Цифровой трансформаторный мост переменного тока Советский патент 1989 года по МПК G01R17/10 

t-г(ML.

rf

if

LJ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении цифровых трансформаторных мостов переменного тока, предназначенных для измерения параметров комплексных сопротивлений.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение быстродействия измерения за счет частичного исключения коммутирующих элементов третьей вторичной обмотки трансформатора напряжения и за счет исключения дополнительного уравновешивания по двум декадам дополнительного уравно- вещивающего элемента,

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Цифровой трансформаторный мост переменного тока содержит измерительную цепь 1, состоящую из источника

2питания, основного трансформатора

3напряжения с первичной 4 и вторичными обмотками 5 - 7, коммутирующих элементов 8 - 10, измеряемого объекта 11, компаратора 12 токов с обмотками 13 - 15, образцовых мер 16 и

17, вспомогательного трансформатора 8 напряжения с первичной обмоткой 19 и вторичной обмоткой 20, детектора 21 равновесия, блок 22 управления, реверсивный счетчик 23 основного уравновешивающего элемента, блок 24 анализа, реверсивнь й счетчик 25 до- полнительного уравновешивающего элемента, реверсивный счетчик 26 диапазонов, дополнительный одноразрядный отсчетный элемент 27 по основному измеряемому параметру, основное четы- рехразрядное отсчетное устройство Й8 по основному измеряемому параметру с первым разрядом 29, вторым разрядом 30, третьим разрядом 31 и четвертым разрядом 32, реверсивньй счет чик 33 вспомогательного уравновешивающего элемента, отсчетное устройство 34 по вспомогательному измеряемому параметру.

Вторая вторичная обмотка 6 основного трансформатора 3 напряжения, связанные с ее витками коммутирующие элементы и реверсивный счетчик 23 образуют основной уравновешивающий элемент; третья вторичная обмотка 7, связанные с ней коммутирующие элементы 8-10 и реверсивный счетчик 25 образуют дополнительный уравновешивающий элемент; вторичная обмотка 20

Q j

0

5

вспомогательного трансформатора 18 напряжения, связанные с ее витками коммутирующие элементы и реверсивный счетчик 33 образуют вспомогательный уравновешивающий элемент.

Источник 2 питания в мосте подключен к первичной обмотке 4 основного трансформатора 3 напряжения, начало его первой вторичной обмотки 5 подключено к первой клемме для подсоединения измеряемого объекта 11, начало, конец и средний вывод третьей вторичной обмотки 7 через коммутирующие элементы 8-10 подключены к первому выводу образцовой меры 16 реактивного характера.

Начало второй вторичной обмотки 6 основного трансформатора 3 подсоединено к концу третьей вторичной обмотки 7, начало первой обмотки 13 компаратора 12 токов подсоединено к второй клемме для подключения измеряемого объекта, начало его второй обмотки 14 подсоединено к точке соединения вторых выводов образцовых мер 16 и 17, начало третьей обмотки под-; соединено ко входу детектора 21 равновесия, начало первичной обмотки 19 вспомогательного трансформатора 18 напряжения подсоединено к первому выводу образцовой меры 16 реактивного характера, а начало вторичной обмотки 20 - к первому выводу образцовой меры 17 активного характера, концы первой вторичной обмотки 5, второй вторичной обмотки 6 основного трансформатора 3, первичной 19 и вторичной 20 обмоток вспомогательного трансформатора 18, а также первой 13, второй 14 и третьей 15 обмоток компаратора 12 токов подключены к общей шине. I

Начало третьей обмотки 15 компаратора 12 токов подсоединено ко входу детектора 21 равновесия, первый выход которого подключен ко входу реверсивного счетчика 33 вспомогательного уравновешивающего элемента, второй выход - ко входу бдока 22 управления, третий выход - ко второму входу реверсивного счетчика 23 основного уравновешивающего элемента, к первому входу которого подключен первый выход блока 22 управления, второй выход блока 22 управления подключен к первому входу реверсивного счетчика 26 диапазонов, а

третий - ко второму входу блока 24 анализа.

Первый выход реверсивного счетчика 23 подключен ко второму разряду 30, третьему разряду 30, третьему разряду 31 и к четвертому разряду 32 основного отсчетного устройства 28 по основному измеряемому параметру, второй выход - к первому входу блока анализа 24, третий выход - к первому разряду 29 основного отсчетного устройства 28, четвертый выход к первому входу реверсивного счетчика 25 дополнительного уравновешивающего элемента, ко второму входу которого подключен выход блока 24 анализа.

