Способ определения двухэлементной схемы замещения двухполюсника и устройства для их осуществления (его варианты) Советский патент 1985 года по МПК G01R17/10 

3. Устройство определения двухэлементной схемы замещения двухполюсника, содержащее последовательно соединенные блок сравнения и индигатор, генератор синусоидального напряжения зажимы для подключения исследуемого двухполюсника и образцовый двухполюсник, отличающееся тем, что, с целью повышения быстро- действия, в него введены преобразователь тока, блок определения характера схемы замещения, ключ, блок коммутации, формирователь управляющих импульсов, шина управления,.фа- зочувствительньй детектор,- блок памяти и блок сравнения, причем первый вывод генератора синусоидального напряжения подключен к первому входу преобразователя тока, второй вход которого соединён с первым входом фазочувствительного детектора, первым входом блока определения.характера схемь замещения, первым контактом блока коммутации и первым выводом исследуемого двухполюсника, второй вывод которого подключен к пе-рвому контакту ключа и первому . выводу образцового двухполюсника, второй вывод которого соединен с первым подвижным контактом блока коммутации, второй контакт которого подключен к второму контакту ключа и второму выводу генератора синусоидального напряжения и соединен-с общей шиной, выход преобразователя тока подключен к второму входу блока определения характера схемы замещения, второму входу фазочу вствительного детектора, выход которого соединен с вторьЕМ подвижным контгяктом блока коммутации, третий и четвертый контакты которого соответственно через блок памяти подключены к перво му и второму входам блока сравнения, шина управления подключена к входу формирователя управляющих импульсов, выход которого соединен с управляемыми входами блока коммутации и управляемым входом ключа.

4. Устройство определения двухэлементной схемы замещения двухполюсника, содержащее последовательно соединенные блок сравнения и интегратор, генератор синусоидального ;напряжения, зажимы для подключения исследуемого двухполюсника и образцовый двухполюсник, отличающееся .тем, что, с целью быстродействия, в него введены преобразователь тока, блок определения характера схемы замещения, ключ, блок коммутации, фазовременной преобразователь, блок памяти, формирователь управляющих импульсов, щина управ-, ления и блок сравнения, причем первы выход генератора синусоидального напряжения -подключен к первому входу преобразователя тока, второй вход которого соединен с первьм входом фазовременного преобразователя, первым входом блока определения характера схемы замещения, первым контактом блока коммутации и первым выводо исследуемого двухполюсника, второй вывод которого подключен к первому контакту ключа и первому выводу Iэбразцового двухполюсника, второй зывод которого соединен с первым додвижным контактом блока коммутации эторой контакт которого подключен к второму контакту ключа и второму выводу генератора синусоидального напряжения и соединен с общей шиной, выход преобразователя тока подключен к второму входу блока определения характера схемы замещения, второму входу фазовременного преобразователя выход которого соединен со вторым подвижным контактом блока коммутации третий и четвертый контакты которого соответственно через блок памяти подключены к первому и второму вхо-, дам блока сравнения, шина управления подключена к входу формирователя управляющих импульсов, выход которого соединен.с двумя управляемыми входами блока коммутации и управляемым входом ключа.

Изобретение относится к измерителной технике, а именно к определению схемы замещения комплексных двухпо- люсников.

Цель изобретения - повышение быст родействия путем исключения процессо уравновешивания.

На фиг. 1 и 2 схематически показаны варианты включения исследуемого и образцового двухполюсников, позволяющие получить информацию о схеме замещения исследуемого двухполюсника фазовым и амплитудно-фазовым способами; на фиг. 3 и 4 - устройства опре-делёния схемы замещения двухзлементкого двухполюсника; на фиг. 5 структурная схема блока определения характера двухполюсника; на фиг. 6 временные диаграммы, поясняющие работу блока определения характера.

