Способ уравновешивания цифровых модуляционных экстремальных мостов переменного тока и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G01R17/10 

113

Изобретение относится к электроизмерительной технике и нредназначе- но для применения в цифровых мостах переменного тока, измеряющих комплексные сопротивления и проводимости.

Целью изобретения является повышение точности уравновешивания за счет осуществления модуляционных воздействий путем изменения направления регулирования уравновешивающего параметра и выбора направлений начальных приращений„

На фиг,1 представлена блок-схема устройства для реализации способа (цифрового экстремального модуляционного моста переменного тока) при уравновешивании по одному параметру; на фиг,2 - зависимость амплитуды выходного-напряжения и„ мостовой измерительной цепи от регулируемого параметра при наличии некоторого неравновесия nq по второму параметру q.

Способ осуществляется следуюш -ш образом.

I

При нарушении равновесия более

чем на половину шага регулирования (фиг.2) модуляционные приращения параметра PVOT величиной в 2К шагов дискретности вызывают существен 1ые приращения амплитуды выходного напряжения мостовой цепи, так как анализ приращений производят не на пологом участке зависимости lUgl (Pvoii-) вбли- зи точки равновесия, а на более круглом з частке, удаленном от точки равновесия на К шагов дискретности Модуляционные воздействия осуществляют периодическим изменением направления регулирования благодаря одновременному с ним изменению знака начальног приращения К шагов дискретности отсчта. При этом амплитуда модуляционных воздействий составляет 2К единиц отсчета регулируемого параметра при известном способе (2К + 1), Если произведенное модуляционное приращение вызывает отрицательное приращение ампл туды вы-ходного напряжения Ug мостово цепи,, то регулируемьа параметр изменяют на шаг регулирования в направлении модуляционного воздействия. При положительных (и нулевых) прирашени- ях амплитуды этого напряжения регули руем1з1Й параметр не меняют. Изменение регулируемого параметра осуществляют шагами, равными половине дискретности отсчета.

4902

Наибольший интерес представляет работа вблизи точки равновесия. Если равновесие цепи наступает при целом числе шагов регулируемого параметра (текущее значение соответствует точке 0) , то модуляционные прираш,е- ния не вызывают изменений амплитуды выходного напряжения (переход с точки 1 в точку 2 и наоборот). При на- 0 рушении равновесия меньше чем на 1 шаг регулирования (точки О , О) и; при достаточной чувствительности устройств ангшиза огибающей выходное напряжение принимает последовательно 5 значения, определяемые точками l -2 - 2 - Г - 1 - 2- 2 - 1 и т.д. Эти точки отстоят от точек О и О на +К шагов дискретности.

Нетрудно видеть, что изменение 0 амплиту.цы модуляционных приращений (числа X) не влияет на текущее значение регулируемого параметра при равновесии. Хорда 1-2, например, при изменении К смещается параллельно са- 5 мой себе и оси абсцисс. Поэтому от величины модуляционных приращений зависит только чувствительность мостовой цепи (амплитуда отрицательных перепадов при нарушении равновесия), 0 Остаточное неравновесие не превышает одного шага регулирования при любых значениях модуляционных приращений , I

, В тех случаях, когда чувствительность устройств анализа огибающей позволяет фиксировать знак прираще-. ния амплитуды выходного напряжения при неравновесии меньшем шаге регу- Q лирования, наблюдаются периодические, колебания регулируемого параметра в пределах шага регулирования (текущее значение регулируемого параметра попеременно соответствует точкам О j и О ), Для устранения неустойчивости пока.заний отсчет производят только в одной из этих точек. Поскольку точки соответствуют двум последовательным: значениям регулируемого пара- Q метра, равным целым числам шагов уравновешивания, то четному числу шагов соответствует только одна из них. Снятие показаний при значениях регулируемого параметра, равных чет- ному числу шагов уравновешивания, не только устраняет неустойчивость отсчета, но и позволяет при той же погрешности уравновешивания (один шаг регулирования дискретность отсчета

