Устройство для измерения параметров нерезонансных двухполюсников Советский патент 1986 года по МПК G01R27/02 

2.Устройство по п. 1, блок варительнон обработки которого содержит два блока согласования, входы которык подключены к соответствуюгаям входам, а выходы - к соответствуюпшм выходам блока предварительной обработки, отличающееся тем, что в него введены блок деления и блок памяти причем входы блока деления подключены к выходам соответствующих блоков согласования, а выход через блок памяти подключен к второму выходу блока предварительной обработки, управляе№|1е входы блока деления и блока памяти подключены к соответствующим входам блока предварительной обработки.

3.Устройство по п. 1, блок функционального преобразования которого содержит разностную схему, фазовращатель, два фазочувствительных рямителя, амплитудный преобразователь, причем выход фазовращателя соединен с опорным входом одного

из фазочувствительных вьтрямителей, выход которого соединен с одним из выходов блока функционального преобразования, отличающееся тем, что в него введен блок умножения, первый и второй вход которого соединены соответстве1жо с ервым н вторым входом блока функционального гфеобразования,управляемый вход его соединен с управляющим входом блока функ1.1иоиального преобразования, а выход - с одним из входов разностной схемы, второй вход которой соединен с третьим входом блока функционального преобразования, а выход- параллельно с входом фазовращателя, опорным входом первого фазочув- ствительного вьтрямителя и через амплитудный преобразователь с третьим входом блока функционального преобразования, информационные входы фазочувствительных выпрямителей соединены с первьм входом блока фу .гк- ционального преобразования, а выход второго фазочувствительного выпрямителя соединен с первым выходом блока функционального преобразования .

4. Устройство гго п. 3, блок функционального преобразования которого содерж1-1т блгж умножения, информационные входы которого соединены с первым и вторым входами блока функ- Ионального преобразования, упрап1250984пред- ляемый вход - с управляющим входом

блока функционального преобразования, а выход - с одним из входов разностной схемы, второй вход которой соединен с третьим входом блока функционального преобразования, а выход вместе с входом фазовращателя - с опорным входом первого фазочувствительного выпрямителя, выход которого соединен с первым выходом блока функционального преобразования и входом амшштудного преобразователя, вькод которого соединен с третьим выходом блока функциональ ного преобразования, выход фазовращателя соединен с опорным входом второго фазочувстзительного вьтря- мите.п-я, выход которого соединен с вторым выходом блока функционального преобразования 5 отличающееся тем, что в него введен второй блок умножения, информационные входы которого соединены с вторым и третьим входами блока функционального преобразования, управляемый вход - с управляющим блока функционального преобразования, а выход - с инфopмaциoннь: входами фазочузствительных выпрямителей .

5.Устройство по По Bj блок функ ционального преобразования которого содержит блок умножения, иргформа1щ- онкые входы которого соединены с первым и вторым входами блока функ- 1Ц1онального преобразования, управ- ляемгзШ вход - с управляющим Бxoдo f с;лока функционального преобразовани а вькод - с одним ип входов раз ноет яой схемы, второй вход которой соединен с третьим входом блока функ- /мигжального преобразования, о т л и чающееся тем, что в ):ero введены два фазовременнь1Х преобразо вателя,, причем первый вход перзого фазовременного преобразователя соединен с первьЕм входом блока срункци- онального преобразования, первый вход второго фазоврег енного преобра зователя соединен, с выходом разност ной схемь, BTOpbiie входы фазовремен- Hhsx преобразователей соединены с четвертьгм входом блока функциональ - ного преобразователя, а выходы с соответствуюгшми вь)ходами блока фу ,ионалы;ого преобразования,

6.Устройство по п. 3, блок функ пнонального прео5раэозан.ня которого

блока функционального преобразования, а выход - с одним из входов разностной схемы, второй вход которой соединен с третьим входом блока функционального преобразования, а выход вместе с входом фазовращателя - с опорным входом первого фазочувствительного выпрямителя, выход которого соединен с первым выходом блока функционального преобразования и входом амшштудного преобразователя, вькод которого соединен с третьим выходом блока функционального преобразования, выход фазовращателя соединен с опорным входом второго фазочувстзительного вьтря- мите.п-я, выход которого соединен с вторым выходом блока функционального преобразования 5 отличающееся тем, что в него введен второй блок умножения, информационные входы которого соединены с вторым и третьим входами блока функционального преобразования, управляемый вход - с управляющим блока функционального преобразования, а выход - с инфopмaциoннь: входами фазочузствительных выпрямителей .

5.Устройство по По Bj блок функционального преобразования которого содержит блок умножения, иргформа1щ- онкые входы которого соединены с первым и вторым входами блока функ- 1Ц1онального преобразования, управ- ляемгзШ вход - с управляющим Бxoдo f с;лока функционального преобразовани а вькод - с одним ип входов раз ноет яой схемы, второй вход которой соединен с третьим входом блока функ- /мигжального преобразования, о т л и чающееся тем, что в ):ero введены два фазовременнь1Х преобразователя,, причем первый вход перзого фазовременного преобразователя соединен с первьЕм входом блока срункци- онального преобразования, первый вход второго фазоврег енного преобразователя соединен, с выходом разностной схемь, BTOpbiie входы фазовремен- Hhsx преобразователей соединены с четвертьгм входом блока функциональ - ного преобразователя, а выходы с соответствуюгшми вь)ходами блока фу ,ионалы;ого преобразования,

6.Устройство по п. 3, блок функ- пнонального прео5раэозан.ня которого

содержит блок умножения, информац 1он ные входы которого соединены с первым и вторым входами блока функционального преобразования, управляемый вход - с управляющим входом блока функционального преобразования а выход - с одним из входов разностной схемы, второй вход которой соединен с третьим входом блока функционального преобразования, два фа- зовременных преобразователя, выходы которых соединены с соответствующими выходами блока функционального преобразования, отличающееся тем, что первые входы фазовременных преобразователей соединены с выходом блока умножения, второй вход первого фазовременного преобразователя соединен с выходом разностной схемы, а второй вход второго - с третьим входом блока функционального преобразования.

