Устройство для измерения сдвига фаз между двумя напряжениями Советский патент 1986 года по МПК G01R25/00 

го моста.и измеряющего сигнал разбаланса на его выходе. Устройство со держит металлические подогреваемые резисторы 1 и 2 с косвеиньш подогревом, резисторы 3-8, источник 9 питания, триггер 10, формирователь синусоидального сигнала, переключатели 12-14, т ножитель 15 частоты, пороговый элемент 16, делители 17 и 18

65646

частоты, элемент И 19, регистр .20 и цифровой счетный блок 21. Устройство обладает высокой чувствительностью, производит измерение сдвигов фаз во всем диапазоне измерения с высокой точностью за счет высокой точности задания фазового сдвига и использования нагревателей с малой остаточной реактивностью,. 1 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем расширения диапазона измеряемых сдвигов фаз при повьшении точности измерения и автоматизации процесса измерения. Поставленная цель достигается за счет введения в устройство регулятора сигнала по фазе, компенсирующего сдвиги на входе измерительно

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения сдвигов фаз двух переменных напряжений. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, заключающееся в расширении диапазона измеряемых сдвигов фаз при повышении точности измерения и автоматизации измерений, что достигается за счет введения в устройство регулятора сигнала по фазе, компенсирующего фазовые сдвиги на входе измерительного моста и измеряющего сигнал разбаланса на его же входе; На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит металлические подогреваемые резисторы 1 и 2,. с косвенньв4 подогревом, резисторы 3-8 . (с первого по шестой соответственно) источник 9 питания, триггер 10, формирователь 11 синусоидального сигнала, переключатели 12-14, умножитель 15 частоты и пороговый блок 16, делители 17 и 18 частоты, злемейт И 19 регистр 20 и цифровой отсчетный блок 21. Чувствительные элементы металлических подогреваемых резисторов 1 и 2 и резисторы 7 и 8 образуют измерительный мост. Источник 9 постоянного тока напря жением и„ц включен в диагональ моста а в измерительную диагональ этого моста включены входы порогового блок 16. Сопротивления резисторов 3-8 и нагревателей прдог реваемьпс резисто ров 1 и 2 равны между со5оЙ4 т.е. R,.Rs«R,,«R«p Входы автоматического переключателя 12 являются входами устройства, а выход подключен к входу умножителя 15 частоты, одному из выводов нагревателя металлического подогреваемого резистора 1 и одному из вьшодов резисторов Зяб одновременно. Другой вьшод нагревателя металлического подогреваемого резистора 1 связан с другим выводом резистора 3 и одним из выводов резистора 4 одновременно. Другой вывод резистора 4 соединен с одним из выводов резистора 5 и выходом формирователя 11 синусоидальных сигналов одновременно, а вывод резистора 5 связан с другим выводом резистора 6 и одним из выводов нагревателя металлического подогреваемого резистора 2 однорвеменно, второй вывод которого подключен к общей точке. Один из входов триггера 10 является управляющим входом устройства. Второй вход триггера 10 соединен с выходам порогового блока 16, одним из входов элемента И 19 и входом переключателя 13 одновременно, причем выходы переключателя 13 подключены . к управляющим входам делителей 17 и 18 частоты. Выход триггера 10 подключен к управлякшщм входам переключателей 12 - 14 и второму входу элемента И 19 одновременно. Третий вход элемента И 19 соединен с. вуходом заполнения одного, из делите.лей частоты, Hanpimep 18. Выхо; элемента И 19 подключен к управляющему входу регистра 20, входы которого соединены с выходами второго делителя частоты, например 17, а выходы связаны с входами цифрового отсчетноге блока 21. Выходы делителей 17 и 18 частоты через переключатель 14 соединены с входом формирователя синусоидального сигнала. Схема работает следующим образом Если исследуемые напряжения и, (t) U,sin (at +(,) и UjCt) Uj sin (cot 4ц) отсутствуют, мост сбалансирован. При подключении исследуемых напряжений, с учетом того что внутреннее сопротивление источника R(, по нагревателю подогреваемого резистора 1 с сопротивление протекает геометрическая ЧМ . - t, (векторная) разность токов I,/4-Ig/ а по наг ревателю подогреваемого резистора 2 с сопротивлением ( R геометрическая сумма токов 1,/4+1д/ Мост находится в равновесии при условии выполнения баланса мощносте вьщеляемых нагревателями металличес ких подогреваемых резисторов Рр Р или () + (-)- - co8(fj R .)Z + (o)2 + cosif R. После упрощения этого выражения :i,Io COS Cf О или q 90. Таким образом, мост находится в равновесии, когда сдвиг фаз между сигналами, поступающими на мост, равен 90°. Процесс измерения происходит следукядим образом. ;По команде Начало измерения триггер 10 устанавливается в положение и все переключатели 12-14 устанавливаются в верхнее положение, как изображено на чертеже. Входное напряжение U(t) через переключатель 12 поступает на вход умножителя 15 частоты и цепь нагревателей металлических подогреваемых резисторов 1 и 2моста в точке соединения резисторо 3и 6 и нагревателя металлического подогреваемого резистора 1. При этом опорный сигнал с выхода формирователя 11 синусоидального сигнала пос тупает на цепь на1:ревателей металлических подогреваемых резисторов 1 и 2 моста в точке соединения резисторов 4 и 5. Умножитель 15 частоты используется для обеспечения автоматической настройки частоты -опорного сигнала на частоту входных сигналов, что позволяет устройству работать в диапазоне частот. Коэффициент умножения умножителя 15 частоты выбирается равным коэффициенту деления частоты ум f На вход формирователя 11 синусоидального сигнала подаются выходные напряжения автоматических дискретных фазовращателей (в описываемом поло(жении с делителя 17 частоты), пред-|ставлякмцих собой делители частоты .