Способ выбора поддиапазона измерений в универсальных экстремальных мостах переменного тока Советский патент 1988 года по МПК G01R17/12 

ND

ia

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь- эовано при построении автоматических универсальных цифррвых мостов переменного тока с экстремальным уравно- вешиванием.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности выбора под- диапазона измерений за счет возмож- кости достижения рабочего поддиапазона при любых сочетаниях основного параметра объекта измерения и основного уравновешивающего параметра моста.

На фиг. 1 изображена функциональная схема универсального экстремального моста переменного тока; на фиг, 2 - векторная диаграмма принципа выбора поддиапазона.

В начале работы устройства такую конфигурацию- мостовой цепи (фиг. 2),

при которой ее чувствительность по активному (8д) и реактивному (Sc или S, ) параметрам зависит только от напряжения, приложенного к мосту от генератора питания, и не зависит от импеданса объекта измерения. Если мостовая цепь собрана по схеме сравнения токов, то для обеспечения такого режима уравновешивающие элементы (УЭд и УЭр) моста включаются в ветвь, не .сддержащую объект измерения (образцовую ветвь). Поддиапазон измерений моста определяется коэффициентом передачи делителя напряжения (ДНр) и значениями образцовых мер

(г„„) и (z,p).

04

в исходном состоянии коэффициент передачи ДН и величины , ZOP минимальны, что обеспечивает минимальное энергетическое воздействие на объект измерения. Перед началом измерения характер основного па- раметра объекта измерения неизвестен, поэтому предварительный выбор поддиапазона измерений проводят по модулю его комплексного сопротивления при произвольно установленном основном уравновешивающем параметре моста, Пусть таким параметром является активный. В этом случае урав новешиваю- щий элемент ( устанавливается в состояние единицы дискретности по его старшему разряду, а уравновешивающий элемент (УЭр) - в нулевое состояние. В образцовой ветви при этом протекает ток I (фиг. 2), численно равный чувствительности Зд моста по старшему разряду. В каждом рабочем такте ,

бора поддиапазона оценивают с помощью указателя (экстремум-детектора) равновесия амплитуду тока на выходе моста сначала при ;разрьше ветви образцовой меры, а затем при разрьше ветви объекта измерения, после чего производится сопоставление результатов оценок. Если импеданс объекта

2 на один или Несколько порядков соответствующих дискретности переключения поддиапазонов измерения, превьппает значение, соответствующее началу включенного поддиапазона, о

амплитуда тока I существенно меньше амплитуды тока I . При зтом производится рабочий шаг переключения поддиапазонов - увеличение коэффициента передачи ДН или значений

Z jj и Zgp , Повторение рабочих тактов продолжается до тех пор, пока на некотором i-м поддиапазоне амплитуда тока I не превысит амплитуду тока 1% т.е. ( |l°| (фиг. 2),

Если комплексное сопротивление объекта имеет емкоетны14 характер, трк его ветви изображается вектором 1, , если в объекте преобладающей является активная составлтэщая - вектором

«I

I , если преобладающей является индуктивная составляющая, то ток той ветви изображается векуором 1 В первом из этих случаев i-й поддиапазон является рабочим, поскольку при любом характере образцового /то- ка - активном (, или ёмкостном Тс - его модуль меньше модуля тока . . Так как образцовый ток соответствует одному шагу .дискретности старшего разряда уравновешивающего параметра, то при этом результат уравновешивания будет превышать единицу старшего разряда, что соответствует ;. общепринятому критерию правильности определения поддиапазона измерения.

O

5

, Во втором амплитуда тока I меньше, чем образцовый ток I , соответствующий одному шагу дискретности старшего разряда индуктивного уравновешивающего параметра. В этом случае рабочим поддиапазоном является i + 1 диапазон, в связи с чем необходимо выполнить еще один такт переключения поддиапазона измерений, После этЬго такта вектор тока объек- та измерения занимает положение , при котором вьтолняется неравенство (хД .

