Микропроцессорное устройство для измерения параметров пассивного комплексного двухполюсника многополюсной электрической цепи (его варианты) Советский патент 1986 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к. измери- тельной технике, а именно к устройствам измерения параметров комплексного двухполюсника многополюсной цепи и может быть использовано для построения. например, преобразователей абсолютного значения любой из сбс тавляфщих комплексного двухполюсника в циФрУ.

Цел|. изобретения - поеьшение точности измерения пассивного комплексного многоэлементного двухполюсника многополюсной электрической цепи в диапазоне частот путем исключения зависимости результата преобразования от конечных значений комплексных сопротивлений согласующих блоков, их коэффициентов передачи и ненулевого значения внутреннего комплексного со- противления гармонического сигнала

На фиг, 1, 2 и 3 показаны варианты автоматических микропроцессорных устройств измерения параметров пассивного комплексного двухполюсника, расположенного в многополюсной электрической цепи типа треуголник или звезда; на фиг, 4, 6 и 8 - возможные варианты функционального преобразователя, реализующего амплитудный способ преобразования; на фиг. 5, 7 и 9 - возможные варианты функционального преобразователя, реализующего фазовый способ преобразования; на фиг. 10а и Па - варианты измерительных ветвей последовательно-параллельной и параллельно-последовательной схем замещения исследуемого комплексного двухполюсника, общий вид; на фиг.1 O c,d,e и фиг. }1Ъ, c,d,e - некоторые из возможных вариантов измери- тельньпс ветвей на фиг. 10а и Па.

В табл. 1 и 2 приведены виды измерительных ветвей и уравнения преобразования.

На фиг. 1-3 обозначены: источник 1 гармонического сигнала (ИГС), согласующий блок или преобразователь тока (СБ, ПТ) 2, пассивный комплексный двухполюсник (ПКД) 3 многополюсной электрической цепи (ЮЦ), исследуемый ПКД 4 МЭЦ, ПКД 5 МЭЦ, образцовый двухполюсник (ОД) 6 согласующий блок или преобразователь тока (СБ ПТ) 7, ключи 8 и 9, шины управления (ШУ) 10 и П ключами 8 и 9 соответственно, функциональный преобразователь (ФП) 12, блоки индикации (БЙ) 13 и 14.

На фиг. 4-9 обозначены: амплитудный преобразователь (АП) 15, блок

управления (ВУ) :16, аналого-цифровой преобразователь (ЛЦП) 17, микропроцессор (мп) 18, фазо-вре- менной преобразователь (ФВП) 19, время-цифровой преобразователь

(ВЦП) 20, ключ (к) 21, амплитудный преобразователь (АП) 22, аналого- цифровой преобразователь (АЦП) 23. На фиг. 10 и П приняты следую - щие обозначения:

еС величина образцового двухполюсника, однородная по характеру сопротивления одной из составляю- ирх исследуемого ПКД, имеющая размерность сопротивления,

I

-J - - величина образцового двух. ai

полюсника, однородная по характеру проводимости одной из составляюпщх исследуемого ПКД, имеющая размер- ностъ проводимости;

Л, V - в.еличины измеряемых составI . т . .. ..J

ляющик исследуемого ЖД последовательной цепи, однородная и неоднородная по характеру сопрот ивления образцовому двухполюснику, имеющие размерность сопротивления;

, JW - величины измеряемых составляющих исследуемого ПКД параллельной цепи, однорой1 ая и неоднородная по характеру проводимости образцовому двухполюснику, имеюпще

размерность проводимости. 1

Микропроцессорное устройство измерения параметров пассивного комплексного двухполюсника многополюсной электрической цепи типа треугольник (фиг. 1) содержит ИГС 1, один из выводов которого подсоединен к первому входу КБ, второй вход

которого подключен к общей шине, ОД 6, один из вьгоодов которого подсоединен к одному из зажимов для подключения МЭЦ, примыкакщему к первому вьюоду исследуемого ПКД 4

и к одному из входов СБ 7, второй вход которого соединен с общей шиной, второй зажим МЭЦ, примыкающий к второму вьшоду исследуемого ПКД 4, соединен с одним из входов

К 9, второй вход которого подсоединен к общей шине, выход СВ 7 подключен к входу ФП 12, первый и второй выходы которого соединены

через ШУ 10 и 11 с управляющими входами К 8 и 9 соответственно, а третий и четвертый выходы ФП 12 подключены к входам БИ 13 и 14 . соответственно, второй выход ИГС I соединен с общей шиной и третьим зажимом МЭЦ, не примьпсающим ни к одному из вьшодов исследуемого ПКД 4, второй вывод ОД 6 подсоеди- -нен к третьему входу К 8, а первый выход ИГС 1 соединен с третьим входом К 9.

Микропроцессорное устройство измерения параметров пассивного комплексного двухполюсника многополюсной электрической цепи типа треугольник (фиг. 2) содержит ИГС 1, один из выходов которого подсоединен к одному из входов К 8, второй вход которого подключен к общей шине, ОД 6, один из вьшодов которого подсоединен к одному из зажимов МЭЦ, примыкающему к первому выводу исследуемого ПКД 4 и к одному из входов СБ 7, второй вход которого соединен с общей шиной, второй зажим МЭЦ, примыкающий к второму вьюоду исследуемого ПКД 4, соединен с одним из входов К 9, второй вход которого подсоединен к общей шине, выход СБ 7 подключен к одному из входов ФП 12, первый и второй выходя которого Соединены через ШУ 16 и П с управляющими входами К 8 и 9 соответственно, а тре- .тий и четвертый выходы ФП 12 подключены к входам БИ 13 и 4, первый вход СБ 2 соединен с первым выходом ИГС 1 и третьим входом К 9, второй вход СВ 2 подключен к общей шине и третьему зажиму ЮЦ, не примыкающему ни к одному из выводов исследуемого ПКД 4, второй вывод ОД 6 подсоединен к третьему входу К 8, выход СБ 2 соединен с вторым входом ФП 12.

