Компенсационный мост переменноготока

Компенсационный мост переменноготока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сеюэ Советских

Соцмаанстичеавнк

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

<ц824065 (6! ) Дополнительное к авт. саид-ву (з1) м. к,.з (22) Заявлено 31.05.79 (21) 2786094/18-21

G 01 R 17/10 с присоедимеиием заявки Ио (23) Приоритет 1

Государственный квинтет

СС С P но делам нзобретеннй н открытнй

Опубликовано 23,0481. Бюллетень й9 15 (53) УДК 821.з17. узз (088.8) Дата опубликования описания 2З ° 04. 81 о

Л.А. Бугреева, В.А. Волков, A.Ô. Прокунцев, Г.И. Шаронов и Е.М. Шуваев (72) Авторы изобретения

САЦИОННЫЙ МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

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

Иавестно устройство, содержащее генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, вершина измерительной диагонали которой, примыкающая к измеряемому комплексному 10 сопротивлению, через первое согласующее устройство подсоединена ко входу фазосдвигающего устройства и к первому входу разностной схемы, вторая вершина измерительной диагонали соединена с общей шиной, вершина диагонали питания, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, соединена с первым входом второго согласующего устройства, вто- 20 рой вход которого подключен ко второй вершине диагонали питания, выход фазосдвигающего устройства через усилитель-ограничитель подключен к од.ному иэ входов- элемента Запрет, 25 выход которого через блок уравновешивания подсоединен ко входу индикатора, выход второго согласующего устройства подключен ко второму входу раэностной схемы, выход которой 30 через формирователь импульсов подсоединен ко второму входу элемента

Запрет (13;

Недостатком данного устройства является узкий диапазон измерения составляющей комплексного сопротивления, обусловленный тем, что в качестве уравновешивающего элемента используется образцовый элемент,расположенный в ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление..

Известен компенсационный мост переменного тока, содержащий гене-. ратор синусоидального напряжения, выход которого подсоединен к первич-. ной обмотке трансформатора питания, мостовую измерительную цепь, одна ветвь которой составлена из последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления и образцового элемента, однородного измеряемой составляющей комплексного сопротивления, а вторая-из последовательно включенных образцовых элементов: одного, однородного измеряемой составляющей комплексного сопротивления, а другого, однородного по характеру неизмеряемой составляю- щей комплексного сопротивления, при« чем оба образцовых элемента, одно824065 родных измеряемой составляющей комп. лексного сопротивления, включенные в смежные плечи ветвей мостовой измерительной цепи, соединены между собой и подключены 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 укаэанной вторичной об- 0, мотки трансформатора питания и ко второму входу упомянутого согласующего устройства, вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, через второе согласующее устройство подсоединена к первым входам формирователя импульсов, первого и второго фазовремениых преобразователей, вторая вершина измерительной диагонали соединена с общей шиной, выход первого согласующего устройства подключен ко вторым входам формирователя импульсов, первого и второго фазовременных преобразователей, выход формирователя им- 25 пульсов подсоединен к инверсному входу первого элемента Запрет и к прямому входу второго элемента Запрет, выходы первого и второго фазовременных преобразователей подсоеди- щ нены соответственно к прямому входу первого элемента Запрет и к инверсному входу второго элемента Запрет выходы первого и второго элементов

Запрет подключены соответственно к первому и второму входам элемента

ИЛИ, выход которого через блок уравновешивания подсоединен ко входу блока индикации f2). недостатком известного устройства является невысокая точность иэмере- 4О ння измеряемой составляющей комплексного сопротивления, обусловленная тем, чта отсчет составляющей производится в момент квазиравновесия. А полного равновесия мостовой измеря- я тельной цепи с помощью известного устройства достичь можно лишь йри дополнительном введении второго канала уравновешивания.

Цель изобретения - повыщеиие точ- яО ности измерения одной из составляющих комплексного сопротивления.

