Фазовый способ уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи

Фазовый способ уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИ Е

ИЗОВРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ iii 943587 (61) Дополнительное к авт. сввп-ву (22) Заявлено 171279 (21) 2857799/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (51)М. Кл.

G 01 В 17/10 (ааударствееый кюквтет

СССР во делам нэвбретений и вткрытий

Опубликовано 15. 07.82.Бюллетень № 26 (53) УДК621.317.

° 733(O88.8) Дата опубликования описания 1 5. 07. 82 (72) Авторы изобретения

Л.А.Бугреева, В.A.Âoëêoâ, А.Ф.Прокунцев и Г.И.Шаронов (7I) Заявитель (54) ФАЗОВЫЙ СПОСОБ УРАВНОВЕШИВАНИЯ

КОМПЕНСАЦИОННО-МОСТОВОЙ

ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ

Изобретение относится к электроиэмерительной технике и предназначено для измерения составляющих комплексного сопротивления с помощью мостов переменного тока.

Известен способ формирования регу- 5 пирующих воздействий для уравновешивания цифровых мостов переменного тока по составляющим измеряемого комплексного сопротивления ° Регулирующие воздействия для уравновешивания мостовой измерительной цепи по составляющей, однородной образцовому элементу, расположенному в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление (тангенсу угла потерь), формируют по результатам сравнения двух сигналов, один из которых пропорционален временному интервалу, начало которого совпадаго ет с точкой перехода через нулевой уровень напряжения, снимаемого с измеряемого комплексного сопротивления, а конец - с ближайшей точкой перехо-

2 да через нулевой уровень напряжения, снимаемого с образцового элементы, расположенного в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление. Второй сигнал пропорционален временному интервалу, начало ко" торого совпадает с точкой перехода через нулевой уровень напряжения, снимаемого с плеча, расположенного в ветви, не содержащей измеряемое комплексное сопротивление, и примыкающего к измеряемому комплексному сопротивлению, а конец — с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень напряжения, снимаемого с образцового элемента, расположенного в плече, не примыкающем к измеряемому комплексному сопротивлению (1).

Недостаток известного способанизкая точность измерения составляющей измеряемого комплексного сопротивления, однородной образцовому элементу, обусловленная незначительными изменениями сравниваемых углов

94358 даже при изменениях в широких пределах напряжений, снимаемых с ИИЦ.

Кроме того, способ предполагает шунтирование всех плеч НИЦ, Известен фазовый способ формирования регулирующих воздействий для достижения состояния квазиравновесия по составляющей однородной образцовому элементу, расположенному в ветви, содержащей измеряемое комплекс- о ное сопротивление, обладающий более высокой точностью н основанный на сравнении сигналов, один из которых пропорционален временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода через нулевой уровень напряжения небаланса, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень напряжения, снимаемого с образцового элемента, расположенного в плече, противоположном плечу, содержащему измеряемое комплексное сопротивление при последовательной схеме замещения последнеА второй сигнал пропорционален увеличенному на / временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода через нулевой уровень напряжения, снимаемого с образцового элемента, расположенного в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень напряжения питания ИИЦ.

Третий сигнал пропорционален второ" му сигналу, увеличенному на «180.

+ о 35

Регулирующее воздействие для уравновешивания по составляющей, неоднородной образцовому элементу, измеря" емого комплексного сопротивления, фор.

40 мируют по результатам сравнения трех сигналов, один из которых про" порционален временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода. через нулевой уровень напряжения, снимаемого с образцового

45 элемента, включенного в плечо ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень напряжения питания ИИЦ, 5О второй сигнал пропорционален временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода через нулевой уровень напряжения небаланса, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень напряжения, снимаемого с образцового элемента, расположенного в плече, I

7 4 противоположном плечу, содержащему . измеряемое комплексное сопротивление. Третий сигнал пропорционален увеличенному на — 1800 интервалу вто рого сигнала (2).

Недостатком известного способа является низкая точность, обусловленная необходимостью формирования двух сигналов, увеличенных на Й И- и

3й/2, и кроме того, для получения однозначной информации о направлении изменения регулируемого параметра необходимо решить систему из двух уравнений, а для получения высокой точности необходимо уравновесить НИЦ по измеряемой составляющей, т.е.вновь решить систему из двух уравнений, что существенно усложняет реализацию .известного способа.

Цель изобретения - повышение точности измерения составляющей измеряемого комплексного сопротивления, однородной образцовому элементу.

