Устройство для индикации фазового сдвига 90 @ Советский патент 1985 года по МПК G01R25/04 

1 1 Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для построения индикато ров сдвига фаз между двумя напряжени ями и напряжением и током, используемых для проверки и аттестации изме.рительной мощности и энергии. Целью изобретения является повьше ние точности индикации и расширение функциональных возможностей за счет возможности работы с меньшими уровнями входных сигналов и индикации фазового сдвига не только между двумя напряжениями, но также между напря жением и током, а также за счет того что входные цепи могут иметь общую шину. На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема практической реализации устройства . Устройство содержит электростатический преобразователь 1 с подвижной частью 2, на одной оси с которой укреплена подвижная часть электромеханического измерительного механизма 3 постоянного тока, усилители 4 и 5 пе ременного тока, с регулируемыми коэф фициентами усиления, трансформатор 6 напряжения, измерительный резистор 7 .переменного тока, переключатель 8, блок 9 преобразования угла поворота в напряжении, -усилитель 10 постоянно го тока, причем первичная обмотка трансформатора 6 напряжения подключе на к первому входу 11 ус.тройства, крайние выводы вторичной обмотки трансформатора 6 напряжения через усилители 4 и 5 переменного тока с регулируемыми коэффициентами напряжения соединены с неподвижными электро дами электростатического преобразова теля 1,. средний вывод вторичной обмотки трансформатора 6 соединен с подвижным контактом переключателя 8, первый неподвижный контакт которого соединен с первым потенциальньм выводом измерительного резисторй 7 переменного тока, а второй - с вторым входом 12 устройства, токовые выводы измерительного резитора 7 переменного тока соединены с третьим входом 13 устройства, ось вращения подвижной части 2 электростатического преобразователя 1 оптически соединена с входом блока 9 преобразования угла поворота в напряжение, выход которого соединен с входом усилителя 10 672 постоянного .тока, выход которого соединен с электромеханическим йзмерительным механизмом 3 постоянного тока и выходом 14 устройства, второй потенциальный вывод измерительного резистора 7 переменного тока, одна из клемм второго входа 12 устройства, низкопотенциальные входы усилителей 4 и 5 переменного тока с регулируемыми коэффициентами усиления и подвижный электрод 2 электростатического преобразователя 1 соединены с- общей шиной. В практической реализации верхний элемент 15 электростатического преобразователя 1 совместно с делителем на резисторах 16 и 1 и источником 18 вспомогательного напряжения образуют электромеханический измерительный механизм 3 постоянного тока. Четные и нечетные электроды 15 и 19 каждого элемента электростатичес.кого преобразователя 1 соединены между собой электрически. Блок 9 преобразования угла поворота в напряжение состоит из осветительной лампы 20, зеркала 21, укрепленного на подвижной части 2, дифференциального фотосопротивления 22 источника 23 питания. В качестве усилителя 10 постоянного тока может быть использован операционный усилитель с малым дрейфом нуля, например К544УД2. Номинальное выходное напряжение усилителей 4 и 5 переменного тока выбирается 50 В. Частотный диапазон, выбирается соответствующйм заданному диапазону частот индикатора. Трансформатор 6 выполнен на пермаллоевом сердечнике с обмоткой с тесной индуктивной связью между обмотка- ми. Устройство работает следующим образом. Предварительно, после прогрева устройстваj производится операция симметрирования. Для этого на вход трансформатора 6 подается напряжение из измеряемой цепи или вспомогательное переменное напряжение. Изменяя коэффициент усиления усилителя 4 и 5 переменного тока добиваются того, чтобы Ug.,jj на выходе 14 равнялось нулю. Фазовый сдвиг 90 устанавливается между током 1 на входе 13 и напряжением U./v на входе 11 или между напряжениями , на выходе 11 и Uj на выходе 12, подключенных с помощью пере.ключателя 8. Напряжение U на входе де 11 подается на первичную обмотку трансформатора 6. Напряжение на полуобмотках вторичной обмотки трансформа тора 6 геометрически суммируется с напряжением Пц, на потенциальных зажимах измерительного резистора 7 переменного тока или с напряжением U2 на входе 12, причем,изменяя коэффициент трансформации трансформатора 6, добиваются, чтобы напряжение на полуобмотках вторичной обмотки трансформатора 6 было одного порядка с падени-, ем напряжения U или напряжением Ц.2л/ на вх;оде 12. Суммы напряжений усиливаются усилителями А и 5 переменного тока, один из которых имеет регулируемый коэффициент усиления, и подается на электростатический преобразователь 1 таким образом, что вращающие моменты, возникающие под действием этих напряжений, вычитаются. Уравнение вращающих моментов электростатического преобразователя имеет вид

аМ2., + к , X X K,p(,J или после преобразования при

k,4Ki2 , К (1) mi 4KUi (U,/,U,), где К и К 21. коэффициенты преобразования элементов электростатического преобразователя j К и - коэффициенты усиления .усилителей 4 и 5 соответственно;

Ujy - падение напряжения на измерительном резисторе 7; К - коэффициент передачи трансформатора 6; () - угол сдвига фазы между напряжениями U-1 и Цщ,

При 4 ( йц, ) 90 ДМ 0. Если угол между током 1 на входе 12 (напряжением U2- на входе 12) и напряжением и на входе 11 отличается от 90°, то на подвижную часть 2 измерительного преобразователя 1 дейстгзует момент, равный разности моментов, под действием которого подвижная часть пoвopaчивaetcя на некоторый угол.

