Фазовый способ формирования регулирующих воздействий для раздельного уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи

Фазовый способ формирования регулирующих воздействий для раздельного уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОЛ ИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

CoIo3 Соватсиик

Социалистические

Республик (iii945803 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву(22) Заявлено 08. 12. 80 (21) 3212740/18-21 с присоединением заявки М (5E ) M. Кл.

G 01 R 17/10

3Ьеударотееииый комитет

СССР до делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 23 07.82. Бюллетень № 27 (53) УДК 621.317.

° 733 (088. 8) Дата опубликования описания 23 . 07. 82 . (72) Авторы изобретения

Л.А. Бугреева, В.А. Волков, А.ф. Прокунцев (71) Заявитель (54) ФАЗОВЫЙ СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ РЕГУЛИРУЮЩИХ

ВОЗДЕЙСТВИЙ ДЛЯ РАЗДЕЛЬНОГО УРАВНОВЕШИВАНИЯ

КОМП ЕНСАЦИОННО-МОСТОВОЙ ИЗМ Е РИТ ЕЛЬ НОЙ ЦЕПИ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения составляющих комплексного сопротивления с помощью мостов переменного тока .

Известен фазовый способ формирования регулирующих воздействий для уравновешивания цифровых мостов переменного тока по составляющим из. меряемого комплексного сопротивления. Регулирующие воздействия для уравновешивания мостовой измерительной цепи по.тангенсу угла потерь формируют по результатам сравнения двух сигналов, один из которых пропорционален временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода через нулевой уровень напряжения, снимаемого с измеряемо" го комплексного сопротивления, а ко- го иец - с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень напряжения, снимаемого с образцового элемента, расположенного в плече ветви, содер2 жащей измеряемое комплексное сопротивление. Второй сигнал пропорционален временному интервалу, начало которого 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, противоположном плечу, содержащему измеряемое комплексное сопротивление (.1 3.

Недостатком такого способа является низкая точность измерения тангенса угла потерь, обусловленная незначительными изменениями сравниваемых углов даже при изменениях и широких пределах параметров МИЦ. Кроме того, способ предполагает шунтирование всех плеч МИЦ.

3 9" 580

Известен также фазовый способ фор- мирования регулирующих воздействий для достижения состояния кваэиравновесия по однородной составляющей . относительно образцового элемента, расположенного в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, обладающий более высокой точностью и основанный на сравнении сигналов, один из которых пропорцио- 10 нален 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 последнего. А второй сигнал пропорциоггален увеличенному на на1Ц2 временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода через нулевой уровень напряжения, сни- 5 маемого с образцового элемента, рас. положенного в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень напряжения питания ИИЦ. Третии сигнал

30 пропорционален второму си гналу, у величенному на П (2).

Недостатком этого способа является низкая точность, обусловленная необходимостью формирования двух сиг- 35 налов, увеличенных на П)2 и Щ2.и, кроме того, для сохранения высокой точности измерения однородной составляющей необходимо формировать регулирующее воздействие по неоднородной составляющей и произвести по ней уравновешивание.

iles> изобретения - повышение точности измерения однородной составля45 ющей измеряемого комплексного сопротивления, Указанная цель достигается тем, что в известном фазовом способе формирования регулирующих воздействий для раздельного уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи, заключающемся в сравнении сигналов, пропорциональных временным интервалам, начало одного из которых совпадает с точкой перехода через ну- 55 левой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения небаланса, а конец совпадает с ближайшей

3 4 точкой перехода через нулевой уровень с плюса на минус (с минуса на плюс) напряжения, снимаемого или с образцового элемента, расположенного в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление при последовательной схеме замещения последнего, или с измеряемого комплексного сопротивления при параллельной схеме замещения, начало и конец второго временного интервала совпадают соответственно с точкой перехоДа через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) и с точкой перехода через нулевой уровень с плюса на минус (с минуса на плюс) напряжения, снимаемого или с образцового элемента, расположенного в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление при последовательной схеме замещения последнего, или с измеряемого комплексного сопротивления при параллельной схеме замещения, формируют третий дополнительный сигнал, пропорциональный временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода через нулевой уровень с

I минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения, снимаемого или с образцового элемента, расположенного в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление при последовательной схеме .замещения последнего, или с измеряемого комплексного сопротивления при параллельной схеме замещения, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения небаланса, формируют четвертый дополнительный сигнал, пропорциональный удвоеНному временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода через нулевой уровень .с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения, снимаемого с нерегулируемой вторичной обмотки трансформатора питания, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения питания ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, формируют пятый дополнительный сигнал (узкий импульс) в момент перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения небаланса, формируют шестой дополнительный сигнал, пропорциональный разности первого, 9458

5 третьего и четвертого сигналов, регулирующее воздействие для уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи по однородной и неоднородной составляющим измеряемо- 5 го комплексного. сопротивления формируют по знаку шестого сигнала и по совпадению (несовпадению) во времени пятого и второго сигналов.

На фиг. 1 представлена компенсационно-мостовая измерительная цепь (КМИЦ); на Фиг. 2 - последовательная схема замещения измеряемого комплексного сопротивления; на фиг. 3-5 - топографические диаграм- 15 мы процесса уравновешивания КМИЦ; на фиг. 6 - блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Компенсационно-мостовая измерительная цепь 1, содержит генератор го

2 синусоидального напряжения, трансформатор 3 питания, первичная обмотка 4 трансформатора питания КМИЦ (И„), вторичная регулируемая обмотка

5 трансформатора питания (И ), вто- 25 ричная нерегулируемая обмотка 6 трансформатора питания (И.1), фазовращающий блок 7, трансформатор 8 фазовращающего блока, первичная обмотка

9 трансформатора Фазовращающего бло- эо ка (Wg), вторичная обмотка 10 трансформатора фазовращающего блока (W ), измеряемое комплексное сопротивление резистора 11 (R) и конденсатора 12 (С), образцовый нерегулируемый элемент 13 (Ro) °

На фиг. 2- обозначены:

L потенциальная точка, вершина ветвй, содержащей измеряемое комплекс11 ное сопротивление двухполюсника и образцовое сопротивление двухполюсника, Д„"- потенциальная точка, место сое13 У динения конца первой. и начала второи вторичных обмоток трансформатора;

B. — потенциальная точка, место

1 соединения конца второй вторичной обмотки и первого зажима фазовращающего блока;

Ц - потенциальная точка, место соединения четвертого зажима фазовра50 щающего блока и одного из зажимов ветви; ь — потенциальная точка, место соединения активной и реактивной составляющих измеряемого комплексного со55 противления двухполюсника при последовательной схеме замещения, 0 - линия перемещения потенциальной точки С„ < при уравновешивании по

0 6 составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, однородной образцовому сопротивлению двухполюсника, с н-„ - минимально возможная окружность квазиравновесия потенциальной точки С > в обобщенных обозначениях, Ы . ° ф;-. окружности квазиравновесия

1 в потенциальной точки С„" в обобщенных обозначениях, в у,ф; — окружности квазиравновесия потенциальной точки d в обобщенных обозначениях, d „. вектор падения напряжения, снимаемого с образцового сопротивления двухполюсника, Od . — вектор напряжения, снимаемо- го со вторичной обмотки 5 трансфор" матора 2, d В„ - вектор напряжения, снимаемого со вторичной обмотки 4 трансформатора 2, 5 „. — вектор напряжения, снимаемо1r

ro со вторичной обмотки 9 трансформатора 7;

C" d„-. вектор напряжения небаланса; "1» вектор напряжения питания

У11 ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление;

g- Фазовый сдвиг вектора инвертированного напряжения небаланса С„.-;

d„- относительно вектора напряже" ния dc у- Фазовый сдвиг вектора напряжения d ; относительно вектора напряжения неоаланса фс д

М фазовый сдвиг вектора напряжения, снимаемого с образцового элемента при последовательной схеме замещения или с измеряемого комплексного сопротивления при параллельной схеме замещения, относительно вектора напряжения ад„ или аВ„..