Указанная цель достигается тем, что в фазовом способе формирования регулирующих воздействий, заключающемся в сравнении сигналов, пропорциональных временным интервалам,на" чало одного из которых совпадает с точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус напряжения небаланса, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус> напряжения, снимаемого с образцового элемента, включенного в плечо, противоположное плечу, содержащему измеряемое комплексное сопротивление, начало второго временного интервала совпадает с точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения, снимаемого с образцового элемента, расположенного в плече ветви, содержа" щей измеряемое комплексное сопротивление, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус напряжения, снимаемого с диагонали питания одной из ветвей, формируют третий сигнал, пропорциональный временному интервалу, начало ко" торого совпадает с точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения, снимаемого с образцового элемента, расположенного в плече, противоположном плечу, содержащему измеряемое

943587

55 комплексное сопротивление, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения, снимаемого с диагонали питания одной из ветвей, формируют четвертый сигнал, пропорциональный временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода через .нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения,,снимаемого с образцового элемента, расположенного в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень с плю са на минус (с минуса на плюс)напряжения небаланса, формируют пятый сигнал, пропорциональный временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (c плюса на минус) напряжения небаланса, а конец совпадает с ближайшей точкой, перехода через нулевой уровень с плюса на минус (с минуса на плюс) напряжения небаланса, формируют шестой сигнал, пропорциональный разности первого сигнала со вторым, третьим и четвертым сигналами, формируют седьмой сигнал, пропорциональный разности пятого и четвертого сигналов, по знаку шестого сигнала формируют регулирующее воздействие для уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи по составляющей, однородной образцовому элементу, расположенному в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, а регулирующее воздействие для приведения компенса- ционно-мостовой измерительной цепи в состоянии полного равновесия формируют по знаку седьмого сигнала.

Принципиальное отличие предлагаемого фазового способа формирования регулирующих воздействий для уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи заключается в том, что он позволяет вдвое повысить точность измерения составляющей, однородной образцовому элементу, за счет изменения сравниваемых углов в противоположные стороны в процессе уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи.

А для приведения компенсационно-мостовой измерительной цепи в состояние полного равновесия нет необхо6 димост и дополнит ель но формировать регулирующее воздействие по неизмеряемой составляющей комплексного сопротивления.

На фиг. 1 представлена компенсационно-мостовая измерительная цепь; на фиг. 2 - 4 - типографические диаграммы процесса уравновешивания компенсационно-мостовой измерительI0 ной цепи; на фиг. 5 - блок-схема устройства, оеализующего предлагаемый способ.

Приняты следующие обозначения: компенсационно-мостовая измерительI5 ная цепь 1, измеряемое комплексное сопротивление 2 (R<); 3 (С ), нере" гулируемый образцовый элемент 4 (R<), регулируемый образцовый элемент 5> служащий для приведения компенсацмон20 но-мостовой измерительной .цепи в состояние полного равновесия (R ), нерегулируемый элемент 6 (C ), трансформатор 7 питания, первичная обмотка 8 трансформатора питания с чис25 лом витков W вторичная некоммутируемая обмотка 9 трансформатора питания с числом витков Я:, вторичная коммутируемая обмотка 10 трансформатора питания с числом витков W

30 генератор ll синусоидального напря" кения, 12 и 13 - потенциальные точки вершины измерительной диагонали компенсационно-мостовой измерительной цепи, а, f - напряжение питания ветви 14, 15 компенсационно-мостовой

35 измерительной цепи, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, а b - напряжение питания ветви 14,16 кампенсационно-мостовой измерительной цепи, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления, с д - напряжение небаланса компенсационномостовой измерительной цепи, а снапряжение, снимаемое с плеча 14,12

45 компенсационно-мостовой измерительной цепи, в которое включен образцовый нерегулируемый элемент (R ), ad - напряжение, снимаемое с плеча

14,13 компенсационно-мостовой измерительной цепи, в которое включен

50 регулируемый элемент (R ), 1,2,3,4 зоны возможного местонахождения потенциальной -,î÷êè d в процессе уравновешивания, Ч вЂ” фазовый сдвиг вектора напряжения небаланса cd относительно вектора напряжения ad, Vфазовый сдвиг вектора напряжения ас относительно вектора напряжения пи-, тания аЬ, Ж - фазовый сдвиг вектора г- Ч -о - г = 0; -Ч = 0 (2) Чаа- ОСе гс 2 Г с +Р Г (3) (4) или

1 94358 н;п ря:кения ад относительно вектора н 1Г1онжения питания аЬ 1 фазовый

< лвиг инвертированного вектора наполжения относительно вЕктора на" пряжения небаланса сд. 5

Процесс уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной схемы по составляющей измеряемого комплексного сопротивления, однородной образцовому элементу, осуществляется эа счет изменения напряжения питания ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, путем коммутации витков вторичной обмотки трансформатора питания компенсационно-мостовой измерительной цепи.

