Способ автоматического уравновешиваниянулевых измерительных цепей переменно-го toka

Способ автоматического уравновешиваниянулевых измерительных цепей переменно-го toka

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Рвспублнк

<„, 805185 (61) Дополнительное и авт. свид-ву (22) Заявлено 130279 (21) 2722948/18-21 с присоединением заявки Но (23) При орите т

Опубликовано 15.0281. Бюллетень М. 6

Дата опубликованияописаиия 25. 02. 81

{5ЦМ. Кл.

G 01 R 17/10

Государствеиный вомитет

СССР во делам изобретеиий и открытий (53) УДК 621. 317.

° 733 (088. 8) (72) Автор изобретения

A.Ì.Ïàâëîâ

1; . "Г !

Ордена Ленина институт проблем управления (71) Заявитель (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УРАВНОВЕШИВАНИЯ

НУЛЕВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЦЕПЕИ ПЕРЕМЕННОГО

ТОКА

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к измерению параметров комплексных величин с помощью нулевых (уравновешен- 5 ных) измерительных цепей переменного тока, и может быть применено при .построении цифровых приборов для автоматического измерения, составляющих комплексных сопротивлений, на- )p пряжений и других электрических величин или неэлектрических величин, однозначно связанных с электрическими.

Известны способы уравновешивания нулевых измерительных цепей переменного тока, в которых переключение образцовых элементов уравновешивающих органов производится по знакам сигналов, сформированных двумя фазочувствительными нуль-индикаторами (т.е. на основе анализа фазы сигнала разбаланса мостовой цепи), причем, с целью улучшения сходимости, производится регулировка лишь того параметра, знак отклонения которого от состояния равновесия соответствует знаку сигналов на выходах фазочувствительных нульиндикаторов $1j .

Недостаток способов заключается в том, что они работоспособны при углах паразитных .фазовых сдвигов (т.е. углах между опорными напряжениями фазовых детекторов и линиями уравновешивания), что ограничивает их применение только в тех измерительных цепях,паразитные Фаэовые сдвиги в которых меньше максимально допустимых.

Наиболее близким к предлагаемому является способ автоматического уравновешивания нулевых. измерительных цепей переменного тока, основанный на уравновешивании каждого параметра в соответствий со знаком отклонения его от состояния равновесия.

Согласно этому способу, знак отклонения одного параметра от ссстояния равновесия определяют путем иэменени.". (модуляции) другого параметра с последующим анализом знака разности фаз напряжения разбаланса до и после изменения этого иараметра.

При таком способе на сходимость про-. цесса уравновешивания не влияет постоянный паразитный фазовый сдвиг между линиями уравновешивания и опорным напрялением (2j.

805185 напряжения раэбаланса станет равйым Ц „, а его фаза ь

Ч вЂ” 6%Ь+Л вЂ” + Ч (<) м P„EH+1, где Ч(„.+ паразитный Фазовый сдвиг между Оэп и линией Р=чаг в конце

1-ro такта.

Разлагая (2) в ряд Тейлора и вычитая (1) из (2), получают

-q„ " о + . -ч ., (3)

Я2+ р2 @ hjkq YI1 (О

1 гДв 9 < 9ф (gi При выполнении условия (ьЧ . (+)

И 1+р ш М

1 +

x ée ь щ ., - " ,m в известном знаке дц,((известном направлении регулировки), как видно из (3), по знаку разности фаз на- gp пряжения разбаланса до и после регулировки параметра д можно однозначно определить знак отклонения от состояния равновесия параметра.

Однако если условие (4) нарушается, знак разности фаз Fj+q - 4п будет определяться знаком „„+ „- 4д„ и может не соответствовать знаку р„..

Наверное определение знака р приведет при регулировании его на 1+1-м такте к ложному шагу, что ухудшит схо- о димость процесса уравновешивания.

