Устройство для измерения сдвига фаз между двумя напряжениями Советский патент 1992 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах различного назначения для измерения неэлектрических величин, информация о которых представлена в виде фазомодулированных сигналов.

Известны фазометры, содержащие входные формирователи импульсных последовательностей, выходы которых соединены с входами триггера, элемент совпадения, индикатор.

Недостатком такого прибора является сложность схемной реализации, обусловленная используемой в нем цифровой формой представления информации ,

Известны также фазометры, основанные на использовании преобразователей с квадратичной зависимостью между их в-ходной и выходной величинами, в которых осуществляется предварительная операция суммирования и вычитания величин, межлу которыми определяется сдвиг фаз г последующим возvj

со

1чЭ ЬО

О

-31

ведением в квадрат полученных суммы и разности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения сдвига фаз, содержащее четыре идентичных металлических подогреваемых резистора с косвенным подогревом, чувствительные элементы которых включены по схеме измерительного моста, индикатор и источник питания каждый из которых включен в соответствующие диагонали моста, формирователи входных сигналов-, меру фазовых сдвигов,

Недостатком известного устройства является необходимость использования ручных операций по балансировке моста, обусловленные использованием меры фазовых сдвигов, что усложняет конструкцию и ограничивает сферу его применения.

Цель изобретения - упрощение устройства и повышение его надежности.

Поставленная цель достигается тем что в устройство для измерения сдвиг фаз между двумя напряжениями, содержащем четыре идентичных подогреваемых резистора,, чувствительные элементы которых включены по схеме мос

та, в одну из диагоналей которого включен источник питания, а в другую диагональ индикаторный прибор (гальванометр), дополнительно введены два формирователя входных CHI налов, входы которых являются входами устройства, а также элемент И, инвертор и RS-триггер, R-вход которого соединен с выходом первого формирователя входного сигнала и первым входом элемента И, а S-вход триггера - через инвертор соединен с выходом второго формирователя и вторым входом элемента И, выход которого соединен с объединенными выводами двух нагревателей подогреваемых резисторов, чувствительные элементы которых входят в противоположные плечи моста, а инверсный выход RS-триггера соединен с объединёнными выводами двух других нагревателей подогреваемых резисторов, чувствительные элементы которых входят в другие противоположные плечи моста.

В качестве резисторов с косвенным подогревом могут быть использованы также металлические или полупроводниковые терморезисторы. В вариантах исполнения устройства возможно исQe

5

0

5

0

5

0

5

пользование также магниторезисторов, фоторезистивных оптронов с прямо пропорциональной или нелинейной обратно пропорциональной зависимостью сопротивления резистора от воздействующего фактора (напряжения, тока, мощности, времени воздействия).

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для измерения сдвига фаз между двумя напряжениями} на фиг,2 - временные диаграммы, иллюстрирующие принцип его работы.

Устройство содержит входные формирователи 1,1 и 1,2, логический элемент И 2, инвертор 3, RS-триггер А (используется его разновидность Е- триггер, для которого входная комбинация сигналов S 1, R 1 является разрешенной), четыре идентичных резистора с косвенным подогревом 5.1 - 5., чувствительные элементы которых включены по схеме моста, индикатор 6 с источником 7 питания, каждый из которых включен в соответствующие диагонали моста. Выводы нагревателей терморезисторов 5.1 и 5., включенных в противоположные плечи моста, связаны с выходом элемента И 2, а выводы нагревателей терморезисторов 5.2 и 5.3, включенных в два других противоположных плеча моста, связаны с выходом RS-триггера 4.

Устройство работает следующим образом, i

Напряжения U(t) и U2(t) опорного и измерительного каналов соответственно, поступающие на входы устройства, усиливаются и ограничиваются в формирователях 1.1 и 1.2 в нормированные импульсы, равные половине длительности периода Т измеряемых напряжений (фиг,2а-2г). Эти импульсы сдвинутые по времени на временной интервал fr , пропорциональный измеряемому фазовому сдвигу С| между опорным и измеряемым сигналами, поступают на входы элемента И 2, При этом на выходе элемента И происходит фор-1 мирование широтно-импульсно-модули- рованной последовательности импулк- сов с длительностью, равной Т// - Ь (фиг,2е), Одновременно по переднему фронту импульса с выхода формирова теля 1,1, поступающего на R-вход RS- триггера 4, производится его установка в исходное положение. Сброс RS- триггера производится по переднему фронту импульса с выхода инвертора 3,

