кдтарога через блок уравновешивания па активной составляющей измеряемого комплексного сопротивления подключен ка входу второго блока индикации p) .

Недостатком данного моста являет-, ся невысокая точность канала уравновешивания по активной составляющей измеряемого-:комплексного сопротивления, обусловленная наличием в этом канале дифференцирующей цепи, внося щей погрешности в процесс формирова- ния регулирующих воздействий, вследствие чего точность определения тангенса угла потерь измеряемого ко, ïлексного сопротивления по значениям измеренных активной и рактивной составляющих комплексного сопротивления будет заведомо низкой из-за невысокой точности измерения .активной составляющей измеряемого комплексного со Я противления.

Цель изобретения — повышение точности измерения параметров комплексного сопротивления. указанная цель достигается тем, что в известном цифровом мосте переменного тока, содержащем генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой иэмерительной цепи, первая вершина диагонали питания которой, примыкающая

20 к измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к первому входу первого фазовременного преобразователя, вторая вершина диагонали питания мостовой измерительной цепи подключена ко второму входу первого фазовременного преобразователя и первому входу второго фазовременного преобразователя, первая вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к третьим входам первого и третьего фазовременных преобразователей и второму входу второго фазовременного преобразователя, вторая вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи подсоединена к третьему входу второго фазовременного преобразователя, первый и второй выходы первого фазовременного

4О преобразователя подключены к первым входам первого и второго интеграторов, соответственно, выход второго фазавременного преобразователя подсоединен ка вторым входам четырех интеграторов, первый и второй выходы третьего фазовременного преобразователя подключены к первым входам третьего и четвертого интеграторов, соответственно, выход первого интегратора подсоединен к прямому входу первого элемента "Запрет", инверсный вход которого подключен к выходу второго интегратора, выходы третьего и четвертого интеграторов подсоединены, соответственно, к прямому и инверсному входам второго элемента "Запрет", выход первого элемента "Запрет" через блок уравновешивания по реактивной составляющей. измеряемого комплексного сопротивления подсоединен к первому блоку индикации, выход второго элемента "Запрет" через блок уравновешивания по тангенсу угла. потерь измеряемого комплексного сопротивления подключен ко входу второго блока индикации, вторая вершина измеритель

748255 жен случай, когда угол Р больше углов

4 и Ф + 180О, т.е. точка С на круговой диаграмме фиг. 2 находится в 1-ой зоне.

- На фиг. 5 представлен случай, ког- у5 да угол Р больше углов М и Y + 18QÐ, т.е. точка С находится во 2-ой зоне (фиг. 2), а на фиг. 6 — случай, когда гол Р больше угла Ф, но меньше угла

+ 180О, т.е. точка C находится в

-ей зоне круговой диаграммы фиг. 2.

Фиг. 7-9 показывают три положения очки С на круговой диаграмме фиг. 3 поясняют работу канала уравновешиания по тангенсу угла потерь измерямого комплексного сопротивления.

На фиг. 7 изображен момент, когда гол Р больше углов g u g + 180О (точка С лежит в 1-ой зоне фиг. 3).

На фиг. 8 представлен момент, кога угол Р меньше углов у и g + 180О (точка С во 2-ой зоне фиг. 3). A на иг. 9 изображен случай, когда угол больше угла )), но меньше угла у +

180 (точка С в 3-ей зоне фиг. 3).

Устройство (фиг. 1) содержит мосовую измерительную цепь 1, у котоой измеряемое комплексное сопротивение 2, 3 (С„, R ), образцовый элеент 4, служащий для выбора пределов

У

Ф

3 т и в е

У д ф Р

+ т

P л м (R ), регулируемый элемент 5, служа щий для уравновешивания по реактивной составляющей (R ), регулируемый элемент б, служащий для уравновешивания по тангенсу угла потерь (84), образцовый нерегулируемый элемент 7 65 (ной диагонали мостовой измерительной цепи подсоединена к первому входу третьего фазовременного преобразователя, первая вершина диагонали питания мостовой измерительной цепи подключена ко второму входу третьего фазовременного преобразователя.

Исключение дифференцирующей цепи иэ тракта уравновешивания по танген- су угла потерь позволяет повысить точность измерения тангенса угла потерь, а соответственно и активная составляющая измеряемого комплексного сопротивления, определяемая по результатам измерения реактивной составляющей и тангенса угла потерь, может быть вычислена с большей точностью, На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 и 3 — топографические диаграммы процесса уравновешивания мостовой измерительной цепи по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления и по тангенсу угла потерь, соответственно; на фиг. 4-9— временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Фиг. 4-6 поясняют работу канала уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления, причем на фиг. 4 изобра5

30 (Cq ), генератор 8 синусоидального напряжения, фаэовременные преобразователи 9, 10, 11, интеграторы 12, 13, 14, 15, элементы 16, 17 "Запрет", блок 18 уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комп лексного сопротивления, блок 19 уравновешивания по тангенсу угла потерь, блоки 20, 21 индикации, при чем генератор 8 синусоидального напряжения включен в диагональ питания

ab мостовой измерительной цепи 1.