На фиг. 1 и 2 приняты следующие обозначения:

0, /3 , - параметры двухполюсников в обобщенных обозначениях;Т - ток, протекающий через

исследуемый двухполюсник Т2 - ток, протекающий через

образцовый двухполнЛник; и - напряжение, снимаемое с исследуемого двухполюсника;

и. - напряжение, снимаемое в образцового двухполюсника;Ч - фазовый сдвиг вектора

полного тока относительг но напряжения питания измерительной цепи, составленной из параллельно соединенных исследуемого и образцового двухполюсника;

/2 - фазовый сдвиг векуора полного тока относительно напряжения питания измерительной цепи, составленной из последовательно соединенных исследуемого и образцового двухполюсников. Устройства, представленные на фиг. 3-5 содержат генератор 1 синусоидального напряжения, ключ 2, преобразователь 3 тока, исследуемый двухполюсник 4, образцовый двухполюсник 5, блок 6 (состоящий из блоков 6.1 и 6.2) коммутации, шину 7 управле-;;

ния, формирователь 8 управляющих импульсов, блок 9 определения характера схемы замещения, блок 10 (состоящий из блоков 10.1 и 10.2) ламяти блок 11 сравнения, фазовременной преобразователь 12, фазочувствительный детектор 13, усилители-ограничители 14.1 и 14.2, формирователи 15.1 и 15.2 импульсов, элемент 16 совпадения, элемент 17 (состоящий из элементов 17.1 - 17.3) памяти, индикатор 18.

Предположим, что исследуемый двухполюсник представлен в виде последовательной схемы замещения (фиг. 1). Тогда отношение действующих значений напряжений, снимаемых с последовательно соединенных исследуемого и образцового двухполюсников имеет вид

(1)

и,

где oi , /5 , oi имеют размерность сопротивлений..

Если теперь включить исследуемыйи образцовый двухполюсники параллельно, то отношение действующих значений токов следующее:

1У..(г)

llalVKV)

где 6i, /5 , имеют размерность сопротивлений.

Анализируя правые части выражений (1) и (2) при условии, что об 72 , 1 трудно заметить, что они обратно пропорциональны. Числитель выражения (1) больше его знаменателя , следовательно, числитель выражения (2) меньше его знаменателя. Отсюда можно сделать вьгаод о том, . что

10J ГМ

(Я

1:

Предположим, что исследуемый двухполюсник имеет параллельную схему замещения (фиг. 2).

Если рассуждать аналогично, при . последовательном соединении исследуемого и образцового двyxпoJrocникoв отношение напряжений равно