экстремум-детектора 12 через триггер 13 младшего разряда. Выходы реверсивного счетчика 6 импульсов подключены . к входам блока 5 регулируемого параметра и цифрового индикатора 9, Прямой выход триггера 13 младшего разряувеличить вдвое, так как в младшем двоичном разряде регулируемого параметра в момент отсчета (четное число шагов) записан нуль. Погрешность уравновешивания (и отсчета) поэтому не превышает половины дискретности отсчета. Так как амплитуды положитель- Да связан с управляющим входом допол- ного и отрицательного приращений нительного блока 8, а инверсный вы- равны между собой, то модуляционные ход этого триггера 13 с входом запи- воздействия всегда симметричны отно- fO си цифрового индикатора 9, Выходы мо : сительно текущего значения регулируе- дулирующих элементов 3 и 4, блока 5 мого параметра, а абсолютное знача- дополнительного блока 8 через сум- ние этих воздействий на точность урав- матер 7 подключены к входу мостовой новешивания не влияет и может быть выбрано равным как целому, так и дробному числу шагов дискретности. Изменения этого значения в широких пределах также не влияют на точность уравновешивания.

На точность уравновешивания по предлагаемому способу влияет только погрешность задания шага регулирования. Если, например, эта погрешность равна сЛм то погрешность уравновешивания определим; из выражения

/у Г 0,5 Д.РО (1 ). гделРо дискретность отсчета.

измерительной цепи 11, второй вход f5 котор ой соединен с выходом генератора 10 переменного напряжения, а ее выход - с входом экстремум-детекто ра 12,

Устройство работает следующим 20 образом.

Импульсы тактового генератора 1 вызывают периодические опрокидывания триггера 2 реверса, который управля- 25 ет работой модулирующих элементов 3 и 4 и направлением счета реверсивного счетчика 6 импульсов. При этом прямому счету счетчика 6 соответствуСравнивая этот результат с вырает возбуждение того модулирующего

жениемТдч 1 - 0,5 ЛРр 1+(4К+1) ,} ,Q элемента, которьм формирует положи- видим, что погрешность уравновешива- тельное приращение (параметр модуляционной меры сут-мируегся с текущим значением регулируемого параметра)с При обратном направлении счета возбуждается модулирующий элемент, формирующий отрицательное приращение (параметр модуляционной меры вычитается из текущего значения регулируемого параметра). Благодаря этому опрония по сравнению с известным способом уменьшилась на 2 единиц дискретности, что при , (,5% составляет 0,7; а при,, сУ 10% - две единицы младшего разряда или в относительном выражении погрешность уравновешивания снизилась более чем в 2 и 5 раз соответственно.

35

Устройство для реализации предло- Q кидывания триггера реверса приводят женного способа (цифровой экстремаль- к периодическим модуляционным воз- ный модуляционный мост переме 1ного действиям в мостовой измерительной тока) содержит тактовый генератор , цепи 1I, симметричным относительно подключенный к счетному входу тригге- текущего значения регулируемого пара 2 реверса, модулирующие элементы 5 Раметра, Значение параметра модуля- 3 и 4, связанные управляющими входа- ционной меры (модуль модуляционного ми с выходами триггера реверса, блок приращения) выбрано равным К шагам 5 регулируемого параметра, реверсив- дискретности регулируемого параметра ный счетчик 6, сумматор 7, дополни- блока 5, Поэтому опрокидывания триг- тельный блок 8, состоящий из младше- 50 гера реверса вызывают модуляционные го разряда регулируемого параметра, воздействия амплитудой в 2 К шагов .цифровой индикатор 9, генератор 10 дискретности (переход, например, от переменного напряжения, мостовую из- приращения в (-К) ш агов к приращению мерительную цепь П., экстремум-детек- . в (+К) шагов). Если какое-то из этих тор 12 и триггер 13 младшего разряда,55 воздействий вызовет отрицательное , Выходы триггера 2 реверса связаны приращение амплитуды выходного напря- также.с управляющими входами ревер- жения мостовой цепи, что соответст- сивного счетчика б импульсов, счетный вует опрокидьшанию триггера в направ- вход которого соединен с выходом лении приближения к равновесию, то