Процесс уравновешивания компенсационно-мостовой цепи по однородной составляющей измеряемого комплексного .сопротивления, заключающийся в изменении напряжения питания ветви, составленной из последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника и образцового сопротивления двухполюсника, осуществляют коммутацией витков вторичной обмотки 6 (W„) или 5 (1(„) трансформатора питания °

Момент квазиравновесия компенсационно-мостовой измерительной цепи по однородной составляющей фиксируется при расположении точек С„" и

946803

d на одной окружности ф ц .. Состояния полного равновесия можно достичь путем изменения напряжения питания ветви, составленной из последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления двух полюсника и образцового сопротивления двухполюсника, за счет коммутации витков вторичной обмотки 10 (Чф) трансформатора фазовращающвго блока.

При одновременном изменении уравновешивающих элементов потенциальная точка dÄ< может находиться в любом месте круговой диаграммы (фиг.24). Вся площадь круговой диаграммы разбита на четыре зоны, которые образованы линией переключения, сов" падающей с вектором напряжения V@<> и окружностью квазиравновесия „. f проходящей через точку С1 при урав3 новеши в ании по сост а вля ющей, однородной образцовому элементу, расположенному в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление.

Из анализа круговой диаграммы (Фиг. 4) видно, что границы каждой зоны определяются конкретными соотношениями фазовых углов (f-ф) и 2 V. При уравновешивании по однородной составляющей измеряемого комплексного сопротивления происходит сравнение фазового угла (9 -Ч ) с Фаэовым углом 2 Ч. В первой и треТьей зонах круговой диаграммы (фиг. 4) фазовый угол (g-9) больше фазового угла 2 V. Во второй и четвертой зонах угол (V-9) меньше угла 2 V. С целью исключения неоднозначности информации одновременно со сравнением фазовых углов ($-Ч ) и 2 V.ïðîèçâîäÿò сравнение угла 1с с фазовым углом 9

В первой и четвертой зонах угол больше фазового угла, а во второй и третьей зонах угол 7с. меньше фазового угла . При достижении состояния квазиравновесия по однородной составляющей наступает равенство yr лов (9-9) и 2 V, а в момент выведения точек С и d< на линию переключения - равенство углов % и Ч. Полное равновесие будет достигнуто при выполнении обоих равенств. ч, ТС 2мetk) 1

"aR +< и= 2.(а„+e ) с-"уд () Блок-схема устройства (фиг. 6), реализующего предлагаемый способ, содержит компенсационно-мостовую измерительную цепь (КМИЦ) 1, согласуоцие блоки (СБ) 14 и 15, блок 16 формирования импульсов (БФИ), фазовременные преобразователи (ФВП) 17 и

18, блок 19 сравнения, вычитатель

20, Ьлоки 21 и 22 уравновешивания (БУ), блок 23 индикации.

Работа устройства осуществляется следующим оЬраэом.

Напряжение Ч л, снимаемое с КМИЦ ю

1, поступает на йервый вход ФВИ 18, на второй вход которого подается напряжение V g, снимаемое с КМИЦ 1.

ФВП 18 формирует временной интервал, пропорциональный удвоенному фазовому

45 сдвигу V, который поступает на третии вход разностной схемы 20. Напряжение Ч,ь снимаемое с КМИЦ 1, через

СБ 15 поступает на первый вход ФВП 17 и на вход БФИ 16, который в момент перехода Vqg через нулевой уровень с минуса на плюс формирует короткий импульс, поступающий на первый вход блока 19 сравнения. На второй вход

ФВП 17. и на второй вход блока 19 сравнения подается напряжение V, снимаемое с КМИЦ 1 через СБ 14. ФВП

17 формирует два временных интервапа, один из которых пропорционален

Q-+ =2 V - й

Отсчет однородной составляющей измеряемого комплексного сопротивления можно получить следующим образом. Известно, что

1» где 1 . и R - радиусы окружностеи . уравновешивания.

