Устройство для измерения параметров комплексного двухполюсника Советский патент 1986 года по МПК G01R17/10 

1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области измерения и контроля параметров комплексного двухполюсника.

Цель изобретения - повьппение точности измерения за счет исключения необходимости формирования мгновенных значений информационньк сигналов точно в момент перехода через .ноль и экстремум опорных сигналов.

На фиг . 1 представлена структурная схема-устройЬтва; на фиг. 2 - схема измерительной цепи; на фиг. 3 векторная и круговая диаграммы для измерительной цепи, когда исследуемый дв тсполюсник имеет последовател ную схему замещения с емкостным характером и когда в качестве образцовых двухполюсников выбраны емкостный и резистивньщ двухполюсники соответственно; на фиг. 4 и 5 - век- торные диаграммы процесса уравновешивания в декартовой системе координат .

Устройство (фиг. 1) содержит генератор 1 гармонического сигнала, зажимы которого подключены к измерительной цепи 2, состоящей из параллельно соединенных ветвей, одна ветвь состоит из последовательно соединенных образцового двухполюсника. 3, исследуемого двухполюсника 4, образцового двухполюсника 5, другая ветвь состоит из образцовых однородных двухполюсников 6.1 и 6,2, блоко 7.1-7.4 согласования, выходы которых соединены с входами соответствующих блоков 8.1-8.4 вычисления, выходы которых подключены к соответствующим входам блоков 9.1 и 9.2 суммирования, выходы которых подключены к входам соответствующих блоков 10.1 и 10.2 разности выходы ко- торых соединены с входами соответствующих амплитудно-дифференциаль- ньрс детекторов 11.1-11.4, выходы которых подключены к соответствующи входам блока 12 обработки сигналов и к входам соответствующих блоков 13.1-13.4 уравновешивания, выходы которых подсоединены к входам соответствующих блоков 14.1-14,4 индикации. I

На фиг. приняты следующие обозначения:

Vm tiff i jiУс траектории перемещения потенциальных точек i , m , d, с ;,

2

вектор напряжения питания измерительной цепи; вектор падения напряжения, снимаемого с образ- цового двухполюсника 5;

вектор падения напряжения, снимаемого с образ- цового двухполюсника 5;

(J(, - вектор напряжения на

исследуемом двухполюсни- , ке 4;

и, .и, - векторы напряжений раз-, dm dc

балансов;

и - вектор компенсирующего

напряжения;

(J, - вектор разностного напря Р1

жения между векторами UK « Udr.-

Up - вектор разностного напря Р2

жения между, векторами

и и

и,

о

),р - вектор разностного напря- жения между векторами

„ .р.

U,.. - вектор суммарного напряжения между векторами

Up, иО,

вектор разностного напряжения между векторами Up,U,t;

и,- - вектор суммарного напряжения между векторами

lJh«tJ,b.Известно, что

Чр

D

аЬ cif b ci.

(1)

40

aW , . V-,.pj 2)

где DC , /5 ,oCj и параметры измерительной цепи в обобщенных значениях .

Ан.злизируя векторную диаграмму (фиг. 2), можно отметить, что uomn и uood подобны, из подобия треугольников имеем Qpi атп .

ad 0

am am

а m

-.01

00 am-v dm cosllSO -qi ) qm-Jv coSCf

В TO же время

arn ( ( + (3) Py.. °«j() d +

ника.

Хс

Чо

. сЬ

kj,,-l edc- inVI m о m - о m

{ . а ги 2с1с - sinq -am

am

Для параллельной схемы замещения исследуемого двухполюсника вьфаже- ния аналогичны с той лишь разницей, что вместо сопротивлений будут проводимости, а при измерении приращения, например, по активной составляющей необходимо исследуемый двухполюсник 4 поменять местами с двухполюсником 5, а по реактивной составляющей ис- следуемьш двухполюсник 4 поменять местами с двухполюсником 3.

Анализируя векторную диаграмму (фиг. 4) можно отметить, что

11.„-|и

от

(3м

со

34 lj

где KO - проекция вектора Uj

на Ui

dm

В момент, когда cos (. -180 можно записать в виде

Тгт Г Г

Ш

(24)

ami

где k, - коэффициент передачи по

напряжению.

Подставив выражение (24) Bj(10), получим

/3p,2k, . В то же время

. |Uoji l d - q где O.pj - проекция вектора Иj

(

(25)

на и

сЬ

В момент квазиравновесия /L/p, / О можно утверждать,

что

Uod .|U,bU

(26)

где Kj - коэффициент передачи по

напряжению.