314290;

Для того, чтобы создать условия вьтолнения этого шага необходимо установить конфигурацию измерений цепи с учетом преобладающего парамет- ра объекта измерения, }1пя этого после предварительного, грубого определения поддиапазона измерений или произвольно выбранном сеновным уравновешивающем параметре вьтолнягот 10 модуляционное воздействие на мост по реактивному уравновешивающему параметру при нулевых начальных сос

тояниях УЭд и УЭ-. На фнг, 2 показана модуляция емкостного тока в по- ложительном направлении (вектор 1°).

Если приращение мйдуля вектора выходного сигнала моста 1 при этом оказьшается меньше критической величины, численно равной 0,7 чувстви- тельности моста по модулировавшемуся параметру, то означает, что в импедансе объекта превалирует активная составляющая. При этом уточнение диапазона измерения не требуется; и мож- но переходить к поразрядному уравновешиванию , мое тй ,

Если же приращение модуля вектора выходного сигнала превышает указанную величину, то в качестве ,основ- ного .уравновешивающего параметра выбирают реактивный, для чего УЭ переводят в нулевое состояние, а УЭд - в состояние одного шага дискретности. .При этом, когда знак приращения соответствует направлению модуляции, когда в случае суммирования векторов и 1 , из- .меняют ранее установленный реактивный уравновешивающий параметр, для чего фазу выходного напряжения УЭр изменяют на противоположную. На фиг. 2 такое изменение иллюстрируется эквивалентным п мещением вектора г из положения в положение I ,

2.Ь

После этого переключения условие достижения рабочего поддиапазона может не выполняться, как в случае, показанном на фиг, 2, поэ- .тому производится дополнительный такт, в результате которого включается поддиапазон с номером i + i и

вектор сигнала в ветви объекта изме,Х-, + | рения занимает положение I , при

котором 11°I

Если мостовая цепь -работает -в режиме сравнения напряжений, выбор поддиапазона измерения согласно данному способу производится аналогично изло

0

.5

5

0 5

0 0

5

0

5

женному, с учетом тех обстоятельств, что наименьшему энергетическому воз- дейс гврлэ на объект соответствует макс ;мальное значение Zо и 2др , характер чувствительноетей по реактивным уравновешивающим параметрам взаимно обратный и эти чувствительности постоянны при включении уравновешивающих элементов в ветвь . объекта измерения

Мост (фиг. 1) содержит измери- тельн то цепь 1 , усилитель 2 сигнала неравновесия (УСН), экстремум-детектор 3 равновесия (ЭД), генератор 4 тактовых импульсов (ГТИ), --счетчики 5 н 6 реверсивные активного и реактивного уравноБ-зпнгвающих параметров (СР. и СРр ), уравновешивающие элементы 7 и 8 активного и реактивного параметров (УЭ к УЭр), переключатель 9 (П), триггер 10 перек.шочения параметров (ТПП), счетчик 1 1 реверсивный поддиапазонов (СР ), делитель 12 напряжения (ДН ), образцовую меру 13 (Кд), переключатель 14 конфигурации измерительной цепи (ПКИЦ),

.пусковое устройство 15 (ПУ), триггеры 16 и 17 выбора и уточнения поддиапазона, с тмматоры 18 и 19 (р и . ) , логические элементы ИЛИ 20, И 21-29, ИЛИ 30, И 31, одновибратор 32 (ОБ) и дифференцирующую цепочку 33

. (ДЦ). Выходной сигнал мостовой измерительной цепи 1 усшншается с помощью усилителя 2 сигнала неравновесия (УСН), а затем анализируется при помощи экстремум-детектора 3 (ЭД), который тактируется импульсами генератора 4 тактовых импульсов ГТИ, При отрицательных приращениях амплитуды выходного сигнала моста на первом выходе ЭД 3 вырабатываются импульсы, которые при поразрядном уравновешивании моста переключают счетчики 5 и 6 активного и реактивного уравновешивающих параметров, которые, в свою

J очередь, управляют уравновешивающими

элементами 7 и 8 моста. Импульсы подаются поочередно на СРд 5 и СРр 6 с помощью переключателя 9, который управляется триггером 10 переключения параметров (ТПП), реверсивный счетчик 11 (СРр) поддиапазонов управляет коэффициентом передачи делителя 12 напряж.екия (.Цпп) сопротивлением образцовой меры 13 (Кд), а также коэффициентом передачи УСН 2, Изменение конфигурации измерительной

цепи осуществляется при помощи элементов блока переключателей 14 (ПКИЦ).

