Способ измерения параметров четырехэлементных двухполюсников мостом переменного тока Советский патент 1990 года по МПК G01R17/10 G01R27/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к способам и средствам измерений параметров сложных двухполюсников.

Цель изобретения - повышение точности измерений в широких диапазонах соотношений между параметрами объекта измерений за счет обеспечения максимальной чувствительности моста по трем регулируемым параметрам плеча сравнения.

На фиг.1 изображена схема моста переменного тока для измерения параметров четырехэлементных CGRC-двух- полюсников,в схеме замещения которых один из элементов образует параллельное соединение с остальной частью схемы двухполюсника; на фиг.2 - варианты схем замещения четырехэлементных двухполюсников.

На фиг,1 обозначены плечо 1 сравнения, первый конденсатор 2, емкость С. которого является первым регулируемым параметром плеча сравнения, первый резистор 3 (G4) переменной проводимости, ключ 4, второй резистор 5, сопротивление Rc которого является вторым регулируемым параметром плеча сравнения, второй конденсатор 6, емкость С которого является третьим регулируемым параметром плеча сравнения, плечо 7 измерения, элементы 8 (С,х), 9 (G1X), Ю (С,О и 11 (R2X) схемы замещения объекта измерения (соответственно первый конденсатор, первый резистор, второй конденсатор и второй резистор). Фазочувствитель- ный нуль-индикатор 12 с малым входным сопротивлением, к измерительному входу 13 которого подходит гок рачСП

00

оэ

Ю

NJ

3153

баланса моста &I I, - 1Т, а яа опорный вход 14 подается опорное Hani- ряжение Uon , сдвинутое при уравнове - шивании моста по четырем параметрам на 90° относительно напряжения питания UЈ, зажимы 15-20, вершины 21 и 22 измерительной диагонали моста, 14,1т - токи плеча 1 сравнения и измерения 7 .

На фиг.2 обозначены конденсатор 23 (),включенный параллельно смешанному соединению резистора 24 (R-4X)j .резистора 25 (G15), конденсатора 26 (С2ех), резистбр 27 () вклю- 1ченный параллельно смешанному соеди- I нению конденсатора 28 (Сдо), Резис тора 29 (Gg/jx) конденсатора 30 (Сзох),

i Мост (фиг,1) описывается следую- щим уравнением равновесия;

В формулах (2) - (5) W,/Wa ,

m

где - количество витков вторичных обмоток трансформатора с тесной индуктивной связью.

В состоянии моста, близкой к измерительному, чувствительность моста, (фиг.1) по параметру С, определяется как

„ui (сог)

UC,;

(6)

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к способам измерений параметров сложных двухполюсников. Целью изобретения является повышение точности измерений в широких диапазонах соотношений между параметрами объекта измерений, что достигается путем обеспечения максимальной чувствительности моста по трем регулируемым параметрам плеча сравнения. Способ позволяет проводить измерения параметров чытырехэлементных двухполюсников по шести схемам замещения. Измерения, проводимые по данному способу, характеризуются достаточно высокой точностью измерений в более широких диапазонах соотношений между параметрами измеряемых четырехэлементных двухполюсников. 2 ил.

J«C1X +

1

R«+ J5cw

G,+ JWC,+

Кг+ jucr

(1)

TJ,, U4 - синфазные напряжения питания, стдамаемые, например, с вторичных обмоток трансформатора с тесной индуктивной связью, ,5 подключенного первичной обмоткой к генератору синусоидального напряжения.

Если уравнение (1) выполняется по крайней мере на двух частотах, то справедливы соотношения:

m С(0

ReoMj

m С 2.0

m G(0 7

(2) (3) (4) (5)

C,0,R С M G ю

LM

- значения параметров

C,,R4,Ca,G по дос-, 55 тижении частотно-не- | зависимого состояния равновесия моста, являющегося измерительным.

