Способ уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока Советский патент 1992 года по МПК G01R17/10 

Ё

Использование: в электроизмерительной технике, в цифровых автоматических мостах для измерения параметров датчиков комплексного сопротивления систем контроля и регулирования. Сущность изобретения:используетсяследящее уравновешивание путем пробных воздействий. Устройство реализующее способ, включает генераторы, мостовую измерительную цепь, ограничитель модуляции, детектор, регулируемую меру, постоянную меру, модулятор, счетчик, элементы И, элементы ИЛИ, регистр памяти. Первое пробное воздействие выполняю с фиксированием значения регулируемого параметра, а затем его уменьшением при ограничении амплитуды выходного сигнала по определенному уровню. Это позволяет повысить точность измерения. 2 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в цифровых автоматических мостах для измерения параметров датчиков комплексного сопротивления систем контроля и регулирования.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема цифрового экстремального моста переменного тока, реализующая способ уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока; на фиг. 2 - диаграмма уравновешивания мостовой измерительной цепи для трех- разр ядной регулируемой меры с весами по двоичному коду с величиной ограничения амплитуды выходного сигнала мостовой измерительной цепи равным «V(mAp)2+q2 ит 2

Цифровой экстремальный мост переменного тока содержит генератор 1 питания, мостовую измерительную цепь (МИЦ) 2, ограничитель модуляции 3. детектор 4, регулируемую меру 5. постоянную (фиксированную) меру 6, модулятор 7. генератор 8 импульсов, счетчик 9, группу элементов И 10, группу элементов И 11, регистр 12 памяти.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 питает МИЦ 2, выходной сигнал которой подается на вход ограничителя модуляции 3. Во ограничителе модуляции осуществляется ограничение снизу амплитуды выходного сигнала МИЦ 2. При этом уровень ограничения Do амплитуды сигнала выбран из условия

VJ

О Ю К 0

)2+д2

(1)

1де (i коэффициент преобразования мостовой измерительной цепью приращения сопротивлений в выходное напряжение;

т, Л р - соответственно число шагов дискретности и размер шага (кванта) регулируемой меры 5;

q - величина мешающей составляющей измеряемого сопротивления.

Выходной сигнал МИЦ 2, ограниченный по амплитуде и в ограничителе модуляции 3 подается на вход детектора 4. На выходе детектора 4 формируется регулирующее импульсы только при положительных приращениях амплитуды выходного сигнала МИЦ 2, получаемых в результате пробных воздействий (шагов).

Постоянная мера 6 подключена к МИЦ 2 и увеличивает значение регулируемой меры 5 на величину тЛ р (в МИЦ 2 значение т Д р постоянной меры 6 суммируется с текущим значением регулируемой меры 5). Перед началом процесса уравновешивания производится установка моста в исходное состояние. Для этого на первом выходе генератора 8 импульсов формируется импульс, который поступает на входы сброса счетчика 9 и регистра 12 памяти, в результате чего выходные коды счетчика 9 и регистра 12 памяти устанавливаются в нулевое значение, а следовательно нулевое значение принимает регулируемая мера 5. При этом значение регулируемого параметра МИЦ 2 равно величине гпА р, вносимой постоянной мерой 6.

Затем осуществляется цикл уравновешивания МИЦ 2.

В первом такте уравновешивания со второго выхода генератора 8 импульсов на счетный вход счетчика 9 поступает первый импульс и в первом (старшем) разряде счетчика 9 появляется единичный сигнал, который через первый элемент группы элементов ИЛИ 11 включается первый (старший) разряд регулируемой меры 5 и, тем самым осуществляется подготовительный шаг. При этом регулируемый параметр МИЦ, 2 с учетом величины m Др, вносимой постоянной мерой 6 принимает значение

АтД р + m Д р (Ai + m) Д р. где AI - вес первого (старшего) разряда регулируемой меры 5.

Со второго выхода счетчика 9 импульс также поступает на первый вход первого элемента группы элементов И 10.

Затем выполняется пробный шаг. Для этого с третьего выхода генератора 8 импульсов на вход модулятора 7 поступает импульс и регулируемый параметр МИЦ 2 скачкообразно уменьшается на величину:

(2т + 1)Др.

Если в результате пробного шага (скачкообразного уменьшения регулируемого параметра) получается положительное приращение (Д U 0) амплитуды выходного сигнала МИЦ, тона выходе детектора 4 формируется импульс, который поступает на вторые входы элементов И 10 и через первый элемент этой группы записывается на

первый вход (в первый разряд) регистра 12 памяти. С первого выхода регистра 12 памяти единичный сигнал через первый элемент группы элементов ИЛИ 11 поступает на первый (старший) разряд регулируемой ме5 ры 5 и удерживает его во включенном состоянии. Если в результате пробного шага получается неположительное приращение (Д U 0) амплитуды выходного сигнала МИЦ 2, то на выходе детектора 4

0 импульс не формируется и первый разряд регистра 12 памяти остается в нулевом состоянии.

Во втором такте уравновешивания со второго выхода генератора 8 импульсов на

5 счетный вход счетчика 9 поступает второй импульс и на выходе этого счетчика 9 происходит сдвиг единичного сигнала с первого (старшего) разряда во второй. При этом единичный сигнал с выхода счетчика 9 поступа0 ет на первый вход второго элемента И группы элементов И 10, а также через второй элемент ИЛИ группы элементов ИЛИ 11 включает второй разряд регулируемой меры 5 и тем самым осуществляется второй под5 готовительный шаг величиной

А2 Д р m Д р (А2 + гп)Д р, где АЗ - вес второго разряда регулируемой меры 5.

