КВАЗИУРАВНОВЕШЕННЫЙ МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Советский патент 1973 года по МПК G01R17/14 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к Области измерения составляющих комплексных величин переменного тока. И может быть использовано для построения автоматических измерителей относительного приращения одной составляющей и отнощення составляющих -комтлексной величяНЫ и для построения преобразователей этих вели41ин IB активные скалярные величины.

Известны квазиуравновешенные мосты, содержащие источник питания, подсоединенные к «ему ветвь из-меряемой величины, состоящую из звена с из меняемым коэффициентОМ передачи и включенного на его выходе объекта измерения, и ветвь образцовой величины, усилитель с высоким коэффициенто-м усиления - и звеном связ1И, на вход которого подается алгебраичеСКая сумма выходных величин этих ветвей и выходной величины звена обратной связи, включенный на выходе усилителя индикатор равновесия, по выходному сигналу которого регулируется коэффициент передачи звена в ветви измеряемой величины, измеритель напряжения, пропорционального отношению составляющих измеряемой КОМплексной величины, на выходе усилителя.

В таких мостах звено с изменяемым коэффициентом передачи выполнено в виде регулируемого делителя напряжения с коэффициентов (передачи

2 К

/Сп

где

К - постоянный коэффициент; Р - регулируемая величина, з-начение которой при -квазиравновесии пропорционально составляющей измеряемого объекта.

Цель изобретения - обеспечение из мерения относительного отклонения составляющей измеряемой величины от ее установленного значения.

Это достигается тем, что коэффициент передачи звена с регулируемы коэффициентом передачи равен

Y()

УХ - установленное значение составляющей;

/( -постоянный по величине коэффициент, знак которого определяется знаком отклонения измеряемой составляющей от ее установленного значения;

Р - регулируемая величина, значение которой после установления квази равновесия пропорционально измеряемому относительному отклонению.

Для получения активной величины, пролорцион альной относительному отклонению емкости емкостного кОМшлексного оопротивлен1ия От ее устанавлен-ного значения, звено с регулируемым коэффициентом (передачи вьпполнено из усилителя с высоким коэффициентом усиления с образцовым сопротивлением на входе и образцовым конденсатором в д-епи обратной свяЗИ и вспомогательного четырехплечего моста, образованного нерегулируемыми и управляемыми сопротивлениями. Выходная диагональ этого МОСта через до.пол нительный образцовый конденсатор подсоединен а к входу усилителя, а диагональ титания через трансфор.м.атор-к выходу усилителя и к даполнительному источнику напряжения, частота которого отлична от частоты основного источника питания.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого моста.

Мост содержит источник / литания, подсоединенные к нему ветвь измеряемой величины, содержащую звено 2 с регулируемым ко-эффиц-иентом передачи и объект 3 измерения (например, комплексную проводимость, четырехполюсник и т. д.), и ветвь образцо(вой величины с образцовым двух- или четырехполюснико м 4, выходные величины которых суммируются в узле 5, усиллтель 6 с выоОКим коэффициентом усиления и ветвью 7 обратной связи. На выходе усилителя 6 включен индикатор 8 равновесия (фазочувствительный или экстремальный). По сигналу на выходе индикатора осуществляется «вменение регулируемой величины Р, от которой зависит коэффициент передачи К. звена 2, до установления состояния равновесия. При этом существенно, чтобы зависимость коэффициента передачи звена от регулируемой Величины имела вид

(Л-Я+1)Кд,

где К -коэффициент пропорциональности (величины /С, N, Р определены выше).

;Если обОЗНачИть измеряемую комплексную величину Bii-x+ly, напряжение питания ветвей -(j-a, коэффициент Передачи звена () - (), коэффициент передачи звена обратной связи -Кос, а выходную величину усилителя -Ui, то 1при достаточно высоком коэффициенте усиления усилителя 6 имеем равенство сигнала в узле 5

() й,к,,.

Yf(KP + l)

После установления состояния квазиравновесия

0, получим

к.

Y K,

Yj (КР + 1)

откуда

J 1

Y -Г

N

Р- i.

К

N

Кг

К,

Т. е. При - 1 велИчина Р пропорциональна

А

относительному отклонению реактивной составляющей у от ее значения Fyv.

При этом напряжение на выходе усилителя 6, измеряемое прибором 9,

1К,

и,

Сос J

Кос )

Возможность измерения как положительных, так и отрицательных отклонений составляющей при положительной величине Р обеспечивается за счет изменения зиака коэффициента К, а возможность отсчета величины относительного отклонения в .процентах - благодаря соответствующему выбору величины этого коэффициента.

Если коэффициент передачи ветви ооразцовой величины - действительная величина ), то после установления состояния квазиравновесия

,

ПОЛУЧИМ

х-Х

JV

X,

//

(здесь установленное значение составляющей обозначено вместо У;) и ,

Возможный вариант выполнения 1моста для измерения tg б и относительного отклонения емкости солротИВления от ее установленного значения (C.iy) показан на фиг. 2.