7.Устройство по п. 3, блок функционального преобразования которого содержит блок умножения, информационные входы которого соединены с первым и вторым входами блока функционального преобразования, управляемый вход - с управляющим входом блока функционального преобразования, а вьгхйд - с одним из входов разностной схемы, второй вход которой соединен

с третьим входом блока функционального преобразования и входом преобразователя, выход которого соединен с соответствующим выходом функционального преобразования, о т л и- чающеес я тем, что в него введены три амплитудные преобразователя, причем вход первого соединен с первым входом блока функционального преобразования, вход второго - с выходом разностной схемы,выходы амплитудных преобразователей соединены с соответствующими выходами блока функи1ионального преобразования.

8.Устройство по п. 7,о т л и- чающееся тем, что в блок функционального преобразования введена разностная схема, входы которой соединены с выходом первой разностной схемы и третьим входом блока функционального преобразования, а выход - через амплитудный преобразователь к соответствующему выходу блока функционального преобразования.

9.Устройство по п. 1, содержащее генератор подключенный к диагонали питания измерительной цепи, блок предварительной обработки,выходы которого подключены к входам блока функционального преобразования, вылоды Киторого подсоединены через последовательно соединенные аналого-цифровой., преобразователь, блок сопряжения и микропроцессор

к входам цифрового индикатора, генератор тактовых импульсов, выходы которых соединены с управляемыми входами генератора сигналов, блока предварительной обработки, блока функционального преобразования,о т- л и чающееся тем, что в нег введен блок управления, информационные входы которого соединены с выходами измерительной цепи, выходы - с входами блока предварительной обработки, а управляемые входы - с соответствующими управляющими выходми генератора тактовых импульсов.

10.Устройство по п. 9, отличающееся тем, что блок управления содержит два ключа, причем входы и выходы ключей соединены с соответствующими входами и выходами блока управления соответственно , уравляемые входы первого ключа соединены соответственно с первым и третьим управляющими входами блока управления, а управляемые входы второго ключа соединены соответственно с вторым и четвертым управляющими входами блока управления.

11.Устройство по п. 9, блок предварительной обработки которого содержит блок согласования, вход которого соединен с входом блока предварительной обработки, а выход соединен параллельно с одним из выходов блока предварительной обработки и одним из входов блока деления, выход которого соединен с входом блока памяти,выход которого соединен с вторым выходом блока предварительной обработки сигналов первые управляемые входы блоков деления и памяти соединены с втрым управляющим входом блока предварительной обработки, отличающееся тем, что в него введен второй блок памяти, вход которого соединен с вьосодом блока соглал сования, выход - с вторым входом блока деления и третьим выходом блока предварительной обработки, управляемые входы блока согласования и второго блока памяти соединены параллельно с соответствующими vt paвляющимн входами блока предваИзобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения и контроля составляющих измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, и может быть использовано при контроле и измерении параметров первичных преобразователей (датчиков) с многоэлементной схемой замещения.

Цель изобретения- расширение фун- ,кциональных возможностей и увеличение точности измерения параметров нерезонансных трехэлементных двухполюсников.

На фиг. 1 и 2 представлены измерительная и векторная диаграмма для двух видов последовательно-параллельной схемы замещения трехэлементного двухполюсника; на фиг. 3 и А - измерительная цепь и векторная диах- рамма для двух видов параллельно-последовательной схемы замещения трехэлементного двухполк/сника; на фиг. 5 структурная схема предлагаемого устройства для измерения параметров не- резонансных трехэлементных двухполюсников; на фиг. 6 - структурная схема блока предварительной обработки; на фиг. 7 и 8 - структурные схе- №л блоков функ д1онального преобразования, реализующих амплитудно-фазовые способы для измерительных цепей ho фиг. 1 и 3 соответственно; на фиг. 9 и 10 - структурные схемы блоков функционального преобразования, реализующих фазовые способы для измерительных цепей по фиг. 1 и 3; на фиг, 11 и 12 - структурные схемы блоков функционального преобразования, реализующих амплитудные способы для измерительных цепей по фиг. 1 и 3; на фиг. 13 - подключение комплексного сопротивления блока согласования к образцовому двухполюснику измерительной цепи и его

рительной обработки, второй управляемый вход первого блока .памяти соединен с четвертым управляющим входом блока предварительной обработки.

векторная диаграмма распределения токов и напряжения; на фиг. 14 - подключение комплексного сопротивления блока согласования к измеряемому

трехэлементному двухполюснику и его векторная диаграмма распределения токов и напряж1ений; на фиг. 15 - совмещенная векторная диаграмма распределения токов и напряжений при поочереДном подключении блока согласования к образцовому и исследуемому двухполюсникам: на фиг. 16 - структурная схема устройства измерения параметров нерезонансных трехэлементных

двухполюсников с устранением шунтирующего влияния входного сопротивления блоков согласования; на фиг. 17 - структурная схема блока управления; на фиг. 18 - структурная схема блока

предварительной обработки.

Измерительиье цепи по фиг. 1 и 3 составлены из образцового (oig) двухполюсника 1 и измеряемого трехэлементного двухполюсника 2 с элементами 3-5 замещения (oi, , у ), имеющими размерность сопротивлений.