3124904

экстремум-детектора 12 через триггер 13 младшего разряда. Выходы реверсивного счетчика 6 импульсов подключены к входам блока 5 регулируемого параметра и цифрового индикатора 9, Пряь- Да связан с управляющим входом допол- нительного блока 8, а инверсный вы- ход этого триггера 13 с входом запи- fO си цифрового индикатора 9, Выходы мо - дулирующих элементов 3 и 4, блока 5 дополнительного блока 8 через сум- в- матер 7 подключены к входу мостовой

мой выход триггера 13 младшего разряДа связан с управляющим входом допол- нительного блока 8, а инверсный вы- ход этого триггера 13 с входом запи- си цифрового индикатора 9, Выходы мо : дулирующих элементов 3 и 4, блока 5 дополнительного блока 8 через сум- матер 7 подключены к входу мостовой

Да связан с управляющим входом допол- нительного блока 8, а инверсный вы- ход этого триггера 13 с входом запи- си цифрового индикатора 9, Выходы мо дулирующих элементов 3 и 4, блока 5 дополнительного блока 8 через сум- матер 7 подключены к входу мостовой

измерительной цепи 11, второй вход котор ой соединен с выходом генератора 10 переменного напряжения, а ее выход - с входом экстремум-детекто ра 12,

Устройство работает следующим образом.

Импульсы тактового генератора 1 вызывают периодические опрокидывания триггера 2 реверса, который управля- ет работой модулирующих элементов 3 и 4 и направлением счета реверсивного счетчика 6 импульсов. При этом прямому счету счетчика 6 соответству513

экстремум-детектор 12 сформирует импульс отрицательной полярности. Импульсы экстремум-детектора подсчитываются реверсивным счетчиком 6 совместно с триггером 13 младшего разряда. Реверсивный счетчик 6 и триггер 13 управляют переключением регулируемого параметра блока 5 и младшего разряда дополнительного блока 8. Поэтому каждый импульс экстремум-детектора 12 приводит к изменению текущего значения регулируемого параметра в направлении уравновешивания на один .шаг регулирования.

Младший разряд дополнительного блока 8 соответствует половине дискретности регулирования параметра блока 5. Поэтому уравновешивание осуществляется шагами, равными половине дискретности отсчета регулируемого параметра по счетчику 6.

При достижении состояния равновесия (фиг,2) модуляционные воздействия либо не вызьгоают приращений выходного напряжения мостовой цепи (текущее значение Р

var

соответствует

точке 0), либо вызывают периодические отрицательные приращения при обоих направлениях этих воздействий (текущее значение Pvar соответствует точкам О , О ), При переходе с точки l в 2 (Руд соответствует точке о ) отрицательный импульс приводит к изменению текущего значения vor один шаг (переход в точку О Следующее отрицательное приращение, вызванное переходом с точки 2 в точку l , приведет к возврату Ру,, в точку О и т.д. Следовательно, при остаточном неравновесии меньшем, чем один шаг регулирования, наблюдаются периодические колебания состояний не только триггера реверса 2, но и триггера 13 младшего разряда. Кроме того, при переходе выходного состояния этого триггера с О в 1 возможен заем из старших разрядов реверсивного счетчика 6 (триггер реверса установлен в направлении обратного счета), а следовательно, неустойчивость показаний. Дпя устргшения неустойчивости отсчета и обеспечения невыхода погрешности отсчета из пределов шага регулирования разрешение на запись информации в цифровом индикаторе подается с инверсного выхода триггера 13. Такое разрешение соотве ствует снятию показаний только при

06

четном числе шагов уравновешивания. При этом разряд дополнительного блока В, управляемый прямым выходом триггера 13, отключен, а состояние реверсивного счетчика 6 и отсчет цифрового индикатора 9 точно соответствуют текущему значению регулируемого параметра.

Модуляционные воздействия, равнью

2К шагам дискретности, определяют чувствительность-мостовой цепи, а точность уравновешивания определяется только шагом дискретности регулируемого параметра.

