Изобретение относится к электро- радиЪиэмерительной т.ехнике и может быть использовано для измерения параметров четьфехэлементных двухполюсников по восьми возможным CGRL схемам замещения, в которых один из .элементов образует с остальной частью схемы замещения либо параллельное, либо последовательное соединение.
Цель изобретения - повышение быстродействия процесса уравновешивания по четырем параметрам при измерении параметров резонансных четьфехэлеменных двухполюс-ников путем исключения операции определения характера соответствия между знаками отклонения добротности и реактивной составляющей тока разбаланса на второй заданной частоте.
На фиг. 1 изображена схема моста, реализующего способ при измерении параметров резонансного четьФехэле- ментного CGRL двухполюснийа, в схеме которого один из элементов образует с остальной частью схемы параллельное соединениеJ на фиг. 2 - схемы других резонансных четьфехэлементньк двухполюсников, параметры которых могут быть измерены по предлагаемому способу; на фиг. 3 - частотный годограф выходного тока плеча измерения, а также векторные диаграммы этого тока на двух частотах и его составляю- щих на фиг. 4 - векторв:ая диаграмма выходного тока плеча сравнения и его составляюЕцих, поясняющая процесс уравновешивания.
Схема моста содержит плечо 1 сравнения, конденсатор 2, переменная емкость (с) которого является первым регулируемым параметром, резистор 3, переменная проводимость (G) которого
На фиг. 2 обозначено: конденсатор (с „ ), параллельно включенный смешан ному соединению резистора 26 (Rjg) резистора 27 (Qj), индуктивности 28 (L;jg), индуктивность 29 ченнзя последовательно со соединением резистора-30 (R,c,), резистора 31 (GJJ), конденсатора 32 ();. индуктивность 33 () , включенная последовательно со смешанным соединением резистора 34 (G,4)s Р зистора 35 (.), конденсатора 36 (Cjg)j индуктивность 37 (), парал лельно включенная смешанному соедин нию резистора 38 (), конденсатора 39 (С-jg) ,. резистора 40 (R,,)- , индуктивность 41 (Li,), .включенная парал 41
является вторым регулируемым параметром, последовательно соединенные ре- м лельно смешанному соединению резйс- зистор 4, переменное сопротивление тора 42 (R44) резистора 43 (),
44 (044
(R) которого является третьим регулируемым параметром плеча 1, и магазин 5 индуктивностей, переменная индуктивность (L) которого является четвертым регулируемым параметром плена 1 сравнения} ключ 6, переклю50
конденсатора 44 (.044) конденсатор
45(.), включенный последовательно со смешанньм соединением резистора
46(К4б) резистора 47 (G), индуктивности 48 (); конденсатор 49 (С4)) включенный последовательно со смешанным соединением резистора 50 () индуктивности 51 (Ly,), per зистора 52 (R ) .
(С,), элег
чатель 7, плечо 8 измерения; 9
10 (G,), 11 (R,i), 12 (L,,) - менты схемы замещения, соответственно, емкость 9(C,j), активная проводимость 10 (GIO), активное сопротив.ле ние 11 (R „ ) и индуктивность 12 (L )) фазочувствительный нуль-индикатор 13
с малым входным сопротивлением, к измерительному входу 14 которого подходит ток разбаланса моста Д i
i..
а на опорный вход 15 подается опорное напряжение U,
оп
сдви
нутое при уравновешивании моста по четьфем параметрам на 90 относитель. но, напряжения питания зажимы 1622,; вершины 23 и 24 измерительной диагонали; 1,-14 токи, протекающие через конденсатор 2, резиртор 3 и ветвь с резистором 4 и магазином 5 индуктивностей 1, - токи, протекающие по ветвям плеча 8 измерения с элементами 9-12; ,,.- выходные токи плеч 1,8j U, - U, - напряжения питания, .снимае 1ые с в торичных обмоток трансформатора с тесной индуктивной связью, причем
5
0
5
0
Ul/U, W,/w, ,., 0,/СО,
тде со,-С0з числа витков, напряжения й( , и.2 синфазные, а напряжение U , противофазно
и.