Указанная цель достигается тем, что в известный компенсационный мост переменного тока, содержащий четыре согласующих устройства, генератор синусоидального напряжения, выход которого подсоединен к первичной обмотке параметрического трансформатора, мостовую измерительную цепь, одна ветвь которой составлена иэ последо- 60 вательно соединенных измеряемого комплексного сопротивлении и образцового элемента, однородного одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления, а вторая ветвь составлена иэ последовательно включенных образцовых элементов, один из которых однороден одной составляющей измеряемого комплексного сопротивле- ния, а второй — другой его составля ащей, причем оба образцовых элемента, однородные одной и той же составляющей измеряемого комплексного сопротивления, расположенные в разных ветвях мостовой измерительной цепи, соединены между собой и образуют одну иэ вершин диагоналей питания ветвей, которая подключена к началу первичной обмотки параметрического трансформатора, ко входу первого согласующего устройства, к первому входу второго согласующего устройства и ко второму входу четвертого согласующего устройства, вторая вершина, диагонали питания ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, подключена к концу первичной обмотки параметрического трансформатора и ко второму входу второго согласующего устройства, вторая вершина диагонали питания ветви, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления, подсоединена к началу вторичной коммутируемой обмотки параметрического трансформатора, расположенной на керне, повернутом на 90 относительно керна, на котором расположена первичная обмотка параметрического трансформатора, вершина измерительной диагонали, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена ко входу третьего согласующего устройства и к первому входу четвертого согласующего устройства, вторая вершина измерительной диагонали Соединена с общей шиной, выходы первого и второго согласующих устройств подсоединены соответственно к первому и второму входам первого фазовременного преобразователя, выход которого подсоединен к первому входу интегратора, выход четвертого согласующего устройства подключен ко второму входу второго фаэовременного преобразователя,выход которого подсоединен ко второму входу интегратора, выход которого через второй блок уравновешивания подключен ко входу второго блока индикации, выход первого блока уравновешивания подсоединен к первому входу первого блока индикации, введены блок управления иивертором и управляемый инвертор, причем выход третьего согласующего устройства подсоединен к первому входу блока управления инвертором и к информационному входу управляемого иивертора, выход которого подключен к первому входу второго фаэовременного преобразователя, выход четвертого согласующего . устройства подсоединен ко второму входу блока управления инвертором, выход которого подключен к управляемому входу управ824065

60

65, ляемого инвертора и ко входу первого блока уравновешивания, выход второго блока уравновешивания подключен ко второму входу первого блока индикации, начало первичной обмотки парамет,рического трансформатора подсоединено к концу вторичной коммутируемой обмот-5 ки параметрического трансформатора.

Принципиальное отличие предлагаемого компенсационного моста пере- . менного тока от известных .заключается в том, что введение новых блоков и связей позволяет производить отсчет одной иэ состав-. ляющих измеряемого комплексного сопротивления при достижении состояния п«;)лного равновесия компенсационно- мостовой измерительной цепи без дополнительного введения второго канала формирования регулирующих воздействий, благодаря чему значительно повы- 20 шается точность измерения этой составляющей.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2, 3, 4 и 5 — топографические ди- 5 аграммы процесса уравновешивания.мостовой измерительной цепи по активной составляющей измеряемого комплекса сопротивления; на фиг.б, 7, 8 и 9 - временные диаграммы, поясняющие работу канала уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления.

Устройство содержит мостовую измерительную цепь 1, включающую измеряемое комплексное сопротивление

2 и 3 (R<, С„), образцовый элемент 4, служащий для выбора пределов (й ), образцовый коммутируемый элемент 5, служащий для уравновешивания мостовой измерительной цепи по реактив-. 40 иой составляющей (R<), образцовый элемент б (Са ), параметрический трансформатор 7; первичную обмотку 8 (W ), вторичную коммутируемую обмотку 9 (14 ), расположенную. на керне, 45 псвернутом на + 90 относительно керна, на котором расположена первичная обмотка, генератор 10 сннусоидального напряжения, согласующие устройства 11, 12, 13 и 14, блок 15 управления инвертором, управляемый инвертор 16, фаэовремениые преобразователи 17 и 18, интегратор 19, блоки 20 и 21 уравновешивания, блоки 22 и 23 индикации.

