Способ определения параметров комплексных двухполюсников и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G01R17/10 

00

ел sj

13705772

Изобретение относится к электро- нее сопротивление 12 генератора7(Zp), измерительной технике, а именно к внутреннее сопротивление 13 ампер- измерению параметров комплексньк двух- метра 8 (Z/), внутреннее сопротияле- полюсников.г ние 14 преобразователя 9 ток-напряжеЦель изобретения - повьппение точ- ности определения параметров комплексных двухполюсников за счет исключения влияния на результат измерения . ненулевых значений внутренних сопро- Q тивлений генератора сигнала, амперметра, преобразователя ток-напряжение и конечного значения сопротивления вольтметра.

На фиг. 1 изображена структурная is 130 в диагонали питания. Для того, схема устройства, реализуклцего спо- чтобы измерить комплексные напряжения и ток, в устройстве используются вольтметр 4 и амперметр 8 для измение (Zp).

Процесс измерения осуществляется за два такта.

В первом такте измерения контакты переключателей 2.1, 2.2 находятся в положении I. Измеряют напряжение в измеритапьной диагонали Ус J и ток

рения модулей Uc.do м также 20 преобразователь 9 ток - напряжение с фазометром 10 для измерения фазового сдвига (ср,) UcgJo относительно I.p. Преобразователь 9 ток - напрясоб измерения; на фиг. 2 и 3 - эквивалентные схемы устройства в первом и втором тактах измерения соответственно.

Устройство реализующее способ измерения, содержит неуравновешенный мост, одна из ветвей которого состоит

jH3 последовательно соединенных иссле- жение (в качестве которого может дуемого двухполюсника 1 Z (х быть использован обычный трансформа- переключателя 2.1 и образцового двух- тор тока, у которого сопротивление полюсника 3 (RQ ), а также вольтметра первичной обмотки Zj, в О) , предназна- 4, вторая ветвь неуравновешенного чен для формирования вькодного намоста состоит из последовательно со- пряжения, пропорционального и син- единенных образцового двухполюсника 30 фазного с током в диагонали питания. 5 (R,), переключателя 2.2 и образцо- Как видно из эквивалентной .схемы на

фиг. 2, устройство содержит три независимых контура. Выберем произвольно положительные направления обхода 8, преобразователь 9 ток - напряжение контуров и будем считать эти направ- и фазометр 10.ления также положительными направлеНа фиг. 2 и 3 приняты следующие ниями контурных токов 1, Ij обозначения: внутреннее с рпротивле- Составим систему линейных уравнение 11 вольтметра 4 (Z ), внутрен- кий для каящого из контуров:

вого двухполюсника 6 (Rj), последовательно соединенные генератор 7 синусоидального напряжения, амперметр

нее сопротивление 12 генератора7(Zp), внутреннее сопротивление 13 ампер- метра 8 (Z/), внутреннее сопротияле- ние 14 преобразователя 9 ток-напряже

ние (Zp).

Процесс измерения осуществляется за два такта.

В первом такте измерения контакты переключателей 2.1, 2.2 находятся в положении I. Измеряют напряжение в измеритапьной диагонали Ус J и ток

рения модулей Uc.do м также преобразователь 9 ток - напряжение с фазометром 10 для измерения фазового сдвига (ср,) UcgJo относительно I.p. Преобразователь 9 ток - напря

Изобретение относится к электроизмерительной технике и служит для повьшения точности определения параметров комплексных двухполюсников. Устройство,реализующее способ, содержит неуравновешенный мост, ветви которого включают исследуемый двухполюсник 1,переключатель 2.1, образцовый двухпоЛосник 3 и вольтметр 4, а также образцовые двухполюсники 5 и 6, переключатель 2.2. Кроме того, устройство содержит генератор 7 синусоидального напряжения и фазометр 10. Введение амперметра 8, преобразователя 9 ток-напряжение и образование новых функциональных связей исключают влияние на результат измерения ненулевых значений внутренних сопротивлений генератора 7 синусоидального напряжения, амперметра 8, преобразователя 9 ток-напряжение и конечного значения сопротивлений вольтметра. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. сл

1,0 Z, + Z + R,) IZD Z, - I,R, 0;

1,0 2у + - RO + RZ) +1,0 RZ OJ

-I,oR, + 1гс RZ - RZ - Z + Z + г„) - E.