Первый выход реверсивного счетчика 25 подсоединен к дополнительному одноразрядному отсчетному элементу 27, второй выход - к реверсивному счетчику 26 диапазонов, третий выход - к третьему входу реверсивного счетчика 23.

Выход реверсивного счетчика 33 вспомогательного уравновешивающего элемента подключен к отсчетному устройству 34 по вспомогательному измеряемому параметру.

Предлагаемый мост работает следующим образом.

Исходным состоянием моста является такое, при котором коммутирующие элементы 8 и 9 разомкнуты, коммутирующий элемент 10 замкнут, а реверсивный счетчик 23 основного уравновешивающего элемента установлен в состояние, соответствующее единице старшего разряда. В соответствии с этим к потенциальному (первому) выводу образцовой меры 16 емкости подключена секция витков вторичной обмотки 6 основного трансформатора 3

напряжения, число витков которой про- нится и место индицирования сиьгаола

ПОО1ГКОНа.ТТ1ЧНО РПИТТИТТР РТЯПШРГ П ПЯ ПСГ- 0 rirrfTm Ti ,г ««.лПГ

порционально единице старшего разряда основного уравновешивающего элемента.

Предположим, что мост предназначен для измерения емкости и тангенса угла потерь и измерению подлежит конденсатор, действительное значение емкости которого составляет 1,0005 пФ Подключение конденсатора к мосту вызывает появление на выводах обмотки 15 компаратора 12 токов сигнала разбаланса, который усиливается и анализируется детектором 21 равновесия. Выработанные детектором 21 равнове50

55

запятой - из первого разряда 29 основного отсчетного устройства 28 оно перейдет в дополнительный отсче ный элемент 27, т.е. вместо отсчета 1,000 пФ, который был установлен на основном отсчетном устройстве до перехода на уравновешивание внутри выб ранного диапазона, будет индицироваться отсчет 1,0000 пФ с запятой в дополнительном отсчетном элементе. При изменении состояния реверсивного счетчика 25 дополнительного уравновешивающего элемента старший разряд реверсивного счетчика 23 пе1451606

10

сия в результате анализа приращений сигнала разбаланса счетные импульсы через блок 22 управления поступают на первый (счетный) вход реверсивного счетчика 26 диапазонов, который, управляя коммутацией числа витков обмотки 5 основного трансформатора 3 напряжения и числа витков обмотки 13 компаратора 12 токов, осуществляет выбор необходимого диапазона измерений.

Далее по команде блока 22 управления мост переводится на урав новеши- 15 вание внутри выбранного диапазона измерений. По команде блока 22 управления блок 24 анализа осуществляет оценку состояния старшего разряда реверсивного счетчика 23. Работа бло- Q ка 24 анализа организована таким образом, что изменение уровня его выходного сигнала происходит только в том случае, если старший разряд реверсивного счетчика 23 принимает 5 состояние, соответству ощее числу 1 или 2. Так как при выборе диапазона измерений, состояние старшего разряда этого счетчика соответствовало 1, то при переходе на уравновепшвание 0 внутри диапазона уровень выходного сигнала блока 24 анализа изменится, например, стянет равным уровню логической , что в свою очередь, приведет к переходу счетчика 25 дополнительного уравновешивающего элемента из логического состояния О в состояние 1, и соответственно - к индицированию на дополнительном одноразрядном элементе 27 числа 1, Изменение состояния счетчика 25 приведет также к изменению состояния реверсивного счетчика 26 диапазонов, т.е. к смене диапазона измерений на соседний. Одновременно с этим изме5