На фиг. 3 и фиг. 4 показаны сяучаи, когда разным знаком р. соответствует один и тот же знак и одно и то же значение М„+< - 4 и, следовательно, знак +„- Ч. не соответствует знаку р„ . Несоответствие. знака разности фазы напряжения раэбаланса знаку отклонения от равновесия перерегули- 4Q ровавшегося параметра, как видно из (4) может быть, когда отклонение от состояния равновесия перерегулировавшегося параметра сушественно меньше отклонения по рвгулировавшему- .4 ся "параметру.

Как видно иэ фиг. 3 и фиг. 4 абсолютная величина разности фаэ .напряжения разбаланса ьЧ „"(+ - Ч А при 4том близка к нулю (фиг. 3) либо к 18ОО(фиг. 4), причем разность фаэ напряжения раэбаланса, близкая к. нулю, ооответствует случав, когда знак отклонения регулирофавшвгося.параметра после регулировки остался таким же, как до ре- M гулировки (на фиг. 3 g„.+ >О и g > О), .т.е перврегулирования не произошло, в разность фаз сигнала раэбаланса, близкая к 180", соответствует случаю, когда произошло перервгу- у лирование регулировавшегося пара метра, т.е. знак отклонения его от равновесия в конце регулировки противоположен знаку отклонения регулировавшегося параметра до его регулйровки (на Фиг. 4 g„+„(0, à 9„ ) О) °

Следовательно, при разности фаз напряжения раэбаланса, близкой к нулю или 180, точно известен знак регулировавшегося параметра, определяемый абсолютной величиной ьЧ разности фаз напряжения разбаланса до и после регулировки этого параметра, а в остальных случаях точно известен знак перерегулирования.параметра, определяемый знаком разности фаз напряжения разбаланса.

Таким образом, продолжая регулировку регулировавшегося параметра в соответствии с абсолютной величи.ной разности фаз дЧ напряжения раэбаланса, если а близка к нулю или к 180о, или в противном случае, переходя на регулировку второго (не регулировавшегося) параметра, s соответствии со знаком разности фазы можно улучшить сходимость процесса уравновешивания, так как теперь, поскольку всегда используется достоверная информация о знаке отклонения от равновесия одного иэ параметров, исключаются ложные шаги.

Анализ абсадютной величины разности фазы напряжения разбаланса на каждом шаге производится путем сравнения ЬЧ и (180 -аЧ ), с уставкой значение которой выбирается таким образом, чтобы удовлетворялось условием =аЧ„ гдеЮц,„ - максимально воэможйое изменеййе паразит ного Фазового сдвига PH от такта к такту. При выполнении этого условия информация о знаке отклонения от равновесия перерегулировавшегося параметра всегда будет однознач-., но определяться знаком (Ч„ q„-× „ ) °

Максимальное значение разности паразитных фазовых сдвиговаЧ„ в системе ограничено минимальным значением истинной разности фаз напряже.ний раэбаланса ю а + р ш юанях- х а„. гдеЬЧи-„„ „- то минимальное значение истинной разности фаз,напряжения разбаланса, вызванное изменением. параметра на величину шага, при котором должен быть точно определен знак не рвгулировавшегося параметра.

ЗначвниедЧн,„зависит от величины шага (т.е ™. от алгоритма урав-, новешивания) и от диапазона измеряемых параметров, и составляет, например, для уравновешивания по мето° ° взвешивания при р д, „и д ;

-4п и (т.е. при уравновешивании шагами, равными половине максимального возможного на данном ша-, ге отклонения параметра от равновесия) 27 . Следовательно, изменение максимального паразнтного Фазового

)805185

Недостаток способа заключается в том, что на сходимость процесса уравновешивания влияет паразитиый фазовый сдвиг, значение которого меняется в процессе уравновешивания (от такта к такту). Иэ-за.наличия этого сдвига может возникнуть ситуация, когда изменение фазы сигнала разбаланса, вызванное изменением одного параметра и определяющее знак лэ раэбаланса по второму параметру, ока- ()

«ется меньше значения разности параэитных фазовых сдвигов линий урав, новешивания до и после регулировки первого параметра (это может случиться, если разбаланс по параметру, знак которого определяется, существенно меньше разбаланса по параметру, знак которого изменяется).