10

11

lOil

где „ОС-, /Э , . имеют размерность про:Водимостей, а отношение токов при 3 параллельно соединенных исследуемом и образцовом двухполюсниках 1А где с/, /9, у имеют размерность проводимостей. Анализируя выражения (4) и (5) можно сделать вывод, что J5ii, 1М 10.1 1TJ V Таким образом, при параллельной схене замещения исследуемого двухполюсника отношение напряжений, сни маемых соответственно с исследуемо и образцового двухполюсников больш чем отношение токов. При последова тельной схеме наоборот. Следователь но, по результату сравнений действу ющих отношений значений напряжений и токов можно однозначно судить о схеме замещения исследуемого двухполюсника. Схему замещения исследу емого двухполюсника можно также оп делить с использованием фазовых со отношений между полярным током и напряжением питания измерительной цепи. Если предположить, что схема за мещения исследуемого двухполюсника является последовательной (фиг. 1) то тангенс угла V, равен , Тангенс угла /г имеет вид Разделив числитель и знаменател правой части выражения (7) на о , получим уравнение, ot cL Анализируя выражения (7) и (8) при условии,ЧТО . | J можно сделать вывод, что откуда , % I -- 12 . Если теперь предположить, что схема зммсч.чеиия исследуемого 54,4 двухполюсника .является параллельной, то уравнения (7) и (8) примут соответственно вид 4V , .JV fl /-ci/-/5/ Преобразовав выражения (10) и (11) получим Ч -- i 0| г / Анализируя выражения (10) и (11) при условии, что можно сделать вывод, что , откуда . , - . г Таким образом, используя информацию о фазовых сдвигах между полным током и напряжением питания измерительной цеци, можно определить схему замещения двухэлементного двухполюсвика. Если 1 1/ , то - -UcosV Ucos4,j , следовательно, имея-сигнал о проек- ции напряжения питания измерительной цепи на направление полного тока, также получим однозначную информацию о схеме замещения исследуемого двухэлементного двухполюсника. Таким образом, формируя сигнал о фазовых соотношениях между полным током и-напряжением питания измерительной цепи (фазовый способ), либо о проекции напряжения питания измерительной цепи на направление тока (амплитудно-фазовый способ), воздействуя синусоидальным сигналом на исследуемый двухполюсник, вк поченный сначала последовательно, а затем параллельно с образцовым, получим однозначную информацию о схеме замещения двухэлементного двухполюсника. Точность измерения амплитудноазовым способом определяется нестабильностью как амплитуд сигналов, ак и фазовых сдвигов сигналами, снимаемыми с измерительной цепи. Поэтому дальнейшим развитием амплитудно-фазового способа явилась раз работка фазового способа, позволяющего устранить погрешность от амплитуд сигналов и значительно повысить точность определения в области низки частот, Устройство, реализующее амплитудно-фазовый способ, изображено на фиг. 3. Оно работает следующим образом. В начале работы по сигналу с шины 7 управления формирователь 8 уп равляющих импульсов устанавливает вс блоки 6 коммутации и ключ 2 в первое положение, показанное на фиг. 5. Таким образом, двухполюсники 4 и 5 включены последовательно. С генератора 1 на измерительную цепь подается синусоидальное напряжение. Преобразователь 3 тока вырабатывает напряжение, пропорциональное полному току, протекающему в измерительной цепи, которое поступает на первые входы фазочувствительного детектора и блока 9 определения характера схем замещения. На вторые входы этих блоков поступает напряжение питания измерительной цепи. Фазочувствительный детектор 13 вырабатывает сигнал, про . порциональньй пр j О U Cos f, который заносится в блок 10.1 памяти Затем по сигналу с шины 7 управления формирователь 8 устанавливает все блоки 6 коммутации и ключ 2 во второ положение. Исследуемь1й и образцовый двухполюсники, таким образом, включаются параллельно. Фазочувствительньй детектор 13 вырабатывает сигнал, пропорциональный npf . О Cos Ч , который заносится в блок 10.2 памяти С выходов блоков 10.1 и 10.2 памяти информации поступает в блок 11 сравнения. Блок 11 сревнения сравнивает сигналы на его входе и выдает сигнал о наличии последовательной или па-. раллельной схемы замещения исследуемого двухполюсника на индикатор 18. Блок 9 предназначен для определе, ния характера исследуемого двухпо.пюсника. Наличие сигнала на выходе элемента 17.1 свидетельствует нерезонансному емкостному характеру, на выходе элемента 17.2 нерезонансному индуктивному, на выходе элемента 17.3 - резонансной схеме замещения исследуемого двухполюсника. Более подробно работу блока определения характера можно проследить по его функциональной схеме и временной диаграмме. На входы блока обработки сигналов в начальный момент времени поступают гармонические сигналы U и U снимаемые соответственно с исследуемого и образцового двухполюсников. Если, например, исследуемый двухполюсник имеет резонансный характер, то U совпадает с U2 (фиг. 6с(, строки 1,2) или и противофазно U2 (фиг. бе, строки 1,2). Напряжения U и IL поступают на входы усилителей-ограничителей 14.1, 14.2, которые преобразуют входные гармонические сигналы и и и, в прямоугольные сигналы (фиг. 6о(, строки 3,4). Эти прямоугольные сигналы поступают на формирователи 15.1, 15,2 импульсов, на выходах которых формируются короткие импульсы по переднему и заднему фронтам входных импульсов (фиг. ба, строки 5, 6). Эти короткие импульсы подаются на входы элемента 16 совпадения, на выходе которого формируется, при одновременном присутствии сигналов на его входах, сигнал (фиг. 6, строка 7), который поступает на вход элемента 17.3 памяти. Элемент 17.3 памяти срабатывает и на его выходе появляется сигнал, который поступает одновременно на управляемые входы элементов 17.1 и 17.2 памяти, запрещая им срабатывать от входных сигналов, поступающих с выходов усилителей-ограничителей 14.1 и 14.2. Если же исследуемый двухполюсник имеет нерезонансный характер, то на выходе элемента 16 совпадения сигнал отсутствует и элемент 17.3 памяти не срабатьшает, поэтому сигнал на третьем выходе блока 9 определения характера отсутствует. Прямоугольный сигнал, сформированный из U, является синхронизирующим для элемента 17.1 памяти и информационным для элемента 17.2 памяти, а прямоугольный сигнал, сформированный из U, является информационным для элемента 17.1памяти и синхронизирующим для элемента 17.2 памяти. Если в основе элементов 17.1 и 17.2памяти использовать D-триггер, у которого на выходе появляется и запоминается уровень информационног сигнала по переднему фронту синхрон зирующего сигнала, то элемент 17,1 памяти срабатывает только при нерезонансном емкостном характере иссле дуемого двухполюсника (фиг, бо, строка 8), а элемент 17.2 памяти срабатывает только при нерезонансно индуктивном характере исследуемого двухполюсника (фиг. 6«, строка 9), причем, как видно из временной диаг раммы (фиг. 6«, строка 7) на выходе элемента 16 совпадения импульсы отсутствуют, а значит элемент 17.3 памяти не срабатывает и не оказывает влияния на работу элементов 17.1 и 17.2 памяти. Во всех остальных устройствах блок 9 работает аналогично описанному. Устройство, изображенное на фиг. позволяет определить схему замещения двухэлементного двухполюсника, не уравновешивая измерительную цепь, однако наличие фазочувствительного детектора 13 ограничивает диапазон измерения. Устройство, реализующее фазовый способ, изображено на фиг« 4. Оно работает аналогично устройству, изображенному на фиг. 3, с той лишь разницей, что вместо фазочувствительного детекто ра 13 использован фазовременной преобразователь 12, который вырабатывает сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу вектора полного тока относительно напряжения питания измерительной цепи. , I Устройство, изображенное на фиг. 4 позволяет определить схему замещения двухэлементного двухполюсника, не уравновешивая измерительную цепь, кроме того, оно обеспечивает высокую точность определения, так как сведены до минимума аналоговые блоки в тракте преобразования.