На выходе блока 9 преобразования угла поворота, в. напряжение появляется напряжение, пропорциональное углу поворота. Усиленное усилителем 10 постоянного тока напряжение является выходным сигналом устройства . Этот сигнал, поступая на измерительный механизм 3 постоянного тока, служит для создания отрицательной обратной связи по вращающемуся моменту. На подвижную часть 2 действует вращающий момент

ЛМ Кривых, где К - коэффициент преобразова. ния измерительного механизма 3 постоянного тока

Момент дМ направлен навстречу моменту дМ2 и компенсирует его. Таким образом, Ugj,, пропорционально отклонению фазового сдвига от 90°.

При операции симметрирования путем изменения коэффициента усиления К.4 усилителя 4 или Kyj- усилителя 5 переменного тока обеспечивается выполнение условия (1).

Индикация сдвига фаз 90° производится следующим образом.

После включения и прогрева элементо устройства производится симметрирование схемы. Симметрирование схемы производится для въфавнивания коэффициентов преобразования согласно выражению (1) после включения устройства в цепь питания, изменения параметров измерительной цепи или перехода ра другой предел измерения.

Установление сдвига фаз 90 заключается в том, что к устройству подклю чают напряжение U на вход 11 и ток 1 на вход 13 (напряжение вход 12), между которыми .необходимо установить фазовьгй сдвиг 90°. Изменяя сдвиг фаз между U и 1 (напряжением Uj/v.), устанавливают выходное напряжение устройства равным нулю.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства в соответствии со схемой, приведенной на фиг. 2.

При повороте Подвижной части 2 электростатического преобразователя 1 изображение нити лампы 20 перемещается по дифференциальному фотосопротивлению 22. В диагонали моста, образованного фотосопротивлением 22 и источником 23 питания, появляется сигнал, пропорциональный углу поворота подвижной части 2. Усиленный усилителем 10 постоянного тока сигнал

является выходным сигналом устройства на выходе 14. Этот сигнал подается на делитель на резисторах 16 и 17, причем плечи делителя равны, где суммируется с поделенньЕ-i пополам напряжением источника 18 вспомогательного напряжения. При Ua,,., О

, ОЫл

к элементам 15 приложены напряжения uBtn 1 I и всп I ... 2- -2 создаваемые элементами 15, уравновешиваются, суммарный момент измерительного механизма постоянного тока 4М 0. При 9 подвижную часть 2 деиствует вращающий момент

. м, Чк,,,,,,,

где К - коэффициент преобразования верхнего элемента 15. Момент дМ направлен навстречу моменту АМ2 и компенсирует его. Таким

образом, Ugji, пропорционально дтк.понению фазового сдвига от 90°.

Точность индикации,фазового сдвига в предлагаемом устройстве определяется угловыми погрешностями трансформатора 6, измерительного резистора 7 переменного тока, относительной нестабильностью коэффициента усиления усилителей 4 и 5 переменного тока, дрейфом нуля усилителя 10 постоянного тока и не зависит от значения постоянной времени входной цепи измерительного механизма, так как его вход шунтирован низким выходным сопротивлением усилителей переменного тока. Это ;а;ает возможность применять устройство в цепях, имеющих общую точку. Изменение порядка симметрирования позволяет в два раза уменьшить время индикации и использовать индикатор в системе автоматического регулирования 90° сдвига фазы.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНДИКАЦИИ ФАЗОВОГО СДВИГА 90°, содержащее электростатический преобразователь, электромеханический измерительный механизм постоянного тока, подвижная часть которого укреплена на одной оси с подвижной частью электростатического, преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, в него введены два усилителя переменного тока с регулируемыми коэффициентами усиления, трансформатор напряжения, измерительный резистор переменного тока, перекЛюч-атель, блок перобразования угла поворота в напряжение, усилитель постоянного тока, причем первичная обмотка трансформатора напряжения подключена к первому входу устройства, крайние вьшоды вторичной обмотки трансформатора через усилители переменного тока с peVynnpyeMbiMH коэффициентами усиления соединены с неподвижными электродами электростатического преобразователя, средний вывод вторичной обмотки трансформатора соединен с подвижным. KOHtaKTOM переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с первым потенциальным выводом измерительного резистора переменного тока, а второй - с вторым вхо(Л дом устройства, токовые выводы измерис тельного резистора переменного тока соединены с третьим входом устройства, ось вращения подвижной части электростатического преобразователя оптически соединена с входом блока преобразования угла поворота в напряМ 1 жение, выход которого соединен с входом усилителя постоянного тока, выход sl которого соединен с электромеханичесо ким измерительным механизмом постоянного тока и выходом устройства, второй потенциальных вывод измерительного резистора переменного тока, одна из клемм второго входа устройства, низкопотенциальные входы усилйтёпёЙ; переменного тока с регулируемыми коэффициентами усиления и подвижный электрод электростатического преобразователя соединены с общей шиной.