В момент квазиравновесия

Приравнивая равенства (3) и (4) и учитывая, что Я =О, получим

У

Таким образом, зная величину 9 /6 и с, можно определить значение однородной составляющей измеряемого комплексного сопротивления.

9"5803

15

Формула изобретения

9 фазовому сдвигу 1, а другой которые поступают соответственно на первый и второй входы вычитателя 20, формирующей сигнал, пропорциональный разности (11-Ч -2 V) Блок 19 сравнения осуществляет оценку угла угол 1 больше или меньше 1г и управляет работой БУ 21 и БУ 22, на второй вход которого поступает сигнал с вычитателя 20. Блок уравновеши- 1в вания 21 производит коммутацию витков вторичной обмотки трансформатора фазовращающего блока 10 (M ), а

БУ 22 производит коммутацию вторичной регулируемой обмотки 5 (u<) трансформатора питания.

Предлагаемый фазовый способ формирования регулирующих воздействий для уравновешивания компенсационномостовой измерительной цепи позволя- zo ет повысить точность измерения однородной составляющей за счет изменения сравниваемых углов во взаимно противоположные стороны в процессе уравновешивания компенсационно-мо- 25 стовой измерительной цепи. Кроме того, для приведения компенсационно-мостовой измерительной цепи в состояние полного равеновесия нет необходимости Формировать регулирую- зв щее воздействие bio неиэмеряемой составляющей комплексного сопротивления.

Фазовый способ формирования регулирукщих воздействий для раздельного уравновешивания компенсационномостовой измерительной цепи, заключающийся в сравнении сигналов, пропорциональных временным интервалам, начало 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 плюса на минус (с минуса на плюс) напряжения, снимаемого или с образцового элемента, расположенного в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление при последовательной схеме замещения по55 следнего. или с измеряемого комплексного сопротивления при параллельной схеме замещения, начало и конец второго временного интервала совпадает соответственно с точкой перехода через нулевой уровень с мину-, са на плюс (с плюса на минус) и с точкой перехода через нулевой уровень с плюса на минус (с минуса на плюс) напряжения, снимаемого или с образцового элемента, расположенного в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление при последовательной схеме замещения последнего, или с измеряемого комплексного сопротивления при параллельной схеме замещения, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения составляющей, однородной образцовому элементу, расположенному в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, формируют третий дополнительный сигнал, пропорциональный временному интервалу, начало которого совпадает с перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения, снимаемого или с образцового элемента, расположенного в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление при последовательной схеме замещения последнеI

ro или с измеряемого комплексного. сопротивления при параллельной схеме замещения, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения небаланса, формируют четвертый дополнительный сигнал, пропорциональный удвоенному временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения, снимаемого с нерегулируемой вторичной обмотки трансформатора питания, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения питания ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, формирует пятый дополнительный сигнал (узкий импульс) в момент перехода через нулевой уро вен ь с ми ну с а на плюс (с плюса на минус) напряжения небаланса, формируют шестой дополнительный сигнал, пропорциональный разности первого, третьего и четвертого сигналов, регулирующее воздействие для уравновешивания компенсационно-мостовой иэмери" тельной цепи по однородной и неоднородной составляюцим формируют по знаФ ку шестого сигнала и по совпадению (несовпадению) во времени пятого и второго сигналов.

Источники информации, принятме во внимание при экспертизе

945803 12

1. Авторское свидетельство СССР и 384072, кл. С 01 R 17/10, 31.01.71.

2. Авторское свидетельство СССР

395783 у кл ° G Pl R 17/10, 1.7.01 ° 72 (прототип).

945803

Составитель В. Семенчук

Редактор В.Лазаренко Техред А. Бабинец Корректор М.Шароши

Заказ 532

5 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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