При этом первый (старший) разряд регу0 лируемой меры 5 остается включенным или выключенным, в зависимости от состояния старшего разряда регистра 12 памяти.

Затем выполняется пробный шаг, для чего с третьего выхода генератора 8 на вход

5 модулятора 7 поступает импульс и регулируемый параметр МИЦ скачкообразно уменьшается на величину: (2т + 1) Др. В зависимости от знака приращения

0 Д (J выходного сигнала МИЦ 2, получаемого в результате пробного шага, второй разряд регулируемой меры 5 фиксируется в значении 1 или О и т.д.

5По окончании процесса уравновешивания выходной код регистра 12 памяти будет соответствовать значению измеряемого параметра с погрешностью шага дискретности (квантования) регулируемой меры 5.

Таким образом, по предложенному способу вводят ограничение снизу сигнала неравновесия МИЦ и в каждом К-м такте уравновешивания выполняется подготовительный шаг увеличением регулируемого параметра (начальное значение которого равно m А р) МИЦ на А . А р, а затем - модуляционный шаг уменьшением регулируемого параметра на (2т + 1). А р. В соответствии со знаком приращения амплитуды выходного сигнала МИЦ К-й разряд регулируемой меры принимает значение 1 или О. При этом логические значения разрядов регулируемой меры определяются поочередно, начиная со старшего разряда, а процесс (цикл) уравновешивания завершается за п тактов равных числу разрядов регулируемой меры.

На диаграмме в моменты времени t 2, t 4. t 6 выполняются пробные шаги, а в моменты времени -t 1, t 3, t 5 - соответственно 1-й, 2-й. 3-й подготовительные шаги.

В предложенном способе при значениях регулируемой меры близких к значению измеряемого параметра модуляционные воздействия осуществляются на участках регулировочной характеристики U f(p) удаленных от точки равновесия на величину более m . А р.

Введение ограничения амплитуды сигнала неравновесия МИЦ по уровню в соответствии с величиной m и определяемому неравенством (1), образует на регулировочной характеристике U f(p) мертвую зону |; (см. фиг. 2) и уменьшает динамический диапазон изменения амплитуды сигнала неравновесия МИЦ. При этом благодаря увеличенному модуляционному шагу равному (2т +1). А р мертвая зона Ј не нарушает работоспособности моста, а уменьшение динамического диапазона изменения амплитуды сигнала неравновесия позволяет существенно увеличить максимально допустимый коэффициент передачи К усилителя сигнала неравновесия моста, по сравнению с мостами уравновешиваемыми по способу-прототипу. Это обстоятельство дает возможность уменьшить приведенный порог чувствительности детектора равновесия и уменьшить шаг квантования регулируемой меры, что в итоге повышает точность измерения.

Для предложенного способа уравновешивания мостов коэффициент передачи К усилителя сигнала неравновесия можно определить из неравенства (приближенно) 2UU

aVDa+4qy-U0 (2)

К

где Uo определяется из равенства (1).

Как следует из неравенства (2) для значений т, близких к максимальному числу квантов регулируемой меры, коэффициент

5 передачи усилителя сигнала неравновесия может иметь весьма большие значения.

Таким образом, предложенный способ позволяет уменьшить динамический диапазон изменения сигнала неравновесия МИЦ,

10 а следовательно существенно увеличить коэффициент передачи усилителя сигнала не равновесия и, тем самым, уменьшить приведенный порог чувствительности детектора, равновесия и уменьшить шаг кван15 тования регулируемой меры, а следовательно повысить точность измерения параметров. При этом сохраняется цик- личность и поразрядность процесса уравновешивания моста.

0 Экономический эффект от использования предложенного способа обусловлен повышением точности измерения мостовых приборов уравновешивания и в денежном выражении определится при конкретном

5 его применении.

Формула изобретения

Способ уравновешивания цифровых

0 экстремальных мостов переменного тока, заключающийся в том, что логические значения разрядов регулируемой меры мостовой измерительной цепи определяют поочередно, начиная со старшего разряда.

5 в каждом К-м (К 1, 2 ...) такте уравновешивания выполняют подготовительный шаг включением К-го разряда, после чего выполняют пробный (модуляционный) шаг скачко- образным уменьшением величины

0 регулируемой меры, анализируют знак приращения амплитуды выходного сигнала мостовой измерительной цепи и только при положительном ее приращении К-й разряд регулируемой меры оставляют включенным.

5 отличающийся тем. что, с целью повышения точности измерения процесс уравновешивания, начинают со значения регулируемой меры, равного тДр, а величину скачкообразного уменьшения величины

0 регулируемой меры устанавливают равной (2т + 1) . Ар, при этом вводят постоянное ограничение снизу амплитуды выходного сигнала мостовой измерительной цепи по уровню не более

5«V(mAp)2 +q2

где а - коэффициент преобразования мостовой измерительной цепью приращения регулируемой меры (сопротивления) в выходное напряжение;

m, Ар- соответственно число шагов дискретности и размер одного шага (кванта) регулируемой меры;

q - величина мешающей составляющей измеряемого сопротивления.

фиг. 1

и

Фиг 2