Момент квазиравновесия компенсационно-мостовой измерительной цепи по измеряемой составляющей фиксируется при расположении точек с и d 20 на одной окружности . Состояние полного равновесия можно достичь регулировкой переменных параметров

5 или 6 (В или С4) (фиг.1).

При одновременном изменении урав- 25 новешивающих элементов потенциальная точка d может находиться в любом месте круговой диаграммы (фиг.3 и 4), Вся площадь круговой диаграммы разбита на четыре эоны, которые зо образованы линией переключения, совпадающей с вектором напряжения Ч и окружностью квазиравновесия у проходящей через точку С, при уравновешивании по однородной составляющей измеряемого комплексного сопротивления.

Из анализа круговой диаграммы (фиг, 3 1 видно, что границы каждой зоны определяются конкретными соотношениями фазовых углов (ф - Ч) и (d + Ч ). При уравновешивании по составляющей измеряемого комплексно" го сопротивления, однородной образцовому элементу, происходит сравнение фазового угла (г - Ч) с фазовым углом (X+ т), В первой и третьей зонах круговой диаграммы (фиг. 3 и 4) фазовый угол (y - V) меньше фазового угла (М+ Ч ) ..Во второй и четвертой зонах - угол (g - Ч) больше угла (Ж+Ч ). С целью исключения неоднозначности информации одновременно со сравн" нием фазовых углов (г- V) и (Ж + ) производят сравнение угла

И

1, с фаэовым углом Ч . В первой и четвертой зонах угол Я меньше фазового угла 4 а во второй и третьей зонах угол Т< больше Фазового угла у 8

Ч . При достижении состояния квазиравновесия по составляющей, однородной образцовоМу элементу, наступает р-.âåíñòâî углов (tP - V)и (3E + ), а в момент выделения точек с и d на ли:-нию переключения — и равенство углов 1Г и 9 . Полное равновесие достигается при выполнении обоих равенств

Отсчет составляющих измеряемого комплексного сопротивления можно получить следующим образом. Известно, что где Й и R - радиусы окружностей цс уравновешивания.

В момент полного равновесия

"Ус= -а. (5)

Приравнивая равенства (3) и (4) и учитывая, что = О, получаем = с

Vat

И

Таким образом, зная значение —

W и R, можно определить значение синфазной составляющей измеряемого комплексного сопротивления (7) Блок-схема устройства, реализую" щего предлагаемый способ (фиг. 5), содержит компенсационно-мостовую измерительную цепь 1, у которой измеряемое комплексное сопротивление

2(R<), 3(С,1) образцовый элемент 4, служащий для выбора предела измерения (R ), образцовый регулирующий элемент 5 (R>), образцовый нерегулирующий элемент 6 (Сд), трансформатор 7 питания, первичная обмотка

8 трансформатора питания компенсационно-мостовой измерительной цепи (WO) вторичная некоммутируемая обмотка 9 (Wg) вторичная коммутируемая обмотка 10 (W<) трансформатора питания, генератор 11 синусоидами -,ного

Формула изобретения фазовый способ уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи, заключающийся в сравнении сигналов, пропорциональных временным интервалам, начало одного из которых совпадает с точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (c плюса на минус) напряжения небаланса, а конец совпадает с ближайшей точкой

9 9" 35 напряжения, согласующие блоки 12-15, .Фазовременный преобразователь 16, блок 17 управления, преобразователи

18-20,блок 21 разности, анализатор 22 зон, блоки 23 и 24 уравновешивания, s блок 25 индикации, и ричем и е рва я вершина измерительной диагонали, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена ко входу согласующего блока 13 и ко вто- 1в рому входу согласующего блока 14, вторая вершина измерительной диагонали соединена с общей шиной, первая вершина диагонали питания ветви, не содержащей измеряемого комплексного 15 сопротивления, соединена с началом вторичной некоммутирующей обмотки 9

