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

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бъп 1 нспользовано для пэмерения параметров комплексных дпухполгосинков.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения параметров пассивного комплексного трех- и четырехэлементного двухполюсника и повьшение точности за счет исключения погрешности, обу , сло1зленной конечным значением вход- ных комплексных сопротивлений согла- ,сующих блоков, нестабильностью их козф(1)ициен.то1а передачи, а также фа- зовьми сдвигами опорных векторов и информационных сигналов в тракте преобразования.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройстваi на фиг.2 - возможный вариант реализации функционального преобразователя; на фиг.З - структурная схема блока управления; на фиг. 4 и 5 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; ла фиг.б - эквивалентные схемы замещения состояншЧ измерительной цепи; на фиг.7 - принципиальная схема источника гармонического сигнала , на фиг. 8 - вр енные диaгpaм ьI, поясняющие процесс формирования напряжения, питающего измеритель гуш цепь} на фиг,9 - CTpyic 1 урная схема формирователя и1-1пульсов на фиг, 10 - npiD-iep построения микропроцессорного блока; на фиг, 11 - блок-схема алгоритма процесса измерения, на фиг, 12 - векторная диаграмма, поясняющая, работу устройстваJ на фиг, 13 - структур-. пая схема задающего генер атора; на фиг, 14 и 15 - уравнения отсчета, по которым организуют алгоритмы вычисления составляющих измеряемого ком- плексного многоэлементного двухполюсника в зависимости от схемы замещения,,

Устройство содержит источник 1 гармонггческого сигнала, блок 2 образцовых двухполюсников для выбора предела измерения, исследуемый комплекс- ньй дпухпогаосник 3, кзиоч 4, вершина 5 измерительной диагонали мостовой измерительной цгпи, блоки образцовых двухполюсников 6 и 7, дополняющих измерительную цепь до 11улевого моста и моделирующих ветвь измерительной цепи, составленную из исследуемого комгшексного друхполюсника 3 и блока 2 образцовых двухпогаосников, согласующий блок 8, ключи 9 и 10, фильтры 11 и 12, настроенные соответственно на первую и вторую гармоническую составляющую сигнала питания, функциональньй преобразователь 13, блок 14 индикации и блок 15 управления образцовыми двухполюсниками, Функцио- нальньш преобразователь 13 содержит фазочувствительный выпрямитель 16,

задающий генератор 17 и фазочувст вительный выпрямитель 18, блок 19 управления, аналого-цифровой преобразователь (А1ДП) 20 и микропроцессор 21 ,, аналого-цифровой преобразова5 тель 22, Блок управления содержит пульт 23 управления, счетчгас 24 адреса, запоминающий блок 25, формирователь 26 импульсов, дешифратор 27 команд управления. Источник 1 гармони0 чЁского сигнала содержит делители 28 и 29, фильтры 30 и 31, суммирующий блок 32, усилитехпз 33 мощности, . Формирователь 26 иь пульсов содержит делители 34-37, дешифратор 38, эле5 менты 21 -IjJIli 39-44. Микропроцессор 21 содерж.ит арифметико-логическш блок (ЛЛБ) 45, блок 46-микропрограм- мнох о управления, блок 47 обмена информацией. Задающий генератор 17 со- 0 держит мультивибратор 48, делитель

.49 частоты.

На фиг,1-первый и второй выходы источника 1 гармонического сигнала подключены соответственно к зажимам двухполюсников 2,6 и 3,7 измерительной цепи и через ключи 9 и 10 - к общей шине, которая соединена с вто-. рым входным зажимом согласующего блока 8. Первый входной зажим согласующего блока 8 подсоединен к выходу . ключа 4, Первый и второй входь ключа 4 соединены соответственно с точками соединения двухполосников 2,6 и 3,7 измерительной цепи. Выход согласующего блока 8 подключается через фильтры 11 и 12 к первому и второму входам фушсционального преобразователя 13, первый и седьмой выходы которого подключены к первому и второму входам источника 1 гармонического сигнала, а второй, третий и четвертый выходы функционального преобразователя 13 подсоединены соответственно к управляющим входам ключей 9, 10 и 4. Пятый и шестой выходы фупк- ционального преобразователя соединены соответствепно с входами блоков 14 п 15.