Устройство измерения параметров пассивного комплексного двухполюсника многополюсной электрической цепи типа звезда (фиг. 3) содержит ИГС 1, один из выходов которого подсоединен к одному из входов К 8, второй вход которого подключен к общей шине, ОД 6, один из выводов которого подсоединен к одному из зажимов МЭЦ, примыкающему к первому вьшоду исследуемого ПКД 4, второй вьюод ОД 6 соединен с одним из входов К 9, второй вход которого подсоединен к общей шине, ПТ 7, выход которого подключен к входу ФП 12, первый и второй выходы которого

5 соединены через ШУ 10 и 11 с управляющими входами К 8 и 9 соответственно, третий и четвертый выходы ФП 12 подключены к входам первого и второго блоков индикации соответ0 ственно. ПТ 2, один из входов которого соединен с вторым выходом ИГС 1, второй вход ПТ 2 подсоединен к третьему входу К 9, третий вход К 8 соединен с вторым зажимом МЭЦ, не

5 прш«)1кающим непосредственно к второму выводу исследуемого ПКД 4, третий зажим МЭЦ, не примыкающий Непосредственно к второму вьшоду исследуемого ПКД 4, подсоединен к од0 ному из зажимов ПТ 7, второй зажим которого соединен с вторым зажимом ОД 6, первый зажим МЭЦ, примыкающий непосредственно к первому выводу исследуемого ПКД 4, подклю- 5 чен к общей шине, а выход ПТ 2 подключен к второму входу ФП 12.

Возможны варианты устройств на фиг. 1, 2 и 3, когда третий выход ИГС 1 подключен к третьему вхо0 ду ФП 12.

ФП 12 (фиг. 4) содержит АП 15, БУ 16, АЦП 17 и МП 18, причем вход ФП 12 соединен с информационным входом АП 15, выход которого подключен к входу АЦП 17, выход кото5

0

5

рого подсоединен к одному из входов Ж1 18, первый выход которого соединен с входом БУ 16, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму выходам ФП 12, третий и четвертый выходы которого подсоединены к второму и третьему выходам МП 18 соответственно, третий и четвертый выходы БУ 16 соединены с управляющими входами АП 15 и АЦП 17 соответственно, пятый выход БУ 16 подсоединен к второму входу МП 18.

ФП 12 (фиг. 5) содержит БУ 16, МП 18, ФВП 19, ВЦП 20, причем первый вход ФП 12 соединен с информа- ционным входом ФВП 19, опорный вход . которого подсоединен к третьему входу ФП 12, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму выходам БУ 16 третий и четвертый выходы которого соединены с управляющим входом

ФВП 19 и управляющим входом ВЦП 20 соответственно, выход ФВП 19 подклчен к входу ВЦП 20, выход которого соединен с первьм входом МП 18, второй вход которого подсоединен к пятому выходу БУ 16, вход которого соединен с первым выходом МП 18, второй и третий выходы которого подключены к третьему и четвертому выходам ФП 12 соответственно.

ФП 12 (фиг. 6 содержит АЛ 15, БУ 16, АЦП 17, МП 18 и К 21, причем выход АД 15 подключен к входу АЦП i 7, выход которого соединен с первым входом МП 18, один из выходов которого подсоединен к входу БУ 16, первьй и второй выходы которого подключены к первому и второму выходам ФП 12, третий и.чет- вертьш выходы БУ 16 соединены со- ответственно с управляющими входами АП 15 и АЦП 17, пятый и шестой выкодь БУ подсоединены соответствено к второму входу МП 18 и управляющему входу К 21, выход которого подключен к входу АП 15, первый и второй информационшле BKOJEUJ К 21 соединены с первым и вторым входа- ,ми ФП 12, третий и четвертый выходы которого подключены к второму и третьему выходам МП 18.

ФП 12 (фиг. 7) содержит БУ 16, МП 18, ФВП 19, ВЦП 20 и К 21, причем выход ФВП 19 подключен к входу ВЦП 20, выход которого соединен с первым входом МП 18, один из выходов которого соединен с входом БУ 16, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму выходам ФП 12, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым информационными входами К 2I, выход которого подключен к информационному входу ФВП 19, опорный вход которого соединен с третьим входом ФП 12,третий и четвер- тьй выходы которого подключены соответственно к второму и третьему выходам МП 18, третий и четвертый выходы БУ 16 подсоединены соответственно к управляющим входам ФВП 1 и ВЦП 20, пятый и шестой выхода1 БУ 16 соединены с вторым входом Ш 18 и управляющим входом К 21 соответственно .

ФП 12 (фиг. 8) содержит АП 15, БУ 16, АЦП 17, МП 18, АП 22 и

АЦП 23, причем первый и второй входы ФП 12 подключены соответственно к входам АП 15 и АП 22, выходы ко- торых подсоединены соответственно через АЦП 17 и АЦП 23 к первому и второму входам МП 18, один из выходов которого соединен с входом БУ 16, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму выходам ФП 12, третий и четвертый выходы которого подсоединены к второму и третьему выходам МП 18, третий выход БУ 16 соединен с управляющими входами АП 15 и АП 22, четвертый выход БУ 16 подключен к управляющим входам АЦП 17 и АЦП 23, четвертьй выход БУ 16 соединен с третьим входом МП 18.

ФП 12 (фиг. 9) содержит БУ 16, МП 18, ФВП 19 и ВЦП 20, причем первый и второй входа ФП 12 соединены соответственно с информационными и опорными входами ФВП 19, выход которого через ВЦП 20 подключен к одному из входов МП 18, выход которого подсоединен к входу БУ 16, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым вькодамк ФП I2

соответственно, третий, четвёртый и пятый выходы БУ 16 подключены соответственное к управляющим входам ФВП 19, ВЦП 20 и второму входу МП 18, второй и третий выходы которого соединены с третьим и четвертым выходами ФП 12 соответственно.