На фиг. 2,3,4,5 обозначено:

c d - -потенциальные точки, соответствующие вершинам измерительной диагонали; аЬ - напряжение питания ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление;

af -,а)апряжеиие питания ветви, . не содержащей измеряемого комплексного сопротивления;

cd — напряжение небаланса компенсационно-мостовой измерительной цепи;

ad — напряжение, снимаемое с плеча компенсационно-мостовой измерительной цепи, содержащей регулируемый образцовый элемент 5 (R>); са - напряжение, снимаемое с пле)ча компенсационно-мостовой измерительной цепи, содержащей. образцовый элемент, служащий для выбора пределов;

V — фазовый сдвиг,. образованный векторами падения напряжения ad относительно напряжения питания ib

) фазовый сдвиг, образованный . векторами напряжения небаланса cd относительно напряжения питания аЬ; — фазовый сдвиг, образован.ный векторами инвертированного напряжения небаланса cd относительно падения напряжения са.

Процесс уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи по реактивной (активной) составляющей измеряемого комплексного сопротивления осуществляют эа счет изменения напряжения питания ветви, не содержащей измеряемое комплексное сопротивление, путем коммутации витков вторичной обмотки И, располо-, женной на керне, повернутом на + 90 о относительно керна, на котором расположена первичная обмотка W

Компенсационно-мостовая измерительная цепь 1 (фиг.1) находится в состоянии квазиравновесия по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления, если потенциальные точки с и d, соответствующие вершинам измерительной диагонали, расположены на одной окружности у с (5 ) (фиг.2,3,4 и 5).

Информацию, необходимую для коммутации параметра, уравновешивающего мостовую измерительную цепь по реактивной составляющей, получают путем сравнения угла V с углом « или L),ïðè÷åì угол V сравнивается с углом Ч, если «Р < 180. ), если же

«Р > 180, то угол V сравнивается с углом

Это дает возможность точно определить, в какой из четырех зон круговой диаграммы (фиг.2) находится потенциальная точка с при расположении потенциальной точки d внутри «)(„,„„Из анализа круговой диаграммы видно, что в случае, когда потенциальная точка с находится в 1-й зоне, угол

К с 180 и Ч (9, во 2-й зоне угол

Ч > 180 и V > )t, (фиг.3).B 3-ей зоне угол p < 180 и V > f в 4-й зоне угол М > 180 и V a g (фиг.4). Когда потенциальная точка «1 находится вне зоны окружности З (фиг.5), эон возможного местоположения точки ста:новится три: 1-я, 2-я и 4-я. Соотношения углов V, ««) и(, в этих зонах сохраняются.

824065

Регулировкой переменного параметра 5 (R ) добиваются момента полного равновеси (компенсационно-мостовой измерительной цепи. Этот процесс на топографической диаграмме (фиг.3 и

4) представляет собой перемещение точки с по окружности 3" ((* ) до пересечения с линией вектора а6 . В случае, когда потенциальная точка с лежит на линии вектора ad, выполня« ется равенство Ч = 180((). Если потенциальная точка с расположейа вы(О ше линии векто )а ad, угол ф. < 180

При, расположении потенциальной точки с ниже линии вектора ad угол

if > 180с .

Отсчет составляющих измеряемого комплексного сопротивления производят в момент полного равновесия компенсационно-мостовой измерительной .цепи.

Отсчет реактивной составляющей. 0 измеряемого комплексного сопротивления можно получить следующим образом.

Известно, что в момент полного равновесия компенсационно-мостовой измерительной цепи радиусы окружностей уравновешивания потенциальных .точек с и d равны

КВ = й

В свою очередь (2) с 2у

3S (3) )) Д )Ъс(Приравняв выражения (2). и (3), получают .

40 — — )

ЧаЬ *e.(+8+ A8). аУ al

Выразив отношение через соотМЬ

Чюу ношения витков, имеют 45

w1 М(*4+))»), (5) с %f d. д. 8 или при (Ь = 0

0"с ® с )Ч 50

Из выражения (6) определяют значение

С„

04

1 M (7)

4 Ю К

Отсчет активной составляющей измеряемого комплексного сопротивления также можно получить в момент полного равновесия.