Тогда подставив вьфажение (26) в (18), получим

), о( 1 7-0 - (27)

Аналогичные рассуждения можно применить и в отношении Sл и /3 по векторной диаграмме, из-ображен- ной на фиг. 4б:

01-.

. 5

.)

(28) (29)

равнения отсчета для составляющих кo fflлeкcнoгo сопротивления (проводимости) измеряемого двухполюсника при фазовой реализации устройства аналогичны указанным за исключением уравнений квазиравновесия.

Из выражений (23)-(27) следует, что отсчет каждого из измеряемых параметров производится в моменты Лвазиравновесия, определяемые по нулевым значениям проекций разностных Н1п,ряжений Up, и и PJ, на опорные сигналы и и Ucb однако в моменты квазиравновесия (фиг. 56 и 5г) вектор Lip, принимает квадратурное положение относительно вектора IJ (фиг. 5б) или ОсЬ (фиг. 5г), при этом/0,р|-- (0,с/,/Огр/. /иге/ (как диагонали прямоугольника). Очевидно, что при одновременном изменении модулей (Jji, и момент полного равновесия справедливо выражение.

30

lV:lu,.p

-Ю

2с I

5

0

s

0

Указанные выражения справедливы и прй исследовании вектора разбаланса 0,3, ,

Устройство работает следующим образом.

Напряжения О |,. и Ь , снимаемые с образцовых двухполюсников 3 и 5, через блоки 7.1 и 7.4, согласования подаются одновременно на входы блоков 8.1-8.4 вычисления (в их качестве можно, например, использовать усилитель с регулируемым коэффициентом передачи) и на первые входы амплитуд- но-дис{ ференциальных детекторов 11.1-П. 4.

Сигналы с блоков 8.1-8,4 вычисления,, пропорциональные соответствен«° .iJbc ./0,,/ ,к,|0„,/ ,

4 П1сЗ I . поступают на входы блоков 9.1 и 9.2 суммирования,.которые формируют сигналы U| О j, -i- D mcl Компенсирующее напряжение с выходов блоков 9.1. и 9.2 подается раздельно на первые входы блоков 10.1 и 10.2 разности, на вторые входы которых подаются сигналы небаланса Oj, и через блоки 7.2 и 7.3 согласования. На выходах блоков 10.1

и 10.2 разности формируются сигналы, пропорциональные О р, - 0 Л(-. и О PJ и 1 - О PJ соответственно, которые поступают на вторые входы амплитудно-дифференциальных детекторов 11.1-11.4. Амплитудно-дифференциальный детектор в своем составе может, например, содержать блок суммирования и блок разности, выходы которых подключены к входам операционного усилителя, включенного по дифференциальной схеме. На выходах амплитудно-дифференциальных детекторов . 1 1 . 1-1 1 .4 формируются следующие сигналы: на выходеблока 11.1 , Ь Up, HJ на выходе блока 11.2 1. I bci на выходе блока 11-3lUp, , на выходе блока

- lUp, ат

11.4lUp -и

qml

Рг

которые одновременно подаются на входы блока 12 обработки сигналов и на входы блоков 13.1-13.4 уравновешивания .

На управляющих выходах блоков 13.1-13.4 уравновешивания формируются сигналы управления коэффициентами передачи блоков 8.1-8.4 вычисления . На информационных выходах блоков 13.1-13.4 уравновешивания формируются сигналы, пропорциональные значениям коэффициентов передач блоков 8.1-8.4 вычисления с-оответственно, которые подаются на входы блоков 14.1-14.4 индикации.

Процесс выбора предела измерения осуществляется блоком 12 обработки сиг налов по двум параметрам комплексного двухполюсника. Процесс уравновешивания начинается сразу же. после выбора предела измерения и основан на методе прямого уравновешивания. Блоки 13.1-13.4 уравновешивания изменяют коэффициенты передачи блоков 8.1-.4 вычисления до тех пор, пока сигналы, формируемые.амплитудно-дифференциальными детекторами 11.1-11.4 станут равными нулю. В эти моменты на информационных выходах блоков 13,1-13.4 уравновешивания, присут-. ствуют коды чисел, пропорциональные

° гп и Информационные сигналы с выходов блоков

13.1-13.4 уравновешивания поступают на блоки индикации.