Рассмотрим возможность повьшения точности измерения параметров комплексного нерезонансного двухэлементного двухполюсника, расположенного, например, в трехполюсной электрической цепи типа треугольник, путем исключения зависимости результата измерения от нулевых значений входных комплексных проводимос- тей согласующих блоков, их коэффициентов передачи и конечного значения внутренней комплексной проводимости источника гармонического сигнала.

При внутренней комплексной проводимости источника гармонического сигнала много большей комплексных про- водимостей двухполюсников многополюсной цепи анализ существенно упрощается. В качестве примера рассмотрим измерение составлякшщх исследуемой комплексной проводимости двухэлементного двухполюсника од

неродной и неоднородной по характеру проводимости образцовому двухполюснику, (фиг. 2.

Предположим, что ПКД, эквивалентный внутренней комплексной проводимости иге 1, имеет вид Y,r,+jS,. ПКД, эквивалентный входной комплексной проводимости СБ 2, имеет вид . ПКД 3, расположенный в первом плече МЭЦ типа треугольник , первый и второй зажимы которого примыкают соответственно к одному из зажимов исследуемого ПКД 4 и общей шине, эквивалентный, например, комплексной проводимости утечки зажима с относительно зажима d общей шины, имеет вид ,. Исследуемый ПКД 4, расположенный во втором плече МЭЦ типа треугольник, имеет вид ,+j/u. ПКД 5, расположенный в третьем плече МЭЦ типа треугольник, первый и второй заясимы которого при1 1кают соответственно к второму зажиму исследуемого ПКД 4 и общей шине, эквивалентный, например, комплексной проводимости утечки зажима е относительно зажима d общей шины, имеет вид Yj r5+jS;. Образцовьй двухполюсник 6 имеет вид Vcf ПКД, эквивалентный комплексной проводимости СБ 7, имеет вид Y r,+jS,.,

Особенностью работы устройства (фиг. 2) является трехкратное изменение конфигурации измерительной цепи, т.е. измерение проводится за три такта.

Выражение для напряжений с выходов СБ 2 и СБ 7 в любом из тактов измерения можно записать, используя формулу Мэзона

.f. (1)

и;- «;1Т;..|1;1ц., . . .

где U- - напряжение с выхода i-ro СБ в J-M такте измерения,

nj - коэффициент передачи i -го СВ в любом из тактов измег ренияi

I - ток иге Г,

Тц - системная функция измерительной цепи, которая определяется отношением величины, измеряемой i-м СБ в j -м такте измерения, к величине тока ИГС 1,

Р.,, - величина К-го пути пере- дачи через i-й СБ в J-M

такте измерения;

Mk алгебраическое дополнение соответствующего пути передачи;

m - число возможных путей передачи через ; -и СБ в j -м такте измерения;

ь;- определитель измерительной цепи в j -м такте измерения. Выражение для напряжения ,o в первом такте измерения (К 8 замы- кает зажимы f и d, а К 9 - зажимы с и а) с выхода СБ 2 имеет вид

м п (2)

20

Вьфажение для напряжения Ui -Urj в первом такте измерения с выхода СБ 7 имеет вид

V.

25

V fe a-nгг

(3)

Выражение для напряжения U j -,q во втором такте измерения (К 8.замыкает зажимы f и а, а К 9 - зажимы с и d) с выхода СБ 2 имеет вид

, + Y,

(А)

35

Вьфажение для напряжения Ujg Ujg во втором такте измерения с выхода СБ 7 имеет вид

и2.с«.Гт:(5)

Выражение для напряжения Uj 1, в третьем такте измерения (К 8 замыкает зажимы f и а, а К 9 - зажимы с и d) с выхода СБ 2 вид

45

.iYstY,

,-

Сб)

Выражение для напряжения Uj в третьем такте измерения с выхода СБ 7 имеет вид

SO

;Ux-Yo1

arUje

(7)

Фазовый сдвиг напряжения U, относительно напряжения U,, равен

55

.Ч.гЧ н,.

(8)

где q),, ,trj, - фазовые сдвиги напряжений и„, и/,, относительно тока I источника гармонического сигнала. Фазовый сдвиг напряжения Uj относительно напряжения U,,, равен

2 Я «-Ч „, „ (9)

где qi, , фазовые сдвиги напряжений и ,г , и,2 относительно тока I источника гармонического сигнала. Фазовый сдвиг напряжения U от-.

носительно напряжения и,„ равен

. , 0°) где СР,, , cf ,,- фазовые сдвиги Иапряжений и, , йи, относительно тока I источника гармонического сигнала. Используя значения модулей напряжений в выражениях (2)-(7), получим:

J-V.-c.t ctg- ; (U

(18):

(

(19)

На основании (1 7), (18) и (19) получим:

К

15

5;п(ф,-ц),)

5in(c,-(+ ,

20

Уравнения фазового способа преобразования составляющих исследуемого ПКД на основании (20)-(23):

YX

v

V,-YO -(e +

(11) (12)

U,5-U,a

Введем в квадрат левые и правые части уравнений (11) и (J 2):

(13) (14)

t, «

Ч sin(,( , (26) Т 25in(v,-((),) |U co5(V5-(f ,)-co5(t( nV,) Т

(27)

Вычтем из уравнения (14) уравнение (13). Ползгчим отсчет по составляющей исследуемого ПКД 4 однород- f

ной по характеру проводимости образ- 40 Уравнения (24) и (25) примут цовому двухполюснику 6

25in((f,-C))) с учетом значений (8), (9) и

вид:

i ..,uL (15)

; 2u:uf,u

На основавши уравиений (13) и (15) получим отсчет по составляющей исследуемого ПКД,неоднородной по характеру проводимости образцовому двухполюснику

JH М (u.of.-ut.u .

