Устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления

Устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

НИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

«»771558

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 211077 (21) 2543777/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 151080. Бюллетень № 38

Дата опубликования описания 151080

G 01 R 17/10

Гоеударствеииый комитет

СССР по делам изобретеиий и открытий (53) УДК 621. 317..733(088 ° 8) (72) Авторы изобретения

В.А.Волков,. E. С. Максимова, A. Ф. Прокунцев и Г. И. Шаронов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ COCTABJIHmtHX

КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Изобретение. относится к электроизмерительной технике.

Известен цифровой мост переменного тока, содержащий измерительную цепь, составленную из последовательно включенных измеряемого комплексного сог провтиления и .образцового элемента, место соединения которых подключено к общей шине, а свободные концы, один из которых примыкает к измеряемому комплексному сопротивлению, а другой к образцовому элементу, соединены с первым и вторым зажимами генератора синусоидального напряжения соответственно, второй зажим которого через t5 согласующее устройство подсоединен параллельно к входу амплитудного преобразователя и через усилительограничитель к инверсивным входам первого и второго элементов "запрет", 20 при этом прямой вход первого элемента

"запрет" подключен к выходу первого компаратора, а выход — к входу первого блока уравновешивания, информационный выход которого подключен к первому цифровому индикатору, а управляющий вход †.к управляющему входу первого формирователя опорных сигналов, выход которого подсоединен к одному из входов первого компаратора, à 30 информационный вход — к третьему зажиму генератора синусоидального напряжения, выход второго формирователя опорных сигналов подключен к одному из входов второго компаратора, другой вход которого соединен с другим входом первого компаратора и с выходом амплитудного преобразователя, а выход — с прямым входом второго элемента "запрет", выход последнего подключен к входу второго блока урав" новешивания, информационный выход которого подключен к второму цифровому индикатору, а управляющий входк управляемому входу второго формирователя.опорных сигналов, информационным входом подсоединенного к четвертому зажиму генератора синусоидального напряжения, пятый зажим которого соединен с общей шиной P) .

Недостатком данного устройства является низкая точность измерения составляющих комплексного сопротивления, обусловленная неиндентичностью каналов.

Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения погрешности от неидентичности каналов, Цель достигается тем, что в уст;ройство для изменения составляющих

771558 комплексного сопротивления, содержащее измерительную цепь, составленную из последовательно включенных измеряемого комплексного сопротивления и образцового элемента, место соединения; которых подключено к общей шине, а свободные концы, один иэ которых примыкает к измеряемому комплексному сопротивлению, а другой к образцовому элементу, соединены с первым и вторым зажимами генератора синусоидального напряжения соот.ветственно, второй зажим которого через согласующее устройство подсоединен к входу усилителя-ограничителя и через амплитудный преобразователь к одному иэ входоэ компаратора, вы- 15 ходом подключенного к одному иэ входов первого блока уравновешивания, информационный выход которого подсоединен к входу первого цифрового индикатора, а управляющий выход — к ., ф управляемому входу первогo формирователя опорных сигналов, информационный вход которого поцсоединен к третьему зажиму генератора синусондального напряжения, второй блок уравновешивания, информационный выход которого соединен с вторым цифровым индикатором, а управляющий выход — с упраэляе.мьм входом второго формирователя опорных сигналоэ, информационным входам соединенного с четвертым зажимом генератора синусоидального напряжения, пятый зажим которого соединен с общей шиной, введены дэа ключа, информационные входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго формирователей спорных сигналов, а выходы — к другому входу компаратора, причем управляемый вход первого ключа подсоединен к прямому выходу усилителя-ограничителя, инвер- 4О сивный выход которого подсоединен к управляемому входу второго ключа и к другому входу первого блока уравновешивания, при этом первый и второй входы второго блока уравновешивания подключены соответственно к выходу компаратора и к инэерсиэного выходу усилителя-ограничителя.

Введение двух ключей и новых связей позволяет уменьшить погрешность от неидеитичности каналов формирования регулирующих воздействий.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства. устройство содержит измерительную цепь 1, составленную из измеряемого комплексного сопротивления 2 и образцового сопротивления 3, генератор синусоидального напряжения 4, согласующее устройство 5, амплитудный пре- Щ) образователь б, усилитель-ограничитель 7, регулируете формирователи

8, 9 опорных сигналов, ключи 10, 11, компарйтор 12„ блоки уравновешивания

13, 14. ивовые индикаторы 15, 16. д

На фиг. 2 и 3 представлены круговые диаграммы, поясняющие принцип измерения составляющих комплексного сопротивления, причем на фиг. 2 показаны характерные состояния при уравновешивании по активной составляющей, а на фиг. 3 — характерные состояния при уравновешивании по реактивной. составляющей. При выполнении круговых диаграмм используются следующие обозначения:

U< „ U>- напряжения с управляемых формирователей, причем

U { )U

02((Ugj 0ф ) по отношению к напряжению питания на + Ii/2;

Бо — напряжение, снимаемое с плеча измерительной цепи, смежного с измеряемым комплексным сопротивлением, являющееся хордой окружностей jh и

, — окружности уравновешивания э обобщенных обозначениях.