0

нится и место индицирования сиьгаола

нится и место индицирования сиьгаола

0 rirrfTm Ti ,г ««.лПГ

50

55

запятой - из первого разряда 29 основного отсчетного устройства 28 оно перейдет в дополнительный отсчет- ный элемент 27, т.е. вместо отсчета 1,000 пФ, который был установлен на основном отсчетном устройстве до перехода на уравновешивание внутри выбранного диапазона, будет индицироваться отсчет 1,0000 пФ с запятой в дополнительном отсчетном элементе. При изменении состояния реверсивного счетчика 25 дополнительного уравновешивающего элемента старший разряд реверсивного счетчика 23 перейдет в состояние, соответствующее О, цепь коммутирующего элемента 10 разомкнется, а цепь коммутирующего элемента 9 замкнется, в связи с чем к первому выводу образцовой меры 16 реактивного характера будут подключены только витки обмотки 7 основного трансформатора 3 напряжения. Если число витков этой обмотки выбрать равным 10 « п, где п - число витков, приходящееся на шаг старшей декады, то состояние равновесия моста останется таким же, каким оно было при переходе на уравновещивание внутри выбранного диапазона измерений до его смены на соседний диапазон.

Дальнейшее уравновешивание моста осуществляется обычным способом,путем поочередного изменения состояния основного и вспомогательного уравновешивающих элементов до полного равновесия измерительной цепи. При этом результат измерения основного измеряемого параметра - емкости будет индицироваться на дополнительном одноразрядном отсчетном элементе 27 и основном четырехразрядном отсчет- ном устройстве 28 в виде отсчета 1,0005 нФ.

В том случае, если действительное значение измеряемого конденсатора представлено числом, старший разряд которого больше единицы, например, он равен двум, а все число равно 2,0005 нФ, работа элементов моста, участвующих в процессе выбора диапазона измерений, осуществляется следующим образом. После перехода на уравновешивающие внутри выбранного диапазона, по команде блока 22 управления блок 24 анализа осуществляет оценку состояния старшего разряда реверсивного счетчика 23 и, воздействуя на реверсивный счетчик.25 дополнительного уравновешивающего элемента, устанавливает его в состояние соответствующее числу 2, При зтом, старший разряд реверсивного счетчика 23 переходит в состояние, соответствующее нулю, мост переходит на соседний диапазон измерений, на дополнительном одноразрядном отсчетном элементе 27 индицируется число 2 и символ запятой, цепи коммутирующих элементов 9 и 10 размыкаются, а цепь коммутирующего элемента 8 замЕ5;кает- ся и к первому выводу образцовой ме0

ры 16 подключаются две последовательно включенные секции обмотки 7 трансформатора 3 напряжения с обшим числом витков, пропорциональным значению 10 2п, Благодаря этому после перехода на уравновеиивание внутри соседнего диапазона мост оказывается в таком состоянии частичного равновесия, которое было бы им достигнуто после выбора диапазона измерений обычным путем (без использования витков обмотки 7) и последующем уравновешивании измерительной цепи,

5 при котором старший разряд реверсивного счетчика 23 принял бы состояние, соответствующее числу 2,

При увеличении зн|чения емкости объекта измерения свьщ1е 2,9999 нФ,

0 например, до 3,002 нФ, на четвертом выходе реверсивного счетчика 23 возникает импульс переноса, под воздействием которого реверсивный счетчик 25 дополнительного уравновещивающе5 го элемента сбрасывается в нуль, а на его третьем выходе формируется перепад напряжения, устанавливающий старший разряд реверсивного счетчика 23 в состояние, соответствующее числу 3. Одновременно с этим в свое прежнее состояние переходит и реверсивный счетчик 26 диапазонов, т,е, в состояние, в котором он находился после выбора диапазонов до перехода на соседний диапазон по команде реверсивного счетчика 25 дополнительного уравновешивающего элемента. При этом, символ запятой индицируется в первом цифровом разряде 29 четырехQ разрядного отсчетного устройства 28, на котором после полного уравновешивания моста будет зафиксирован результат измерений, равный 3,002 нФ. Таким обраяом, при измерении компg лексных сопротивлений, номинальное значение которых соответствует коду N основного уравновешивающего элемента, находящемуся в пределах , в нем отпадает необходи0 мость дополнительного уравновешивания по двум декадам дополнительного уравновешивающего элемента, благодаря чему быстродействие моста увеличивается о

0

5

55

Так как вместо двух дополнительных декад с большим количеством ком- мутируюршх элементов в мосте используются всего две секции обмотки и

7

три коммутатора, его конструкция существенно упрощается.