,Д 2UIUJuir 1

(16)

На основании (8), (9) и (Ю) с учетом значений Y,-Y получим:

(р,-1,агсЦ- (17)

5

I SvnUV

fu%;n((,,)

соз(у,-д7г);

|« 5in(Vj-Vi). , , ,4 9 п(

(24) (25)

0

5

)

Уравнения (24) и (25) при необходимости можно преобразовать к виду:

Ч sin(,( , (26) Т 25in(v,-((),) |U co5(V5-(f ,)-co5(t( nV,) Т

(27)

f

25in((f,-C))) с учетом значений (8), (9) и

вид:

Ч 5т(а,( / , l%;n(cp,...-cf,-,.,)(

(28)

I (с,) . /-.

,..

6in(if,,i(|j,-tf,,-q z3)

(29)

Измерение параметров исследуемого ПКД 4, расположенного в МЭЦ типа т)еугольник, существенно упро- щается при внутреннем комплексном сопротивлении ИКС 1 много меньшем сопротивлений двухполюсников МЭЦ, так как отсутствует необходимость фиксировать значение выходного напряжения иге J в любом из тактов измерения. Работа устройства на фиг. 1 аналогична работе на фиг. 2, а уравнение преобразования можно

получить из уравнений (15), (16) и (28), (29) путем приравнивания

U;.l COnSt ,(,,. 0

Ч ц:,-ц г4.. (30)

;

iU

22

/

г

2 (Ч гз- га ) 9 5in()

cos (ч 2,)7

fU ) , ,

..5in(q,.-q

- 1Я(,1

гг

При измерении, например, составляющих исследуемого ПДК вида Zj,A-jy и образцовом двухполюснике резистив- ного характера Zj od уравнения преобразования для устройства, изображенного на фиг. 2,имеет вид

fj u ,u;,u,,u;,u:3U

22

(3 6in(tf,,+q 25-4 ,3-42,l / . - -- ------, -fU) -cf -cf

Oi 6;«(Q,,VCp,,-Cf,,-Cf,,) . 21 «Z ЫД

чЗр;

V sln(c,,i(f,,-Q,,-cf,,)

-,6mlcf,,,2-cf,,).

(37)

,,+ ,,-cp,,-q 23

Рассмотрим возможность повышения точности измерения параметров исследуемого ПКД, расположенного в МЭЦ типа Т (трехполюсная пассивная электрическая цепь типа звезда), путем исключения зависимости результата измерения от конечных значений внутреннего комплексного сопротивления иге 1 и входных комплексных сопротивлений преобразователей тока (ПТ 2, ПТ 7) и их коэффициентов передачи .

В качестве примера рассмотрим измерение составляющих исследуемого ПКД, однородной и неоднородной по характеру сопротивления образцовому двухполюснику Гфиг. З.

Предположим, что ПКД, эквивалентный внутреннему сопротивлению ИГС 1, имеет вид Z,U,+j,, ПКД, эквива- лентньй внутреннему комплексному сопротивлению ПТ 2, имеет вид 7ц , ПКД 3, расположенный в

первом плече МЭЦ, имеет значение ,+j ,. Исследуемый ПКД 4, расположенный во втором плече МЭЦ, имеет значение ,|i-jy. ПКД 5, расположенный в третьем плече ЮЦ, имеет значение Z j 11 j 5.

Двухполюсник 6 является образ- цовьм и его значение равно . ПКД, эквивалентный внутреннему комплексному сопротивлению ПТ 7, имеет значение .J+j .

Вьфажения для токов с выходов ПТ 2 и ПТ 7 в любом из тактов измерения можно записать, если преобразовать формулу СО в дуальную

l..n-,EH,

m SIP

ijv (JK

J

где Ij. - ток с выхода i-го ПТ в j -м такте измерения; - коэффициент передачи i -го ПТ в любом из тактов измерения;

Е - напряжение ИГС} Hj - системная функция измерительной цепи на основе пассивного делителя тока, которая определяется отношением величины измеряемой -м ПТ в j-м такте измерения к величине напряжения

иге;

- величина К-го пути передачи проходящего через i -и ПТ в j -м такте измерения, алгебраическое дополнение соответствующего пути передачи;

т - число возможных путей передачи через 1 -и ПТ в j-м такте измерения; Л:- определитель измерительной цепи в j-м такте измерения. Выражение для тока с выхода ПТ 2 в первом такте измерения (К 8 соединяет зажимы а и d, а К 9 - зажимы Ъ и f) имеет вид

1,

(Z,4Z,

(39)

Выражение для тока с выхода ПТ 7 в первом такте измерения имеет внд

г О

(40)

13 . Выражение для тока с вь}хода ПТ во втором такте измерения (ключ 8 соединяет зажимы а и с, а К 9 - зажимы Ъ и d) имеет вид

.Е

( + l

..(41)

Выражение для напряжения с выхода ПТ 7 во втором такте измерения имеет вид

гг

(42)

Выражение для напряжения с выхода ПТ 2 в третьем такте измерения (к 8 замьжает зажимы а и с, а К 9 - зажимы Ъ и f) имеет вид

. (2o+ZxfK5 Z,(43)

Выражение для напряжения с выхода ПТ 7 в третьем такте измерения имеет вид

:{2.+ 2о)

(44)

Фазовый сдвиг тока I,, относительно тока 1.. равен

21

(45)

Vr r fnгде , cf, - фазовые сдвиги токов I , Ij, относительно напряжения Е ИГС 1. Фазовый сдвиг тока относительно тока равен

(46)

,

гдец , фазовые сдвиги токов и. относительно напряжения Е ИГС 1, Фазовый сдвиг напряжения U относительно равен

. )

где , Lfj, - фазовые сдвиги токов

I|j, I.JJ относительно напряжения Е ИГС 1. Используя значения модулей токов

(39)-(44), получим

Возведем в квадрат левые и правые части уравнений (48) и (49):

J4

2g:).,i,

(50) (51).