(кольцевые пересчетные схемы) .Коэффициент деления делителей 17 и 18 частоты выбирается равным К0.360 10 ,гдепчисло из ряда 0,1,2,3,...,в зависимости от требуемой дискретности изменения уравновешивающего сдвига фаз. При необходимости получения дискретности в 0,1° п 2 (Kj 3600). Измерение угла сдвига фаз входных напряжений достигается путем его уравновешивания сдвигом фаз между выходньлми напряжениями делителей 17 и 18 частоты. Сдвиг фаз выходных напряжений делителей 17 и 18 частоты осуществляющих деление частоты выходного сигнала умножителя 15 частоты, может быть установлен в пределах О - 360° с дискретностью 10 град изменением временного положения момента заполнения одного делителя частоты по отношению к другому. Уравновешивание происходит следующим образом. Если сдвиг фаз между исследуемым напряжением и опорным не равен 90 , мост разбалансирован и на выходе порогового блока 16 устанавливается сигнал разбаланса, запрещакш ий прохождение четных или нечётных импульсов на делитель частоты. Сигнал разбаланса на выходе порогового блока 16 будет до тех Пор, пока сдвиг аз между исследуемыми опорными напряжениями станет равным 90. Тога мост сбалансирован и сигнал на ыходе порогового блока,16 отсутстует (нулевое положение). В этот омент триггер 10 переходит в полоение О. Это приводит к переключеию всех автоматических переключатеей 12-14 в нижнее положение и опианный процесс уравновешивания просходит для сигнала Il2(t) и сигнаа с выхода делителя- 18 частоты. По окончании процесса уравновеивания результирующий код, соответствующий измеряемому фазовому сдвигу, считьшается с одного из делителей частоты, например 17, при полном заполнении другого. .Индикатором заполнения делителя частоты, например 18, служит элемент И 19. При достижении уравновешивания по обоим сигналам сигнал разбаланса на выходе порогового блока 16 отсутству ет, а триггер устанавливается в нулевое положение и при полном заполнении делителя 18 частоты на выходе элемента И 19 появляется импульс, который,подается на регистр 20, осуществляя перепись в регистр кода, установленного в положения триггеров делителя 17 частоты. Этот код дешиф.руетЬя и регистрируется цифровым oTC4etHbiM блоком 21, показания которого соответствуют значению измеряемого сдвига фаз.в градусах. Устройство позволяет проводить из мерение сдвига фаз между двумя напря жениями в широком частотном диапазоне, так как нагреватели имеют малую остаточную реактивность, кроме того имеет высокую чувствительность и поз воляет проводить измерение сдвигов фаз во всем диапазоне их изменения с высокой точностью за счет высокой точности задания фазового сдвига дискретными фазовращателями. Формула изобрет-ения Устройство для измерения сдвига фаз между двумя напряжения, содержащее идентичные металлические подогре ваемые резисторы, чувствительные эле менты которых включены в Два смежных плеча моста, в другие плечи которого включены резисторы с равными сопротивлениями, источник питания:,, включенный в диагональ моста, а также че тыре резистора, сопротивления которы равны сопротивлениям нагревателей подогреваемых резисторов, при этом один из вьтодов нагревателя первого подогреваемого резистора соединен с одним из источников сигнала и одним из выводов четвёртого и первого резисторов, другой вью од которого сое динен с одним из выводов второго резистора, соединенного вторым выводом с другим источником сигнала и одним из вьшодов .третьего резистора,другой вывод которого соединен с другим вьгоодом четвертого резистора и одним из выводов нагревателя второго подогреваемого резистора, второй вывод которого соединен с общей точкой источников сигнала, о т л и чающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены пороговый блок, три переключателя, умножитель частоты, формирователь синусоидального сигнала, два делителя частоты, элемент И, регистр, цифровой отсчетный блок и триггер, выход которого связан с управляющими входами всех переключателей и с первым входом элемента И, один из входов триггера является управляющим входом устройства, а другой вход триггера соединен с выходом порогового блока, вторым входом элемента И и информационным входом вто,рого переключателя, выходы которого подключены к управляющим входам делителей частоты, причем входы порогового блока включены в измерительную диагональ моста, первый и второй входы первого переключателя являются входами устройства, а выход соединен с первым выводом нагревателя первого подогреваемого резистора, с первым выводом четвертого и первого резисторов и входом умножителя частоты, выход умножителя соединен с входами делителей частоты, выходы которых через третий переключатель соединены с входом формирователя синусоидальных :сигналов, выход которого соединен с общим выводом второго и третьего резисторов, при этом выход заполнения первого из .делителя; частоты связан с третьим входом элемента И, а выходы второго делителя частоты соединены с входами регистра, выходы которого подключены к входам цифрового отсчетного блока, причем выход элемента И соединен с тактирукяцим входом регистра.