При этом (8) Rg * Ryg

" lf»»»» „))ае»» (9)

1(» +(\ 2 (Д,65 в

Выразив Чс и Ч через Ы„ и g, получаем 4 % 4с — -»» («) ,Тогда

Rg, R„»»M -„C R - В . (11)

2 4 э

Работа компенсационного моста переменного тока сводится к установлению состояния полного равновесия комненсационно-мостовой измеритель.ной цепи, которое достигается двумя каналами уравновешивания.

Общим для обоих каналов формкрования регулирующих воздействий является тракт, состоящий из согласующих устройств 13 и 14 блока 15 управления инвертором.

Тракт, состоящий иэ блока 15 уп равления инвертором, управляемого инвертора 16, фазовременных преобразователей 17 и 18, интегратора 19 и блока 21 уравновешивания, является каналом уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления.

Работа канала осуществляется следующим образом.

На первый вход фазовременного преобразователя (ФВП) 17 через согласующее Устроиство (СУ) 11 подается напряжение U л, а на второй вход

ФВП 17 поступает напряжение U через СУ 12. На второй вход ФВП 18 через СУ 14 поступает напряжение

О„д, а на первый вход ФВП 18 подается напряжение U сд с Су 13 через управляемый инвертор (УИ) 16. УИ

16 управляется сигналами с блока управления инвертором (БУ) 15, который осуществляет сравнение фазового угла с углом, равным 180 . В том случае, когда угол Ч с 180", через

УИ 16 проходит сигнал Ucä. Если же угол Ч > 180о, то УИ 16 инвертирует

0©, и на первый вход ФВП 18 подается напряжение Одс. Фозовременные преобразователи 17 и 18 вырабатывают импульсы одинаковой амплитуды (фиг. 6,7,8 и 9; строки d и с),длительность которых соответствует фаэовым сдвигам между напряжениями, поступающими на их входы. На выходе

ФВП 17 вырабатывается импульс длительностью, соответствующей фазовому углу Ч (фиг. 6,7,8 и 9; строка е).

Яа выходе ФВП 18 вырабатывается импульс, соответствующий по длительности либо углу М (если М < 180 ), либо углу ((. (если М > 180 ) (фиг.6, 7,8 и 9; строка д).

Импульсы с выходов ФВП 17 и ФВП 18 поступают на вход интегратора 19, который сравнивает углы V иH, 9 (если ф а 180, что соответствует распоО ложению потенциальной точки с в 1-й или 3-й зоне круговой диаграммы фиг.3 и фиг.4), или углы Ч и

824065

10 (12) О, или (У = 180 ° (13)

Если точка с расположена выше линии ad, равенства (12) и (13) превращаются в неравенства (14) (15.) Ч) О, Ч (180

В случае расположения точки с ниже линии ad равенства (12) и (13) перейдут в неравенства 55

Ч>0, М> 180

В момент полного равновесия компенсациоиио-мостовой измерительной цепи производят отсчет по реактивной и активной составляющим измеряемого комплексного сопротивления.

65 (если <) ) 180, т.е. потенциальная точка с находится во 2-й или 4-й зо нах круговой диаграммы фиг. 3 и 4).

Полярность сигнала на выходе интегратора 19 зависит от соотношения фазовых углов Ч и Ч или V и . .. Сигнал на выходе интегратора 19 будет положительной полярности, если

Ч ), М или Ч ) g, (фиг. 7 и 8;строка Г), и отрицательной полярности, если .Ч<9 или V

Сигнал с выхода интегратора 19 управляет работой блока 21 уравновешивания. !

Блокируя (сбрасывая) все изменения регулируемого элемента коммутируемой обмотки 9 Н (фиг.1), уравновешивав- 45 щего компенсационно-мостовую изме- рительную цепь по реактивной (активной) составляющей, приводящие к .отрицательной полярности сигнала на выходе интегратора 19, и,сбрасывая 20 (блокируя) все изменения, приводящие к положительной полярности сигнала на выходе интегратора 19, производят уравновешивание по реактивной (активной) составляющей измеряемого

25 комплексного сопротивления.