При этом знак разности фаэ напряже- ния разбаланса до и После регулировки одного паравезтра может оказаться не соответствующим знаку отклонения второго (нерегулируемого) параметра от состояния равновесия. Это приведет к ложному шагу в сторону увеличения разбаланса по этому параметру 25 и, следовательно, ухудшит сходимосТь процесса уравновешивания (при урав,», новешивании методом взвешивания процесс вообще может не сойтись).

Цель лредлагаемого способа - по- З;() лучение достоверной информации о знаке отклонения от равновесия одного

as параметров за счет улучшения сходимости нулевой измерительной цепи переменного тока. 35

Поставленная цела достигается

:тем,- что в способе уравновешивания

:нулевых измерительных цепей переменного тока, основанном на уравновешивании каждого параметра в соответствии со знаком отклонения его ® от состояния равновесия, при этом знак отклонения одного параметра от состояния равновесия определяют путем изменения значения другого параметра с последующим анели . 4$ эом знака разности фаз напряжения раэбаланса до и после изменения этого параметра, выделяют абсолютное значение дЧ разности фаз напряжения разбаланса до и после регулировки .щ одного параметра в направлении уменьшения отклонения его от состояния равновесия, сравнивают выделенное значение разности фаз ЬЧ с уставкой. Ч, равной максимальному зна чению разйости паразитных 4азовйх сдвигов линий Ч уравновешивания до и после регулировки этого параюеатра и, если 64 9> продолжают регулировку того же параметра в том же направлении, если la Ч -181!4, d0

Ч, изменяют направление регули- розки этого же параиетра, а если аЧ>Ч,и(6Ч -180 I> fq регулируют второй параметр, в соответствии со знаком отклонения его от состояния рав- 65 новесия., определяемым по знаку разности .фаз напряжения сигнала раэбаланса до и после регулировки первого параметра.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующая предлагаемый способ; на фиг . 2-4 — векторные диаграммы.

Измерительная цепь 1,, уравновешивается путем поочередной регулировки параметров р и g с помощью уравновешивающих органов 2 и 3 соответственно. Коммутация параметров р и g выполняется уравновешивающими органами

2 н 3 в соответствии с методом уравновешивания (взвешивание, следящее уравновешивание и т.д.) на основании сигналов о знаке раэбаланса по ! соответствующему параметру ноступа-. ,ющих на одни входы органов 2 и 3., . На друл ие входы уравновешивающих ор ганов 2 и 3 по ступают сигналы, за.прещакщие или разрешающие коммутацию соответствующего параметра на данном текате. Напряжение разбаланса поступает на входы блока 4 запоминания фазы, где запоминается фаза до начала коммутации параметра, и один иэ входов блока 5 определения разности фаэ, другой вход которого соединен с выходом блока

4 запоминания фазы. Сигнал, пропорциональный разности фаз напряжения раэбалаиса до и после регулировки параметра, поступает иа вход формирователя б сигналов управления. Выходы формирователя б сигналов управления соединены со входами уравновеаивакщих органов 2 и 3.

Фаза вектора напряжения разбаланса для измерительной цепи с прямы,ми линиями уравновешивания и уравновешиванием по активной (p) и реактивной (g} составляющим в начале

f-ro такта уравновешивания равна

{фиг . 2) .где g ; р. - разбаланс по параметру р и g s начале 1-го такта;

М „. - aayasmmdk 4asomdt сдвиг

1 между вектором опорного напряжения Uð„(например напряжением питания измерительной цепи) и одной из линий уравновешивания (на фиг. 2 линией Рычаг).

Если в начале 1-го такта известен знак отклонения от равновесия параметра g (на фиг. 2 g > 00)), то формирователь сигналов уйравления выдает на выход соответствующий сигнал, одновременно на другом выэоде появляется сигнал, разрешающий регулирование .параметра д.

После регулировки параметра g на величину шага g, д; „-д вектор

805185 с двига линий уравновешивания or такта к такту должно быть меньше

13,5 . Такое изменение легко обеспечивается практически во всех измерительных цепях.