Ь6,), подключена ко входу согласующего устройства 12 и к первым входам согласующих блоков 14 и 15. Вторая . и вершина диагонали питания ветви, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления, подсоединена к концу вторичной некоммутирующей обмотки 9, к началу вторичной коммутирующей об- 2s мотки 10 и ко второму входу согласующего блока 15. Выход согласующего блока 12 подключен к первым входам фаэовременного преобразователя

16, 20 и блока управления 17. Выход зо согласующего блока 13 подсоединен ко вторым входам фазовременного преобразователя 16 и блока 17 управления и к первому входу фазовременного преобразователя 1ФВП) 19. Выход согласующего блока 14 подключен к первому входу ФВП 18 и ко второму входу ФВП 19. Выход согласующего блока 15 подключен ко вторым входам ФВП

18 и ФВП 20. Выходы ФВП 16 и ФВП 18, 4О

ФВП 19 и ФВП 20 подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам блока разности, выход которого подключен ко второму входу анализатора 22 зон, первый вход 4 которого подсоединен к выходу блока

17 управления, и ко входу блока 23 уравновешивания, выход анализатора

22 зон через блок 24 уравновешивания подсоединен ко входу блока

25 индикации.

Цифровой мост .переменного тока работает следующим образом.

Напряжение Ч и V, снимаемые с компенсационно-мостовой измерительной цепи, через согласующие блоки 12 и 13 соответственно поступают на первый и второй входы фаэовременного преобразователя 16, 87 10 на выходе которого формируется временной интервал, пропорциональный фаэовому сдвигу Ч, поступающий на первый вход блока 21 разности, на .второй вход которого подается сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу Ч, поступающий с фазовременного преобразователя 18, на входы которого подаются напряжения Ч и

Чо,снимаемые с компенсационно-мостовой измерительной цепи через согласующие блоки 14 и 15. Одновременно напряжения Vcaи qc подаются на входы ФВП 19, формирующего временной интервал, пропорциональный фазовому сдвигу, а напряжение Ч< д и Ч поступают на входы ФВП 20, формирующего временной интервал, пропорциональный фазовому сдвигу Ж . Сигналы с выходов ФВП 19 и ФВП 20 поступают соответственно на третий и четвертый входы блока 21 разности, формирующего временной интервал, пропорциональный разности фазовых сдвигов

f - V -Ж - т, поступающий на второй вход анализатора 22 эон, на управляемый вход которого и на вход блока

23 уравновешивания подается управляющий сигнал с блока 17 управления, который производит анализ, превышает или не превышает угол 4р 180 . Выходной сигнал анализатора зон управляет работой блока 24 уравновешивания, который производит коммутацию витков вторичной обмотки 1О. Блок 23 уравновешивания осуществляет регулировку параметра 5.

Таким образом, использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с известными способами повышение точности измерения составляющей измеряемого комплексного сопротивления, однородной образцовому элементу, что особенно важно при разработке устройств контроля параметров технологических процессов в АСУТП, ll 9

i ерехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус ) напряжения, снимаемого с образцового элемента, включенного в плечо, противоположное плечу, содержащему измеряемое комплексное сопротивление, начало второго временного интервала совпадает с точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус ) напряжения, снимаемого с образцового элемента, распэложенного в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень с минуса на. плюс (с плюса на минус) напряжения, снимаемого с диагонали питания одной из ветвей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, синфазной составляющей измеряемого комплексного сопротивления формируют третий сигнал, пропорциональный временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения, снимаемого с образцового элемента, расположенного в плече, противоположном плечу, содержащему измеряемое комплексное сопротивление, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус ) напряжения, снимаемого с диагонали питания одной из ветвей, формируют четвертый сигнал, пропорциональный временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода через нулевой уро3587 12 вень с минуса на плюс (с плюса на минус ) напряжения, снимаемого с образцового элемента, расположенного в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень с плюса на минус (с минуса на плюс)напряжения небаланса, формируют пятый сигнал, 10 пропорциональный временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения небаланса, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень с плюса на минус (с минуса на плюс ) напряжения небаланса, формируют шестой сигнал, пропорциональный разности первого щ сигнала со вторым, третьим и четвертым сигналами, формируют седьмой сигнал, пропорциональный разности пятого и четвертого сигналов, по знаку шестого сигнала формируют регули25 рующее воздействие для уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи по синфазной составляющей измеряемого комплексного сопротивления,а регулирующее воздействие зв для приведения мостовой измерительной цепи в состояние полного равновесия формируется по знаку седьмого сигнала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР и 384072, кл. G 01 R 17/10, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

8 395783. кл. G 01 R 17/10. 1972 (прототип).