Использование предлагаемого уравновешивания в и 1фровых экстремальных модуляционных мостах переменного тока с многошаговой модуляцией позволяет практически полность устранить

влияние на точность уравновешивания разброса параметров и нестабильности модуляционных элементов, благодаря чему точностзь уравновешивания возрастает в 2-5 раз при сохранении высокой

чувствительности.

Формула изобретения

1.Способ уравновешивания цифровых

модуляционных экстремальных мостов переменного тока, включаюшдй уравновешивание по двум дискретно регулируемым параметрам с помощью периодических импульсных регулирующих воздействий, при котором для формирования каждого импульса регулирующего воздействия производят пробное скачкообразное изменение соответствующего параметра измерительной цепи от начального приращения, равного К пшгам дискретности, к противоположно направленному приращению и выделяют приращение амплитуды выходного напряжения этой цепи, вызванное произведенным

изменением параметра, и при отрицательном значении приращения амплитуды выходного напряжения регулируют параметр в з.аданном направлении, о тличающийся тем, что,

50

с целью повьппения точности уравновешивания, направление начального приращения устанавливают совпадаюшрм с направлением регулирования, а пробные скачкообразные модуляционные 5,5 воздействия выбирают равными 2К шагов дискретности отсчета и осуществляют их при помощи периодических изменений направления регулирования уравновешивающего параметра, шаг ре71

гулирования которого устанавливают равным половине дискретности отсчета причем отсчет производят только при значениях регулируемого параметра, равных четному числу шагов уравновешивания .

2,Устройство для осуществления способа уравновешивания модуляционных экстремальных мостов переменного тока, содержащее тактовый генератор триггер реверса, прямой выход которого соединен с входом первого модулирующего элемента и первым входом реверсивного счетчика импульсов, а инверсный выход - с входом второго модулирующего элемента и с вторым входом реверсивного счетчика импульсов , первый выход которого соединен с цифровым индикатором, а второй - с входом блока регулируемого параметра выход которого соединен с первым входом сумматора, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым и вторым модулирующими элементами, последовательно соединенные

08

генератор переменного напряжения, мостовую цепь и экстремум-детектор, при этом вход мостовой цепи соединен с выходом сумматора, отличаю- щ е е с я тем, что, с целью повышения точности уравновешиван ;я за счет осуп1;ествления модуляционных воздейст- Bi-ni путем изменения направления регулирования уравновешивающего параметра и выбора направления начальных приращений, в него введены дополнительный блок регулируемого параметра и триггер младшего разряда, при этом выход тактового генератора подключен

к счетному входу триггера реверса, а выход экстрebfyM-детектора соединен с входом триггера младшего разряда, прямой выход которого соединен с управляющим входом реверсивного счетчика импульсов и с управляющим входом дополнительного блока регулируемого параметра, выход которого соединен с четвертым входом сумматора, инверсный выход триггера младшего разряда

соединен с входом записи цифрового , ндикатора.

Редактор Г.Волкова

Фиг.

Составитель В.Семенчук Техред Л.Сердюкова

Заказ 1968/43Тираж 731Подписное

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, А

Корректоре. Пекмар

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в цифровых мостах переменного тока, измеряющих комплексно сопротивление и проводимость. Цель изобретения - повышение точности уравновешивания достигается за счет осуществления модуляционных воздействий путем изменения направления регулирования уравновешивающего параметра и выбора направления начальных приращений. Устройство для реализации предложенного способа содержит тактовый ге- . нератор 1, триггер 2 реверса, модулирующие элементы.3 и 4, блок 5 регулируемого параметра, реверсивный счетчик 6, сумматор 7, цифровой индикатор 9, генератор 10 переменного напряжения, мостовую измерительную цепь 11, экстремум-детектор 12. Для достижения п оставленной цели в устройство введены дополнительньй блок 8, состоящий из младшего разряда регулируемого параметра, и триггер 13 младшего разряда. Способ позволяет устранить влияние на точность уравновешивания разброса параметров и нестабильности модуляционных элементов. В результате точность уравновешивания возрастает в 2-5 раз при сохранении высокой чувствительности. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. (Л