Устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления (проводимости) двухполюсника Советский патент 1987 года по МПК G01R17/10 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области измерения и контроля составляющих комплексного сопротивления (проводимости) двухполюсника.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет исключения необходимости формирования строб-импульсов.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - схема измерительной цепи на фиг.З - векторная и круговая диаграммы для измерительной цепи, когд исследуемый двухполюсник имеет последовательную схему замещения с емкостным характером и когда в качестве образцовых двухполюсников выбраны емкостной и резистивный двухполюсники; на фиг.4 - векторная диаграмма процесса уравновешивания в декартовой системе координат.

Устройство содержит генератор 1 синусоидального напряжения, измерительную цепь 2, образцовый двухполюсник 3, однородный одной из составляющих исследуемого двухполюсника исследуемый двухполюсник 4, образцовый двухполюсник 5, однородньй другой составляющей исследуемого двухполюсника, однородные образцовые двухполюсники 6 и 7, блоки 8-11 согласования, блоки 12 и 13 вычисления, блок 14 суммирования, блоки 15 и 16 разности,фазочувствительные выпрямители 17-20, блок 21 обработки сигналов, блоки 22-25 уравновешивания, блоки 26 и 27 индикации.

Генератор 1 синусоидального сигнала подключен к измерительной цепи 2, состоящей из образцовых двухполюсников 3, 5, 6 и 7 и исследуемого двухполюсника 4. К выходам измерительной цепи 2 подключены блоки 8-11 согласования. Выходы блоков 8 и 9 соединены с входами блоков 12 и 13 вычисления, а также с входами фазо- чувствительных выпрямителей 17, 18 и 19,20 соответственно. Выходы блоков 12 и 13 соединены с блоком 14. Блок 21 обработки сигналов соединен с выходами фазочувствительных выпрямителей 17-20 и с шинами управления образцовыми двухполюсниками 3 и 5. Блоками 12, 13, 15 и 16 управляют блоки 22-25 уравновешивания, выходы которых соединены с блоками 26 и 27 индикации.

На фиг.З и 4 приняты следующие обозначения:

yi J Jj Jc траектории перемещения потенциальных, точек f ,

m, d, с;

- вектор напряжения питания измерительной цепи; Од - вектор падения напряже- ния, снимаемого с образцового двухполюсника 5;

Ъ - вектор падения напряжения, снимаемого с

образцового двухполюсника 3; - вектор напряжения на

исследуемом двухполюснике 4;

Uj , Uj - векторы напряжений не- балансов; Цц - вектор компенсирующего напряжения; Up, - вектор разностного нап- ряжения между векторами

iJ. и

Up2 - вектор разностного напряжения между векторами

UK и

U - фазовьй сдвиг Uj относительно( - фазовый сдвиг Uj. относительно и, Известно, что

сь

D

jfm

,

O m+Pr

(1)

40

ab oij

Jd oij + Pd

(2)

, p ,oij , j - параметры измерительной цепи 45в обобщенных

значениях.

Анализируя круговую векторную диаграмму, изображенную на фиг.З, можно отметить, что Датп и аaod по- gg добны. Из подобия треугольников имеем

am

am-dmcoscp

то же время

(3)

20 l iliii ))

3d oLj -( ;

ЕЙ ). SIDlESSSSif an oi(etj + pj)

dmcostf

am

dmcosV am

Подставив выражения (1) и (2) в (6) после преобразования получим

dmcosV lml iiifid)(m+/32l. am « mCo d+Pd

. К + ) J

где К. - коэффициент гомотетии

.

После преобразования вьфажения (7) получим окончательное выражение

ЛТР

fij «

° 4u PdP

, -/f--.

Pd +PC)

Преобразовав выражение (8) получим

K,, ,u(i )(i,

при oil pj получим

K, - I )- S

1 2 ot -(

2&P.O 2К..