положении П I. ,t/t

Измеряют ilc.d, ;

Так как направления обхода контурных токов 1,0 и 1 не совладают, то в первом и третьем уравнениях появляется знак минус.Согласно эквивалентной схеме на

So втором такте измерения контак- 50 фиг. 3, система уравнений для конру- ты переключателей находятся в ров имеет вид:

1„ (Z, v + R,) + - I, х 0;

I,, Z, + I,, (, + RO + Rj) + I,, R 0;

-I,, Z, + Ij, R, -b I,/R2 + Z,+ , + Z, + Z,) E.

(1)

положении П I. ,t/t

Измеряют ilc.d, ;

Согласно эквивалентной схеме н

(2)

31370577

Решая две системы линейных урав- в диагонали питания в первом и вто- нений (1) и (2) и используя отноше- ром тактах измерения , полу- кия напряжений небалансов к токам чим:

., ,RO - Z, R,)

z, - R,)(Z, + R + Rj - ZV

Uc.d, (Zx RO - RI Кг) Z

V

7(A)

1з, - (z, + z + R,) (z + RO - R) - Zy

Из (3) и (4) выражение для Z имеет вид:

Z, (RO - RJ (Zx + RJ

(R;R z7Rir- z7()

- V

z (z, -t- R,) (RO+ RZ) -V (z7Ro - R7Rir- z (

Приравняв уравнения (5), (6) инапряжения питания, так как Z, и

разрешив их относительно 2: , полу-Z представляют собой отношения на пряжений и токов.

25 Z,R + Z RДля получения информации о параZ R, )метрах Z, например для последова- ° -г 2тельной емкости схемы замещения двухпричем RQ f R.полюсника, вьщелим вещественные часКак видно из уравнения (7), резуль- о и напряжений небалансов относительтат измерения Z не зависит отно токов в каждом из тактов измереZy ; Zj.; Z и нестабильностиния:

и Code Cod

(cosCf, + jsintfi ) Z, (cos q, + jsinCf, ); (8)

1

c.d,

--- - -- (costfi+ jsintf) 2, (cosc/j -f jsinC/j); (9)

i(J-Я

40 Подставив в (7) вьфажения (8) и(9), имеем:

R-jx RjZ, (costf, jsintfi) + ZjCcosCf + jsinCfj) R

(10)

R,Z,Ro(costf, + jsinCf,) + Z (cosq-j + jsinVj)

i Проведем преобразования, освобож-ражения (10), получим уравнение для

даясь от иррациональности в знамена-определения параметров комплексных

теле и группируя отдельные члены вы-двухполюсников:

R« Ri(zJ + Z| ) + Z,ZiCos (. ) (Rl + Rl ) Zf R + Z R + 2Z,Z R RoCos (, )

Z,Z sin (cfz -tf, ) (RO - R ) | ,(12)

Z, R + Z R + 2Z.Z-j .cos (tf - C, )

V

1370577

н(12)можно перепис

I (Z Z ) К - Z,Z.,cos (Cfj - С/-,) ( 1 + К)

г,н(12)можно переписать:

Обозначив --- К, вьфажения (11)

- -11 ; (13)

Z 5 + Zl 2Z,Z.,- К cos (tfz-M,)

Z,Z.,sin (Cf,-Cf,) (1 - к ) л .(14)

Z Zl- К + 2Z, cos (cfi-Q ,) При параллельной схеме замещения запишем следующие соотношения:

. 4- .

откуда20 С учетом (30) выражение (21) перепи. 1 j7)( g+j

к7 кТ RI g+jb

7 л -1 В следующем виде:

..L -Slib. -L.,. (16)

iZ,Ro cost + Zz R costf j)(Z,RoSinCf,+ ZzRiSinfft) х ,х (R2Z,cos4i, + R Z costf) + j (,sinq), + R Z singi)

Проведем преобразования аналогич- нателе и сгруппируем отдельные члены, ные вьшеизложенным, а именно освобо- тогда получим окончательные выраже- димся от иррациональности в знаме- 30 ния для определения параметров:

. - 1 - T( . о

. 1г1пг7Г7 /,- /л ч

R,R(z + Z ) + Z,Z,cos (Cf.-Q . ) ( R) R| z rR Zr+ 2R Rlz ;Z cor( )

Z.Zj sin (cfi -tf, ) (RL - RO )