517

поступающего на S-вход RS-триггера А Таким образом на выходе RS-триггера 4 происходит формирование ШИМ-после- довательности импульсов с длительностью, равной Т/2 + С (фиг. 2ж) ,

С выхода элемента И 2 ШИМ-после- довательность импульсов воздействует на нагреватели резисторов косвенного подогрева 5.1 и 5Л, а с выхода RS- триггера - на нагреватели резисторов косвенного подогрева 5.2 и 5.3.

Сопротивление идентичных металлических резисторов 5.1 - 5. изменяется пропорционально длительности воздействующих на их нагреватели ШИМ-последовательности импульсов.

Сопротивление терморезисторов 5.1 5,Ь будет определяться соотношениями

R4i .

(1)

R1 R2 R1

;;)

R3

К(Т/2 R2 К(Т/2

-)Л

+ Ј); J

(2)

где К - коэффициент пропорциональности ,

Потенциалы точек а и 5 измерительного моста относительно общей точки (корпус) с учетом соотношений (1) определяются выражениями:

Е,

Ri

R2

Ч

Ег

R2

Ha выходе индикатора 6 будет реистрироваться напряжение:

R , ° R1+R2

U

Е

(3)

С учетом соотношения (2) выражение (3) принимает вид:

К(Т/2+Ј)-К(Т/2-Ј) о Ш72+ЈУ+К()

- 2Е С 2 Ео х

т,е ,, показания индикатора 6 будут пропорциональны измеряемому фазовому

сдвигу 180 - (при Е0 const),

Q

Устройство обеспечивает измерение, сдвигов фаз в широком частотном диапазоне, так как нагреватели имеют малую остаточную реактивность.

Таким образом, предлагаемое устройство для измерения сдвига фаз позволяет получить информацию о фазе входных сигналов без использования меры фазовых сдвигов, что упрощает устройство, создает предпосылки для уменьшения его стоимости, упрощает эксплуатацию за счет полной автоматизации процесса измерения и исключения ручных операций на балансировке моста и обеспечивает повышение его надежности.

1- и:

у

25

30

35

40

45

50

20

Формула изобретения

Устройство для измерения сдвига фаз между двумя напряжениями, содержащее четыре идентичных подогреваемых резистора, чувствительные элементы которых включены по схеме моста, в одну из диагоналей которого включен источник питания, а в другую диагональ - индикаторный прибор (гальванометр), отличающее- с я тем, что, с целью упрощения устройства и повышения его надежности, дополнительно введены два формирователя входных сигналов, входы которых являются входами устройства, а также элемент И, инвертор и RS-триггер, R-вход которого соединен с выходом первого формирователя входного сигнала и первым входом элемента И, а S-вход триггера через инвертор соединен с выходом второго формирователя и вторым входом элемента И, выход которого соединен с объединенными выводами двух нагревателей подогреваемых резисторов, чувствительные элементы которых входят в противоположные плечи моста, а инверсный выход RS-триггера соединен с объединенными выводами двух других нагревателей подогреваемых резисторов, чувствительные элементы которых входят в другие противоположные плечи моста.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров, информация о которых представлена в виде фазомодулированных сигналов. Устройство содержит четыре идентичных подогреваемых резистора, чувствительные элементы которых включены по схеме моста, в одну из диагоналей которого включен источник питания, а в другую - индикаторный прибор. Дополнительно устройство снабжено двумя формирователями входных сигналов, входы которых являются входами устройства, а также элементом И, инвертором и RS-триггером, Причем R-вход RS-триггера соединен с выходом первого формирователя входного сигнала и первым входом элемента И, а S-вход - через инвертор с выходом второго формирователя и вторым входом элемента И. Выход элемента И соединен с объединенными выводами двух нагревателей подогреваемых резисторов, чувствительные элементы которых входят в противоположные плечи моста, а инверсный выход RS-триггера соединен с объединенными выводами лвух других нагревателей подогрева-- емых резисторов, чувствительные элементы которых входят в другие противоположные плечи моста, 2 ил. (Л

Риг.1

а

Фаг. 2

„t