На векторных диаграммах фиг. 2 и 4 приняты следующие обозначения: аЬ - вектор напряжения питания измерительной цепи; ос - вектор падения напряжения U, , снимаемого с образцового двухполюсника; сЬ - вектор падения напряжения U снимаемого с измеряемого трехэлементного двухполюсника;

i вектор падения напряжения О,, усиленный в k раз т.е.О;К5 1 отношение падения напряжения на исследуемом трехэлементном двухполюснике к падению напряжения на образцовом

двyxпoJIЮCникe при первом воздействии иа входе измерительной цепи; 1 - ток в последовательной ветви; 1, - ток через реактивный элемент 5 (в данном случае с ) параллельной цепочки;

Ii ток через активный элемент 4

3t25

параллельной цепочки; ( - фазовый сдвиг вектора падения напряжения на образцовом двухполюснике относительно вектора напряжения питания; р - фазовый сдвИг вектора напряжения пи- таиия относительно вектора напряжения и ; ц - фазовый сдвиг век

тора напряжения U, или 0 относительно вектора напряжения 0 ; т - фазовый сдвиг вектора напряжения G относительно вектора напряжения 0 ; - фаговый сдвиг

вектора напряжения ti. относительV

но вектора напряжения ll з f- Фз- зовый сдвиг вектора напряжения U г относительно вектора напряжения 0 Устройство для измерения параметров нерезонансных трехэлементных двухполюсников (фиг. 5) содержит функционально управляемый генератор

6,подключенный к измерительной цепи

7,выход которой соединен через блок 8 предварительной обработки с блоком 9 функционального преобразования, выход которого соединен через последовательно соединенные аналого- цифровой преобразователь 10, блок сопряжения 11.работающей по определеной программе микропроцессор 12с цифровым индикатором 13 и генератор 14 тактовых импульсов.

Блок 8 предварительной обработки сигналов (фиг. 6), входа{«1 подключен чере:з блоки согласования 15.1 и 15.2

к входам блока 16 деления, выход ко- 35 мерения параметров трехэлементных

торого соединен с входом блока 17 памяти, выход которого является одновременно одним из выходов блока предварительной обработки сигналов.

Блок 9 функ1даонального преобразо- 40 отличие состоит в связях.

вания сигналов по фиг. 7 для измерения параметров трехэлементных двухполюсников по последовательно-параллельной схеме замещения с использованием амплитудно-фазовых соотноше- НИИ, своими входами соединен с первым и вторым входами блока 16 умножения, выход которого соединен с одним из входов разностной схемы 19, выход которой подключен к входу фазовращателя 20, выходы фазочувствительных выпрямителей 21.1 и 21.2 и амплитудного преобразователя 22 являются одновременно выходами блока функционального преобразования.

Блок 9 функ191онального преобразования сигналов по фит. 8 для измерения параметров трехэлементных

0

5

0

5

двухполюсников по параллельно-последовательной схеме замещения с использованием амплитудно-фазовых соотношений содержит два блока 18,1 и 18.2 умножения, входы которых являются одновременно входами блока функционального пт)еобразования, выход блока 18.1 умножения соединен с одним из входов разностной схемы 19, выход которой подключен к входу фазовращателя 20, два фазочувствительных выпрямителя 21.1 и 21.2 и амплитудный

преобразователь 22, выходы которых являются одновременно выходами данного блока функционального преобразования.

Блок 9 функционального преобразования сигналов по фиг. 9 для измере- шш параметров трехзлементньгх двухполюсников по последовательно-параллельной схеме замещения с использованием фазовых соотношений между исследуемыми сигналами содержит блок 18 умножения, входы которого являются одновременно входами самого блока функ1р1ональнога преобразования, а выход соединен с одним из входов разностной схемы 19 и два фазовременных преобразователя 23.1 и 23.2, выходы которых являются одновременно выходами блока функционального преобразования сигналов.

Блок 9 функционального преобразования сигналов по фиг. 10 для издвухполюсников по параллельно-последовательной схеме замещения с использованием фазовых соотношений содержит те же блоки, что и на фиг. 9,

Блок 9 функционального преобразования сигналов по фиг. 11, для измерения параметров трехэлементных двухполюсников по последовательно- параллельной схеме замещения с использованием амплитудных соотношений между исследуемыми сигналами содержит блок 18 умножения, входы которого являются одновременно входами блока функционального преобразования, а выход соединен с одним из входов схемы разности 19 и четыре амплитудных преобразователя 22.1 - 22.4, выходы которых одновременно являются выходами блока функционального преобразования.

Блок 9 функщ онального преобразования сигналов по фиг. 12, для

to

измерения параметров трехэлементных двухполюсников по параллельно-последовательной схеме замещения с использованием амплитудных соотношений меж-, ду исследуемыми сигналами содержит блок }В умножения, входы которого являются одновременно входами блока функционального преобразования, выход блока 18 умножения подключен к одному из входов первой схемы 19.1 разности,выход которого соединен параллельно с одним из входов второй разностной схемы 19.2 и входом первого амплитудного преобразователя 22.1

22.2 и 22.3, выходы которых одновременно являются выходами блока функционального преобразования.

Измерительные цепи по фиг. 13а и 14а аналогичны измерительным цепям 2Q по фиг. 1 и 3, отличив состоит в том, что на фиг. 13а комплексное входное сопротивление блока согласования 2

1250984

При определении первого активного параметра трехэлементного двухполюсника необходимо на входе измерительной цепи создать такое воздействие при котором на параллельном участке ее, составленном из элементов 4 и 5 (фиг. 1) будет режим короткого замыкания, а на последовательном участке

измерительной цепи по фиг, 3 также

составленном из элементов 4 и 5, - режим холостого хода.

Режим короткого замыкания может быть создан путем подачи на вход измерительной цепи по фиг. 1 с емкост, и амплитудные преобразователи 15 ной схемой замещения напряжения питания в виде очень кратковременных импульсов, при этом

X f 2 i fC

так как частота питания i велика, а с индуктивной схемой замещения - постоянное напряжение, при этом Х 21;| L О,поскольку i бесконечно мала.

Режим холостого хода может быть создан путем подачи на вход измерительной цепи по фиг. 3с емкостной схемой замещения напряжения питания в виде постоянного уровня, при этом

ьс

подключено к образцово- 1 (о;.), а на

25

му двухполюснику , фиг. 14а - к измеряемому трехэлементному двухполюснику 2 (Н).

Векторные диаграммы на фиг. 136, 14б и совмещенная векторная диаграмма на фиг. 15 построены для измери- 30 тельных цепей фиг. 13а и 14а, направление токов через элементы которых совпадают с направлениями, указанными на векторных диаграммах.