5

30

,5

40

45

50

5

где & С,

с ;1тЫ;(сог)

(0 - отклонение параметра С, от отсчитываемого его значения С10 при проведении 1-й операции процесса уравновешивания моста по четырем параметрам; - реактивная составляющая тока разбаланса в конце 1-й операции процесса уравновешивания моста по четырем параметрам плеча сравнения при наличии связей между ними; 03, - первая частота измерения, являющаяся заданной;

СО - вторая частота измерения;

К Q,, причем К j ; QQ 1/СО,С20 К7о-добротность ветви плеча измерения с резистором 5 и конденсатором 6 на частоте СО, в частотно- независимом состоянии равновесия моста. Чувствительность моста (фиг.1) при состоянии его, близком к измерительному, по параметрам R,,C,G( on- , ределяется по формулам:

iim -ЬШШ- biK{K :UQb &RJ

iRi,-0

2(K2-QXo

весия на частотах CO, и СО п занного регулирования парам R, Сг,С , в соответствии с способом в конце первого эт деляют значение добротности ча сравнения с вторым и тр

са

lira iffi-ii -Sl- -iЈЈLi -I.ilлируемыми параметрами, т.е,

АСг;2 2К .на частоте СО, по формуле

АС1{- ОQ° К -1-3(-)

Q J/CO.,

8 - нт ьшаа-.

JQ(

UG

2К

ЬС,;

отклонение параметра R

от отсчитываемого его

значения; отклонение параметра С2

от отсчитываемого его

значения;

ДС,;- )O

RZ ci G«;

-отклонение параметра G( от отсчитываемого его значения;

-значения параметров R, , установленные одно2530

временно со значением С, 35

параметра С( при проведении i-й операции процес- . са уравновешивания по четырем параметрам.

tf таком значении частоты С00 чувствиФормулы (6)-(9) являются предель- чич

вновь повторно уравновешивают связ ной регулировкой четырех параметро плеча сравнения на заданной частоте ОЭ,и на частоте Q4 , ,где Q0 определяется по формуле (10). При

тельность моста по параметру R, как следует из выражения (7), максимальна. В конце третьего этапа, т.е. по получении равновесия моста 45 на частотах С0| С0г , отсчитывают значение параметра Кг , которое используют для определения значения измеряемого параметра R2)( по формуле (3).

ными выражениями и соответствуют бесконечно малым отклонениям параметров C,Rn, C от их отсчитываемых значений,

Измерение параметров четырехэле- ментных двухполюсников осуществляют в четыре этапа. На каждом из этих этапов мост (фиг.1) приводят в состояние равновесия на двух частотах. Первая частота СО, является заданной, т.е, одной и той же на всех этапах измерения. Значение второй частоты (Обменяют при переходе с этапа на этап.

На первом этапе вторая частотаоЭ является произвольной и удовлетворяет только неравенству (0 г СО|- После приведения моста в состояние равно

Qb

o

(7)

15363206

весия на частотах CO, и СО путем связанного регулирования параметров С,, R, Сг,С , в соответствии с известным способом в конце первого этапа определяют значение добротности ветви плеча сравнения с вторым и третьим регуlлируемыми параметрами, т.е,

2 4

(-)

(8)

Q J/CO.,

(10)

где . - значения параметров

R0sC/

по достижении

15

20

равновесия моста на частотах со( и СО на первом этапе измерения. На втором этапе измерения мост повторно уравновешивают также связанной регулировкой четырех параметров плеча сравнения на заданной частоте СО, и на частоте С02 QCO, , где QQ - значение добротности, найденное на первом этапе по формуле (10). При этом 25 значении частоты 00 чувствительность моста по параметру С,, как следует из формулы (6), максимальна. В конце второго этапа, то есть по получении равновесия моста на частотах СО, и G3j 30 отсчитывают значение параметра С, C1Q , которое используют для определения значения измеряемого параметра С по формуле (2).

На третьем этапе измерения мост

вновь повторно уравновешивают связанной регулировкой четырех параметров плеча сравнения на заданной частоте ОЭ,и на частоте Q4 , ,где Q0 определяется по формуле (10). При

ч

тельность моста по параметру R, как следует из выражения (7), максимальна. В конце третьего этапа, т.е. по получении равновесия моста на частотах С0| С0г , отсчитывают значение параметра Кг , которое используют для определения значения измеряемого параметра R2)( по формуле (3).