5

0

5

0

55

Первый и второй входы функционального преобразователя 13 соединены соответственно с первыми входами фазочувствительных выпрямителей 16 и 18, вторые входы которых подкл:очены соответственно к четвертому и седьмому выходам блока 19 управления, первый, третий, четвертый, пятый и шестой входы которого подключены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому и пятому выходам задающего генератора 17. Первый и третий выходы задающего генератора 17 подсоединены к первому и седьмому выходам функционального преобразователя 13, причем его второй, третий и четвертый выходы соединены соответственно с вторым, первым и третьим выходами блока 19 управления, пятый и восьмой .выходы которого подключены соответственно к первым входам аналого-цифровых преобразователей 20 и 22, Вторые входы аналого-цифровых преобразователей 20 и 22 подсоединены соответственно к выходам фазочувствительных выпрямителей 16 и 18. Выходы аналого-цифровых преобразователей 20 и 22 соединены соответственно с первым и третьим микропроцессора 21, Микропроцессор 21 связан с блоком 19 управления адресной шиной и шшюй данных. Кроме того, второй и третий выходы микропроцессора 21 соединены соответственно с пятым и шестым выходами функционального преобразователя 13. Первый, третий, четвертый и пятый входы блока 19 управления соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами формирователя 26 импульсов, первьй и второй выходы которого подключены к четвертому и седьмому выходам блока 19 управления. Первый, второй, третий, пятый, шестой и восьмой выходы блока 19 подсоединены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому, пятому и шестому выходам дешифратора 27.

команд управления, седьмой выход кото рого подключен к первому входу счетчика 24 адреса, а восьмой - к первому входу формирователя 26 импульсов,

Первый, второй и третий выходы пульта управления подключены соответственно к второму, третьему и четвер-. тому входам счетчика 24 адреса, пятый вход которого соединен с шестым входом блока 19 управления, второй вход

44598

которого - шина данных подключена . к первому входу запомин ающего блока 25, выход которого подключен к первому входу, дешифратора 27, второй вход

5 которого подсоединен к четвертому выходу пульта 23 управления. Второй, третий и четвертьш входы формирователя 26 подключены соответственно к первому, третьему, четвертому и пято10 му входам блока 19 управления, четвертый и седьмой выходы которого соединены с первым и вторым выходами формирователя 26 импульсов.

Первый и второй выкодь источника

15 1 гармонического сигнала соединены соответственно с входами делителей 28 и 29, выходы которых через фильтры 30 и 31 подключены соответственно к первым и вторым входам суммиру20 ющего блока 32, ныход которого подсоединен к выходу усилителя- 33 мощ-

5

ности, первый и второй выходные зажимы которого соединены с первым и вторым выходными зажимами источ5 ника 1 гармонического сигнала.

Второй, третий, четвертый и пятый входы формирователя 26 импульсов соединены соответственно с входами делителей 34-37, прямые и i-гаверсные

0 выходы которых подключены к первым входам частей И соответственно элементов 2И-ИЛИ 39-42, вторые входы которых подключены к первому выходу дешифратора 38, второй выход которого подсоединен к первым входам частей И элементов 2И-1ШИ 43 и 4/, вторые входы которых соединены с выходами соответственно элементов 2И-ИЛИ 39- 42. Выходы элементов 2И-РШИ 43 и 44

Q подключены соответственно к первому

и второму выходам формирователя 26 импульсов, первый вход которого соединен с входом дешифратора 38,

Второй вход - адресная шина микропроцессора 21 соединен с первым входом арифметико-логического блока 45, адресная шина которого подключена к первому входу блока 46 микропрограммного управления, второй и третий входы которого соответственно по командной магистрали и шине сигналов прерывания подключены к выходам блока 47 обмена информацией. Выход бло- ;ка 46 микропрограммного управ- 5 ления по шине служебных сигна- лов связан с входами управления блоков 45 и 47, Блок 47 обмена информацией соединяется по шине данных с

5

0

информационным входом арпфметнко-ло- гическог о блока 45. Кроне того блок .47 соединен шиной данных через нер- вьш выход микронроцессора 21 с запо- минающим блоком 25. Первьш и третий входы микропроцессора 21 соединены с информационными входами блока 47 обмена-информацией, первый и второй Информационные выходы которого под- ключены соответственно lepes второй и третий выходы мшсропроцессора 21 соответственно к пятому и шестому выходам функционального иреобрйзовате- ля 13..

Выход мультивибратора 48 соединен с пятым выходом задающего генератора 17 ПС входом делителя 49 частоты, первый, второй, третий и четвертьШ выходы которого подклночены соответ- ственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам зад,а ощего генератора 17,

Устройство работает следующим образом.

Б соответствии с алгоритмом измерения па ключи 4, 9 и 10 поступают управл.яющие сигналы (фиг. 4) с четвертого, второго и третьего выходов функционального преобразователя 13, 30. с четвертого выхода (фиг. 4 стро- . ка CU ) на ключ 4, а с второго и третьего входов (фиг. А строки 6 .и Ь) - на ключ1г 10 и 9.