Первая вершина диагонали питания Й мостовой измерительной цепи 1, примыкающая к .измеряемому комплексному сопротивлению 2, 3 подсоединена к первому входу фазовременного преобразователя (ФВП) 9 и второму входу ФВП 11.

Вторая верщина диагонаЛИ Пятания подключена ко второму входу ФВП 9 и первому входу ФВП 10. Первая вершина

С измерительной диагонали сД., примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению 2, 3, подсоединена к третьим входам ФВП 9 и ФВП 11 и второму входу ФВП 10. Вторая вершина измерительной диагонали подсоединена к третьему входу ФВП 10 и первому входу ФВП 11. Первый и второй Выходы

ФВП 9 подключены к первым входам интеграторов 12, 13, соответственно.

Выход ФВП 10 подсоединен ко вторыМ входам интеграторов 12, 13, 14, 15.

Первый и второй выходы ФВН 11 подключены к первым входам интеграторов 14, 15, соответственно. Выходы интеграторов 12, 13 подсоединены соответственно к прямому.и инверсному входам элемента 16 "Запрет", выход которого через блок 18 уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления подключен ко входу блока 20 индикации. Выходы интеграторов 14, 15, подсоединены соответственно к прямому и инверсному входам элемента 17 "Запрет", выход которого через блок 19 уравновешивания по тангенсу угла потерь подключен ко входу блока 21 индикации.

На фиг. 2 и фиг. 3 показано напряжение ba питания мостовой измерительной цепи; напряжение dc небаланса мостовой измерительной цепи, напряжение Ьс, снимаемое с плеча мостовой цепи, в которое включен образцовый элемент 4, служащий для выбора пределов (й ); напряжение Ьд, снимаемое с плеча мостовой измерительной цепи, в которое включен регулируемый элемент 5, уравновешивающий мостовую цепь по реактивной составляющей (й ); напряжение ad, снимаемое с плеча мостовой цепи, в которое включены, образцовый нерегулируемый элемент 7 (С4) и регулируемый элемент б (R4), угол P, образованный векторами напряжений

ba и bd; угол Р, образованный векторами напряжений bc и dc, угол Я, об748255 разованный векторами напряжений ba u

ad; окружности с(,)5 уравйовешивания мостовой измерительной цепи в обобщенных обозначениях.

Процесс уравновешивания мостовой измерительной цепи по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления осуществляют регулировкой переменного параметра элемента. 4 (R ). Мостовая цепь 1 (фиг. 1) находится в состоянии квазиравновесия по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления, если потенциальные точки с и 4, соответствующие вершинам измерительной диагонали, расположены на одной окружности )з. Информацию, необходимую для коммутации параметра, уравновешивающего .мостовую цепь по реактивной составляющей, получают путем одновременного сравнения углов P и Q + 180 с углом Р. Это дает возможность точно определить, в какой иэ трех возможных зон (1-й, 2-й или 3-ей) круговой диаграммы (фиг. 2) находится точка С . Из анализа круговой диаграммы видно, что в случае, когда потенциальная точка с находитсч в 1-й зоне, угол Р больше углов Ф и Ч + 180О

Во 2-й зоне угол Р меньше углов Р и + 180о. В 3-ей зоне угол Р больше угла Р но меньше угла V + 180о. уравновешивание мостовой измери.тельной цепи по тангенсу угла потерь будет достигнуто при расположении точек с и d на одной окружности с .

Для получения однозначной информации о местоположении точки С в одной из возможных зон (1, 2 или 3 фиг. 3) осуществляют одновременное сравнение углов у и М + 180о с углом Р. Анализ круговой диаграммы (фиг. 3) показывает, что в случае нахождения точки

С в 1-й зоне, угол Р больше углов ) и 3 + 180О . Bo 2-й зоне угол Р меньше углов V u V + 180I . A s 3-ей зоне угол Р больше угла у, но меньше угла V + 180О.

Работа цифрового моста сводится к одновременному уравновешиванию мостовой цепи по тангенсу угла потерь и реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления, осуществляемому двумя каналами уравновешивания.

Рассмотрим тракт формирования регулирующих воздействий, состоящий из фазовременных преобразователей 10, 31 интеграторов 14, 15, элемента 17

Запрет", который совместно с блоком

19 уравновешивания, блоком 21 индикации образует канал уравновешивания по тангенсу угла потерь измеряемого комплексного сопротивления.

Работа канала осуществляется следующим образом.

Напряжения 0g и Одс, снимаемые непосредственно с мостовой цепи 1, 5

4Q

65 поступают на вход фазовременного преобразователя 10, а напряжения 0д< и Ugg — на вход фазовременяого hpeобразователя 11 (фиг. 7-9, строка a), фазовременные преобразователи 10,. 11 вырабатывают импульсы одинаковой амплитуды (фиг. 7-9, строки b,с,d), длительность которых соответствует фазовым углам между напряжениями, поступающими на их входы. На первом и втором выходах фазовременного преобразователя 11 вырабатывается два импульса, соответствующие углам 9 (фиг. 7-9, строка с) и V + 180о (фиг, 7-9, строка d). Ha входе фазовременного преобразователя 10 вырабатывается один импульс, длительностью соответствующий фазовому углу Р (фиг. 7-9, строка С ). Импульсы с выходов фазовременных преобразователей 10, 11 поступают на входы интеграторов 1 4, 15. Интегратор 14 сравнивает углы Ф и 1 (фиг. 7-9, строка 8), а интегратор 15 — углы

Ри V + 180 (фиг. 7-9, строка f).