т т2 1(2 21

Для получения отсчета амплитуд- .ного способа преобразования по составляющей исследуемого ПКД 4, од- 10 нородной по характеру сопротивления образцовому двухполюснику 6, вычтем из уравнения (51) уравнение (50):

и I l Г -1 1 J 1 т г

Р,. 2(.Z( .(

oi

/

Об

1

21 7 1 ( 4i

2

11 . (52)

ТМ т 1 I -тЧ 1

22 ,2-r2 l..v2,2,2/

Sz jlzi(53)

На основании (45), (46) и (47) и с учетом значений получим:

. -У -J

-У

c/,-y,qKt2-(54) (55)

Л

-У «С

V.-V3--t3;(. (56),

На основании уравнений (54), 1,55) и (56)- получим:

co5(:,-ct.,,i

. fV-If

,-V,

Sinil - f )

((tot) + y2 -Ifcc

(57) (58)

(59)

j()((too))

На основании уравнений (57)-(60) и (45)-(47) получим вьфажения для отсчета по составляющим исследуемого ПКД 4, однородной и неоднород- по характеру сопротивления ОД 6.

5in(4,,tq ,,-q ,,cf,,) %b{cf.c,-c,,,-c,,/ (,,-cf,,-c

vbl )

У 6ir,(VCp,5-4,,-C|,,)

%in((f 4а -СР СР (.1.

,5 4 21-412 г})(62)

Уравнения преобразования ампли- тудного и фазового способов п-ри различных значениях исследуемого ПКД 4 и образцового двухполюсника 6 сведены в табл. I и 2, в которых

принято, что при измерении составля ющих исследуемого ПКД, расположенного в МЭЦ типа треугольник

H,,-1,U,,;N,2--K,U,j-, N,,U,5; . 2гЧи„ , VM,/,H,,.K,U,

а при измерении составляющих исследуемого ПКД, расположенного в МЭЦ типа звезда,

N,, K,1,; N,2-K,I,,; N,,-K,I,3 j , Kal2oN tc,I,,iN,, lc,l,,

где К,,К2 - коэффициенты передачи аналогового тракта преобразования дпя первого и,. (I,; ) и второго Ujj (Ij;) сигналов.

Так как результат измерения параметров исследуемого ПКД не зависит от- внутренней комплексной проводимости (сопротивления) ИГС 1 и от внутренних комплексных проводимос- тей СБ 2, СБ 7 (сопротивлений ПТ 2, ПТ 7) в диапазоне частот, возможно точное измерение параметров четырехэлементного (трехэлементного) ПКД при его последовательно- параллельной (фиг. 10) и параллельно-последовательной Сфиг. 11) схемах замещения на двух фиксирован- ных частотах.

Рассмотрим, например, измерение параметров последовательно-параллельной цепи (фиг.10).

На одной из фиксированных частот f, определим параметры исследуемого пассивного комплексного четырех- элементного двухполюсника исходя из его последовательной двухэлементной схемы .замещения (фиг. ).

: гn/: ; -irrHYi; ;i7:

г . .

Ш1И

К,

(63) (64)

. ,

На второй из фиксированных частот ij определим также параметры исследуемого ПКД исходя из его последовательной двухэлементной схемы замещения

(

.-P-ircp ;i

Решая систему из уравнений (63)- (66), определим искомые значения параметров исследуемого пассивного четырехэлементного комплексного двухполюсника I , JU, , /и Р У, jfj , учитывая, 4TOjUi,m|Uf,.:

.Vu,(t-m). ,-M((ni4f,v1) (67)

. . (68)

,,U niHg A,4)/

/i-/,

n 4f,-f5j)(t3 A,+0

. (.O

,(i.m)

(69) (70)

где

, 2 ,

, ((.-Ibl (7O

igij-ttiigu,(72)

tg i bguj- тангенс угла потерь параллельной ветви на частотах f и f2.

Аналогично для параллельно-последовательной цепи (фиг. 11) onpe-s делим параметры исследуемого пассивного четырехэлементного двухполюсника на фиксированной частоте f, исходя из его параллельной двухэлементной схемы замещения (фиг. lib)

ii -; г г Чч-1«1 I ii Zi - /ьЧу| l Ч1 |

или

.

(73) (74)

На второй фиксированной частоте fJ определю параметры исследуемого ПКД исходя из его параллельной двухэлементной схемы замещения

JrfVz7;z, i -e i{fi;pl

или

(75) (76)

Решая систему из уравнений (73)- (76),определим искомые значения параметров пассивного комплексного четырехэлементного двухполюсника , Л12 . учитывая, что fWi,(,, 2

,(

.KVs nHtfSnm)

tjS.

ii ((tfs,01if5.)

(,-Чг}((79)

„ H .-gz)itfS,M)

-

} mfWz-fWi

ТГТГ

t5S,.-i..3«

И7

m

taS, , gSj - тангенс угла потерь

последовательной цепи на частотах f и f„.

Рассмотрим работу устройства, реализующего амплитудный способ измерения параметров исследуемого ПКД, расположенного в ЮЦ типа треугольник на примере устройства на фиг, 1 с функциональным преобразователем, изображенным на фиг.4.

В первом такте измерения по команде, передаваемой по ШУ 10 и ШУ 11 с первого и второго выходов БУ 16, расположенного в ФП 12, К 8 и К 9 подключают соответственно зажим i к зажиму , а зажим с к зажиму а. Сигнал с выхода СБ 7 поступает через вход ФП 12 на вход АЛ 15, с выхода которого сигнал Uj, по команде с третьего выхода БУ I6 поступает на вход АЦП 17, с выхода которого по сигналу с четвертого выхода БУ 16 поступает код числа Nj, на вход МП 18 и запоминается. МП может производить

2 операцию возведения в степень N..