Таким образом, устройство позволяет одновременно измерять четыре

0

5

0

5

0

5

0

0

5

параметра исследуемого двухполюсника, значения которых отображаются на блоках 14.1-14.4 индикации Формула изобрете.н ия

Устройство для измерения параметров комплексного двухполюсника, содержащее генератор гармонического сигнала, один из зажимов которого подключен к входу первого блока согласования и к .одному из зажимов измерительной цепи, составленной из двух параллельно соединенных ветвей,. первая из ветвей содержит последовательно соединенные первьй образцовый двухполюсник, однородный одной из составляющих исследуемого двухполюсника,, клеммы для подключения исследуемого двухполюсника, первая из которых и второй вывод образцового дв гхполюсника соединены с общей шиной, и второй обра.зцовый двухполюсник, однородный другой составляющей исследуемого двухполюсника, первый вывод которого и втррая клемма для подключения исследуемого двухполюсника подключены к первым входам второго- и третьего блоков согласования, вторая ветвь содержит два последовательно соединенных однородных образцовых двухполюсника, вторые выводы которых подключены к второму входу второго блока согласования и к входу четвертого блока согласования, выход которого соединен с первым вхо

дом первого блока разности, второй зажим измерительной цепи подключен к второмузажиму генератора гармоничного сигнала и к второму входу третье- третьего блока согласования, выход которого через первый блок вьгчисле- ния соединен с первым входом блока суммирования, выход которогр подключен к первому входу второг.о блока разности, второй вход которого соединен с выходом второго блока согласования, выход первого блока согласования подключен через второй блок вычисления к второму входу первого блока суммирования, управляемые входы первого и второго блоков вычисления подключены соответственно к управляющим выходам первого и второго бло ков уравновешивания, информационные выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго блоков индикации, от - личающееся тем, что, с

целью повышения точности, в него введены третий и четвертый блоки вычисления, второй блок суммирования, четыре амплитудно-дифференциальных детектора, блок обработки сигналов, третий и четвертуй блоки уравновешивания, третий и четвертьш блоки индикации, причем выход первого блока согласования соединен с первыми входами первого и второго амплитудно-дифференциальных детекторов и. через третий блок вычисления с первым входом второго блока суммирования, выход которого подключен к второму входу первого блока разности

выход которого соединен -с. вторым входом второго и первым входом третьего амплитудно-дифференциальных детекторов, выход третьего блока согласования соединен с вторым входом третьего и первьм входом четвертого амплитудно-дифференциальных детекторов и чере четвертый блок вычисления с вторым входом второго

блока суммирования, выход второго блока разности подключен к вторым входам первого и четвертого амплитуд- но--дифференциальных детекторов, выходы которых подключены соответственно к входам второго и первого блоков уравновешивания и к первому и второму входам блока обработки сигналов,

выходы второго и третьего амплитуд- но-дифференциальньк детекторов соединены соответственно с входами тре-тьего и четвертого блоков уравно- веиивания и с третьим и четвертым

входами блока обработки сигналов, управляющие выходы которого подключены соответственно к шинам управления образцовыми двухполюсниками, первой ветви, информационные выходы

третьего и четвертого блоков уравновешивания соединены соответственно с входами третьего и четвертого блоков индикации, а управляющие выходы подключены соответственно к управляемым входам третьего и четвертого блоков вычисления.

Изобретение относится к области измерения и контроля параметров комплексного двухполюсника. Цель изобретения -. повьппение точности измерения. Это достигается за счет исключения необходимости формирования мгновенных значений информационных сигналов точно в момент перехода через ноль и экстремум опорных сигналов. Устройство содеря ит генератор -1 гармонического сигнала , измерительную цепь 2, состоящую из параллельно соединенных ветвей. Одна из ветвей с остоит из последовательно соединенных образцовых двухполюсников (ОД) 3 и 5, другая ветвь состоит из однородных ОД 6.1 и 6.2, блоков 7.1-7.4 согласования, выходы которых соединены с входами соответствующих блоков 8. 1-8.4 вычисления, блоков 9.1-9.2 суммирования, блоков 10.1- 10.2 разности, амплитудно-дифференциальных детекторов 11.1-11.4, блока 12 обработки сигналов, блоков 13.1-13.4 уравновешивания. Устройство позволяет одновременно измерять четыре параметра исследуемого двухполюсника, значения которых от обра- жаются на блоках 14.1-14.4 индика- .ции. 5 ил. i СЛ кэ 4 to 00 00 Од Фи9.1

ат

ФигЛ

Р2

Уат

Uc6

Составитель В.Семенчук Редактор А, Козориз Техред О.Сопко

Заказ 3698/42

Тираж 728Подписное

ВШИЛИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг. 5

Корректор В.Бутяга