Одновременно с уравновешиванием пэ реактивной (активной) составляющей происходит уравновешивание по активной (реактивной) составляющей измеряемого комплексного сопротивления. Каналом уравновешивания по активной (реактивной) составляющей является тракт, содержащий согласующие устройства 13 и 14, блок 15. управления инвертором, блок 20 уравновешивания.

-Работа этой части блок-схемы сводится к выведению точек с и d (фиг.2) на одну прямую ад. Б этом случае выполняется равенство 40

Использование предлагаемого компенсационного моста переменного тока обеспечивает по сравнению с существующими компенсационными мостами более высокую точность измерения составляющих измеряемого комплексного сопротивления. формула изобретения

Компенсационный мост переменного тока, содержащий четыре согласующих устройства, генератор сннусоидального напряжения, выход которого подсоединен к первичной обмотке параметрического трансформатора, мостовую измерительную цепь, одна ветвь которой составлена из последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления и образцового элемента., однородного одной иэ составляющих измеряемого комплексного сопротивления, а вторая ветвь составлена из последовательно включенных образцовых элементов, один из которых однороден одной состарляющей измеряемого комплексного сопротивления, а второй другой его составляющей, оба образцовых элемента, однородные одной я той же составляющей измеряемого комплексного сопротивления, расположенные в разных ветвях мостовой измерительной цепи, соединены между собой н образуют одну иэ вершин диагоналей питания ветвей, которая подключена к началу первичной обмотки параметрического трансформатора, ко входу первого согласующего устройства, к первому входу второго согласующего устройства и ко второму входу четвертого согласующего устройства, вторая вершина диагонали питания вет- . ви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, подключена к концу первичной обмотки параметрического трансформатора и ко .второму входу второго согласующего устройства, вторая вершина диагонали питания . ветви, не содержащей измеряемого компле1.сного сопротивления, подсое- динена к началу вторичной коммутируемой обмотки параметрического трансформатора, расположенной на керне, повернутом на + 90О относительно керна, на котором расположена первичная обмотка параметрического трансформатора, вершина измерительной диагонали, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена ко входу третьего согласующего устройства и к первому входу четвертого согласующего устройства, вторая вершина измерительной диагонали соединена с общей шиной, выходы первого и второго согласующих устройств подсоединены соответствен-. но к первому и второму входам первого фазовременного преобразователя

824065

12 фиг.1 выход которого подсоединен к первому входу интегратора, выход четвертого согласующего устройства подключен ко второму входу второго Фазовременного преобразователя, выход которого подсоединен ко второму входу интегратора, выход которого через второй блок уравновешивания подключен ко входу второго блока индикации, выход пер.вого блока уравновешивания подсоединен к первому входу первого блока индикации, о т л и ч а ю щ и и с -я 1О тем, что, с целью повюения точности измерения одной из составляющих комплексного сопротивления, в него введены блок управления иивертором и управляемый инвертор, причем выход 15 третьего согласукаИго устройства подсоединен к первому входу блока управления инвертором и к информационному входу управляемого йивертора, Г

Ф выход которого подключен к первому входу второго Фаэов еменного преобразователя, выход четвертого согласующего устройства подсоединен ко второму входу блока управления инвертором, выход которого подключен к управляемому входу управляемого инвертора и ко входу первого блока уравновешивания, выход второго блока уравновешивания подключен ко второму входу первого блока индикации, начало первичной обмотки параметрического трансформатора соединено с концом вторичной коммутируемой обмотки параметрического трансформатора.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 391285, кл. G 01 R 17/10, 16.01.73.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2385167/18-21, 15.08.76.

Составиуель И. Бахтина

Редактор В. Данко Техред Н.Майорош Корректор Г. Назарова

Заказ 2100/64 Тираж 7.32 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,.335, Раушская наб., д. 4/5

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