На фиг. 2 обозначено: конденсатор (с „ ), параллельно включенный смешанному соединению резистора 26 (Rjg) резистора 27 (Qj), индуктивности 28 (L;jg), индуктивность 29 ченнзя последовательно со соединением резистора-30 (R,c,), резистора 31 (GJJ), конденсатора 32 ();. индуктивность 33 () , включенная последовательно со смешанным соединением резистора 34 (G,4)s Р зистора 35 (.), конденсатора 36 (Cjg)j индуктивность 37 (), параллельно включенная смешанному соединению резистора 38 (), конденсатора 39 (С-jg) ,. резистора 40 (R,,)- , индуктивность 41 (Li,), .включенная парал(Lj,) , вклю- смешанным
41
лельно смешанному соединению резйс- тора 42 (R44) резистора 43 (),
ельно смешанному соединению резйс- тора 42 (R44) резистора 43 (),
44 (044
конденсатора 44 (.044) конденсатор
45(.), включенный последовательно со смешанньм соединением резистора
46(К4б) резистора 47 (G), индуктивности 48 (); конденсатор 49 (С4)) включенный последовательно со смешанным соединением резистора 50 () индуктивности 51 (Ly,), per зистора 52 (R ) .
На фиг. 3 обозначено - частотный годограф вьйсодного тока Ij плеча 8 измерения, FB,В - частотный годограф тока 1, , протекающего
по ветви с резистором к, и индуктивностью L плеча 8 измерения; А(, , - положения конца вектора Ig(c)0 ) на его годографе на часФотах сО, , О f точки а ,5, а (5 - проекции концов вектора IjCco,), Ig(u),j) на ось вещественных чисел, совпадающую по направлению с вектором и,.
На фиг. 4 обозначено: бв7 - вектор,io изображающий ток I при проведении
i-й операции связанного регулирования, F;B.; В,; D; - частотный годограф тока
Ч
- векторы этого
тока на частотах СО,, (Д. при указанной i-й операции, В, А,р, - векторы тока 1 на частотах и, jCO при проведении i-й операции ОА7о
0
векторы тока I на частотах Си , СО,; при i-й операции, - ток разбаланса при i-й операции на частоте 03.
Мост (фиг. 1) описьгеается следующим уравнением равновесия:
jOJCq + G,o +
1
R,, +JUL,4
« - Rijs
Если уравнение (1) не нарушается с изменением частоты (О , мост (фиг.1) находится в частотно независимом состоянии равновесия и производится определение измеряемых параметров по формулам
(2)
(3)
(4)
(5)
где Сд, GO, RO, LO - отсчитьтаемые значения регулируемых параметров С, G, R, L плеча 1 сравнения по окончании измерения.
Измерение параметров четырехэле- ментного двухполюсника проводят следующим образом.
После подключения объекта измерения к зажимам 17 и 21 на-частотах О, и Oj, являющихся заданными при разомкнутом ключе 6 регулировками
первого параметра С и второго параметра G плеча t сравнения проводятся два предварительных уравновешивания моста,(При регулировке G или С подается опорное напряжение U J или on По окончании предвари- тельных уравновешиваний моста имеют место равенства (фиг. 3)
и, (G ±JCJ,G )
(w,)(u3,)J 15 .и, (G ±jOjC)
U,ReY,(u),,)(6),),
)
35
40
45
к зо 25
30
где Yg(Q,), Yg(c02) - комплексная про- одимость плеча 8 измерения на частоте СО, и СЭ.
Значения G, G, С , С первого и второго параметров плеча сравнения, соответствующие значениям составляющих комплексной проводимости объекта измерения, отсчитываются и запоминаются .
Переключатель 7 в плече 1 сравнения при предварительных уравновешиваниях находится в верхнем положении, если arglg iO, и в нижнем полож ении, если argi. О. В выражениях (6) и (7) принято tO, Q, т.е. U, « -ц, , Знак плюс в левых частях равенств (6) и (7) соответствует нижнему положению переключателя 7, а знак минус - верхнему положению переключателя 7.
Далее проводят операции уравнове
4j
шивания по четьфем параметрам С, G, :R, L. Переключатель 7 при этих опе- рациях находится в нижнем положении, ключ 6 замкнут. Мост питается напряжением частрты cOj, а jUj ,
;(ФИГ. 4).
При указанных операц1 ях проводят связанные регулировки параметров R, С, L, С. При этом используются зависимости
R;
С;
Ql(1-Ki).
&G(1+Q)(1+KZQP
,.f г . CD.RjlH-QV -
(8)
(9)
L; R;Q;/w,
(10)
G,G I
R(T+QfT
14360766
не равна нулю (с погрешностью, опре- (11)деляемой порогом чувствительности фа зочувствительного нуль-индикатора 13), проводится третья операция при
где &G -G - G ; i - номер операции;- 5 „ ,,„
Q; CO,L;/R, - добротность ветви пле- V Q.a .. Де , отклонение
ча сравнения с третьим и четвертым
его параметрами на частоте G3i , К
Wt/cO, (причем К - 1).