Формула изобретени

Цифровой трансформаторный мост переменного тока, содержащий источник питания, основной трансформатор напряжения с первичной и тремя вторичными обмотками, первичная обмотка которого подключена к источнику питания, начало первой вторичной обмотки соединено через коммутирующие элементы, управляемые входы которых соединены с управляющими выходами реверсивного счетчика диапазонов, с первой клеммой для подключения измеряемого объекта, конец третьей вторичной обмотки соединен с началом второй вторичной обмотки трансформатора напряжения через коммутирующие элементы, вспомогательный трансформатор напряжения, начало первичной обмотки которого соединено с первым выводом образцовой меры реактивного характера, начало вторичной обмотки соединено с первы выводом образцовой меры активного характера, компаратор токов, начало первой обмотки которого через комму тируюидае элементы, управляемые входы которых соединены с управляющими выходами реверсивного счетчика диапазонов, соединено с второй клеммой для подключения измеряемого объекта начало второй обмотки соединено с вторыми выводами образцовой меры реактивного и активного характера соответственно, начало третьей обмотки соединено с входом детектора равновесия, конец первой и второй вторичных обмоток основного трансформатора напряжения совместно с концом первичной и вторичной обмоток вспомогательного трансформатора напряжения, концы первой, второй, и третьей обмоток компаратора токов соединены с общей шиной, первый выход детектора равновесия через реверсивный счетчик вспомогательного уравновешивающего элемента соединен с отсчетным устройством,по вспомогательному параметру, второй выход соединен с входом блока управления, а третий выход соединен с первым входом реверсивного счетчика основного уравновешивающего элемента, пер

516068

вый выход которого соединен с вторым, третьим и четвертым разрядами основного отсчетного устройства по основ- ному параметру, второй выход - с первым входом блока анализа, реверсивный счетчик диапазонов, вход которого соединен с первбм выкодом блока управления, реверсивньпЧ счетчик до- 10 полнительного уравновешивающего элемента и дополнительный одноразрядный отсчетный элемент, отличающийся тем , что, с целью упрощения конструкции и повышения быстро- 15 действия измерения, в нем третья вторичная обмотка основного трансформатора напряжения вьтоднена в ви- де двух последовательно соединенных

секций, число витков каяодой из кото- 20 рьгх равно 10 п, где п - число витков, приходящееся на шаг старшей декады основного уравновешивающего элемента, начало, и средний вывод этой обмотки через коммутирующие эле- 25 менты, управляемые входы которых соединены с управляющими выходами реверсивного счетчика дополнительного уравновешивающего элемента, подсоединены к первому выводу образцог 0 вой меры реактивного характера, при этом третий выход реверсивного счетчика основного уравновешивающего элемента подсоединен к первому разряду основного отсчетного устройст- jg ва по основному измеряемому параметру, четвертый выход - к первому входу реверсивного счетчика дополнительного уравновешивающего элемента, первый выход которого подсоединен к Q дополнительному одноразрядному счетному элементу, второй выход - к реверсивному счетчику диапазонов, третий выход - к второму входу реверсивного счетчика основного уравновеши- g вающего элемента, третий вход которого соединен с вторым выходом блока управления, третий выход которого подключен к второму входу блока анализа, выход блока анализа подклю- Q чен к второму входу реверсивного

счетчика дополнительного уравновешивающего элемента, управляемые входы коммутирующих элементов второй вторичной обмотки трансформатора напря- g жения соединены с управляющими вь1- ходами реверсивного счетчика основного уравновешивающего элемента.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано в цифровых трансформаторных мостах переменного тока для уменьшения погрешности от дискретности. Цель изобретения - упрощение конструкции моста и повышение его быстродействия - достигается тем, что одна из вторичных обмоток основного трансформатора 3 напряжения выполнена в виде двух последовательно соединенных секций,число витков которых равно 10 п, где п - число витков, приходящихся на шаг старшей декады основного уравновешивающего элемента (ОУЗ). После выбора диапазона измерений последовательно с декадными обмотками ОУЭ подключается одна или две секции обмотки в зависимости от того, находился старший разряд реверсивного счетчика 23 ОУЭ в состоянии 1 или 2 соответственно. Таким образом, при измерении комплексных сопротивлений, номинальное значение которых соответствует коду N ОУЗ,, отпадает необходимость в уравновешивании дополнительного элемента по двум декадам, благодаря чему быстродействие моста увеличивается. Так как вместо двух дополнительных декад с большим количеством коммутирующих элементов в мосте используется две секции обмотки и три коммутатора, его конструкция существенно упрощается. Ф