На четвертом этапе измерения мост повторно уравновешивает связанной регулировкой четырех параметров на заданной частоте СО, и на частоте

00г CO.Qo (Qo.-l)/(Qo +3), где Q0 определяется по формуле (10). При таком значении частоты (Ой чувствительность моста по параметру Cj. как следует из выражения (8), мак

симальна. В конце четвертого этапа, т.е. по получении равновесия моста

СО

1, отсчитывают знаСг

jzo

Это значение используют для определения значения измеряемого параметра С, по формуле (4),

Отсчет параметра G, G,0 производят на том этапе измерения, на котором значение К СОг:/СО| обеспечивает в соответствии с формулой (9) наибольшую чувствительность моста по параметру G, по сравнению с другими этапами измерения.

Для моста (фиг.1) выполняется равенство Q0

Х

где О.

2К,

т.е. добротность ветви плеча измерения с параметрами R.C,

Процесс уравновешивания по четырем параметрам на втором, третьем и четвертом этапах измерения содержит 2-3 операции (вместе с первой операцией). Продолжительность измерения по предлагаемому способу лишь в два раза больше, чем по известному. В то же время предлагаемый способ обеспечивает большую точность измерения, чем известный за счет обеспечения максимальной чувствительности моста описанным выбором частот измерения.

Предлагаемый способ может быть использован для измерения параметров четырехэлементных двухполюсников (фиг.2), которые при использовании i моста (фиг.1) подключаются к зажимам 16 и 19. Схема плеча 1 сравнения при этом не меняется. После проведения описанных четырех этапов измерения производят пересчет параметров по фомулам (для схемы на фиг,2,а):

R

2ЭХ 24У

С

1

R/ix / (1 1 G1XR2X) ;

C2Sx C1f- U+GiXR2x)

C26x G1X

uRax)

(KG,,

ибо по формулам (для схемы на иг.2,б):

Ga7x- G,x

сш С(Х

;

сах С

) 4Х

J14-T

мх (1-е;;);

(И) (12)

(13) (14)

(15) (16) (17)

5JOX R 1 + (-р ) 5

LС2Х

(18)

16

15

20

25

30

35

40

45

50

причем С1Х ,R.X ,Сгх ,G1X находят по формулам (2) - (5) но отсчитываемым значениям C,0,Reo, C20,G10 в конце второго, третьего и четвертого этапов измерения,

По предлагаемому способу возможно также измерение параметров четырехэлементных двухполюсников, у которых один из элементов схемы замещения образует с остальной частью схемы замещения последовательное соединение. Таким образом, предлагаемый способ позволяет проводить измерение параметров четырехэлементных CGRC- двухполюсников по шести схемам замещения, в которых один из элементов образует либо параллельное, либо последовательное соединение. i

Измерения по предлагаемому способу по сравнению с известным характеризуются достаточно высокой точностью в более широких диапазонах соотношений между параметрами измеряемых- четырехэлементных двухполюсников благодаря обеспечению высокой чувствительности моста по регулируемым параметрам путем указанного выбора второй частоты измерения.

Формула изобретения

Способ измерения параметров четырехэлементных двухполюсников мостом переменного тока по авт.св.№ 1320761, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений в широких диапазонах соотношений между параметрами объекта измерения, проводят повторное уравновешивание моста по четырем параметрам CGRC- двухполюсника, при этом вторую частоту СО измерения выбирают равной Q Q0GO( , на втором отапе и на третьем этапе СД Q0 СО, и сОг

Q(QC

Qo+ 3

на четвертом этапе, где сд, - первая частота измерения, являющаяся заданной, Q0 - доб- ротность на частоте СО, ветви плеча сравнения со вторым и третьим регулируемыми параметрами в частотно-независимом состоянии равновесия моста.