Во время действия высокого уров- 35 ня (первый и второй такты, фиг.4 строка (X) согласующий блок 8 подключается двухпозиционным ключом 4 к вершине ветви, содержащей иссл едуе- мьй двухполюсник 3, а во время дей- 40 ствия низкого уровня - к вершипе ветви,.. содержащей образцовый одно- элементньй 6 и образцовый комплексный 7 двухполюсники.

Длительность временных интервалов 45 соответствующих первому, второму, третьему и четвертому тактам (фиг,4), определяется временем преобразова- пия аналоговых сигналов н выпрямителях 16, 18 и преобразователях 20, 50 22 функционального преобразователя.

Последовательность работы ключей 9 и 10 определяется схемой замещения исследуемого комплексного сопротивления и может задаваться с пульта 23 управления программой.

Например, для измерения при последовательно-параллельной схеме заме50 5

0

5

0.

5 0

5 0

щения исследуемого двухполюсника 3, ключи 9. 11 10 поочередно, в первом и третьем тактах - 10, а во втором и четвертом - 9 подключают двухполюсники 3,7 и 2,6 к общей шине. Для измерения при параллельно-последовательной схеме замещения очередность работы ключей обратная: в первом и третьем тактах ключ 9, а во втором i четвертом тактах ключ 10 подключают двухполюсники 3,7 и 2,6 к общей шине Па фиг, 4 строки б и Ь иллюстрируют ра,боту ключей для измерения при .последовательно-параллельной схеме замещения исследуемого двухпо1посника 3. При этом измерительная цепь в процессе измерения изменяет свою структуру. Фиг. 6 иллюстрирует эквивалентные схемы состояний измерительной цепи для измерения при последовательно-параллельной схеме замещения исследуемого двухполюсника 3, причем фиг. 6 CL соот&етствует первому, фиг. 6б - второму фиг. 6 Ь - третьему, фиг. 6i - четвертому тактам измерения. Во всех четырех тактах измерительная цепь питается напряжением с выхода источника 1, которое пропорционально сумме напряжений двух разных частот.

Выходное напряжение источника 1 формируется следующим образом. С выхода мультивибратора 48 заедающего генератора 17 последовательность импуль сов (фиг. 5 строка Си), тактирующих, работу всего устройства, поступает на .пятьш выход задающего генератора 17 и вход делителя 49 частоты, с вы-, ходов которого две парафазные последовательности импульсов (фиг. 5 строки О , Ь , е и Ж), соответствующие, например, первой и второй гармоникам напряжения, питания измерительной цепи поступают соответственно на первый, второй, третий и четвертый выходы задающего генератора 17, С первого н третьего выходов генератора 17 через первый и седьмой выходы функционального преобразователя 13 сигналы (фиг. 5 строки 0и е) поступают через входы источника 1 гармонического сигнала на входы делителей 28.и 29 частоты, Коэ Щиент деления делителей 28 и 29 равен двум, что аналогич но 5Т еньшению частоты их выходных , сигналов вдвое. Фильтры 30 и 31, на входы которых поступают прямо71

угольные импульсы со. скважностью два с выходов делителей 28 н 29 (фиг. 5 строки г , 3 и фиг.8 строки Д, б ), выделяют первые гармоники входных, сигналов (фиг.8 строки Ьи г.), которые поступают на вход суммирующего блока 32, с выхода которого сигнал сложной формы поступает на вход усилителя 33 мощности. На выходе усилителя 33 получают сигнал для питания измерительной цепи (фиг.8 строка В). На фиг.8 строка е иллюстрирует нал, получаемьш на выходе согласующего блока 8, например, в первом такте измерения. На выходе ф шьтров 11 и 12 получают сигналы (фиг. 8 строки Ж и ), которые через первый и второй входы функционального преобразователя 13 поступают на Ш1формацион- ные входы фазочувствительных выпрямителей 16 и 18.

На управляющие входы фазочувстительных выпрямителей 16 и 18 поступают сигналы через четвертый и седьой выходы блока 19 управления с вы- одов формирователя 26 импульсов, принцип работы которого поясняется с помощью временной диаграммы на фиг.5. На входы делителей 34-37, коэ зфици- ент деления которых равен двум, поступают сигналы (фиг.5 строки Q , 6 ,е и ж) первого, второго, третьего и четвертого выходов задгиощего генератора 17, На выходе делителей 34- 37 получают сигналы, частота которых вдвое меньше частоты сигналов, поступающих на входы этих блоков (фиг.5 строк и If 3 J и и). Кроме того, сигналы (фиг.5, строки t. и J) сдвинуты относительно сигналов строки соответственно 9 и U па 90 . На фиг.5 строки Я, 6, § и М показаны только прямые выходные сигналы де- лителей 34-37. Временные зависимое- ти инверсных сигналов аналогичны.