После запоминания кода N, с выхода МП 18 поступает сигнал на вход БУ 16, 5 Во втором такте измерения по сигналам, передаваемым по ЧУ 10 и ШУ 11 с первого и второго выходов . БУ 16, К 8 и К 9 подключают соот- , ветственно зажим f к зажиму а, а

зажим с к зажиму d. Сигнал с выхода СБ 7 поступает через вход ФП I2 на вход АП 15, с выхода которого по сигналу с третьего выхода БУ 16 сигнал Uj поступает на вход АЦП 17,

5 с выхода которого по сигналу с четвертого выхода БУ 16 поступает код числа N22 на вход МП 18 и запоминается. МП может производить операцию возведения в степень , суммирова0 ние , умножение 2N,jz. После запоминания кода с выхода МП 18 поступает сигнал на вход БУ 16.

В третьем такте измерения по сигналам, передаваемым по ШУ 10 и ШУ 11

с первого и второго выходов БУ 16, К В и К 9 подсоединяют Соответственно зажим f к зажиму а, а зажим с к зажиму d. Сигнал с выхода СБ 7 поступает через вход ФП I2 на вход

0 АП 15, с выхода которого по сигналу с третьего выхода БУ 16 сигнал Uj поступает на вход АЦП 17, с выхода которого по сигналу с четвертого выхода БУ 16 поступает код

5 числа N на.вход МП 18 и запоминается.МП производит операции возведения в степень N , вычитание N,- -(2,+Nf), деление (, -N )/ /2N,j , извлечение квадратного корня и т.д. Результаты расчета вели- чин составляющих исследуемого ПКД вьшодятся МП 16 по команде с БУ 16 на БИ 13 и БИ 14.

При измерении трех и четырех- элементных ПКД производится повторное измерение параметров исследуемого ПКД на второй фиксированной частоте исходя из двухэлементной эквивалентной схемы Зс1мещения иссл едуе- мого ПКД как на первой, так и на второй частотах. По результатам измерения на двух частотах производится расчет Ш 18 значений искомых параметров.

Особенностью работы устройства, изображенного на фиг, 1, с ФП 12, изображенным на фиг. 5, является то, что в первом такте измерения ФВП 19

формирует временной интервал, пропорциональный фазовому сдвигу tf напряжения U,j, относительно тока I иге 1. Сигнал с выхода ФВП 19, по сигналу с третьего выхода БУ 16 поступает на вход ВЦП 20, который фомирует код числа, пропорциональног фазовому сдвигу (f, . По сигналу с четвертого выхода БУ 16 код числа Ч л поступает на вход МП 18 и запомнается. Во втором такте ФВП 19 и ВЦП 20 формирует код числа с, пропорциональный фазовому сдвигу напряжения Uj относительно тока I иге 1, который поступает на вход МП 18 и запоминается. МП может производить операции вычитания Cfj,-ifj илиС;,-qij, , вычисление тригонометрических функций 5in

(( 5ib((|i2j в третьем такте измерения ФВП 19 и ВЦП 20 формируют код числа , который поступает на вход МП 18 и запоминается. После вычислений в МП 18 результатов измерений информация о величинах составляющих исследуемого ПКД (уравнения 32 и 33) высвечивается на БИ 13 и БИ 14.

Работа устройства, изображенного на фиг. 2, с ФП 12, изображенны на фиг. 6 и 8, отличается лишь тем, что в первом такте формируются коды двух..чисел N,,, N,, пропорциональные модулям напряжений U( и Uj, (уравнения 2 и 3 , во втором такте Nj,, ), пропорциональные напряжениям и,2 и U(уравнения 4 и 5), в третьем такте и,з, N пропорциональные напряжениям U,j, Uz-i ( 6 и 7). Особенностью ФП 12, изображенного на фиг. 6, является то, что коды двух чисел N,,, N,, N,2, Nj.,, N,,, N23 в каждом из трех тактов формируются последовательно во времени путем переключения К 21. ФП 12, изображенный на фиг. 8, формирует одновременно коды двух чисел в каждом из трех тактов, что позволяет повысить быстродействие измерения.

Рассмотрим работу устройства лз мерения параметров исследуемого ПКД, изображенного на фиг. 3, с ФП 12, изображенньм на фиг. 7. В первом такте измерения по команде, передаваемой по ШУ 10 и ШУ I1 с первого и второго выходов БУ 16,

К 8 и К 9 подсоединяют зажим а к зажиму d, а зажим Ъ к зажиму f. Сигнал с выхода ПТ 2 поступает че- рез второй вход ФП 12 на второй вход К 21, на первый вход которого поступает сигнал с выхода ПТ 7. По команде с местного выхода БУ I6 К 21 подсоединяет выход ПТ 2 к

входу ФБП 19, на выходе которого формируется сигнал, временной интервал которого пропорционален сдвигу q,, напряжения и„относи- тельно напряжения Е ИГС 1, и по команде с третьего выхода БУ 16 поступает на вход ВЦП 20, который формирует код числа cf,,, и по команде с четвертого выхода БУ 16 передает на вход МП 18. В МП 18 код

числа Cf,, запоминается. После запоминания кода числа cf,, с выхода МП 18 поступает сигнал на вход БУ 16, по сигналу с шестого выхода которого К 21 подсоединяет выход

ПТ 7 к входу ФВП 19. Сигнал Uji с выхода ПТ 7 через К 21 поступает на первый вход ФВП 19, на второй вход которого поступает опорный сигнал Е с выхода ИГС через третий .