10
В формуле (9) перед С ставится, если argig(G3,) О, (т.е. если тфи предварительном уравновешивании на частоте сО, переключатель 7 находится в положении) . Если же argig ((С,) О, ставится минус. После установки значения R-, С, L; J G ; по показаниям фазочувствитель- ного нуль-индикатора 13, реагирующего на знак и модуль реактивной составляющей тока разбаланса (фиг, 4), в конце i-й операции определяется знак и размер от1шонения uQ; Q, - Qo, где Q ci), LO/RO, т.е. значение добротности ветви с параметрами R, L в конце измерения. При этом используется зависимость i
добротности Q в конце второй операции и т.д.
Процесс уравновешивания по четырем параметрам заканчивается при получении равенства (с указанной погрешностью)
(cOp 0(14)
15
20
(Модуль ) равен модулю Ь1;(СО,), фиг. 4). При этом мост (фиг. 1) находится в частотно независимом состоянии равновесия .
При проведении i-й операции ток плеча сравнения на частоте (J
25
i,((0,) U,(G;+jtO,Cj +
+ ) R;+jQ,L/
(15)
л п. - ) . KU,CiG
(12)
V Q.a .. Де , отклонение
добротности Q в конце второй операции и т.д.
Процесс уравновешивания по четырем параметрам заканчивается при получении равенства (с указанной погрешностью)
(cOp 0(14)
(Модуль ) равен модулю Ь1;(СО,), фиг. 4). При этом мост (фиг. 1) находится в частотно независимом состоянии равновесия .
При проведении i-й операции ток плеча сравнения на частоте (J
25
i,((0,) U,(G;+jtO,Cj +
+ ) R;+jQ,L/
(15)
30
после подстановки выражений (8)-(11) записьгоается как
Изобретение относится к электро- радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров четырехэлементных двухполюсников по восьми возможным RCCL схемам замещения, в которых один из элементов, конденсатор или индуктивность, образует с остальной частью схемы замещения либо параллельное, либо последовательное соединение. Изобретение позволяет ускорить процесс уравновешивания по четырем параметрам .. .i.«- при измерении параметров резонансных четырехэлементных двухполюсников путем исключения операции определения характера соответствия между знаками отклонения добротности и реактивной составляющей тока разбаланса на второй заданной частоте. На чертеже по-. казана схема моста, реализующего предложенный способ, при измерении параметров резонансного четырехзлементно- го CGRL двухполюсника, в схеме которого один из элементов образует с остальной частью схемы параллельное соединение. Схема моста содержит плечо 2 сравнения и плечо 8 измерения, фа- - зочувствительный нуль-индикатор 13, ключ 6, переключатель 7 и RGCL-элемен- ты. Способ характеризуется широкими , пределами значений измеряемых параметров резонансных четырехэлементных двухполюсников, поскольку в качестве образцовых элементов пАеча сравнения могут быть использованы многодекадные магазины емкостей, активных сопротивлений и-индуктивностей. 4 иЛ. 3 & (Л ° 1 и.Л. i JL -. i {7 00 о -ч1 а
где &Ij(caj) - ток разбаланса в конце
-i-й операции.
Первую (i 1) оператдию связанного регулирования проводят при максимальном значении добротности Q ветви плеча сравнения с параметрами R, L на частоте со, Значение Q является либо заданныь, либо определяется по формуле
т
-ОЭ,( ) KuG
(13)
В формуле (13) значение С положительно (отрицательно), если argl (W) 0 argig(G),) . о. Аналогично значение С положительно (отрицательно), если argig(Mj)b. О, argia(Qp О
По значеьдаю Q Ру„при первой операции определяются- значения R (, С(,„Ь,,, G, (формулы (8)(11). .После установки этих значений, определяется имеющее место отклонение uQ Q -4} о (выражение (12) по (й)2).
Вторую (i 2) операцию проводят при Q, Q - ftQ/ аналогично первой.
Если по окончании -второй операции реактивная составляющая ,i()
ij((0i) il, (G ijco.C ), что совпадает с равенством (6).
(16)
35 Gлeдoвaтeльнo, мост на частоте СО,
выставленных значениях R;, С;
40
f 5
при
L;, G; в конце каждой операции нахо- дится в состоянии равновесия. При переводе моста с частоты o)i на часто ту ibOj изменение активной составляющей тока i равно изменению активной составляющей тока .1, т.е.
Rei, (cOj.) - Rei; (со,)
U.-1 - ,,1.) R, I+QV
(17)
50
f 5
Подставив в (17).выражение (8), получают равенство
Rei, (юр - Ret, ((О,) U, (G
(18-)
Таким образом, мост на частоте cOj 55 уравновешен по активной составляющей 1тока разбаланса в конце каждой опера- т .
