Способ автоматического выбора измеряемых параметров комплексного сопротивления в универсальных экстремальных мостах переменного тока Советский патент 1980 года по МПК G01R17/06 

54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫБОРА ИЗМЕРЯЕМЫХ

ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В УНИВЕРСАЛЬНЫХ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ МОСТАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к электроизмерительной технике и можзт быть пользовано в приборах для автоматического измерения параметров компле :сных сопротивлений. Известен способ автоматического выбора измеряемых параметров комплексного сопротивления, основанный на определении взаимного расположения вектора тока объекта измерения и вектора приложенного к нему напря жения.- В. основу способа положено определение фазы квадратурной соста ляющей тока с помощью фазочувствите ного детектора 1. Способ имеет относительно узкое применение, так как позволяет разграничить всего две области нахожде ния вектора тока на комплексной пло кости, соответствующие сопротивлениям емкостного и индуктивного характера. Известен также способ автоматического выбора измеряемых параМетров комплексного сопротивления в ун версальных мостах переменного тока, основанный на определении, в каксми из четырех секторов полуплоскости комплексного сопротивления лежит вектор тока объекта измерения при подаче на него напряжения рабочей частоты. При этом ток объекта измерения преобразуют в синфазное напряжение и вначале с помощью фазочувствительного детектора определяют, в каком из двух квадрантов полуплоскости расположен вектор тока объекта измерения, а затем после уравновешивания моста, сравнивая с помощью амплитудных детекторов модули напряжений на активной и реактивной образцовых мерах, определяют в каком из четырех секторов полуплоскости лежит этот вектор 2. Данный способ .является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату. Недостатком его является большая погрешность определения границы квадрантов,- которая вызвана паразитными фазовыми сдвигами сигнала в преобразователе ток-напряжение, неточностью установки необходимого фазового сдвига опорного напряжения фазочувствительногб детектора и нестабильностью его нуля. Суммарная погрешность, обусловленная этими факторами, может достигать 5-10° .и более. Кроме того, способ сложен в реа лизации, так как требуется введение в мостовую схему многих дополнительных узлов, окончательный результат выбора измеряемых параметров может быть получен лишь после уравновешивания моста, что заставляет усложнять и собственно мостовую цепь, расчитывая ее на возможность ур вновешивания в пределах двух секторов без изменения конфигурации. Цель предлагаемого изобретения повышение точности и упрощение выбора измеря«мьях параметров комплексного сопротивления. Поставлвйная цель достигается спо собом аяфоматического выбора измеряемьЕс па рамвтров комплексного сопротивлени я в универсальных экстремальных мостах переменного тока, основан ном на определении, в каком из четырех секторов полуплоскости комплексного содротифления лежит вектор тока объекта измерения при подаче на него напряжения рабочей частоты, и заключающимся в том, что первоначально су мируют ток объекта.измерения с перио дически инвертиругадимся по фазе моду ляционным током, квадратурные по отношению к напряжению на объекте измерения, и по знаку приращения ампли туды суммарного тока при инвертировании фазы модуляционного тока определяют, в каком из двух квадрантов полуплоскости расположен вектор тока объекта измерения, а затем суммируют ток объекта измерения с другим периодически инвертирующимся по фазе мод ляционным током, вектор которого перпендикулярен линии раздела двух секторов квадранта, выбранного ранее, и по знаку, приращения амплитуды cyjyiMapHoro тока при инвертировании фазы модуляционного тока определяют, в каком из двух секторов находится вектор тока объекта измерения. На фиг,1 изображена векторная ди-а грамма с двумя примерами расположения вектора тока объекта измерения, поясняющая сущность .предлагаемого способа на фиг. 2 изображена структурная схема экстремального моста, в котором реализован предлагаемый описываемый способ. Согласно предлагаемому способу,, на объект измерения подают напряжёние и , вектор которого на фиг. 1 направлен вдоль действительной оси ОА полуплоскости V/ . При этом через объект измерения протекает ток 1„, вектор которого может занимать в пол плоскости V любое положение в преде л ах, угла ,490° по отношению к вектору Ох« На фиг. 1 показаны два примера расположения вектора тока, обоз наченные соответственно 1 и f. Пер воначально с вектором тока суммирую модуляционный ток Д 1, вектор которого направлен вдоль линии, перпендикулярной линии ОА. При этом направление тока л 1 периодически изменяют на противоположное,т.е. инвертируют его фазу, и находят знак приращения модуля суммарного тока при инвертировании фазы модуляцирнного тока. Для перого примераlix iJ l K ir что свидетельствует о нахождении вектора ix в верхнем квадранте BOA полуплоскости У.Для второго примера ., что говорит о йахождении вектора 1 в нижнем квадранте АОЕ полуплоскости W . Нулевое приращение модуля суммарного тока при инвертировании фазы модуляционного тока свидетельствовало бы о расположении вектора тока I вдоль линии ОА, т.е. синф.азно с напряжением О J . После определения квадранта,, в котором расположен вектор тока 1 , с этим вектором суммируют другой модуляционнтлй токд12, лектор которого направлен перпендикулярно линии раздела секторов найденного квадранта: в первом случае перпендикулярно линии ОС, во втором - перпендикулярно линии ODj и повторяет описанную ранее последовательность действий, т.е. периодически инвертируют фазу вектора Aig и находят знак приращения суммарного вектора тока при этом инвертировании. Для .первого примера .,| , следрвательно, вектор 1 лежит выше линии ОС, т.е. в пределах 1 сектора (ВОС) полуплоскости W ,, для .второго примера |i - -iSkl2J . , следовательно, вектор 1 лежит выше линии OD, т.е. внутри сектора 1ГГ (AOD). приращение модуля соответствовало бы расположению вектора тока на линии раздела секторов. Экстремальный мост (фиг. 2), в котором реализован описываемый способ, содержит питающий генератор 1, трансформатор 2 со вторичными обмотками 3 и 4, объект 5 измерения, блок 6 уравновешивания, компаратор 7 токов, экстремум-де.тектор 8 с низким входным сопротивлением, блок 9 выбора измеряемых параметров,, двухпозиционный модулятор 10 состоящий из двух полуобмоток на трансформаторе 2 и двух поочередно отк1илвающихся ключей, переключатели 11, 12, 13и14 и модуляционные меры 15, 16, 17 и 18. Работает мост следующим образом. Первоначально переключатели 11, 12, 13, 14 все н&ходятсяв верхнем положении. При этом на компаратор 7 поступают ток объекта 5 измерения, протекающий под действием напряжения обмотки 3, и модуляционный ток, который протекает под действием