Структурная схема устройства из- 35 мерения параметров трехэлементных двухполюсников по фиг. 16 отличается от схемы по фиг. 5 тем, что в нее введен блок 24 управления между измерительной цепью 7 и блоком 8 пред- 40 варительной обработки сигналов, а также дополнительными связами с генератора 14 тактовых импульсов к измерительной цепи 7 и блоку 24 управления.45

Хс

1

2f { С

со

так как

мала.

а с индуктивной схемой замещения - импульсное напряжение большой частоты, при этом Х 2711 со , поскольку f велика.

Во всех указанных случаях в измерительных цепях по фиг. 1 и 3 остаются подключенными к напряжению питания последовательно соединенные образцовый двухполюсник 1 номиналом ос.„ и измеряемый п первый элемент 3 с номиналом о/, трехэлементного двухполюсника 2,

Величину активного параметра можно определить при первом воздействии из соотношения падений напряжеБлок 24 управления (фиг. 17) сое- тоит из двух нормально разомкнутых ключей 25.1 и 25.2, управляемые входы которых соединены с управляющими входами блока 24 управления.

Блок 8 предварительной обработки сигналов (фиг. 18) содержит блок 15 согласования, блок 1б деления и блоки памяти 17.1 и 17.2, выходы кото- рых одновременно являются выходами блока предварительной обработки сигналов.

to

измерительной цепи по фиг, 3 также

составленном из элементов 4 и 5, - режим холостого хода.

1

2f { С

со

так как

мала.

а с индуктивной схемой замещения - импульсное напряжение большой частоты, при этом Х 2711 со , поскольку f велика.

Во всех указанных случаях в измерительных цепях по фиг. 1 и 3 остаются подключенными к напряжению питания последовательно соединенные образцовый двухполюсник 1 номиналом ос.„ и измеряемый п первый элемент 3 с номиналом о/, трехэлементного двухполюсника 2,

Величину активного параметра можно определить при первом воздействии из соотношения падений напряжеи cL при известном ot

о f

.

IL.

и/

и .

об

. . Ijl

71250984

При подключении на вход измерительной цени синусоидального напряжения, соотношения между об и об сохраняются и определяются коэффи- A b dj-a циентом К , поэтому считается, что, i при определении остальных параметров

8

релнчинами активного и реактивного параметров

/Й4/

U,-coecf

vlJ(.

(5)

U.cosq J

при определении остальных иа амец ии-/0/1

трехэлементного двухполюсника ИЯВРСТ- . .-A.j h..iL g)

ны три вектора напряжений О,, U и Г,,,.. I U,5,

ТрИ

Й и, К.

На вект: диаграммв фиг. 2 показана ьозможность определения параметров и для емкостной последовательно-параллельной схемы замещения с использованием амплитудно-фазовых соотношений (для индуктивной последовательно параллельной схеьы замещения расчеты аналогичны).

Вектор напряжения на параллельном участке (J4- Ь- - Ь.

Ток измерительной цепи I раскладывается на ток 1 через второй активный элемент 4 (/J),который совпадает по направлению с вектором напряжения D и ток Ij через реактивОтносительные приращения активно- 10 го и реактивного параметров определяются как отношения величин абсолютных приращений к величине образцового двухполюсника:

15

ft /и,/

Г

.4

i О/л

(7) (8)

-о U, sin (| На векторной диаграмме фиг. 4 но- 20 казана возможность определения параметров /3 и у для емкостной параллельно-последовательной схеьвл замещения с использованием амплитудно„„„....,. „ .. -2 -г- .---- фазовых соотношений (для индуктивной

ный элемент 5 (J), который опережа- 25 схемы замещения расчеты аналогичны).

Ток измерительной цепи I в параллельных ветвях раскладывается на ток I, через первый активный элеет вектор напряжения U на

i

т.е. I, Гсо5(; Ij Г Общий ток

10,1

Sin q

мент 3 (л) и ток Г,

через пос30 ледовательно соединенные второй активный элемент 4 () и реактивный элемент 5 (). I .совпадает по направлению с вектором напряжения

oic

тогда

, /б,/ Г.,

/б,/ .

Зная токи и напряжения, можно записать выражения параметров параллель ной цепи

ц, -C03Cf

/Оц/ J,-5inif

(2)

(3)

Тангенс угла потерь определяется как отношение реактивного и активного параметров параллельной цепи

/U4/ Y Odo

igS

-о U,6ificp

/

,

/и,/

(4)

UjCogcp

Абсолютное приращение активного и реактивного параг; ;тров определяется как разность между величиной образцового двухполюсника 1 ((Х-о) и

A b dj-a i

8

релнчинами активного тивного параметров

/Й4/

U,-coecf

vlJ(.

U.cosq J

Относительные приращения активно- го и реактивного параметров определяются как отношения величин абсолютных приращений к величине образцового двухполюсника:

ft /и,/

Г

.4

i О/л

(7) (8)

-о U, sin (| На векторной диаграмме фиг. 4 но- казана возможность определения параметров /3 и у для емкостной параллельно-последовательной схеьвл замещения с использованием амплитудномент 3 (л) и ток Г,

через пос30 ледовательно соединенные второй активный элемент 4 () и реактивный элемент 5 (). I .совпадает по направлению с вектором напряжения

35

Ug, а вектор тока 1 определяется рагэностью векторов токов I и I, т.е.

f,-bi,

(9)

s - ч

Вектор напряжения на втором активном параметре совпадает по направлению с током Ij и по величине равен проекции вектора напряжения U, на направление тока 1 :

/U,,(W°-)-.-l.cos . (to)

Вектор напряжения на реактивном элементе 5 (у) отстает от тока I на - п

2

и величина его определяется как

Jeb/ - 25in(l80 -).U,,5;n. (t1).

Для того, чтобы определить параметры р и необходимо вьфазить I, через известные величины:

L

.1 А.