Определение абсолютной величины и знака разности фаэ напряжения разбаланса в блоке 5 определения изменения фазы, который должен выполнять следующие операции: определять значение разности фаз напряжения разбаланса (определять <„ w — <<) выделять знак (Ч м- " ), >>< 180 -ЬМ ), сравнивать b ; и 1180 -6<;) с уставкой Уу, вырабатывать логические curHcLJlbl Х Х Х у Xgl

15 (1, если ЬЧ„ - Чу; (0 в остальных случаях

j1, е л И„+ 80 1 ч 0 в остальйых случаях о 20

1, если Ь „>Ч„1119О -ЬМ. >у иЧ. -Ч.>О

3 0 в остальных случаях, Я

1, если Ь ; > l8o "Ь „ > у .+ - <0

0 в остальных случаях.

Таким образом, блок 5 состоит иэ 25 .схемы вычитания фаз (в аналоговом виде), и логических схем совпадения.

Сигналы знака раэбаланса параметров р и g и разрешения регулиров- ЗО ки по тому или иному параметру р и g вырабатываются формирователем 6 сигналов управления. Формирователь

6 должен представлять собой конечный автомат с входным алфавитом х, х, хз, х4.

Как следует из описания предлагаемого способа, при абсолютном значении разности фаз напряжения разбаланса, меньшем значения уставки, продолжается регулировка того же параметра в том же направлении, т.е. в нанравлении уменьшения разбаланса.

Это означает, что если на всех тактах, кроме первого, знак отклонения от равковесия того или иного парамет45 ра определяется в процессе регулировки, то на первом такте (до начала уравновешивания такта) он должен быть точно известен (хотя бы для одяого из лараметров). Первоначальное 5() определение знака отклонения параметра на первом шаге зависит от алгоритма уравновешивания. При уравновешивании по методу взвешивания знак отклонения обоих параметров до начала реГулировки известен заранее (оба отклонения больше нуля), при следу ющем уравновешивании для определения его могут понадобиться одно или несколько изменения параметров в произвольном направлении.

По сравнению с известными спосо бами предлагаемый позволяет улучшить сходимость процесса уравновешивания нулевой измерительной цепи при наличии изменения паразитных фазовых сдвигов линий уравновешивания в процессе уравновешивания. Отсутствие требований к постоянному паразитному фаэовому сдвигу линий уравновешиваний и пониженные требования к его изменению в процессе уравновешивания позволяют существенно упростить измерительную цепь и использовать ее для измерения параметров комплексных сопротивления в широком непрерывном диапазоне частот.

Формула изобретения

Способ автоматического уравновешивания нулевых измерительных цепей переменного тока, основанный на уравновешивании каждого параметра в соответствии со знаком отклонения его от состояния равновесия, при этом знак отклонения одного параметра от состояния равновесия определяют путем изменения значения другого параметра с последующим анализом знака разности фаз напряжения разбаланса до и после изменения этого параметра, .о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения сходимости процесса уравновешивания, выделяют абсолютное значение

Ь разности фаз напряжения разбаланса до и после регулировки одного параметра в направлении уменьшения отклонения его or состояния равновесия, сравнивают выделенное значение разности фаз ЬЧ с уставкой Ж равной максимальному эначеУ l нию разности параэитных фазовых сдвигов линий уравновешивания до и после регулировки этого параметра и, если Ь t продолжают регулировку того же параметра в том о же направлении, если I ЬЧ -180 1 Чу изменяют направление регулировки этого же - параметра, если ЬЧ > Чу и

)ЬМ -180 I )× ðåãóëèðóþr второй параметр в соответствии со знаком отклонения его от состояния равновесия, определяемым по знаку разности фаз напряжения сигнала разбаланса до и после регулировки первого параметраа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельатво СССР

175125, кл. G 01 R 17/10, 1965.

2. Гриневич Ф.Б. Автоматические мосты переменного тока. СО AH СССР.

Новосибирск, 1964, с. 38-40 (прототип).

>ni

Сост.живитель И.Батина

Редактор М.Недолуженко Техред Н. Граб Корректор Н. Бабинец

Заказ 10872 66 Тираж 743 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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