Полярность сигналов на выходах интеграторов 14, 15 зависит от соотношения величин фазовых углов и М, 4 и + 180 . Сигналы на выходах интеграторов 14, 15 будут одинаковой полярности, если фазовый угол ф соответственно либо меньше фазовых углов ) и Q + 180О (фиг. 7, строки Е, f), либо больше фазовых углов Я и + 180 (фиг. 8, строки И, f) . Сиг" налы на выходах интеграторов 14, 15 будет равнополярными, если фазовый угол Р больше фазового угла 1, но меньше фазового угла Р + 181(фиг.9, строки g,f).

С выходов интеграторов ".4, 15 сигналы подаются на входы элемента 17

"Запрет", сигнал с выхода которого управляет работой блока 19 уравновешивания по тангенсу угла потерь из-. меряемого комплексного сопротивления.

Лишь в случае, когда с интеграторов

14, 15 на элемент 17 "Запрет" поступают разнополярные сигналы, на выходе элемента 17 "Запрет" будет наличие сигнала, например, положительной полярности.

Влокируя (сбрасывая) все изменения регулируемого элемента 5, уравновешивающего мостовую измерительную цепь по тангенусу угла потерь, приводящие к отсутствию сигнала на выходе элемента 17 "Запрет" и сбрасывая (блокируя) все изменения регулируемого элемента 5, приводящие к наличию сигнала на выходе элемента 17 "Запрет" производят уравновешивание мостовой измерительной цепи по тангенсу угла потерь измеряемого комплексного сопротивления.

Одновременно с уравновешиванием по тангенсу угла потерь происходит уравновешивание по реактивной состав748255

10 ляющей.,Канал уравновешивания в данном случае образуется трактом форми- . рования регулирующих воздействий, содержащим фазовременные преобразователи 9, 10.интеграторы 12, 13 элементы

16 "Запрет" и блоком 18 уравновешивания по реактивной составляющей, блоком 20 индикации.

Работа этой части блок-схемы происходит аналогично работе канала уравновешивания по тангенсу-угла потерь, Отличие заключается в том, что фазовый угол 1 сравнивается с фазовыми углами Ф и 9 + 180 (фиг. 4-6).

Использование предлагаемого цифрового моста переменного тока обеспечивает по сравнению с существующими мостами повышение точности измерения тангенса угла потерь измеряемого ком плексного сопротивления, а следовательно, и активной составляющей измеряемого комплексного сопротивления. 20

Формула изобретения

Цифровой мост переменного тока, 25 содержащий генератор синусоиадального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, первая вершина диагонали питания которой, примыкающая к измеряемому ЗО комплексному сопротивлению, подсоединена к первому входу первого фазовременного преобразователя, вторая вершина диагонали питания мостовой измерительной цепи подключена ко второ- 5 му входу первого фазовременного преобразователя и первому входу второго фазовременного преобразователя, первая вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи, примыкающая к измеряемому комплексному со.противлению, подсоединена к третьим входам первого и третьего фазовременных преобразователей и второму входу второго фазовременного преобразователя, вторая вершина измеритель45 ной диагонали мостовой измерительной цепи подсоединена к третьему входу второго фазовременного преобразователя, первый и второй выходы первого фазовременного преобразователя подключены к первым входам первого и второго интеграторов, соответственно, выход второго фазовременного преобразователя подсоединен ко вторым входам четырех интеграторов, первый и второй выходы третьего фазовременного преобразователя подключены к первым входам третьего и четвертого интеграторов, соответственно, выход первого интегратора подсоединен к прямому входу первого элемента "3aпрет", инверсный вход которого подключен к выходу второго интегратора, выходы третьего и четвертого интеграторов подсоединены соответственно к прямому и инверсному входам второго элемента " Запрет", выход первого эле- мента "Запрет" через блок уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления подсоединен к первому блоку индикации, выход второго элемента "Запрет" через блок уравновешивания по тангенсу угла потерь измеряемого комплексного сопротивления подключен ко входу второго блока индикации, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения .параметров комплексного сопротивления, вторая вершина измерительной диагонали

\ мостовой измерительной цепи подсоединена к первому входу третьего фазовременного преобразователя, первая вершина диагонали питания мостовой измерительной цепи, примыкающая к измерительному комплексному сопротивлению, подключена ко второму входу третьего фазовременного преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 384072, кл. G 01 К 17/10, 1974.

2. Прокунцев A. Ф. и др. Цифровой мост переменного тока. "Приборы и системы управления", 1977, 9 11.