Амплитудно-фазовый способ раздельного уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной схемы Советский патент 1979 года по МПК G01R17/10 

(54) МтЛИТУДНО-ФАЗОВЫЙ СПОСОБ РАЗДЕЛЬНОГО

УРАВНОВЕШИВАНИЯ КОМПЕНСАЦИОННО-МОСТОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ CXE№J

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и пред назначено для измерения составляющих комплексного сопротивления. Известен амплитудно-Фазовый способ раздельного уравновешивания мос та переменного тока, согласно которому в мостовой цепи устайавливаются сначала определенные фазовые соо ношения, а затем амплитудные, в результате чего достигается полное равновесие l. Недостатком этого способа является невозможность получения раздельного отсчета одной из составляющих комплексного сопротивления, так как ни одно из промежуточных состояний мостовой схеки не является состоянием квазиравновесия. Известен способ раздельного урав новешивания моста переменного тока по амплитудно-Фазовым соотношениям, в котором регулирующее воздействие, необходимое для приведения мостовой измерительной схемы в состояние квазиравновесия по преобладающей составляющей комплексного сопротивления, определяют по результатам сравнения взаимного расположения двух моментов времени момента достижения экстремума напряжением в измерительной диагонали моста и момента равенства мгновенных значений напряжения в измерительной диагонали моста и удвоенного напряжения вершины измерительной диагонали относительно искусственной потенциальной точки, расположенной в центре окружности уравновешивания 2 . Однако данный способ раздельно- . го уравновеишвания моста переменного тока по амплитудно-фазовым соотношениям имеет существенный недостаток, присущий всем методам раздель- . ного уравновешивания, а именно необходимость шунтирования плеч мостовой схемы, что снижает точность измерения составляющих комплексного сопротивления. Креме того, такой способ имеет узкий диапазон измерения составляющих комплексного сопротивления, так как уравновешивание моста осуществляется элементом, расположенным в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление. Целью изобретения является повышение точности измерения и расширенйёТ1иапазона измерения составляющих комплексного сопротивления.

Поставленная цель достигается тем, что в известном амплйтуднофазовом способе раздельного уравновешивания моста переменного тока, основанном на установлении определенных амплитудно-фазовых соотно.шений между сигнала и, снимаемыми с измерительной схемы, причем один из сигналов сформирован пропорционально амплитудному значению напряжения небаланса, а второй - пропорцйон.ально проекции вектора напряжения питания ветви, несодержащей йзме|5яемого комплексного сопротивления, на вышеупомянутый вектор небаланса, формируют сигнал, пропорциональный проекции вектора напряжения питания ветви, кесодержащей измеряемого комплексного сопротивления на вышеуказанный вектор небаланса, сдвинутый на t 3t/2 , формируют четвертый сигнал, пропорциональный разности второго и третьего сигнала, формируют пятый сигнал, пропорциональный разности первого из вьЕиеуказанных сигналов, пропорционального амплитудному значению напряжения небаланса, и третьего, при этом регулирующее воздействие, необходимое для выбора предела измерения по измеряемой составляющей . комплексного сопротивления, формируют по знаку четвертого сигнала, а регулирующее воздействие, необходимое для уравновешйвания крмпенсационно-мостовой измерительной схе-г мы по измеряемой составляющей. ком- плексного сопротивления, формируют Тпо знаку пятого сигнала.

Принципиальное отличие предлагаемого ампли.тУд но-фазового способа раздельного уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной схемы от известного заключается в том, что уменьшена погрешность от шунтирования плеч моста и расширен диапазон измерения одной из составляющих комплексного сопротивления.. .

Предлагаемый амплитудно-фазовый способ раздельного уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной можно пояснить С помощью фиг Л, фиг. 2 и фиг.З.

На.фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующего данный способ, где:

1- мостовая измерительная цепь

2- образцовый элементJслужащий для выбора пределов измерения:

3,4- измеряемое комплексное сопротивление;

5,6- образцовые нек.оммутируемые элементы, причем Rs.&)(

7- генератор питания;

8- трансформатор питания; .

9, 10, 11 - обмотки трансформатора питания 8;

12, 13 - согласующие устройства;

14- фазосдвигающее устройство;

15- амплитудный преобразова5 . тель; . .. .-..... ...V

16, 17 - фазочувствнтельные выпрямители ; . 18, 19 - схемы сравнения;

20 - блок выбора пределов; 0 21 - блок уравновешивания; 22 - блок индикации.

На фиг. 2 изображена топографическая диаграмма процесса уравновешивания компенсационно-мостовой с измерительной схемы для случая, когда Ж-/4 ч f , а на фиг. 3 для случая, когда . |at : ц . 23i, на фиг. 2, 3 приняты следующие обозначения: «р - фазовый угол между вектора ми напряжения небаланса и

напряжения питания; оЬ - напряжение питания ветви

компенсационно-мостовой измерительной схемы, несодер5 жащей измеряемого комплексного сопротивления; а{ - напряжение питания ветви

компенсационно-мостовойиз, мерительной схемы, содержа0 щей измеряемое комплексное

сопротивление;

а,7 окружности уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной схемы 5 переменного тока в обобщенных обозначениях (Нестеренко А.Д. Основы расчета электроизмерительных схем уравновешивания. Изд-во АН Укра0 инской ССР, 1960);