ции уравновешивания по четьфем парамет- рам R, С, L, G. По получений равенст-
ва (14) мост (фиг. 1) на частоте со уравновешен также по реактивной составляющей тока разбаланса, т.е. оказывается уравновешенным ,и на частоте СО,, и на частоте tO . Поскольку при
этом UQ; 0, то
Qf QO
(см. равенства (17), (18)
(19)
Ri RO.
Из равенств (19) и (20) следует, is что в конце описанного уравновешивания
L, L,
При выполнении равенств (19)-(21) очевидно, что для уравновешенного моста справедливы и равенства
С,-
Со G;
G,
(22)
являющиеся условиями эквивалентности 25 схемы CGRL (фиг. 1) схеме CRGL
.(фиг. 2а). .t.
Итак, по достижении равенства (14) По предлагаемому способу возможно мост (фиг. 1) находится в частотно измерение параметров резонансных независимом состоянии равновесия, от- двухполюсников по схемам (фиг, 26,в), считываются значения R,, С,, GO, Ьд ЗО поскольку эти схемы дуальны соответ- по формулам (20)-(22) и определяются ственно схеме CGRL двухполюсника на измеряемые параметры по формулам (2)- (5).
фиг. 1, а также схеме (фиг, 2а).
По предлагаемому способу возможно измерение параметров резонансных
Число операций связанного регулирования составляет 3-4, т.е. пример- у- LGRC двухполюсников (фиг. 2г), поено в три раза меньше, чем у прототи- -кольку частотный годограф такого двух па,попюсника является зеркальным изобраВ схеме моста (фиг. 1) ветвь с зле- жением частотного годографа CGRL ментами 4 и 5 (резистором (R) и мага- двухполюсника (фиг. 1) в плече 8 из- зином индуктивностей (L)) может быть 40 мерения (если переменную О заменить
на СО ) .
заменена Т-обдзазной цепью, в которой продольные плечи содержат резисторы, а в поперечное плечо включены параллельно соединенные конденсатор переменной емкости и резистор переменного сопротивления, параметры которых являются третьим и четвертым параметром цепи сравнения моста. Одно продольное плечо этой Т-цепи подсоединено к источнику напряжения U , дру- гое - к вершине 23 измерительной диа- .гонали.
Мост (фиг. 1), реализующий предлагаемый способ, может быть использован для измерения параметров резонансного CGRL двухполюсника (фиг. 2а), который iвключается в плечо 8 моста. Плечо 1 сравнения при этом имеет ту же схему, что и на фиг. 1. По окончании процес
са уравновешивания, содержащего два ,предварительных уравновешивания моста на частотах СЗ, и сО регулировками С var, G var, а также операции связанного регулирования параметров С, G, R, L по значениям реактивной составляющей тока разбаланса (uj в соответствии с формулой (12) и 10 выражениями (8)-(11) найденные значения Cq, G (О , R ti ; ° формулам (20)-(22) и (2)-(5) пересчитываются в значения параметров схемы (фиг,2а). При этом используют соотношения
is Са5
9
20
R2g R,, /(1+G,oR,,); 1i io( GioRii
48
Ца/(
(23) (24) (25) (26)
(22)
По предлагаемому способу возможно измерение параметров резонансных двухполюсников по схемам (фиг, 26,в), поскольку эти схемы дуальны соответ- ственно схеме CGRL двухполюсника на
фиг. 1, а также схеме (фиг, 2а).
По предлагаемому способу возможно измерение параметров резонансных
жением частотного годографа CGRL двухполюсника (фиг. 1) в плече 8 из- 40 мерения (если переменную О заменить
50
на СО ) .
При измерении параметров двухполюсника (фиг. 2д) по предлагаемому способу используются условия эквивалент- 45 ности между ним и двухполюсником (фиг. 2г), по схеме которого выполняется плечо сравнения, записываемые как
L
г
R40/(
C,,(HG,R,J
Э9
,(1+GjgR(j).