Ветви моста питаются напряжениями на вторичных обмотках Ш и mz трансформатора 10, первичная обмотка Шо которого подключена к генератору. Ветвь измеряемой величины содержит дополнительный усилиj тель // с высоким коэффициентом усиления, на входе которОго включено образцовое активное сопротивление 12 (Ri), а в цепи обратной связи- образцовый конденсатор 13 (Cs). К выходу усилителя подключено измеряемое комплексное сопротивление с пар-аадетрами Сх, RX, .а та-кже трансформатор 14 напряжения с коэф|фициентОМ траНсформатора /Сз. Вторичная обмотка трансформатора питает четырехплечий :мост 15, образованный постоянными по величине сопротивлениями и солрОБИвлеНием, изменяющим свою величину под воздействием выходного сигнала индикатора- 8 равновесия (например, .квадратурного фазочувствительнсго индикатора, опорным напряжением которого служит напряжение питания

моста f/n). К вьгходной диагонали моста подсоединен дополНительный образцовый конденсатор 16, второй конец которого подключен к входу усилителя 11. В диагональ питания моста 15 включен источник 17 постоянного напряжения известной величины (f/). Для ТОГО , чтобы этот источник не шунтировал цель :по .переменному току, .последовательно с ним может быть вкл.ючена индуктивность, а ч.тобы постоян.ны-й .не подмагничивал серде-чиик трансформатора 14, ъ его вторичную Обмотку .может быть Включен конденсатор (эт.и эле1менты .на 1фиг. 2 не по.каза.ны). Ветвь образцовой вел1ичины содержит об.разцовое сопротивление R. Выходные токи ветвей суммируются на входе усилителя 6 с BbicoKHiM коэффициентом усиления, в цепи обратной связи которого включено сопротивление . Суммирование можно осуществлять .и с помощью индуктивного компаратора то.ков. К выходной диагонали моста 15 подклю.чают прибор 18, измеряющий постоянное напряжение, пропорциональное относительному отклонению емкости С, а к выходу усилителя 6--прибор 9, измеряющий амплитуду переменного напряжения f/i, пропорциональную tg бж (или преобразователь переменного напряжения в постоянное). Выходное напряжение индикатора 8 равновесия, воздействуя на величину управляемого резистора в плече МОста 15, изменяет величину и знзК коэффициента передачи моста РК до достижения состояния К1вазиравновесия eL/,u,, 0. При этом р - к Ч . U, -i то Так, например, при С, С„ C,, ,-CN «1 Дзк CN Таким образом, коэффициент передачи Р моста 15 пропорционален относительному отклоиению емкости Сх от ее установленного значения C.Y. Этой же величине пропорционально напряжение постоянного тока U-2 на выходе моста, пропорциональное его коэффициенту передачи РК и, . Полярность напряжения t/2 указывает знак относительного отклонения. Разл.ичные значения CN удобно задавать с по-мощью соответствующих значений сапротивления Ri - эта величина не влияет на величину Ui, пропорциональную ig8x. Величина Ri должна быть пропорциональна Cjv, а коэффициент пропорможет выоираться по жециональностиланЕЮ. При 10, -100 и т. д.- кратном иэменени-и Сх можно сохранить выбр.анные значения Ri но изменить в такое же число раз величину m (число витков вторичной обмотки трансформатора 10). С помощью этого же моста можно при желании измерять наряду с tg6.x- и абсолютное значение емкости С. Для этого необходимо азорвать цепь обратной связи уснлителя //, в которой включен конденсатор Со, а вместо сопротивления 12, величина которого пропорциональна Сд- включить активное сопротивление 1постоянной величины, соответствующей желаемому коэффициенту связи U и Су. При этом . Этот мост позволяет построить относительно простые приборы для измерения-,tg 5х и С.х- с ручным или автоматическим уравновешиванпем одним регулирующим органом, Сх-Сл , S а также преооразователи- и tg о.х в унифицированные сигналы. Предлагаемый мост может быть попользован и для измерения относительного отклонения индуктивности индуктивного комплексного сопротивления. Для этого нулсно в цепи образцовой Величины на 1выходе усилителя 11 включить еще один усил 1тель с высоким коэффициентом усиления с резистором в прямой цепи и измеряемой индуктивностью в цепи его обратной связи. Предмет изобретения 1. Квазиуравновешенный мост переменного тока, содерл1ащий источник питания, подсоединенные к нему ветвь измеряемой величины, составленную из звена с регулируемым коэффициентом передачи и в:ключенного на. его выходе объекта измерена я, и ветвь образцовой величины, усилитель с высоким коэффициентом усиления и ветвью обратной связи, вход которого подсоединен к узлу алгебраического суммирования вы.одных величин упомянутых ветвей, включенные на выходе усилителя индикатор, выход которото соединен с упр-авляе.мым входом звена с регулируемым коэффициентом передачи, и измеритель (преобразователь) напряжения, пропорцио.нального отноше}1ию составляющих измеряемой комплексной вел1ичины, отличающийся тем, что, с целью измерения относительного отклонения составляющей измеряемой величины от ее установлен.ного значения, в нем коэффициент передачи звена с регулируемым коэффициентом передачи равен (1 -f КР) где Уд- - установленное значение составляющей;К, - постоянный по величине козффициент, знак которого определяется знаком .отклонения измеряемой составляющей от установленного значения;

Р -регулируемая величина, значение которой после установления кваз:иравновеюия проиорционально измеряемому относительному отклонению.

2. Мост по 1П. 1, отличающийся тем, что, с целью толучения активной величины, л-ропорциональной относительному отклонению емкости емкостното комплексного сопротивления от ее установленного значения, в нем звено с регулируемым коэффициентОМ передачи выполнено ИЗ усилителя с высоким коэффициентом усиления с образцовым сопротивлением на входе и образцовым конденсатором в цепи обратной связи и вопомогательного четырехплечего моста, образованного нерегулируемыми и управляемым сопротивлеви.ями, выходная диагональ KOTOpioro через дополнительный образцовый конденсатор «подсоединена к входу усилителя, а диагональ литания через трансформатор - к шыходу усилителя и к дополнио-ельному источнику напряжения, частота которого отлична от частоты основного источника питания.