N-0 (X.

ct, К

тогда

-/iJ.-k OJ.(t2)

Поделив выражения (10) и (11) на (12) получают выражения для величин р и jf соответственно:

-7

/Осе/ -Ujcos

/ij

оК

/tiiK-UjI

-oio

/U, K-Uj/

KU.,co3l

/Otb/

/ill

C il

,

-/0,K-U4/

KUi 5in5

/(,K-Oj/

1

ТоТ Т/

(Н)

Тангенс угла потерь определяется как отношение реактивного и активного параметров последовательной цепи:

4 S

«л

-ct3

(15)

KU cosg ,/

Абсолютные и относительные приращения второго активного и реактивного Параметров определяются аналогично выражениям (5) - (8) и имеют вид:

/Оъ-Ог/

Использование фазовых соотношений между сигналами, снимаемь&ш с измерительных цепей по фиг. 1 и 3 при синусоидальном воздействии на их входах позволяет по сравнению с использованием амплитудно-фазовых соотношений повысить точность измерения параметров трехзлементных двухполюсников в результате уменьшения качества аналоговых операций над сигналами, снимаемыми с измерительной цепи.

Для измерительной цепи по фиг, 1 согласно векторной диаграмме фиг, 2 из треугольника а i Ь можно записать по теореме синусов:

lL.i.

5in б П р

H /02-0,hf04f J

ai /0,+ U3/ /0,«,,(Uk) Li,6, тогда

/М (|М 8.

6in(,J sin р

15

или

/U,f ftsinV

(20)

/U,/Sinp

Подставив (20) в (2) и (3) полу- чают

(

/i-oio(Kl5

0

5

(

Sinp COStf 61 Пф

(21) (22)

5inp 5in,q

Согласно теореме о внешнем угле в треугольнике

ср р + ф,

т.е. внешний угол ff треугольника Q i Ь равен сумме внутренних углов и р , не смежных с внешним углом.

Тогда окончательно (21) и (22) можно представить в виде:

Sivttf)

р-Ло(н1с1-т

0

о(

6in р-со5(ф+р) эгп

5in р 5in ( р)

(23) (24)

Тангенс угла потерь определяется как отношение реактивного и активно™ го параметров параллельной цепи:

5inV

у 5inp5in()

(о() -

Sintf

-ct(Vfp),

25)

5inp-C05( (f р)

Абсолютные и относительные приращения параметров р и У записываются в виде:

А(о6оН-(нк)-т

1 .

ing

&3 «.Jl-{(

5tn jlC05(tt +- р sin Ц1

5inp-sin (4 р)

II125098А12

(28) Г 4 4 S

3 () (38)

. /

Для измерительной цепи по фиг. 3 . sin(i i al (39)

согласно векторной диаграмме,изобра- sin A

женной на фиг„ 4 , по теореме сину-Использование амплитудных соотношесов можно записать из треугольника. ,у сигналами с измерительных

цепей по фиг, 1 и 3 при синусоидальсЬ Р .ном воздействии на их входах позволяeini 51П л ет упростить реализацию, повысить

1 ;- ;JJ точность за счет уменьшения структур ной погрешности и расширить частотный

b /U -Ua/;диапазон в результате исключения влияния на результат измерения фазовых

ТОГДЗ.,

соотношений между сигналами. сниьм1е- /Йг (itl20 измерительной цепи.

sin - sin 1( измерительной цепи по фиг. 1

согласно векторной диаграмме фиг. 2

илипо теореме о двух сторонах треуголь- ,.- , . -ника и угле между ними из треуголь- , y Y v (30) ,, ника cib можно записать:

/Oj-Oj ein- .

.cb.c-f ib -2c{ fb-cos(ieo -i| j

Подставив (30) в (13) и (t4), / получают, , е

r« -ibrjr b (3V),,/

г-.л- k- -Jnf (32) тогда

rt CXrtK. .,/ /Lf,/ ./0,/ -2/(i,/./U4/co6(180 -tf)j

Согласно теореме о внешнем угле35 - - - треугольника можно записать:i i -/U,/ (JJ//U /С05 tf

Л . Тогда выражения (31) и (32) име- отскщ

/UW -/l3W -/U4/

2/0,/./б,/

Из выражения sin q + },

r I -я f Iff

W coetJ . (40)

p...«f|co,(..,n „3,

,(- + (34) определяют sinq; :

, ./и./ -/и Г-/щ/М

Тангенс угла потерь определяется

как отношение реактивного и активного параметров последовательной цепи:Подставив (40) в (2), а (41) в

к ) получают выражение для определеtqg- ° и У в амплитудной форме:

..Kfi.«e,..,, .,.J«lU

Абсолютные и относительные прира-/п /- -/U4/

щения параметров ft и J записыва- 55 2/И,/-/04 /

,отся в виде: (42)

Г Т 2/U3j4U4 /

°ед/ :/ 77о7 г

. /

sin(i i al

определяют sinq; :

5in{f 1

, ./и./ -/и Г-/щ/М

Подставив (40) в (2), а (41) в

/04/

/М/С r/Oa/ -/U,./

T L 2/u,/ /u7/

, г

(43)

2/U / /U4/

./ - и,1 -|0,

2/u,

Определив /) и J можно записатьОпределив /J и у , записывают выИ остальнье производные от них пара-ражения для id , й/ , лу Ля и S., t

в амлитудной форме:Ю

ч t.r. ../e,//o.; A;,,S ./ -/U%/ .

I ;u.(liMu7 fu,j ./u,( -;u.i f..8/r.,iiuj T4-|U2(,l +/{lz/ -/U5l J

t|S

/Ow-fiirJ -/04/

(A4)

15

ifi 4ic

К

-n7;ni(/U../ -/ J5/ )b

4-/u,l/u,,,r-/U4/

-- -даУЙад

tl ..