Погрешности в формирования фа- oBorcj сдвига, равного , способом определяютс я нё шёнтичностью ремен задержек логических элементов, н а которых построены делители 34-37. С помощью существующей эле- . ентпой базы можно получить погрет- ность в формировании указанного фазового сдвига до 2Т. , что большинстве случаев приеьшемо для рецизионных измерений с точностью о W,.

20

44598В .

По команде с дешифратора 27 де- 1Ш1фратор 38 вырабатывает управляющие сигналы для элементов 2И-ИЛИ 39-44, выполнякщих функцию дискриминатора сигналов, поступающих с выхода формирователя 26 через четвер- тьш и седьмой выходы блока 19 управления на управляющие входы фазочув- ствительных выпрямителей 16 и 18. JQ Таким образом, на управляющие входы выпрямителей 16 и 18 в соответствии с алгоритмом измерения поступают сигналы Nj, Nj, Mj и Mj, причем сигналы Nj и Mj сдвинуты соот ветст вен- |с но относительно сигналов Nj и М; на

IJ . J,

У , а сигналы N и NJ соответственно относительно Mj и MJ сдвинуты на jr/2, где j - порядковый номер частоты.

Фазочувствительные выпрямители 16 и 18 в процессе измерения последовательно детектируют сигналы, поступающие с выходов фильтров 11 и 12 синхронно с сигналами Nj, Nj, М ; и

25 j .

Процесс управления работой устройства осуществляется программным путем. Это происходит следующим образом.

30

Па счетчик 24 адреса с пульта 23

управления поступает информация о начале измерения, о конце измерения и о начальном адресе программы, по которой выполняется измерение и которая определяет режим измерения, т..е. с пульта управления за- дается вид и характер схемы замещения исследуемого комплексного двух- . полюсника. С пятого выхода задающего генератора 17 через щестой вход блока 19 управления на счетный вход счетчика 14 адреса поступают импульсы (фиг. 5 строка с ).

Запуск и остановка счетчика 24 адреса осуществдхяется автоматически или вручную с пульта 23 управления. С выхода счетчшса 24 адреса на первую магистраль запоминающего блока 25 поступают адреса считываемых ячеек памяти, содержание которых с помощью дешифратора 27 команд управле, НИН преобразуется в управляющие команды. Команды поступают через первый, второй и третий выходы блока

55 19 управления к ключам соответственно 4, 9 и 10 через шестой выход 6Jio- ка 19 управления по адресной магистрали, через второй вход микропро35

40

45 л

50

1244598

цессора на адресный вход арифметико- логического блока (АЛБ) 45. Кроме того, команды с дешифратора 27 поступают через пятый и восьмой выходы блока угфавлеиия (первые входы) аналого-цифровых преобразователей (АЦП)

20и 22. С выходов АЦП 20 и 22 информация об измеряемы величинах в ввде цифрового кода постухгает через пар- Bbrii и третий входы микропроцессора

21на первую и вторую магистраль блока 47 обмена информацией.

Блок 46 микропрограммного управления в соответствии с информацией, поступающей от АЛБ по адресной шине и от устройства обмена информацией по командной магистрали и шине сигналов прерывания, поступающих от МЩ

20и 22, управляет операциями, выпол- няемымп АЛБ 45 и блоком 47 по шине служебных сигналов. Микропроцессор

1Iосуществляет обмен данными с запоминающим блоком 25 через блок 47 обмена информацией по магистрали данных.

Блок обмена информацией по выход- иъш шинам выдает информации на блок 14 индикации и блок 15 управления образцовыми двухполюсниками, прпн- .цип работы которого аналогичен принципу работы блока уравновешивания Б MdcTax переменного тока.

Условные и безусловные переходы по програм.$е и переходы к подпрограммам осуществляются по команде, подаваемой с одного из выходов дешифратора 27 команд управления на один из входов счетчика 24 адреса. Для управления всем устройством в целом от внешней ЭВМ, подключаемой к пульту 23 управления, предусмотрена связь пульта 23 управления с дешифратором 27 команд управления.

Алгоритм измерения (фиг. 11) осуществляется следующзтм образом.

Па выходе фильтров в первом и втором тактах формируются сигналы

(J Ej, Ез, 2,, , (1)

где i и j - порядковьй номер такта

и порядковьш, номер час- . , „ , тоты;

V, - частота питания измери - тельной цепи.

bj - частотные составляющие сигнала пита}1йя измерительной цепи;

LL

8

10

Zj и Zj - величины сопротивлений исследуемого 3 и образцового 2 двухполюсниковJ Е(,х - входное сопротивление согласующего блока 8J

F 1, - соответствующие функциональные зависимости на- пряжен1 г и j;j от параметров измерительной цепи.

