Цифровой автоматический мост переменного тока Советский патент 1988 года по МПК G01R17/10 

00

сл

со о

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения одной из составляющих комплексного сопротивления или проводимости.

Цель изобретения - повьшение точности измерения за счет повышения точности компенсации неизмеряемого параметра.

На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового автоматического моста переменного тока; на фиг. 2 - векторная диаграмма, поясняющая процесс уравновешивания, .

Цифровой автоматический мост переменного тока содержит генератор 1 питания, трансформатор 2 напряжения с первичной 3 и вторичными 4 и 5 обмотками, блок 6 уравновешивания, ком- паратор 7 токов с индикаторной 8 и вспомогательными.:9-11 обмотками, объект 12 измерения, образцовую меру 13 емкости, блок 14 управления (преобразователь фаза - код), дискретный функциональный преобразователь 15 и преобразователь 16 - код - проводи- мость.

Генератор 1 подключен к первичной обмотке 3 трансформатора 2 напряжения и питает мостовую измерительную схему. Вторичные обмотки 4 и 5 трансформатора 2 напряжения подключены к соответствующим элементам 12, 13 и 16. Токи через эти элементы сравниваются в компараторе 7 токов. По сигналам, снимаемым с индикаторной .обмотки 8, блок 6 уравновешивания осуществляет изменение числа витков регулируемой вторичной обмотки 5 трансформатора 2 напряжения и уравновешивание мостовой измерительной схемы по измеряемой сое тавляющей (по емкости С д.) комплексной проводимости объекта 12 измеренияЦифровой автоматический мост пере- менного тока работает следующем образом.

В момент равновесия мостовой -измерительной схемы между измеряемой составляющей С проводимости объекта 12 и числом витков rij регулируемой вторичной обмотки 5 существует следующая зависимость:

ms п,о ., р у ;::. V

ГО4 Пд

(О

где m - число витков вторичной обмотки 4;

ПдИп„ - числа витков вспомогательных обмоток 9 и 10 соответственно;

Со - значение емкости образцовой меры 13.

Ток I через объект 12 измерения складывается из двух компонент - емкостной {измеряемой) 1, , направленной под углом 90 к вектору напряжения Uf. генератора 1 питания, и активной (неизменяемой) 1, синфазной с и (фиг.2), Наличие неизмеряемой компоненты будет мешать уравновешиванию мостовой измерительной цепи по измеряемому.параметру Cj(. Для компенсации тока In неизмеряемой составляющей q служит цепь, состоящая из блока 14, дискретного функционального преобразователя 15, преобразователя 16 и вспомогательной обмотки 11 компаратора 7 токов.

Ток 1 , протекающий через объект 12 измерения, поступает на вход блока 4 управления, в котором происходит преобразование сдвига фазы Ч этого тока относительно фазы PJ. напряжения генератора 1 в код N,:

K,(f,-Ч ,)K,f, (2)

где К - коэффициент пропорциональности.

С выхода блока .14 код N, поступает на вход дискретного функционального преобразователя 15, в котором осуществляется преобразование кода N. по формуле

Wj,,,(%- (3)

где Kj - коэффициент пропорциональности.

3540 . - 45

Q

55

С выхода дискретного функционального преобразователя 15 код Ng поступает на входы управления преобразователя 16 код - проводимость и регулирует величину проводимости преобразователя 16, а следовательно, ток 1ц, протекающий через него. Ток I через преобразователь 16 также регулируется переключением числа витков обмотки 5 (изменением выходного напряжения и обмотки 5) трансформатора 2 напряжения. При этом ток 1 через преобразователь 16 определяется выражением

f,KU5.q.N,K,-U,.q.K.,(4..

- j(4)

где К - коэффициент пропорциональности;

q - дискрет изменения проводимости преобразователя 16, В свою очередь, ток через образцовую меру 13 емкости

,Uj.

Значения коэффициентов К , К, и К, выбраны такими, чтобы при равновесии мостовой схемы по измеряемой составляющей С, ток I был равен току 1, неизмеряемой составляющей q.

Ток 1. протекает по вспомогательной обмотке 11 компаратора 7 токов, нанесенной на сердечник компаратора 7 встречно относительно обмотки 9, в результате чего магнитные потоки этих обмоток вычитаются (компенсируются) и наличие неизмеряемой составляющей q комплексной-проводимости объекта 12 (наличие компоненты Тд в обмотке 9 компаратора 7) не будет мешать уравновешиванию мостовой схемы (не будет уменьшать чувствительность мостовой схемы около точки равновесия) по измеряемому параметру Су.