. .1k /uj47 oT/viJ -n :r yu7 fT ( U4/ /Oj -/U5/ );

n ; 2

a &Э2/U,/./04/

ГГ

T- - -i-ajp -lyMMu r

«o /U,/|4/U J - /(,/ -/u7r Для измерительной цепи по фиг 3

w

д|4-/0,,/Ч/0,

Таким образом, параметры элементных двухполюсников

согласно векторной диаграмме фиг. 4

и теореме о двух сторонах треуголь ника и угле между ними для треугольника (с) 7 (И можно записать:

(b|2. «(c)z (cKb) -2(cl2 (cl(b)

(с} /0г-й,/-/й,1, (с)(Ъ)--/Ог/; (Ь)2--/й4-02/ /05/i

/05l /U,. S/Uj -2/U4//ij,|co5,

,

)

-

С05

.1а,11(

(49)

/U4/ /iij/ -/a5/

/2

2/02://U4i

(50)

Устройство по фиг, 5 работает следующим образом. В зависимости от выбранной схемы замещения по первому импульсу с генератора 14 тактоПодставив (49) в (13), а (50) в 14), получают выражение для определения / и у в амплитудной форме: 50 включ аетсГодин из

режимов работы функционального гене,- /1 5 ратора 6, питающего измерительную

.- - 1Ж/Ж/111.

° ,/ (5t)55

цепь 7, при этом обеспечивается или режим короткого замыкания при последовательно-параллельной схеме замещения и режим холостого хода при параллельно-последовательной схе ме замещения трехэлементного двух1 - - Л 1 1 1 -1.1 ;/U2/iMl- o/uj /0.

2/Uj/

y o 7r-r /U2/ /04/ - /o,,/V(

2/u,

Определив /J и у , записывают вы

ifi 4ic

К

-n7;ni(/U../ -/ J5/ )b

w

д|4-/0,,/Ч/0,,)

Таким образом, параметры трехэлементных двухполюсников можно определить.

используя как амплитудно

фазовые, так и фазовые и амплитудные соотношения между сигналами, снимаемыми с измерительной цепи. При этом использование амплитудно-фазовых соотношений позволяет расширить, функциональные возможности, использование фазовых соотношений обеспечивает увеличение точности измерения, а при использовании амплитудных соотношений увеличивается точность в результате уменьшения структурной погрешности и расширяется частотный диапазон измерения вследствие исключения фазовых соотношений между сигналами, снимаемыми с измерительной цепи. .

Устройство по фиг, 5 работает следующим образом. В зависимости от выбранной схемы замещения по первому импульсу с генератора 14 такто „у сов включ аетсГодин из

цепь 7, при этом обеспечивается или режим короткого замыкания при последовательно-параллельной схеме замещения и режим холостого хода при параллельно-последовательной схеме замещения трехэлементного двух125098А

с измерительв блок 8 пред

у импульсу проежима работы измерительной оидальное напяжения с измеблок 8 преди сигналы, пово время дейо импульса, а 9 функциональкоторый в завиto

сх ту + ют ве ст ма вы С го хо зо ко а но бл ни и,. 0 ра ти пр вых лог в д в ц ния для мик сог пре нео ний тор

симости от способа преобразования (с использованием амплитудно-фазовых фазовых или амплитудных соотношений между сигналами) выдает сигналы в той или иной форме на вход АЦП 10. Блок t1 сопряжения производит перевод сигналов А1Д1 на язык микропроцессора 12, который производит математическую обработку сигналов по соответствующей программе и вьщачу результата на цифровой индикатор 13.

Сигналы с первого и второго информационных выходов блока предварительной обработки по фиг. 6 поступают ч«рез блоки 15.1 и t5.2 согласования на выходы блока предваритель ной обра.ботки и одновременно на вход блока 16 деления. При поступлении на его управляёмь й вход первого тактового импульса происходит деление сигналов и результат заносится в блок 17 памяти. По второму тактовому импульсу блок деления не работает, сигнал с блока памяти поступает на второй выход блока предварительной обработки.

Блоч функционального преобразовани по фиг. 7 работает следующим образом

На первьй, второй и третий входы блока функционального преобразования поступают соответственно сигналы и, , снимаемые с образцового элемента 1 через блок t5 согласования блока 8 предварительной обработки k-уровень, пропорциональный коэффициенту отношений элементов 1 и 3 из- мерительной цепи 7, и сигнал б с измеряемого двухполюсника (фиг. 2). Блок 18 умножения работает прн воздействии второго тактового импульса на его управляющем входе. Сигнал и , пропорциональный произведению К-U, с выхода блока 18 умножения поступает на один и$ входов разностной

16

to

15

20

25

30г

0 5

40

5

схемы 19, на второй вход которой поступает сигнал Lfj . Разностный сигнал Оц, повернутый фазовращателем 20 на + /2, и сам разностный сигнал являются опорными сигналами соответственно для первого и второго фазочув- ствительных вьшрямителей. На инфор- мационные входы фазочувствительных выпрямителей поступает сигнал 1), , С выхода первого фазочувствительно- го вьшрямителя 21.1 на первый выход блока функционального преобразования поступает сигнал, величина которого пропорциональна У,, cos с , а с выхода второго фазочувствитель- ного выпрямителя на второй выход блока функционального преобразования - сигнал, пропорциональный и,. f,;n(f. Одновременно с этим сигнал 0 выпрямляется амплитудным преобразователем 22 и поступает на третий рыход блока функционального преобразования. Таким образом, на выходе блока 9 присутствуют в ана- - логовой форме три сигнала, которые в дальнейшем преобразуются АЦП 10 в цифровой код и блоком 11 сопряжения переводятся в форму, удобную для ввода в микропроцессор 12. Сам микропроцессор 12 может вьшолнять согласно введенной программе ряд преобразований с целью получения необходимых результатов преобразований с выводом их на цифровой индикатор.

Блок функционального преобразования по фиг. 8 работает следующим образом.

По второму тaктoDO гy импульсу с выходов первого 18.1 и второго 18.2 блоков умножения сигналы пропорциональны произведению U|X и соответственно. Сигнал с выхода второго блока 18.2, умножения поступает на информационные входы обоих фазо- чувствительных выпрямителей. Опорные напряжения на фазочувствительные выпрямители и сигнал на вход амплитудного преобразователя, а также сигналы с выходов указанных блоков на выходы блока функционального преобразования поступают аналогично сигналам в блоке функционального преобразования по фиг. 7,

Блок фу 1кционального преобразования по фиг. 9 работает следующим обоазом.:

171250984

На первый, второй, третий и четвертый входы блока функционального преобразования поступают соответст венно сигналы Ot с образцового двухполюсника, К --уровень, пропорциональный отношению элементов 1 и 3 измерительной цепи 7, сигнал

О 2 с измеряемого трехэлементного двухполюсника и напряжение питания

0„. Блок 18 умножения работает во время действия второго тактового импульса на его управляющем входе. С выхода блока умножения сигнал, пропорциональный произведению 0,К

18

само значение (3 , а цифровой индикатор отображает его значение.