Для приведенной на фиг. 1 трехзлементной измерительной цепи условие квазиравновесия по активной составляющей комплексного сопротивления определяется равенством диаметров окружностей О 3, . (фиг. 2). Иэ кругоВс вой диаграммы видно, что напряжение, снимаемое с плеча, смежного с плечом, содержащим измеряемое комплексное сопротивление, Uo есть хорда той окружности г, которой принадлежит потенциальная точка С, ее диаметр

Оу

Тогда угол между хордой ас и диаметром D>ас

Q -=-агссоь, (1)

13, Используя для уравновешивания по активной составляющей измеряемого комплексного сопротивления напряжение 02, являющееся касательной к окружности, ограничив ее услоэием Ц2)=Ц, и известное в математике соотношение между диаметром и касательной окружности, проведенных из одной точки, а именно, что угол между ними равен к/2, положение потенциальной точки С на круговой диаграмме можно представить следующим выражением: о . Ос

Ч =а с е и

2 где 90©-ф -угол между хордой и касательной к окружности у

При отсутствии состояния квазиравновесия Р 4 D<

Сформировав вектор напряжения, являющийся хордой окружности D< а име нно (Ц „,, ЯЦО, 771558 »0 ()".в ч »» s J » к)»»,3 p— чаходят угол между хордой a " "и касательной к окружности )» с

g) = дГс sin (3}

U2o где 0 — напряжение, соответствующее состоянию недоуравновешивания по активной составляющей, оно может рассматриваться одновременно как исходное состояние перед началом уравновешивания.

Анализируя выражения (2} и {3), можно заметить, что при выполнении равенства Dg =Д .

5 с

90о -Ч -», (4)

4то является условием квазиравнавесия по активной составляющей комплексного сопротивления.

Аналогичные соотношения можно получить для измерения по реактивной составляющей комплексного сопротивления (фиг. 3). Па достижении кваэиравнавесия в таком случае выполняется равенствоЭр 33>" ° Иэ круговой диаграммы можно видеть, что напряжение, снимаемое с плеча измерительной цепи, смежного с измеряемым комплексным сопротивлением, Uä есть хорда окружности Pс, диаметр которой

По аналогии с выражением (1) можно записать

90 - » = arc cos о O.g

В(. (5)

Используя для уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления напряжение Ц», являющееся касательной к окружности {Ь с, и ограничив величину ее условием Q»F- Q @ можно записать положение потенциальной точки С на круговой диаграмме следующим выражением:

Ц»= ЗГc sin

Uric (6)

О»

При отсутствии состояния квазиравновесия О »»7)(Для напряжения, являющегося хордой, окружности Pc, при условии Ос»,"1 Оп (по аналогии с выражением (3) можно записать:

0 с — агс sin — y (7)

»»ю где — угол между хордой и касательной окружности /Ь .

О» - напряжение, соответствующее состоянию недоуравновешивания по реактивной .составляющей, оно может рассматриваться одновременно как исходное состояние перед началом уравновешивания.

Анализируя выражения (6) и (7), можно заметить, что при выполнении равенства D = О»

Ч 7 (8) что является условием кваэиравнове-. сия по реактивной составляющей комплекснога сопротивления.

Предлагаемое устройство, использующее при его реализации соотношения (4) и (8), позволяет одновременно измерить обе составляющие комплексного сопротивления и выполнить некоторые узлы общими для обоих каналов измерения,чта повышает быстродействие и уменьшает погрешность ат неидентичнасти каналов измерения па сравнению с известным устройствам. Кроме того устранение кам»утации элементов в измерительной цепи позволяет избежать возникновения переходных процессов и потерь времени, необходимого при ожидании их окончания до определенного значения.

Изменяя с помощью соответствующего блока уравновешивания в каждом иэ каналов измерения составляющих

20 камплекснога сопротивления величины напряжений с соответствующих формирователей напряжения„ причем все изменения, приводящие к

L90»»>) — („.. 0; (9)

25 ср- g o блокируются {сбрасываются), а все изменения, приводящие к (90 — (qj — (.) (0;

Ч-и- 0 (10) сбрасываются (блокируются), добиваются состояния квазиравновесия параллельна на обеим составляющим измеряемого комплекснога сопротивления.

На фиг. 4 а и б приведены временные диаграмм, поясняющие работу предпагаемага устройства, где с соответствует состоянию недоуравновешива40 ния (переуравнавешивания), б — состояние переуравнанешивания (кедоуравновешивания) измерительной схемы па обеим составляющим измеряемого комплексного сопротивления, и приняты следующие обозначения; сигнал, уровень которого равен эк -..тремальному значению О-, напряжения, соответствующие состоянию нелауравновешивания (переуравнавешивания) па обеим составляющим ксмплекснаго сопротивления напряжения, соответствующие состоянию переуравнавешивания (недоуравновешивания) па обеим составляющим комплекснага сопротивления, точки пересечения уровня напряжения Оц с синусоидальными напряжениями

020,Ц;О, 02,, Ц»» соответствейно.