Процесс уравновешивания мостовой схемы можно пояснить векторной диаграммой (фиг. 2) в комплексной плоскости W. Точкой С обозначен конец век- . тора I , неподвижный в процессе уравновешивания, точкой с ,- конец уравновешивающего вектора lo+ij. При 35 регулировании ддины вектора I , кол- линеарного вектору 1, , и выполнении равенства (4) конец вектора I - -u (точка с ) будет перемещаться по векдесятых долей процента. Погрешность преобразователя 15 определяется отклонением используемого аппроксимирующе- 5 го полинома (аппроксш 1ирующей функции) от реальной функции и практически может быть сведена до де- сятых и сотых долей процента. Погрешность преобразователя 16 -код - прово- димость - цифроаналогового преобразователя (ЦАП) складывается из погрешностей нелинейности и коэффициента преобразования, которые составляют не более сотых долей процента для ЦАП с резистивными делителями и не более тысячных долей процента дпя ЦАП с индуктивными делителями, и методической погрешности - погрешности квантования выходного сигнала ЦАП (погрешности квантования значения активной проводимости преобразователя 16), размер дискрета которого можно устаиав- ливать в зависимости от требуемой точности (дискретности) регулирования выходного сигнала ЦАП (т.е. в зависимости от точности регулировак-г я активной проводимости преобразователя 16).

25

30 Формула изобретения

1, Цифровой автоматический мост переменного тока, содержащий генератор питания, трансформатор напряжения, один вывод первичной обмотки которого соединен с первым выходом генератора питания, а другой - с общей шиной, концы регулируемой и нерегулируемой вторичных обмоток трансформатору 1. Линией уравновешивания моста 40 тора напряжения подключены к общей

шине, компаратор токов, индикаторная обмотка которого подключена к соот- ветствуюш№1 входам блока уравновешивания, начало нерегулируемой вторич- неизмеряемой составляю-дз иой обмотки трансформатора напряжения

будет прямая . Как видно из ди- аграммы, в момент равновесия мостовой

схемы по измеряемому параметру C..() компенсирующий ток 1, будет

равен току IQ

щей а .

через клеммы для подключения объекта измерения соединено с началом первой вспомогательной обмотки компаратора токов, конец которой соединен с первым входом блока управения, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора питания, начала второй и третьей вспомогательных обмоток компаратора токов подключены к общей шине, конец второй вспомогательной обмотки компаратора токов через образцовую меру емкости соединен с уп- равляюш;им входом переключения числа . витков регулируемой вторичной обмот1„ ) вычитаются (компенсируют

В компараторе 7 токов эти токи (1. и ся) .

Блок 14 управления може.т быть построен на основе счета счетчиком квантующих импульсов за промежуток времени между моментами прохождения передних или задних фронтов синусоид тока L и напряжения U в пределах одного периода.

Погрешность блока 14 при таком преобразовании может составлять не более

10

14135364

десятых долей процента. Погрешность преобразователя 15 определяется отклонением используемого аппроксимирующе- 5 го полинома (аппроксш 1ирующей функции) от реальной функции и практически может быть сведена до де- , сятых и сотых долей процента. Погреш: ность преобразователя 16 -код - прово- димость - цифроаналогового преобразователя (ЦАП) складывается из погрешностей нелинейности и коэффициента преобразования, которые составляют не более сотых долей процента для ЦАП с резистивными делителями и не более тысячных долей процента дпя ЦАП с индуктивными делителями, и методической погрешности - погрешности квантования выходного сигнала ЦАП (погрешности квантования значения активной проводимости преобразователя 16), размер дискрета которого можно устаиав- ливать в зависимости от требуемой точности (дискретности) регулирования выходного сигнала ЦАП (т.е. в зависимости от точности регулировак-г я активной проводимости преобразователя 16).

15

20

25

. 35

30 Формула изобретения

1, Цифровой автоматический мост переменного тока, содержащий генератор питания, трансформатор напряжения, один вывод первичной обмотки которого соединен с первым выходом генератора питания, а другой - с общей шиной, концы регулируемой и нерегулируемой вторичных обмоток трансформа0

через клеммы для подключения объекта измерения соединено с началом первой вспомогательной обмотки компаратора токов, конец которой соединен с первым входом блока управения, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора питания, начала второй и третьей вспомогательных обмоток компаратора токов подключены к общей шине, конец второй вспомогательной обмотки компаратора токов через образцовую меру емкости соединен с уп- равляюш;им входом переключения числа . витков регулируемой вторичной обмот5U13536

ки трансформатора напряжения и с выходом блока уравновешивания, а конец третьей вспомогательной обмотки компаратора токов соединен с первым вы- , ходом преобразователя код - проводи- мость« о тли чающий ся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен дискретный функциональный преобразователь, входы ю которого соединены с соответствующими выходами блока управления, а выходы - с соответствующими входами управления преобразователя код - проводимость, второй выход которого соединен с управляющим входом переключения числа витков регулируемой вторичной обмотки трансформатора напряжения

2. Устройство по п, 1, отличающееся тем, что блок управления выполнен в виде преобразователя фаза - код.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения одной из составляющих комплексного сопротивления или проводимости. Цифровой автоматический мост (ЦАИ ) - 1еременного тока содержит генератор I питания, трансформатор 2 напряжения с первичной и вторичными обмотками 3 и 4,5 соответственно, общую шину компаратор 7 токов с индикаторной и вспомогательными обмотками 8 и 9-11 соответственно, блок 14 управления, образцовую меру 13 емкости, преобразователь 16 код - проводимость, объект 12 измерения, дискретный функциональный преобразователь 15. ЦАМ имеет по- вьшенную точность измерения за счет повышения точности компенсации неизмеряемого параметра. 1 з.п, ф-лы, 2 ил. i (Л С

Х