В каждом из тагстов полученные сигналы (1) детектируются в фазочувстви- тельных выпрямителях 16 и.18 синхронно с опорньми прямыми и инверсными и ортогональными прямыми и инверсны- ми сигналами Nj, Nj и Mj,- Mj, На выходе АЦП 20 и 22 формируются цифровые коды Ту и , поступающие через блок 47 обмена информацией микропроцессора 21 в запоминающий блок 25. Сигналы Т), и первом и втором тактах измерения имеют следующий втзд: .

i t-l)

T-i -K-iAi os (fit i ti)- -Uc;

W-° i if2. (fti t)---

( | .J )-«-Uo; ,cos(fi,± -|.() VK,:os()-i-U,; ,cos(f2i±f )-Юо;

,sin(f,tt)+Uo; ,sin(fdi t)+Uo; W .

;г-адг г tfi )

Q K2Xisin()- -Uo;

,U,sin(f,,i,,) (fji ± |i)+Uo;

f г ± fi

где d u i. - фазовые сдвиги опорньпс сигналов iT и NJ относительно частотных составляющиЗс сигнала питания измерительной цепи Е и EJ, flj - фазовые сдвиги напряжений Uy , относительно напряжений соответственно Ej ,

K tj - коэффициенты передач аналогового тракта преобразователя соответственно на i-OM такте измерения на j-ой частоте питания измерительной цепи, причем можно записать, что для л)н:

.T,,,cos(f,tf,),IVos4 cosf,± Yn,g iK U sinf sinfi +Uo , илиЛН) Ж

где , a.jpUo, a для 4: .os(f,)+Uo

,со5 ,jsinf +b 5,

5 И так мы видим, что в выражениях (3)-(6) отсутствует погрешность, обусловленная фазовыми сдвигами в аналоговом тракте преобразования.

На фиг.12 приведена векторная диа- где ,cosfi, ,sinf : b,.V., ° грамма измерительной цепи, при фаз о-

вом сдвиге системы опорных ортого-

С целью исключения аддитотной состав- «альных сигналов на угол i ляющей погрешности, учитывая, что для относительно частотной составляющей кодов Т, и Т , вычисляются напряжения Е источника 1 гармони- .

15 ческого сигнала..

. Из диаграммы на фиг.12 видно, что отношение, например, действительной части двухэлементной схемы замещения комплексного двухполюсника 3 к велк- 20 чине образцового двухполюсника 2 определяется из выражения

следующие соотношения:

T,,2(x,

W.2(,t ( a. ;

РгГРггМгг2(Уг.Л.5. ..(,,b,y,);

.VQtr% 2(b,,y,,t b,,V;.

.,,2 (b. ,) ; I Q2rQz 2 % 2(,,x,p. Цифровые КОД. (2) фиксируются в запо(2)

RgZ3 () l iCOsOV fj y

Za (А)

и

25

Преобразуем это уравнение к виду

) U icosfi.iU cojfг tU smf UaiSin p U + fii) )

-

2гАГ

) U icosfi.iU cojfг tU smf UaiSin p U + fii) )

минающем блоке 25. Они представляют собой проекции напряжений U,, U зо Подставляя в (7) вместо фазовых углов и Ui на опорные сигналы N, N, , М - %i и fz соответственно фазовые уг- и М, причем, например, x. f, . Tif+fi Н Tzi + М Jzf получаем a y U sinf«. Взаимосвязь, синфазной

и квадратурной составляющих детекти- з UjCos f -t руемых сигналов (1) в кодах (2), Z (Ц;

обу.славливающаяся нелинейностью ана- +U jsin | 4i Ц sinfj,(8)

логового тракта преобразования, отра- -

.жена в (2) наличием в каждом уравне- Очевидно, что уравнение (8) является НИИ компонента XLJ и .отношением действительной хшстн двух С целью исклю ения погрешности от о элементной схемы замещения комплекс- ,шуитирования согласуюпдам блоком 8 пз- двухполюсника 3 к величине образцового двухполюсника 2 в системе координат MyON, т.е. фазовый сдвиг напряжения Е относительно опорных элементной схемы замещения исследуе- 45 ортогональных векторов N и мого комплексного двухполюсника 3 к подобном алгоритме обработки не вли- BenH4mie с образцового двухполюсни- „ет на результат преобразования. Да- ка 2 на частотах Ч и иЗ вычисляются лее, подставляя в уравнение (8) Обозначения, пр1шятые в уравнении (2) 50 получаем

R6Z, (Ц) (Мг1 , Z, (tO) т. +М, t

мерительной цепи и сдвига фаз сигналов Е., и Ег относительно сигналов Nj, Mj отношения составляющих двух-

согласно выражениям Rei,() NfiNjitMwMif

N|,M|,

Р

лн

R&Z (ц)р) J ЫцКг1+М г.Мгг р Zj СсОг,) N + М|г 2

(3) (4)

N|.,

Полученное уравнение аналогично урав- 55 нению (3). Такие же рассуждения можно привести и для Sji. Очевидно, что вышесказанное справедливо и для cJj, т.е. для Р/ и S .