(10)

2dmcostf

R

Rл

am

где R - активная составляющая комплексного сопротивления образцового двухполюсника; R - активная составляющая комплексного сопротивления измеряемого двухполюсника. Так же можно отметить, что

10 о. oi,

(11)

А из подобия л aod и t kcb имеем

15 ° к En §i l - llifl ES / 17 kb ° cb cb

Так же

20

5li S

Jc

kb

(13)

Подставив выражения (2), (11), (12) 25 в (13) имеем

e d -dmsinif .. K.J ,

c +

(14)

(8)

n разделим на .. .

35

,4,. E(..f)

o -c . к

;.i ,,1

d

(1 -b 4) K ( + 1); c J

p ,J.i(.lLie..

(15)

(16) (17)

При 1 имеем

50

2К,г - 1 , 2dmsin4 -cb ,.„, - у -о с-ь(18)

или

55

2dmsin tf - cb cb

Со

где X - реактивная составляющая

комплексного сопротивления образцов двухполюсника;

х - реактивная составляющая g момент квазиравновесия

комплексного сопротивления Up, sinQ/ О измеряемого двухполюсника. Получим Аналогичные расчеты можно провести используя вектор разбаланса dc. Приведем лишь окончательные выражения

/и

od

Ка/и,,

где К - коэффициент передач

Я 2К-, . 2ЙСС22У ;

J пК

сЬ

напряжению. Подставив выражение И9) ,Q (26) в (18) получим

(20)

f (2К2 - 1).

о й.а. 2dcco8V

х7 сЬ

СоАналогично получим уравнения для

15 ft, и ..„2Ki..r.l..JS isp«;(,,,

2dcsinV - am am

(22)

Для параллельной схемы замещения исследуемого двухполюсника вьфажени аналогичны с той лишь разницей, что вместо сопротивления будут проводимости, а при измерении приращения, например, по активной составляющей, необходимо исследуемый двухполюсник А поменять местами с двухп олюсником 5, а по реактивной составляющей - исследуемый двухполюсник 4 поменять местами с двухполюсником 3.

Рассмотрим векторную диаграмму на фиг.4, с учетом диаграммы на фиг.З можно отметить, что

о, °

(23)

и. - проекция вектора Uj на

и

dm

am

В момент, когда Up, cos(Q-180 )0, и можно записать в виде

От

и. К,/и„,/ к, |Hacij.,(2A)

где К - коэффициент передачи

по напряжению.

Подставив выражение (24) в (10) получим

рп, 2К,.(25)

В то же время

|U,j| (,

где - проекция вектора Uj на U.L.

/и

od

Ка/и,,

(26;

где К - коэффициент передачи по

напряжению. Подставив выражение (26) в (18) получим

f (2К2 - 1).

(27)

(28)

| 0(2К - 1)

(29)

5

С

5

0

5

0

0

где К и коэффициенты передачи . по напряжению.

Устройство работает следующим образом.

Напряжения, снятые с образцовых двухполюсников 3 и 5 через блоки 8 и 9 согласования, подаются одновременно на входы блоков 12 и 13 вычисления и на опорные входы фазочувст- вительных выпрямителей 17, 18 и 19, 20.

Сигналы с выходов блоков 12 и 13 вычисления,пропорциональные и К,Ь ат в один момент времени и и в другой, поступают на вход блока 14 суммирования, который формирует сигнал, пропорциональный и Uj + Од, UK подается на первые входы блоков 15 и 16 разности, а на вторые входы подаются сигналы небаланса U. и через блоки 9 и 10 согласования. На выходах блоков 15 и 16 разности формируются сигналы пропорциональные Up, Ucd и Upj UK - Uj, которые поступают на информационные входы фазочувствительных выпрямителей 17-20. На выходах фазочувствительных выпрямителей 17-20 формируются сигналы, пропорциональные соответственно

Up coscf, Up, cosCf, Up, cosV, ,

которые подаются параллельно на 5 входы блока 21 обработки сигналов и на входы блоков 22-25 уравновешивания.