напряжения модулятора Ю через емкостную модуляционную меру 15, прд ключенную переключателями 11 и 13/ В связи с тем, что при поочередном открывании ключей модулятора его выходное напряжение периодически меняет фазу на противоположную, инвертируется по фазе и модуляционный ток. Благодаря реактивному характеру сопротивления меры 15 модуляционный ток сдвинут на 90 относительно напряжения на обмотках трансформатора 2, В компараторе 7 токи суммируются. Знак приращения модуля суммарного тока при инвертировании фазы выходного напряжения модулятора 10 анализируется экстремум-детектором 8. С выхода экстремум-детектора соответствующая команда через переключатель 17. поступает на блок выбора измеряемых параметров 9р посредством которого произволится преключение элементов измерительной цепи в блоке б уравновешивания, в соответствии с выбранным квадрантом полуплоскости W . Затем переключатель 11 переводится в нижнее положение, а переключатель 12 устанавливается в соответствии с ;результатом выбора квадранта. При этом периодически инвертирующееся по фазе напряжение модулятора 10 поступает на цепочку из параллельно соединенных модуляционных мер активного сопротивления 16 и емкости 17 или индуктивности 18. Параметры этих мер выбраны так, чтобы вектор модуляционного тока на выходе цепочки был перпендикулярен линии раздела секторов выбраного квадранта, т,в, чтобы фазовый угол этого вектора был 45° или 135° по отношению к напряжению на обмотках трансформатора- 2. Этот модуляционный ток вновь суммируется на компараторе 7 с током объекта 5 измерения, и знак приращения модуля cyi-iмарного тока анализируется экстремум-детектором 8. Соответствумдая команда с его выхода вновь постзгпает на блок 9, благодаря чему производится переключение элементов измерительной цепи в блоке б в соответствии с выбранньам сектором полуплоскости W . На этом выбор измеряемых параметров комплексного сопротивления заканчивается. Переключатели 13 и 14 устанавливаются в нижнее положение, вследствие чего модулятор 10. и модуляционные меры 15, 16, 17, 18 отключаются от схемы. Между плечевой обмЪткой 4 и :;омпаратором 7 включается блок б уравновешивакня а к вькоду экстрема/шного детектора Б подключается вход управления блока 6. Происходит .уравновешивание моста по выбранным параметрагл одним из известных способов, Поскольку для реализации предлаjpaeMoro способа нет необходимости применять фазочувствительное детектирование и преобразование тока в напряжение, точность выбора измеряемых

0 параметров сутдественно выше, чем

в известном (угловая погрешность определения границ секторов менее 1 ). Реалз зация способа проще, чем известного; она упрощается еще и тем, что

г используются многие элементы и уз.пьа собственно экстремального моста компаратор токов, экстремум-детектор, может быть использован и модулятор моста..

Формула изобретения

Способ автоматического выбора измеряемых параметров комплексного

сопротивления в универсальных экстремальных мостах переменного тока, основанный на определении, в каком из четырех секторов полуплоскости комплексного сопротивления лежит вектор тока объекта измерения при подаче на него напряжения рабочей части, отличающийся тем, что, с | целью повышения точности и упрощения выбора измеряемых параметров, первоначально суммируют ток объекта измерения с периодически инвертирующимся по фазе модуляционным током, квадратурным по отношению к напряжению на объекте измерения, и по знаку приращения амппитуды cyNiMapHoro тока при инвертироранни фазы гугодуляционного тока опре.целяют, в каком из двух квадрантов полуплоскости расположен вектор тока объекта измерения, а затем суммируют ток объекта измерения с другим периодически инвертируютимся по фазе модуляционным током, вектор которого перпендикулярен линии раздела двух секторов квадранта, выбранного ранее, и по , знаку приращения амплитуды суммарного

тока при инвертировании фазы модуляционного тока определяют, в каком из двух секторов находится вектор тОка объекта измерения.

Источники информапии,

принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельствоСССР № 226021, кл, G 01 R 27/02, 1967. 2, Авторское свидетельство СССР 227086, кл. G 01 R 17/02, 1969.