) VVW. Za(4) NI, + HI

ч

М

(6)

RgZ3 () l iCOsOV fj y

Za (А)

и

25

Преобразуем это уравнение к виду

) U icosfi.iU cojfг tU smf UaiSin p U + fii) )

-

2гАГ

зо Подставляя в (7) вместо фазовых углов - %i и fz соответственно фазовые уг- Tif+fi Н Tzi + М Jzf получаем

R6Z, (Ц) (Мг1 , Z, (tO) т. +М, t

N|.,

Полученное уравнение аналогично урав- 55 нению (3). Такие же рассуждения можно привести и для Sji. Очевидно, что вышесказанное справедливо и для cJj, т.е. для Р/ и S .

13

Принимая во внимание, что для математической модели устройства (2)

(a,ia,-a,)«:0 и ()0. уравнения (3)-(6) можно переписать

P J i t-t+y ytl, p. , ff. .

. Г4

гг

pt . „ -, ,

2 х H-v E7TR2 2 i ,

21 г i 4;-) г г

а1 . iifn; ;% г Сл гт:

ь, ,

S , S б;

)Z 2

Угг. % °гг

где Р, PJ и S, Sj - численные зна- че}1ия, пропорциональные отношениям составляющих двухэлементной схемы за мещения исследуемого.комплексного двухполюсника 3 соответственно однородных и неоднородных по характеру образцовому двухполюснику 2 к величи не этого двухполюсника, не содержащие мультипликативной погрешности; Р , PJ и S , z численные значения пропорциональные отношениям составляющих двухэлементной схемь замещения исследуемого комплексного двухполюсника 3 соответственпо одз-;ород- ных и неоднородных по характеру образцовому двухполюснику 2 к величине этого двухполюсника, содержал(ие мультипликативную погрешность ()- мультипликативная погрешность измерения.

По уравнениям на фиг. 14 и 15 микропроцессором -21 вычисляются величины отношений составляющих четы- рехэлементной схемы замещения исследуемого двухпол осника 3 к величине образцового двухполюсника 2. Например, для последовательно-параллельной схемы замещения исследуемого двухполюсника 3, имеющего емкостной характер (фиг. 14 строка 1) имеем:

р K2(,)(AJ + 1)

2 -

Sj (,)(AJ-f1)

-tr- л-;

-r TCT A4i-K)

( ) (A TTTlA K2+T)

(9) (10) (11)

244598 ;

A

oC ()(л2+ТИА К2ТТТ

(12)

где величина образцового двухпо- гаосника 2. .

На фиг. 14 и 15 приняты следующие значения: - составляющая последовательной цепи исследуемого jQ двухполюсника 3, однородная по ха- рактеру образцовому двухполюснику 2J

jf - составляющая последовательной цепи исследуемого, двухполюсника 3, не9днородная по характеру образцово- 15 му двухполюснику 2j составляющая параллельной цепи исследуемого двухполюсника 3, однородная по характеру, образцовому двухполюснику 2J jU- составляюпшя параплельпой цепи иссле- 2Q дуемого,двухполюсника 3, неоднородная по характеру образцовому двухполюснику 2, К - отношение гармо- нических-составляющих сигнала питания измерительной цепи, А и С - коэф- 25 Фициепты, вычисляемые по следующим формулами

A S2-Kl§. ;

кСррРз)

кСРТ,)

В соответствии с полученными соотношениями (9), (10), (11) и (12) блок 15 управления образцовыми двухполюсниками задает определенные зна-. чения образцовых двухполюсников 6 и 7, моделирующих ветвь, содержащую ис- следузм1;ш двухполюсник 3. .

В третьем и четвертом тактах изерения на выходе фильтров формируются сигналы

. .

Uij F(u)j, Ej, ZT, ЕБ, Zbi) (13)

где ZT и Z(5 - величины сопротивлений

образцовых двухполюс- НИКОВ 7 и 6..