GO - положение потенциальной точки С, соответствующее состояние недоуравновешивания компенсационно-мостовой измерительной схемы; положение потенциальной точки С, соответствующее состоянию квазиравновесия компенсационно-мостовой измерительной схемы; i положение потенциальной точки С, соответствующее состоянию переуравновешивания компенсационно-мостовой измерительной схемы;

d - положение потенциальной точки вершины ветви компенсационно-мостовой измерительной схемы, несодержащей измеряемого комплексного соп0 ротивлейия;

cd - напряжение небаланса компенсационно-мостовой измерительной схемы; ос - прямая, по которой переме5 щается потенциальная точка С при уравновешивании компенсационно-мостовой измер тельной схемы. Процесс уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной сх мы по активной (реактивной) состав ляющей комплексного сопротивления осуществляют за счет изменения нап .ряжения питания ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, путем коммутации витков допол нительной вторичной обмотки трансфо матора питания. Момент квазиравновесия компенсационно-мостовой измерительной схемы по активной составляющей комплексного сопротивления можно зафиксировать, добиваясь выполнения следующего равенства: cd-аЬ (1) Блокируя (сбрасывая), например, все изменения регулируемого элемента (витки дополнительной вторичной обмотки трансформатора питания), приводящие к неравенству: od - аЬ Sin ф 0 ; (2) и сбрасывая (блокируя) все изменения регулируемого элемента, приводящие к неравенству: Со1-аЬ 1ПЦ)О ; (3) можно добиться квазиравновесия ком пенсационно-мостовой измерительной схемы, например, по активной состав ляющей измеряемого комплексного сопротивления (фиг. 2, 3). Процесс уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной схе мы по реактивной составляющей комплексного сопротивления осуществля ют аналогичным образом с той лишь разницей, что вместо образцового сопротивления 2 CRj) г служащего дл выбора предела измерения, включают образцовую емкость (С) при соответствующей смене .элементов нижней ветви. Отсчет составляющих комплексного сопротивления можно полу чить следующим образом: из (Нестеренко А,Д. Основы расчета электро.измерительных схем уравновешивания Изд-во АН Украинской ССР, I960) известно, что U 2 где . и 1.у( - радиусы окружностей уравновешивания, В момент квазиравновесия ,0 Приравняв выражения (4) и (5), получим: -() Полагая Iv будем иметь: (К-1) в то же время К можно выразить через соотношение витков во вторичной обмотке трансформатора питани я: V )) ). , W,9) ) Полагая И подставив (10) в (И), получим: Wa(D) Р w,(9) W2(10) Var ; W,( 9) « const j с учетом (11) p г rf n Таким образом, зная значения п можно определить значения активной составляющей измеряемого комплексного сопротивления: T,C) при смене образцового элемента Fj, на С получим значение реактивной составляющей комплексного сопротивления: 2), : Работа компенсационного моста переменного тока осуществляется следующим образом: напряжение небаланса Vgjj , снимаемое непосредств;енно с измерительной схемы, поступает через согласуквдее устройство 12 одновременно на вход амплитудного преобразователя 15 и на опорный вход фазочувствительного. выпрямителя 17 И через фазосдвигающее устройство на опорный вход фазочувствительного.выпрямителя 16, а напряжение питания Vg, через согласующее устройство 13 поступает на сигнальные входы фазочувствительных выпрямителей. Сигнал с выхода амплитудного преобразователя 15, равный по вели-чинеУсс e|Ypj| , поступает на первый вход схемы сравнения 18, а сигнал с выхода фазочувствительного выпрямителя 16 равный по величине ) , подается на второй ход схемы сравнения 18.и на первый ход схемы сравнения 19, на второй ход которой поступает сигнгш с выода фазочувствительного выпрямитея 17, равный по величине jj cos ц В случае недоуравновяшивания коменсационно-мостовой измерительной

схемы на выходе схемы сравнения 18 появляется отрицательный уровень на:пряженй.я, а в случае пёреуравновешивания положительный уровень напряжения. При-j-ft ходе схемы сравнения 19 появляется положительный уровень напряжения, а при О i tp «i и j3C появляется отрицательный уровень напряжения ,

Наличие положительного (отрицательного) уровня напряжения на выходе схемы-сравнения свидетельствует о направлении изменения образцового элемента, служащего для выбора предела измерения, который осуществляется блоком выбора П1 еделсэв.

Использование предлагаемого амплитудно-фазового способа раздельного уравновешивания компенсации онно-мостовой измерительной схемы обеспечивает по сравнению с существующими способами раздельного уравновешивания повышение точности измерения и расширение диапазона измерения , составляющих комплексного сопротивления.

Формула изобретения

Амплитудно-фазовый способ раздельного уравновеошвания компенсационномостовой измерительной схемы, основанный на установлении амплитуднофазовых сротношений между сигналами, снимаемыми с компенсационно-мостовой измерительной схеьы,причем один из сигналов сформирован п юпорционально амплитудному значению напряжения небаланса, а второй - пропорционально проекции вектора напряжения питания ветви, несодержащей и- меряемого комплексного сопротивления, на вышеупомянутый вектор небаланса, отлич,ающийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем уменьшения погрешности от шунтирования плеч моста и расширения диапазона измерения составляющих комплексного -сопротивления, формируют сигнал, пропорциональный проекции вектора напряжения питания ветви, несодержащей измеряемого комплексного сопротивления, на вышеуказанный вектор небаланса, сдвинутый на 1 , формируют четвертый сигнал, пропорциональный разности второго и третьего сигнала, формируют пятый сигнал, пропорциональный разности первого из вышеуказанных сигналов, пропорционального амплитудному значению напряжения небаланса, и третьего, при этом регулирующее воздействие, необходимое для выбора предела измерения по измеряемой составляющей комплексного сопротивления, формируют по знаку четвёртого сигнгша, а регулирующее воздействие, необходимое для уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной схемы по измеряемой составляющей комплексного сопротивления , формируют по знаку пятого сигнала.

I Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Ь У, Jz