1. Способ определения двухэлементной схемы замещения двухполюсника, заключающийся в подаче на измерительную цепь гармонического сигнала и сравнении сигналов, снимаемых с элементов измерительной цепи, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, формируют первый сигнал, пропорциональный фазовому, сдвигу напряжения, пропорционального полному току, протекающему в измерительной цепи, относительно напряжения питания измерительной цепи, составленной из последовательно соединенных исследуемого и образцового двухполюсников, формируют второй сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу напряжения, пропорционального полному току, протекающему в измерительной цепи, относительно напряжения питания измерительной цепи, составленной из параллельно соединенных исследуемого и образцового двухполюсников, по результату сравнения первого и второго сигналов судят о схеме замещения исследуемого двухполюсника, по знаку первого либо второго сигналов судят о характере схемы замещения исследуемого двухполюсника. 2. Способ определения двухэлементной схемы замещения двухполюсника, заключающийся в подаче на измерительную цепь гармонического сигнала и сравнении сигналов, снимаемых с элементов измерительной цепи, о т л иI чающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, формируют (Л первый сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу сигнала, снимаемого с исследуемого двухполюсника, относительно сигнала, снимаемого с образцового двухполюсника, по знаку фазового сдвига судят о характере схемы замещения исследуемого двухполюсника, форч мируют второй сигнал, пропорциональОд ный фазовому сдвигу полного тока IS9 4а iизмерительной цепи, составленной ,из последовательно включенных исследуемого и образцового двухполюсни- ков, относительно напряжения питания измерительной цепи, формируют .третий сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу полного тока измерительной цепи,-составленной из параллельно включенных исследуемого и образцового двухполюсников, относительно напряжения питания измери;тельной цепи, по результату сравкёкия второго и третьего сигналов судят о схеме замещения исследуемого двухполюсника.

18