427) (28) (29) (30)
По предлагаемому способу возможно измерение параметров резонансных
.5,1436076 О
четырехэлементных двухполюсников -- тоте расчетных выражений (8)-(11), (фиг,. 2е,ж), поскольку эти двухполюс- (12) невелика. В случае использова- ники дуальныдвухполюсникам (фиг.2г,д), ния микропроцессора для проведения
вычислительных операций по указанным
Таким образом, предлагаемый спо формулам длительность одной операции соб позволяет проводить измерения па- уравновешивания, т.е. такта уравно- раметров резонансных четьфехэлемент-вешивания, может составить 100-150 мс,
.ных двухполюсников по восьми схемам,Время процесса уравновешивания по чев которых один из элементов (или кои- Q тьфем параметрам за 3--4 операции денсатор, или индуктивность) образу-(0,3-0,5 с), снижается при использоет с остальной частью схемы двухпо-вании микропроцессоров характеризулюсника либо параллельное, либо по-ющихся меньшим временем проведения
следоват.ельное соединение, при любыхарифметических действий. При предв а; соотношениях между измеряемыми пара- ig рительных уравновешиваниях, проводи- i метрами.мых по двум параметрам, мост (фиг.1)
: Измерения по предлагаемому спосо-характеризуется таким же быстродейстI бу характезируются высокой точностью, вием, что и известные мосты, предназ- поскольку он является нулевым спосо-наченные для измерения параметров
бом и погрешность измерения опреде- 20 двухэлементных комплексных сопротив- ; ляется в основном погрешностью об-лений и проводимостей, т.е„ временем
: разцовьЕ элементов плеча сравнения,достижения состояния равновесия, сос: а также характеризуются широким час-тавляющим доли секунды.
тотным диапазоном, поскольку мостПредлагаемый способ может быть ис(фиг. 1), реализуюЕр1й способ, являет- 25 пользован для разработки на его осно- ся трансформаторным мостом, у кото-ве мостов переменного тока, предназ-
рого имеется общая заземленная точканаченных для измерения параметров оду индикатора и обмоток транСформато-нослойных соленоидов, воспроизводяра, используемых в качестве источни-Них единицы индуктивности, для котоков напряжения U , 1)3,, т.е. имеет зо Р имеет место схема замещения хорошие помехозащитные свойства.(фиг. 1), для измерения влажности .
Измерения по предлагаемому спосо-материалов с помощью ивдуктивных датбу характеризуются широкими пределами чиков, схема замещения которых совпа - значений измеряемых параметров резо- дает со схемой плеча 8 на фиг. 1, . нансных четьфехэлементных двухполюс-. для измерения параметров электроста- НИКОВ, поскольку в качестве.образцо-тических преобразователей при учете
вых элементов плеча сравнения мо утактивного сопротивления и индуктивбыть использованы многодекадные нести кабеля (фиг. 2б) , а также изме- зины емкостей, магазины активных со-рения параметров других объектов, запротивлений и магазины индуктивное- о мещаемых CGRL или LGRQ. схемой. тей. Для расширения пределов измерения каждая ветвь плеча 1 сравненияФормула изобретения (фиг. 1) может быть подключена к
вторым обмоткам трансформатора с тес-Способ измерения параметров резоной индуктивной связью с разным чис- jg нансных четырехэлементных двухполюс-: лом витков Ветвь с регулируемой ин- ников мостом переменного .тока, за- дуктивностьш может быть заменена Т-ключающийся в Том, что проводят два ;
цепью,- состоящей из R, С элементов,предварительных уравновешивания мосИндуктинность в плече сравненията по первому и второму параметрам
(фиг. 2г) может быть заменена элект™ gQ плеча сравнения для определения зна- ронной схемой на основе операционного чений активной и реактивной составля- усилителя,ющих комплексной проводимости плеча
Измерения по предлагаемому спосо-измерения на первой и второй заданбу характеризуются малой продолжитель- ных частотах, по найденным значениям ностью, поскольку число операций (или gg указанных составляющих зфавновешнва- число тактов уравновешивания) процес ют мост при заданном значении доброт- са уравновешивания по четырем пара-нести на первой заданной частоте ветметрам равно 3-4. Длительность каж-ви плеча сравнения путем связанного
дои из этих операций благодаря прос- регулирования третьего и четвертого
параметров плеча сравнения определяют активные составляющие выходных токов плеч намерения и сравнения при каждой совокупности выставленных значений параметров плеча сравнения на второй заданной частоте, о т л и - ч-а ю щ с я тем, что, с целью повышения быстродействия уравновеши31
29 30
)
32
f4745 В HZIH
oHHZIb-f Q f-o
e)
вания моста по четьфем парамепфам уравновешивания на второй заданной частоте, проводят многократно изменяя значение параметров плеча срав- нения с учетом знака и модуля реактивной составлякщей тока разбаланса моста на второй заданной частоте до достижения равенства ее нулю.
54
35
I I
6)
о-н
O
9U9.2
:Л
| Способ измерения параметров четырехэлементных двухполюсников мостом переменного тока | 1985 |
|
SU1320761A1 |
| Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