Сигналы (13) детектируются син- хронно с опорными сигналами Nj, Nj и Mj, Mj. Формируются Цифровые коды, фиксирующиеся в запоминающем блоке 25:

Tj,(f,,,±f,)+U,

т;,-%и cos(f jfp+Uo,

VK..tt)- T l- -KizV°s(fjj-.:..p-.-Uo,,Xcos(.|.,)+Uo,

о

15

T(.cos(f,i±v|)-«-Uo

VK,cos(f jt lO+Uo, ,cos(n,±v|,)+U

,Ui,sin(f3,tti)

VW6 i fittfl) (Vtz.)

,U,,sin(,± f,U.; QJr-K isin(V-fi uQ fK jU jsinC jfJ+Uo;Q;r- 24t«i(f-i± fi)Uo

..+г

где YH фазовые сдвиги напряжений и;; относительно напряжений El,

Я. 3 ЬЯ- Э

Ktj - коэффициенты передач ана- 20 где р -- мультипликативная

f2- погрешность. Аналогичные уравнения можно записать и для кодов //, Sj и 8ц , Далее вычисляются отношения составляющих

логового. тракта преобразования соответственно на i-oM такте измерения и на j-ой частоте питания измерительной цепи.

Для исктаочепия аддитивной, состав- - двухэлементной схемы замещения исслеляшщих погрешности, дующие выражения:

вычисляются сле.Далее вычисляются отношения составляющих двухэлементной схемы замещения образцового комплексного двухполюсника 7 к величине образцового двухполюсника 6 по формулам

р,. .b. F,,. .

p. ,.A.

(14,15)

N,H-M

MaiSt K,

: il

Ss.

.T.t

(16,17)

S/ MiilM - 9 It

где РЗ , ( и Б з , S n - численные значения, пропорциональные отношениям составляющих двухэлементной схемы заРО -| (..,а,,) (х|,+у,,) ( () - +УгУ Ц НУ

При условии

и

.г

(, ) с (aL+a2,,,)

г-1 гг

И

(1244598 . 16

мещения образцового комплексного двухполюсника 7 соответственно однородных н неоднородных по характеру образцовому двухполюснику 6, к вели- 5 чине этого двухполюсника, содержащие мультипликативную погрешность AJ РЗ , Р и БЗ , Sfj - численные значения, пропорциональные отношениям составляющих двухэлементной схемы замещения 10 образцового комплексного двухполюсника 7 соответственно однородных и не-- однородных по характеру образцовому двухполюснику 6, к величине этого двухполю сника, не содержащие мульти 15 пликативной погрешности. Можно запи- сат-ь, что, например.

..+г

Я. 3 ЬЯ- Э

где р -- мультипликативна

дуемого комплексного двухполюсника 3 к соответствующим составляющим двухэлементной схемы зг1мещения образцового комплексного двухполюсника 7. на 30 каждой из частот

35

(18,19и20,21)

Так как условия преобразования сигна лов и и Uj, (. и ът. также U и ,, и и, одинаковые, то можно заключить, что , а (Г2.Л. Следовательно при вычислении соотношений (18)-(21) равные коэффициенты сокра45

50

тятся, а это означает, что полученные соотношения (18)-(21) свободны от погрешности обусловленной нелинейностью коэффициента передачи в аналоговом тракте измерения. Это можно показать следующим образом.

(22)

55 выражение (18) можно записать в виде

Р . ..yzf)(li+y4i) ReZ, (uJJzf . ,) ReZ,(cJ,)Z,

Используя соотношения (18)-(21) и формулы на фиг. 14 и 15, формируют численные значения составляющих исследуемого комплексного двухполюсника 3. Например, при последовательно- параллельной схеме замещения двухполюсника 3 емкостного характера можно записать

B, 5|i(Po,);. (23)

(24)

(25)

(26)

где (Jj , jj , . и jjj - составляющие исследуемого двухполюсника 3,

17 7 составляющие образцового двухполюсника 7.

Полученные величины составляющих исследуемого комплексного двухполюсника 3 (23)-(26) не зависят от частот сигнала питания измерительной цепи.

Прини1 1ая во внимание нестрогое равенство (22), можно итеративно приблизить точность измерения составляющих измеряемого двухполюсника 3 к точности образцовь с мер. Для этого повторяют .такты измерения образцовой ветви, при этом изменяют каж,дый раз величины составляющих образцового комплексного двухполюсника 7, используя для этого информащш, полученную в предьщущих тактах измерения.