771558

Для H k оц Ос с э и q ное выражение можно йривести к виду

Uîñ (= аrc siï (11)

Ц о что соответствует выражению (3). Для точки k a этом случае выражение (4) принимает вид .(90 - (Я - > 0 (12)

Для точки 9 Ц о„=(jöz U+sin g Данное выражение можно привести к виду аГc s in — (13)

"ас

Ufo что соответствует выражению (7). Для точки rl в этом случае выражение (8) принимает вид

Ц>-ЧтО (14)

Для точек 3 и р Уравнения (4) и .(8) преобразуются в неравенства вида (90 -lp) -g 4 0;

0, что соответствует выражениям (10).

Устройство работает следующим образом.

Напряжение Ц дс, снимаемое с плеча

3 измерительной цепи 1, смежного и измеряемым комплексным сопротивлением

2, (фиг. 4 о и б, строка ct) подается через согласующее устройство 5 параллельно на входы усилителя-ограничителя 7 с парафаэными выходами и амплитудного преобразователя б. Напряжения Ц и О с формирователей 8 и

9 опорных сигналов (строка с ) подаются на информационные входы ключей 10 и 11 соответственно. B момент поступления сигналов на управляющие входы ключей соответствующих выходов усилителя-ограничителя с парафазными выходами (строки 5 и С ) они открываются и информация с их выходов поступает на вход компаратора 12 (строки d u e ). На другой вход компаратора поступает уровень напряжения 0, сформированный на выходе амплитудного преобразователя б. Компаратор вырабатывает импульсы, длительность которых пропорциональна времени прохбждения синусоиды напряжения с формирователей опорных сигна. лов, 8, 9 соответственно, прошедшего через, каждый иэ ключей и превышающего уровень Ц дсп, (строка f ). Эти импульсы поступают йараллельно на входы блоков уравновешивания 13 и 14.

На вторые входы блоков уравновешивания поступает сигнал с инверсивного выхода усилителя-ограничителя 7 (строка О ). Отсутствие (наличие) импульса на выходе блока уравновешивания 13 (строка Ii ) свидетельствует о недоуравновешивании (переуравновешивании) по реактивной составляющей, а наличие (отсутствие) импульса на выходе блока уравновешивания 14 (строка ф j свидетельствует о недоуравновешивании (переуравновешивании по активной составляющей измеряемого комплексного сопротивления.

Изменение напряжений Ц и 0 производится соответствующей командой через блоки уравновешивания 13 и 14 соответственно. Результаты измерения высвечиваются на цифровых табло блоков индикации 15 и 16.

Данное устройство позволяет уменьшить погрешность от неидентичности каналов измерения при измерении составляющих комплексного сопротивления.

Формула изобретения

Устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления, содержащее измерительную цепь, составленную из последовательно включенных измеряемого комплексного сопротивления и образцового элемента, щ место соединения которых подключено к общей шине, а свободные концы, один из которых примыкает к измеряемому комплексному сопротивлению, а другой — к образцовому элементу, соединены с первым и вторым зажимами генератора синусоидального напряжения соответственно, второй зажим которого через согласующее устройство подсоединен к входу усилителя-ограничителя и через амплитудный преобразователь к одному иэ входов компаратора, выход которого подключен к одному из входов первого блока уравновешивания, информационный выход которого подсоединен к входу первого цифрового индикатора, а управляющий выход — к управляемому входу первого формирователя опорных сигналов, информационный вход которого подсоединен к третьему зажиму генера® тора синусоидального напряжения, второй блок уравновешивания, информационный выход которого соединен с вторым цифровым индикатором, а управляющий выход — с управляемым входом второго формирователя опорных сигналов, информационный вход которого соединен с четвертым зажимом генератора синусоидального напряжения, пятый зажим которого заэемлен, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем уменьшения погрешности от неидентичности каналов, в него введены два ключа, информационные входы которых подключены соответственно к выхо 5 дам первого и второго формирователей опорных сигналов, а выходы - к другому входу компаратора, причем управляемый вход первого ключа подсоединен к прямому выходу усилителя-ограничиgQ теля, инверсивный выход которого подсоединен к управляемому входу второго ключа и к другому входу первого блока уравновешивания, первый и второй входы второго блока уравновешивания подключены соответственно к выходу ком77155S

10 паратора и инверсному выходу усилителя-ограничителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. заявка М 2496698/21, кл. G 01 R 17/10, 17.06.77, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.

771 558

Составитель И. Бахтина

Редактор Т. Юрчикова ТехредА. Щепанская

Корректор A. Гриценко

Подписное

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

Заказ бб87/56 Тираж 1019

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

f13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5