вход ФП 12. С выхода ФВП 19 сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу напряжения U, относительно напряжения Е ИГС 1, поступает на вход ВЦП 20, с выхода которого

код числа (f,j, поступает на вход МП 18. Последний может производить операции вычитания (, - (уравнение 45). После запоминания кода числа Qj с первого выхода МП 18 по-

ступает сигнал на вход БУ 16. Аналогично описанному происходит формирование во втором такте измерения кодов чисел Cf, qi, а в третьем такте измерения кодов чисел (,

tfjj . МП 18 в соответствии с программой (табл.1 и 2 ычисляёт значенияизме- ряемых составляющихисследуемого комплексного двухэлементногодвухполюсника. Особенностью работы ФП 12, кзображенного на фиг. 9, является непосредственное формирование с помощью ФВП 20 в первом такте измерения кода числа (f | уравнение 45/, во втором такте - Уг ( уравнение

46) и в третьем такте - Vj (уравнение 47), что позволяет получить отсчет составляющих исследуемого ПКД по формулам:

21

р Sin(V3-V,). oi slnltVz-) If 5i«( j- + 0

co(

5;n((2-c,).

Ot 5in(c,j-V3)

Учитывая возможность ухода нуля аналогового такта преобразования АЛ, АЦП и его нестабильность во времени, необходимо произвести дополнительное измерение при закороченном входе АЛ, например, перед получением информации в первом и последующих тактах измерения. В этом случае уравнение преобразования, например, по составляющей исследуемого ПКД будет для амплитудного способа измерения иметь вид

1 () -(N22-No, 2(N,,-NoO где NPJ - код числа с выхода АЦП пр

закороченном АП. Аналогично можно преобразовать все уравнения амплитудного способа измерения, представленные в табл. ,я 2.

Реализация с блоков и узлов описанных устройств не вызывает трудностей. АП и АЦП разработаны и используются, например, в цифровых вольтметрах, ФВП и ВЦП разработаны и используются, например, в фазометрах. МП и БУ разработаны на базе микропроцессорных приборов. Учи тьшая, что результат измерения не зависит от фазового сдвига напряжений с выходов СБ, ПТ относительно тока I (напряжения Е) ис гочника гармонического сигнала, СБ и ПТ могут иметь фильтры, настроенные на частоту основного сигнала питания измерительной цепи, что существенно снизит погрешность измерния от гармонических составляющих спектра сигнала питания. Введение дополнительного такта измерения позволяет исключить зависимость результата от ухода нуля СБ, ПТ, АП, АЦП и тем самым существенно упростить их реализацию. Использование МП в устройствах измерения параметров исследуемого ПКД позволяет передать ему функции управления процессом измерения ввиду большого объема вводимой в прибор информации (характер объекта, схема

211667.22

замещения, требуемая пара параметров, частота и величина напряжения питания, алгоритм измерения и т.д.) , а также из-за более слож5 ной последовательности управляющих сигналов). Замена аппаратной реализации блока управления на программную позволяет упростить и удешевить устройство измерения

10 параметров исследуемого ПКД. Кроме того, использование МП в структуре позволяет использовать лишь несколько видов измерительных цепей которые могут быть выбраны из со15 ображений простоты, точности, вида МЭЦ, содержащей исследуемый ПКД и т.д. По результатам измерения составляющих исследуемого ПКД, однородной и неоднородной по харак20 теру сопротивления (проводимости) образцовому двухполюснику, можно рассчитать значение добротности, тангенса угла потерь, модуля комплексного сопротивления (проводи25 мости), фазового угла ПКД и т.д.

Формула изобретения

1. Микропроцессорное устройство

30 для измерения параметров пассивного комплексного двухполюсника многополюсной электрической цепи, содержащее источник гармонического сигнала, один из выходов которого

35 подсоединен к одному из входов первого ключа, второй вход которого подключен к общей шине, образцовый двухполюсник, один из вьшодов которого подсоединен к одному из зажимов мно40 гополюсной цепи, примыкающему к первому вьшоду исследуемого комплексного двухполюсника и к одному из входовсогласующего блока, второй вход которого соединен с общей ши45 ной, второй зажим многополюсной цепи, примыкающий к второму выводу исследуемого комплексного двухполюсника, соединен с одним из входов второго ключа, второй вход которого

50 подсоединен к общей шине, выход согласующего блока подключен к входу функционального преобразователя, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами пер55 вого и второго ключей соответственно, а третий и четвертый выходы функционального преобразователя подключены к входам первого н второго блоков

индикации соответственно, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности измерения параметров исследуемого пассивного комплексного многоэлементного двухполюника мног.ополюсной электрической цепи типа треугольник в диапазоне частот путем исключения зависимости результата измерения от конечного значения комплексного сопротивления согласующего блока, его коэффициент передачи, второй выход источника гармонического сигнала соединен с общей шиной и третьим зажимом многополюсной электрической цепи, не примыкающим ни к одному из выводов исследуемого комплексного двухполюсника, второй вьгоод образцового двухполюсника подсоединен к третьему входу первого ключа, а первый выход источника гармонического сигнала соединен с третьим входом второго ключа.. .