Процесс выбора предела измерения осуществляется блоком 21 обработки сигналов по двум составляющим комплексного двухполюсника и аналогичен процессу выбора предела в прототипе ,

Процесс уравновешивания начинается сразу же после выбора предела измерения и основан на методе развертывающего уравновешивания. В начальный

момент времени обработку входных сиг- Q щей из двух параллельно соединенных

налов начинают, например, блоки 22 и 25 уравновешивания, которые управляют коэффициентом передачи блоков 12 и 13 вычисления, а также разрешают формирование Up блоку 16 разности.

Изменение коэффициента передачи блоков вычисления происходит до момента когда сигналы, формируемые фа- зочувствительными выпрямителями 17 и 20, станут равными нулю. В этот момент на информационных выходах блоков 22 и 25 уравновешивания будут присутствовать коды чисел, пропорциональные S n, и /Ь(. .

По истечении некоторого промежутка времени, определяемого, например, линиями задержки, находящимися в блоках 23 и 24 уравновешивания, отработку входных сигналов начинают блоки 23 и 24 уравновешивания. По первым уравновешивающим сигналам этих блоков происходит предварительное восстановление коэффициентов передачи блоков 12 и 13 вычисления, а затем их изменение.

В дальнейшем отработка входных сигналов блоками 23 и 24 уравновешивания аналогична работе первых двух блоков 22 и 25 уравновешивания. На информационных выходах блоков 23 и 24 уравновешивания формируются коды чисел,, пропорциональные i и S n . Информационные сигналы с выходов блоков 22 и 23, 24 и 25 уравновешивания поступают на блоки 26 и 27 индикации соответственно, которые содержат по два индикаторных табло, позволяющие индицировать каждому блоку индикации по две составляющих измеряемого комплексного сопротивления (проводимости) двухполюсника.

Таким образом, использование предлагаемого устройства обеспечивает более высокую точность измерения и может быть использовано в системах измерения. Формула изобретения

Устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления

15

20

25

30

ветвей, первая из которых содержит . последовательно соединенные первый образцовый двухполюсник, однородный одной из измеряемых составляющих комплексного сопротивления исследуемого двухполюсника, зажимы для подключения исследуемого двухполюсника и второй образцовый двухполюсник, однородный другой измеряемой составляющей комплексного двухполюсника, вторая ветвь содержит два последовательно соединенных однородных двухполюсника, общий вывод которых соединен с первым входом второго блока согласования и входом третьего блока согласования, второй вывод измерительной цепи соединен с вторым зажимом генератора синусоидального напряжения и с первым входом четвертого блока согласования, выход которого через второй блок вычисления подключен к второму входу блока суммирования, выход ко торого соединен с первыми входами первого и второго ос блоков разности, вторые входы которых соединены с выходами третьего и второго блоков согласования соответственно, управляемые входы первого и второго блоков вычисления и блоков разности соединены с управляющими выходами первого и второго блоков уравновешивания соответственно, выходы которых соединены с первыми входами первого и второго блоков индикации соответственно, первый зажим для подключения исследуемого двухполюсника соединен с вторыми входами второго и четвертого блоков согласования, второй зажим для подключения исследуемого двухполюсника, вторые входы первого и третьего блоков согласования, третьи входы второго и четвертого блоков согласования соединены с общей шиной, отличающее ся тем, что, с целью повьш1ения точности, в него введены четыре фазочувствительных выпря мителя, блок обработки сигналов, тре тий и четвертый блоки уравновешива40

45

50

55

(проводимости) двухполюсника, содержащее генератор синусоидального напряжения, первый зажим которого подключен через последовательно соединенные первый блок согласования и первый блок вычисления и первому входу блока суммирования и первому выводу измерительной цепи, состоя5