Система выбора рабочего поддиапазона функционирует следующим образом.

Вначале по сигналу пускового устройства 15 (ПУ) мост переводится в режим выбора поддиапазонов, для че- го устанавливается в нулевое состояние триггер 16 (ТгВП) выбора поддиапазона и через него триггер 17 (ТГУП) уточнения поддиапазона, счетчик СРп 11 сбрасьшается в нулевое состояние, соответствующее минимальному напряжению на объекте измерения счетчики СРд 5 и СРр 6 через логический элемент ИЛИ 20 фиксируются в нулевом состоянии на все время вы- бора поддиапазона. На ПКИЦ 14 с инверсного выхода ТгВП 16 поступает сигнал, устанавливающий конфигурацию моста, при которой он имеет постоянную чувствительности, в данном случае соответствующую параллельной схеме замещения объекта измерения (сигнал P/S принимает уровень логической единицы). Сигналом логическо единицы с инверсного выхода ТгВП че- рез логические элементы И 21 или 22, сумматоры 18 (Zq) или 19 (Sip) в зависимости от, того, какой из параметров принят за основной, один из уравновешивающих элементов перево- дится в состояние одного шага дискретности по его старщему разряду и удерживается в нем до окончания предварительного выбора поддиапазона. Тактовые импульсы с выходов 36 и 37 ГТИ через логические элементы И 23, 24 поочередно разрывают ветви моста с помощью ключей 34 (Кд) и 35 (Кр). Если экстремум-детектор, который тактируется импульсами с вы- хода 38 ГТИ, фиксирует отрицательные приращения амплитуды выходного сигнала моста, то импульсы с его первого выхода 39 через логический элемент И 25 проходят на СРр и перево- дят мост на следующий поддиапазон измерения, при котором увеличивается напряжение на объекте измерения или возрастает значение RO и коэффициента усиления УСН, Когда сигнал в ветви объекта измерения превысит синал образцовой ветви, на втором входе 40 ЭД вырабатьшается импульс, который переводит в единичное состояни

триггер ТгВП. При этом закрьшаются логические элементы И 24, ветви моста замыкаются, сра 5атьтает логический элемент И 26, который открьша ет по одному входу логические элементы И 27-29. Очередной тактовый импульс через логический элемент И 27 и сумматор Zp проходит на УЭр и модулирует мост по реактивному уравновешенному параметру. Если полученн ое модуляционное приращение выходного сигнала превышает критический уровень, на выходе 4 ЭД вырабатьшается импульс, который через элемент ИЗ проходит на ПКЩ и изменяет его выходной сигнал а/Р переключения основного параметра. Если же это приращение имело положительный знак, что импульс с выхода 40 ЭД через элемент И 9 проходит на ПКИЦ и изменяет его выходной сигнал L/C переключения реактивного параметра. В том случае, когда в результате изменения основного уравновещивающего параметра установлен реактивный параметр, запускается одновибратор 32 (ОВ), вырабатывающий импульс с длительностью, немного прев-ьшающей длительность дву тактов. Передним фронтом этого импульса через дифференцирующую цепь 33 (ДЦ) и логический элемент ИЛИ 30 ТгВП вновь устанавливается в нулевое состояние, чем разрешается выполнение одного или двух дополнительных тактов выбора поддиапазона. Если диапазон выбран правильно то очередной импульс с выхода 40 ЭД установит в единичное состояние триггер ТгВП и через логический элемент И 31 триггер ТгУП, если же потребуется дополнительное переключение поддиапазона, то в первом такте импульс с выхода 39 ЭД переключит на один щаг счетчик СР, а переключение триггеров произойдет во втором такте. После переключения обоих триггеров снимаются сигналы, удерживающие в нулевых состояниях CPf, 5 и СР 6 и начинается поразрядное уравновешивание моста.