Таким образом, прш енение Предлагаемого устройства позволяет значительно расширить функциональные возможности измерителя и повысить точность измерения параметров пассивных комплексных трех- и четырехэлемент- ных двухползосников.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения параметров пассивного комплексного двух- полюсн1жа, содержащее источник питания, первьш и второй выходы которого подсоединены соответственно.к входам первого и второго ключей и к диагонали питания мостовой измерительной

5

цепи, первая и вторая вершины измерительной диагонали которой соединены соответственно с первым и вторым входами третьего ключа, выход которого подсоединен к первому входу согласующего блока, второй вход которого соединен с общей шиной и с выходами первого и второго ключей, функциональный преобразователь, первьш выход которого подключен к первому входу источника питания, второй, третшЧ и четвертый выходы функционального преобразователя соединены с управляющими -входами первого, второго и третьего ключей соответственно, пятый выход соединен с входом блока индикации, шестой выход подсоединен к входу блока управления образцовыми двухполюсниками, первый, второй и третий

выходы которого подсоединены к управ-. яющим входам первого, второго и третьего образцовых двухполюсников соответственно, отличающее- с я тем, что, с целью расширения

ункциональных возможностей и повьшге- ния точности измерения параметров пассивного комплексного трех- и четы- ехэлементного двухполюсника, в него ведены два фильтра, входы которых

одсоединены к выходу согласующего блока, а выходы подключены соответственно к первому и второму входам ункционального преобразователя, седьмой выход которого подсоединен

к второму входу источника питания.

2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что функциональ ный преобразователь содержит дискретный генератор импульсов, первый выход . которого соединен с первым выходом функционального преобразователя и с. первым входом блока управления, первый, второй и третий выходы которого подключены к второму, третьеьгу и четвертому выходам функционального преобразователя соответственно, четвертый выход блока управления подсоединен Kg первому входу фазочувствитель- ного выпрямителя, а пятьй - к первому входу первого аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом микропроцессора,

первьм выход которого подсоединен к второму входу блока управления, шестой выход которого подсоединен к

BTOpoi-iy входу микропроцессора, второй и третий выходы которого соединены соответственно с пятым и шестым

выходами функционального преобразователя, первый вход которого подключен к второму входу фазочувствительного выпрямителя, выход которого подсоединен к второму входу первого аналого- цифрового преобразователя, второй выход дискретного генератора нмпуль- сов .соединен с третьим входом блока управления, седьмой и восьмой выходы блока управления соединены соответственно с первым входом второго фазочувствительного выпрямителя и с первым входом второго аналого-цифрового преобразователя, третий вход

дискретного генератора импульсов подключен к четвертому входу блока управления и к седьмому выходу функционального преобразователя, второй вход которого подсоединен к второму входу фазочувствител1 ного выпрямителя, выход которого соединен с вторьм входом второго аналого-цифрового пре- образо.вателя, выход последнего подключен к третьему входу микропроцессора, четвертый и пятый выходы дискретного генератора импульсов соединены с пятым и шестым входами блока управления.

J Г

§

I Л I L

фиг. 4

1 I 1IL

фив.5

8

к т 1

8

LL

28

I

1

8

O T

I

1

8

f т

фиг. 6

JO

J2

JJ

Jf

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повьшение точности измерения. Устройство содержит источник 1 гармонического сигнала, блоки 2, б и 7 образцовых двухполюсников, ключи 4, 9 и 10, согласующий блок 8, функциональный преобразователь 13, блок 14 индикации и блок 15 управления образцовыми двухполюсниками. Введение фильтров 11 и 12, настроенных на первую и вторую гармоническую состазляющую сигнала питания, и конкретное выполнение функционального преобразователя 13 позволяет устройству измерять параметры пассивного комплексного трех- и четырехэлемент- ного двухполюсника. Кроме .того, исключаются погрешности, обусловленные конечным значением входных комплексных сопротивлений согласующих блоков, нестабильностью их коэффициентов передачи, а также фазовыми сдвигами опорных векторов и информационных сигналов в тракте преобразования. 1 з.п. ф-лы, 2 табл. 13 ил. i ь гз ел ;о 00 ф(г.1

фиг.7

фиг.9

/{АЦ

Шина odflGca

/fffj J

/fff.rs

г

Ть

Wf/f/ff cifs/ a/foS npepb/ Ojvt/A

/foi/o/io yjfieps/ t/e

(pop,wfioSM L e mJcS. /r/y t/ MI/

VopHUpoSdff /e KoSaS f/ij и Нг.1

Фор 1//}оёа//ие /todoS Pfj uSiJ

Синтез off/yojuffSoi} ee/7jSi/

Форм1/1ос у /ие юдсб }} и

EvapMi/jOoSffme doS /fV V/ /

(f OflMVfloSfff/i/e KodoS PtJ i/SiJ

POOM

xodoi J}jf, ) f, tff, Xr

ffff

физ.Ю

r

fffft/e

;

фиг. 12

/fff

4g

4ff

фиг. 13

Составитель В.Семенчук Редактор Ю.Середа Техред Л.Олейник корректор С.Шекмар Заказ 3910/48- Тираж 728Подписное

ВНИИПИ 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