2. Микропроцессорное устройство для измерения параметров пассивного комплексного двухполюсника многополюсной электрической цепи, содержащее источник гармонического сигнала, один из выходов которого подсоединен к одному из входов первого ключа, второй вход которого подключен к общей шине, образцовый двухполюсник, один из вьтодов которого подсоединен к одному из зажимов многополюсной цепи, кающему к первому вьюоду исследуемого комплексного двухполюсника и к одному из входов согласующего блока, второй вход которого соединен с общей шиной, второй зажим многопо- люсной цепи, примыкающий к второму выводу исследуемого комплексного двухполюсника, соединен с одним из входов второго ключа, второй вход которого подсоединен к общей шине, выход согласующего блока подключен к первому входу функционального преобразователя, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго ключей соответственно, а- третий и четвертый выходы функционального преобразователя подключены к входам первого и второго бло- ков индикации соответственно, о т- личающееся тем, что, с целью повьш1ения точности измерения

параметров исследуемого пассивного комплексного многоэлементного двухполюсника многополюсной электри- 5 ческой цепи типа треугольник в диапазоне частот путем исключения зависимости результата измерения от нулевого значения внутреннего комплексного сопротивления источника

0 гармонического сигнала, конечных значений комплексных сопротивлений согласующих блоков, их коэффициентов передачи, введен второй согласующий блок, один из входов которо5 го соединен с первым выходом источника гармонического сигнала, а второй вход вновь введенного согласующего блока соединен с вторым выходом источника гармонического

0 сигнала, общей шиной и третьим зажимом многополюсной электрической цепи, не примыкающим ни к одному из вьшодов исследуемого комплексного двухполюсника, второй вы5 вод образцового двухполюсника подключен к третьему входу первого ключа, первый выход источника гармонического сигнала соединен с третьим входом второго ключа, а вы0 ход второго согласующего блока

подключен к второму входу функционального преобразователя.

3. Микропроцессорное устройство для измереиия параметров пассивно- 5 го комплексного двухполюсника многополюсной электрической цепи, содержащее источник гармонического сигнала, один из выходов которого подсоединен к одному из входов первого ключа, второй вход которого подключен к общей шине, образцовый двухполюсник, один КЗ выводов которого подсоединен к одному из зажимов многополюсной цепи, примы- кающему к первому вьшоду исследуемого комплексного двухполюсника, второй вывод образцового двухполюе- ника соединен с одним из входов второго ключа, второй вход которого подсоединен к общей шине, преобразователь тока, выход которого подключен к входу функционального преобразователя, первый и второй выходы которого соединены с управляющими .входами первого и второго ключей соответственно, а третий и четвертый выходы функционального преобразователя подключены к входам первого и

5

0

5

второго блоков индикации соответственно, отличаю, ще вся тем что, с целью повышения точности измерения параметров исследуемого пассивного комплексного многоэлементного двухполюсника многополюсной электрической цепи типа звезда в диапазоне частот путем исключения зависимости результата измерения от ненулевого значения внутреннего комплексного сопротивления источника гармонического сигнала, конечных значений комплексных сопротивлений преобразователей тока, их коэффициентов передачи, введен второй преобразователь тока, один из входов которого соединен с вторьм выходом источника гармонического сигнала, второй вход вновь введенного .преобразователя тока подсоединен к третьему входу второго ключа, третий вход первого ключа соединен с вторым зажимом многополюсной электрической

of в Л / HZIHrC

ft Nf,NfiNb-Nf2Nf N},-NltNfiNlt a.lNf,Nf,A/li

Л-,М / -l t s tl-f if if lfY a V/V,X/ IZN iNfjNJ,7

i-Sfe « « - - i-,

цепи, не примыкающим непосредственно к второму выводу исследуемого комплексного двухполюсника, третий

зажим многополюсной цепи, не примыкающий к второму вьшоду исследуемого комплексного двухполюсника, подсоединен к одному из зажимов первого преобразователя тока, второй

зажим которого соединен с вторым зажимом образцового двухполюсника, первый зажим многополюсной цепи, примыкающий непосредственно к первому зажиму исследуемого комплексного

двухполюсника, подключен к общей шине, а выход второго преобразователя тока подключен к второму входу функционального преобразователя. 4. Микропроцессорное устройство

попп. 1-3, отличающееся тем, что .третий выход источника гармонического сигнала подключен к третьему входу функционального преобразователя.

Таблица 1

4ч

а.„ J9

4h-f4t,

JLj «

l NfffffiNh -N,,Nf}Hf, - Ni,N}sN}t . a IflftNaN},

L . /NfiNgNii -f il NfT-N t NfiNft

a V/v&yyfr 1/л/,лйлй/

A (,-, ,o3(if ifa-V,, ) a t a{ ff3 Vjlt- fte-Vta)

JL y.y/,-y«-y..; .//7fy ,-i.-y..) a (f/,i- fi2-Vit- ff}i

Таб/iuua Z

/7 V дП--Н г

- c::jf

/

1 Ni,HnNh-N iiNl,-Nf,

(&-/УХдЛЙ -/V,fiAfAf V ,NkN}t/

n , /, -NfzNfiNi, - NfiNJtNh V; 2N,,Nf,N/i

L V

-vfP

A/ //VfXt/y - NftNfiNl, Nf,N aWt

ZNf,N aNJt

s: : :-::- ; - -- - ,

Изобретение относится к устройствам измерения параметров комплексного двухполюсника (КД) многополюсной цепи. Может быть использовано для построения преобразователей абсолютного значения любой-из составл5вощих КД в значение. Цель изобретения - повышение точности измерения параметров много- элементного пассивного КД в цифровом значении, достигается исключением зависимости результата преобразования от конечных значений комплексных сопротивлений согласующих блоков, их коэффициентов передачи. Устройство содержит источник 1 гармонического сигнала, согласующий блок 2, резисторы 3, 4 и 5, образцовый двухполюсник 6, преобразователь тока 7, ключевые элементы 8 и 9, шины управления 10 и 11, функциональный преобразователь 12, блоки индикации 13 и 14. Функциональные схемы вариантов выполнения автоматических микропроцессорных устройств и особенности их работы приведены в описании изобретения. 3с. 1 з. п-ты ф-лы. 1 ил. 2 табл. СО ю о Од X Фиг.1

X

l

W0

г (

1

V

r-imr-i

Фиг. 10

А

п

f6

Ж Nd

Z/

17

гГ

J

Фиг. 5

ю4

п

(/г. 5

12

10

0 Ф// ГГ

L-

2/

/

16

Фиг. 7

/(71 ф/f

16

il

-и

23

J-tга

fa

(иг. а

3&t/.

.