Использование предлагаемого способа выбора поддиапазонов измерений по сравнению с известным позволяет повысить быстродействие универсальных мостов переменного тока при неизвестном характере объекта измерения. Этот эффект достигается за счет более высокой точности выбора поддиапазона и повьшения степени автоматизации процесса измерения. В зави симости от параметров объекта измерения и от конкретной реализации системы уравновешивания прибора в : быстродействии может составлять до 2-3 раз.

Формула изобретения

1. Способ выбора поддиапазона измерений в универсальных экстремальных мостах переменного тока, заключающийся в том, что осуществляют пошаговое переключение поддиапазонов измерений в мосте, при зтом в каждом рабочем такте размыкают ту из двух ветвей моста, которая не содержит объекта измерения и в зтом состоянии моста измеряют амплитудное значение выходного сигнала при минимальных значе1Л1Ях коэффициентов передачи .делителей напряжения питания и образцовых мер моста, замыкают разомкну- тую ветвь моста и повторно иймеря- ют амплитудное значение выходного сигнала, после чего сравнивают измеренные значения амплитуд и в том случае, когда первое из них меньше, переключают в мосте поддиапазон измерения, а Б противоположном случае прекращают выполнение указанных рабочих тактов и переходят к поразрядному уравновешиванию моста, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия выбора поддиапазона измерений, устанавливают конфигурацию мостовой цепи, при которой ее чувствительность по активному и реактивному параметрам зависит только от напряжения питания мост.а

15

2о 25290448

и не зависит от импеданса объекта измерения а в каждом рабочем такте одновременно с замыканием ранее ра с зомкнутой ветви моста размыкают егр вторую ветвь,

2.Способ поп. 1,отличающий с я тем, что, с целью повышения точности выбора поддиапазона

JO измерения, перед переходом к пор аз- рядному уравновешиванию изменяют скачком величину реактивного уравновешивающего параметра при нулевых исходных состояниях обоих уравнове™ шивающих элементов моста, измеряют величину модуля вектора приращения выходного сигнала моста, сравнивают ее с опорным значением, установленным на уровне 0,7 чувствительности моста по реактивному уравновешивающему параметру, по результату сравнения выбирают основной измеряемый параметр объекта измерения, определяют знак модуля вектора приращения выходного сигнала, по значению которого определяют фазу выходного сигнала уравновешивающего элемента, при этом вьшолняют рабочие такты до вьшолнения условия превышения величины амплитуды сигнала в ветви моста с объектом из- мерения над величиной амплитуды сигнала в ветви моста с образцовыми мерами.

3.Способ попп. 1 и2, отличающийся тем, что амплитуду сигнала в ветви моста, не содержащей объекта измерения, и величину скачка уравновешивакяцего параметра выбирают соответственно одному шагу дискретности старшего разряда основного уравновешивающего элемента моста..

35

40

г

v-Л

.7Sc

Изобретение относится к области измерительной техники и может .быть использовано три построении автоматических универсальных цифровых мостов переменного тока с экстре- мальнБгм уравновешиванием. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности выбора поддиапазона измерений - достигается за счет того, что устанавливают конфигурацию мостовой цепи,реализующей данный способ, при . которой чувствительность по активному и реактивному параметрам зависит только от напряжения питания моста и не зависит от импеданса объекта измерения, а в каждом рабочем такте одновременно с замыканием ранее разомкнутой ветви моста размыкают его вторую ветвь. Изобретение позв.оляет повысить по сравнению с прототипом быстродействие универсальных мостов переменного тока при неизвестном характере объекта измерения. При этом в зависимости от параметров объекта измерения и конкретной реализации системы уравновешивания прибора быстродействие может быть увеличено до 2-3 раз. 2 з.п, ф-лы, 2 ил. а $ (Л

fu8. 2