В блоке функционального преобразования по фиг. 10 в качестве опор5 ного сигнала первого фазовременного преобразователя 23.1 используется вектор напряжения 0 , в качестве опорного сигнала второго фазовременного преобразователя - вектор напря 0 жения О 3 а в качестве информационного сигнала - в обоих фазовременных преобразователях вектор напряжения ( . При этом на выходе первого фазовременного преобразователя сигнал

Uj поступает на один из входов раз- 5 пропорционален сдвигу вектора нап- ностной схемы 19, на второй вход ряжения D относительно вектора

которой поступает сигнал 1) , а с ее выхода результирующий сигнал О. Оз подается на информационный вход второго фазовременного преобразователя 23.2. На информационный вход первого фазовременного ттре- образователя поступает сигнал О,, а на опорные входы обоих фазовре- менньгх преобразователей подается напряжение питания измерительной цепи С. . Сигналы с выходов первого

напряжения U (), а на выходе второго - сдвигу фазы вектора напряжения Uj относительно вектора напряжения и, (). Эти же сигналы поступают на первый, второй выходы блока функционального преобразования соответственно, с которых поступают АЦП 10 и блок 11 сопряжения на микропроцессор 12. После обработки сигналов в микропроцессоре по заранее введенной программе необходимая информация выводится на цифровой индикатор.

В блоке функционального преобразования по фиг. 11 блок 18 умножения также работает во время второго тактового импульса, при зтом на его выи второго фазовременных преобразователей пропорциональные фазовым сдвигам сигналов О, и и относительно 0„ , поступают на первый и второй выходы блока функционального преобразования. В этом на выходах- ходе формируется сигнал О, К U, блока 9 функционального преобразова- который поступает на один из входов кия присутствуют сигналы, длитель- 35 разностной схемы 19.на второй вход

которой подается сигнал О а на выходе формируется разностный сигнал

&(, KU, -

Все сигналыр а именно U,,D,, Од

10, блок t1 сопряжения и микропро- 40 и Oj поступают на входы первого-чет- цессор 12 на цифровой индикатор 13. вертого амплитудных преобразователей Как и в предьщущих устройствах, микропроцессор вьИолняет ряд преобразований согласно введенной программе,

ность которых пропорциональна фазовым сдвигам между исследуемыми напряжениями (j) и р (фиг. 2).

Эти сигналы проходят через АЦП

соответственно, на выходах которых формируются постоянные уровни, пропорциональные входным сигналам и при---, необходимых для получения зна 5 сутствующие одновременно на соответ- чений у , t в , ад, ftjf t 1 t у ствующих выходах самого блока функВ начале происходит п :ревод значений V,p И(+РВ значения sin и COS этих углов, затем для получения, к примеру, значенияу необходи-50 сор 12. Согласно введенной программе в начале подать на входы блока ме микропроцессор выполняет ряд пре- 18 умножения значения 5in и cos(iftp),, а результат - на один из входов блока 16 деления, на другой его вход подается значение sin у. На выходе блока получают результат, пропорциональный значению (Ь , Умножив его значение oigd+K), получают

ционального преобразования.Далее эти сигналы АЦП 10 и блок 11 сопряжения поступают в микропроцесобразований, позволяющих получить сигналы, пропорциональные по величине кзмеряемь1м параметрам трехзлемент-, 55 ного двухполюсника. К примеру, для определения р необходимо /О,/ и /Гц/ подать на входы блока 18 умно- - ж. ння с коэффициентом усиления

4

18

само значение (3 , а цифровой индикатор отображает его значение.

В блоке функционального преобразования по фиг. 10 в качестве опорного сигнала первого фазовременного преобразователя 23.1 используется вектор напряжения 0 , в качестве опорного сигнала второго фазовременного преобразователя - вектор напряжения О 3 а в качестве информационного сигнала - в обоих фазовременных преобразователях вектор напряжения ( . При этом на выходе первого фазовременного преобразователя сигнал

напряжения U (), а на выходе второго - сдвигу фазы вектора напряжения Uj относительно вектора напряжения и, (). Эти же сигналы поступают на первый, второй выходы блока функционального преобразования соответственно, с которых поступают АЦП 10 и блок 11 сопряжения на микропроцессор 12. После обработки сигналов в микропроцессоре по заранее введенной программе необходимая информация выводится на цифровой индикатор.

В блоке функционального преобразования по фиг. 11 блок 18 умножения также работает во время второго тактового импульса, при зтом на его выходе формируется сигнал О, К U, который поступает на один из входов разностной схемы 19.на второй вход

сутствующие одновременно на соответ ствующих выходах самого блока функсор 12. Согласно введенной программе микропроцессор выполняет ряд пре-

ционального преобразования.Далее эти сигналы АЦП 10 и блок 11 сопряжения поступают в микропроцессор 12. Согласно введенной программе микропроцессор выполняет ряд пре-

образований, позволяющих получить сигналы, пропорциональные по величине кзмеряемь1м параметрам трехзлемент-, ного двухполюсника. К примеру, для определения р необходимо /О,/ и /Гц/ подать на входы блока 18 умно- - ж. ння с коэффициентом усиления