17 Rl zT Rrzr+ 2RlRlz7z c5i()

г 2 j. ri , у- Ч1У/

При условии что R, KR,, получим: к (Zj + Zj) + Z. + КЪ cos (7i - t/, )

zyK + zr+ 2z7z7 K cSs( r-Ifr)

, Z,Z sin (Cfi -4,) (K - 1) b .(21)

Z Y.- + Zl + 2Z,ZjK cos (О-г-,)

50

При индуктивном характере двух- его осуществления позволяют повысить полюсника уравнения преобразования точность определения параметров комп- идентичны с той лишь разницей, что в лексных двухполюсников за счет исклю- уравнениях (12),(14) знак - отсут- чения влияния на результат измерения ствует, а в уравнениях (1S),, (21) 55 ненулевых значений внутренних сопро- знак - перед дробью присутствует. тивлений генератора сигнала, амперметра, преобразователя ток - напряТаким образом, предлагаемый спо- Veниe и конечного значения сопротив- соб и измерительное устройство для ления вольтметра.

71

На основе предлагаемого изобретения могут быть разработаны высокоточные измерительные устройства для систем контроля и измерения физических величин с помощью параметрических датчиков, как высокоомных, так и низкоомных.

Формула изобретения

(Ъ + Zj ) К + Z, Z cos (,) (1 + кЪ

к7 zy z K 2z7z/ corCcfV- T)

t-i

Z. (qjj -ч,) (1 - К )

г + z| к + 2Z, COS (q - g,)

a параметры параллельной схемы замещения двухполюсника определяют по

де 4- - при индуктивном или

емкостном характере 40 сопротивления двухполюсника;

R,X,g,b - измеряемые активное и реактивное сопротивления и активная и реак- 45 тивная проводимости соответственно; R, - сопротивление образцового двухполюсника, расположенного в ветви,5о не содержащей исследуемый двухполюсник, и имеющего с ним общую вершину соединения; - сопротивления образцо- 55

ВЫХ ДВуХПОЛЮрНИКОВ,

расположенные в ветви, не содержащей, и в ветви, содержащей исRO.R.

70577

исследуемого двухполюсников, отличающийся тем,что, с целью повьшения точности определения параметров измеряют действукщее значение тока в диагонали питания, измеряют фазовый сдвиг напряжения небаланса относительно тока, измеряют действующее значение тока и фазовый сдвиг напряжения небаланса относительно тока после взаимной коммутации образцового и исследуемого двухполюсников, расположенных в разных ветвях моста, а

параметры последовательной схемы замещения двухполюсника определяют

10

15

по формулам

формулам

следуемый двухполнх:ник соответственно;

напряжений небалансов до и после коммутации соответственно; I-jp , I,, - дейстсующие значения токов до и после коммутации;1 , г - фазовые сдвиги напряжений небалансов относительно токов до и после коммутации соответственно.

двухполюсника, расположенного во вто- 5 первого и второго переключателей со- рой ветви моста, соединен с второй вершиной измерительной диагонали, первым входом фазометра и первым входом вольтметра, второй В51од которого соединен с общей шиной, два переключателя, первый контакт первого переключателя соединен с первым зажимом для подключения исследуемого двухполюсника и с первым контактом второго переключателя, второй контакт которого соединен с вторым кон20

ответственно соединены с вершинами измерительной диагонали неуравновешенного моста, при этом второй контакт первого переключателя соединен с вторым зажимом первого двухполюсника, второй зажим для подключения исследуемого двухполюсника соединен с первой вершиной диагонали питания неуравновешенного моста, второй вход 25 фазометра соединен с выходом преобразователя ток - напряжение.

Л

фиг. 2

0577 О

тактом первого переключателя, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности определения параметров, в него введены амперметр, преобразователь ток - напряжение, причем второй зажим генератора синусоидального напряжения через после- дойательно соединенные амперметр, преобразователь ток - напряжение соединен с второй вершиной диагонали питания неуравновешенного моста и с вторым зажимом третьего образцового двухполюсника, подвижные контакты

10

первого и второго переключателей со-

ответственно соединены с вершинами измерительной диагонали неуравновешенного моста, при этом второй контакт первого переключателя соединен с вторым зажимом первого двухполюсника, второй зажим для подключения исследуемого двухполюсника соединен с первой вершиной диагонали питания неуравновешенного моста, второй вход фазометра соединен с выходом преобразователя ток - напряжение.

С;

Фи.З