0

5

0

ветвей, первая из которых содержит . последовательно соединенные первый образцовый двухполюсник, однородный одной из измеряемых составляющих комплексного сопротивления исследуемого двухполюсника, зажимы для подключения исследуемого двухполюсника и второй образцовый двухполюсник, однородный другой измеряемой составляющей комплексного двухполюсника, вторая ветвь содержит два последовательно соединенных однородных двухполюсника, общий вывод которых соединен с первым входом второго блока согласования и входом третьего блока согласования, второй вывод измерительной цепи соединен с вторым зажимом генератора синусоидального напряжения и с первым входом четвертого блока согласования, выход которого через второй блок вычисления подключен к второму входу блока суммирования, выход ко торого соединен с первыми входами первого и второго с блоков разности, вторые входы которых соединены с выходами третьего и второго блоков согласования соответственно, управляемые входы первого и второго блоков вычисления и блоков разности соединены с управляющими выходами первого и второго блоков уравновешивания соответственно, выходы которых соединены с первыми входами первого и второго блоков индикации соответственно, первый зажим для подключения исследуемого двухполюсника соединен с вторыми входами второго и четвертого блоков согласования, второй зажим для подключения исследуемого двухполюсника, вторые входы первого и третьего блоков согласования, третьи входы второго и четвертого блоков согласования соединены с общей шиной, отличающее ся тем, что, с целью повьш1ения точности, в него введены четыре фазочувствительных выпрямителя, блок обработки сигналов, третий и четвертый блоки уравновешива0

5

0

5

ния, при этом выход первого блока согласования соединен с опорными входами первого и второго фазочувст- вительных выпрямителей, выход четвертого блока согласования соединен с опорными входами третьего и четвертого фазрчувствительных выпрямителей, выход первого блока разности соединен с информационными входами второго и третьего фазочувствительных выпрямителей, выход второго блока разности соединен с информационными входами первого и четвертого фазочувствительных выпрямителей, выход первого фазочувствительного выпрямителя соединен с первым входом блока обработки сигналов и входом третьего блока уравновешивания, выход второго фазочувствительного выпрямителя соединен с вторым входом блока обработки сигналов и входом первого блока уравновешивания, управляющий выход третьего блока уравновешивания соединен

с вторым управляемым входом первого блока вычислен,а выход соединен с вторым входом первого блока индика- g ции, выход третьего фазочувствительного выпрямителя соединен с третьим входом блока обработки сигналов и входом четвертого блока уравновешивания, выход четвертого фазочувствитель0 ного выпрямителя соединен с четвертым входом блока обработки сигналов и входом второго блока уравновешивания, управляющий выход четвертого блока уравновешивания соединен с вторым уп5 равляющим входом второго блока вычисления, а выход четвертого блока уравновешивания соединен с вторым входом второго блока индикации, первый и второй управляющие выходы блока об0 работки сигналов соединены соответ- ственно с шинами управления образцовых двухполюсников первой ветви измерительной цепи.

Фиг. 2

п d фиг. 3

iJam

и PI

I

(Pue.

т

Ucf

Изобретение позволяет повысить точность измерения составляющих комплексного сопротивления двухполюсника. Устройство содержит генератор 1 синусоидального напряжения, блоки 8-11 согласования, блоки 12 и 13 вычисления, блок 14 суммирования, блоки 15 и 16 разности, блоки 22 и 23 уравновешивания, блоки 26 и 27 индикации и измерительную цепь, состоящую из образцовых двухполюсников 3-7. Введение фазочувствительных выпрямителей 17- 20, блока 21 обработки сигналов и блоков 24 и 25 уравновешивания исключает необходимость формирования строб-импульса. 4 ил. I (Л 00 00 00 фие.7

редактор Ю.Середа

Составитель В.Семенчук Техред ( М.Ходанич

Заказ 5185/44 Тираж 729Подписное

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

КорректорИ.Myска