19

Ku 2, a результат гумножения - на один из входов блока 16 деления. Одновременно на разностную схему 19.1 шодаются два сигнала и /0,/ результат вьмитания поступае т на один из входов второй схемы 19.2, на второй вход которой поступает сигнал . С выхода второй разностной сигнал поступает на один из входов блока 18 умножения, на второй вход которого поступает сигнал /iF,/ , а результат умножения пода ется на другой вход блока деления, на выходе которого появится сигнал, пропорциональный /i . Аналогично можно получить и другие параметры. В блоке фунционального преобразования по фиг. 12 на вход блока 18 умножения поступают сигналы с первого и второго входов блока функционального преобразования. В момент действия второго тактового импульса результат с выхода блока умножения U.J и,- К поступает на один из входов первой разностной схемы 19.1, на другой ее вход подается сигнал с третьего входа блока фуикциона-пь- кого преобразования bj . С первой схемы 19,1 сигнал 0 и сигнал Uj поступают на вторую разностную схему 19.2, на выходе которой получают сигнал Од . На входы первого, второго и третьего амплитудных преобразователей 22.1, 22.2, 23.3 поступают соответственно сигналы 0 , О г j а преобразованные преобразователями в постоянные уровни - соответственно на первый, второй и третий выходы блока функционального преобразования. С выходов блока 9 функционального преобразования сигналы подаются через АЦП 10 и 11 сопряжения на микропроцессор 12, выполняющий определенные программой операции. Результаты преобразований отражаются цифровым индикатором 13.

Все это справедливо при условии, что входное сопротивление блоков согласования, подключаемых к изме рительной цепи, бесконечно большое и носит чисто акти1зный характер в режиме заданных напряжений или бесконечно малое в режиме заданного тока.

При построении реальной векторной диаграммы распределения токов и напряжений в измерительной цепи, необ5098420

ходимо не только не учитывать влияние входного сопротивления блоков согласования на результат измерет й, но и устранить это влиянке. Это 5 возможно при поочередном подключении блока согласования к измеряемому трехэлементному и образцовому двухполюснику.

Из анализа векторных диаграмм

10 фиг. 13 о, S , 14 а , 5 видно, что при поочередном подключении одного и того же блока согласования к образцовому элементу oi и исследуемому 2 токи через Х„ - 1„ в первом

15 случае и через первый активный параметр fi - Iji во втором случае, равны как токи одной последовательной ветви, т.е. можно записать:

и J

Г.

10,1

/и./

d,

г.

тогда, если взять отношение токов, 25 ч Чз J получают

IM /OjHv х , /и,/

Iji 0/67/ Ги /(1,//Ог/

«:,

/О,/

30

I

22

/OJ/D,j

т.е. ток 1„ I,j .

Доказав, что токи 1„ и 1, равны по величине и направлению , строят

совмещенную векторную диаграмму распределения токов и напряжений при поочередном подключении блока согласования к образцовому и исследуемому двухполюсникам (фиг. 15) и определяют параметры исследуемого трехэлементного двухполюсника.

При определении величины первого активного параметра, как и во всех предьиущих случаях для такой схемы

замещения, необходимо в измерительной цепи создать режим короткого замыкания 6 параллельной цепи. В этом режиме блок согласования, вернее его входное сопротивление, вначале подключается к образцовому двухполюснику и сигнал, снимаемый с него б необходимо запомнить. Затем, переключив блок согласования к исследуемому трехэлементному двухполюснику

2, который в данный момент является параметром оС , снимается сигнал О 7 и одновременно делится на сигнал D , хранимый в памыти:

L eio

Тов, Ot

K.ji,

При делении сигналов влияние вход- s му и myльcy через блок t5 согласова

него сопротивления блока согласования на результат определения К исключается.

При подаче на вход измерительной цепи синусоидального воздействия сигналы с образцового и измеряемого двухполюсников снимаются поочередно через один блок согласования.

Сигнал и, 9 снимаемый с образцового элемента, запоминается.

Переключив блок согласования к исследуемому двухполюснику, получают сигнал 0 „. Таким образом, получают три сигнала О , , О ,-к И и С , one рируя которыми получают вьфажения для определения /i,y,&pi,&y,Sp и 8-, аналогичные выражениям (2) - (8) однако из результата, во всех случаях исключено влияние входного сопротивления блока согласования.

При подаче тактовых импульсов ключи блока управления (фиг. 17) замыкаются, подключая к иггформационному входу блока 8 предварительной обработки сигнсшов соответствующее нап- ряжение с измерительной цепгд 7,

Функц ией дополнительного блока памяти по фиг. 18 является как запо- 1 «нание9 так и воспроизведение записанного вектора напряжения по импульсам с генератора тактовых импульсов К примеру, по первому тактовому им

пульсу через блок 15 согласования проходит сигнал 0( в блок памяти 17,2, другие блоки по первому, импульсу не работают; по второму тактово

ния проходит сигнал (Г непосредст- веяно на один из входов блока 16 деления. Записи tJ в блок 17.2 памяти не происходит, так как по второму тактовому импульсу в нем происхо- воспроизведение ранее записанного сигнала О, с выдачей на второй выход блока 16 деления. Результат деления К записывается в блоке па- мяти 17,1 По третьем, тактовому импульсу через блок 15 согласования проходит сигнал О , и опять записывается в блок 17.2 памяти. По четвертому тактовому импульсу через блок 15 согласования проходит на выход блока предварительной обработки сигналов Oj с выхода блока 17.1 памяти - сигнал X с выхода блока 17,.1 .памяти - сигнал о . .

Дальнейшая, обработка сигналов производится аналогичными блоками функциональной обработки сигналов А1Щ, блоком сопряжения, микропроцессором и цифровым.индикатором.

Таким образом, достигается расширение функциональных возможностей,. так как измеряются параметры трехэлементных двухполюсников, а также повышение точности измерения в ре. зультате исключения влияния на результаты измерения входного сопротивления блоков согласования.

Ui

(ffas. 2

3

-HICZDUt

Г

IT

фие.410

If

12

73

gjitf.S

m

12

tpus.ff

tt

М7 J

«I

18

Г9.1

У

192

fi.2

-бг

63

qjuf. 12

L-CI3

Zsc

/,.

&i/ /-

cpus. fS

Г Т Т Т 1

г

(ие. 16

Составитель Н. Михалев Редактор Л.Пчелинская Техред П.Сердюкова Корректор Е.Сирохман

4405/4t

Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитата СССР

по делам иэобрете.ний и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

фиг. 18