Устройство для измерения реактивного сопротивления Советский патент 1980 года по МПК G01R27/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РЕАКТИВНОГО Изобретение относится к электрическим измерениям и может найти применение при автоматическом контроле и измерении реактивных сопротивлений на груженных цепей с сигналами сложной формы. Известно устройство для измерения реактивного сопротивления, содержащее датчик ЭДСХолла, помещенный в воздушный зазор дросселя, на сердечнике которог размешены две управляющие обмотки (i. По одной обмотке протекает ток, пропор циональный току нагрузки, а по другой - ток, пропорциональный напряжению нагрузки. Последовательно со второй обмоткой включено переменное реак тивное сопротивление. Индукция в воздушном зазоре дроссе ля определяется намагничивающими силами обеих обмоток. Изменяя величину nepovieHHoro реакТ1ШНОГО сопротивления, добиваются равенства нулю постоянной составляющей

СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗДС Холла. В этом случае величина переменнсячэ реактивного сопротивления пропорциональна измеряемому реактивному сопротивлению нагрузки. К недостаткам этого устройства относятся погрешности, вносимые преобразователем Холла {температурная погрешткость, напряжение неэквипотеникальности, нестабильность параметров во времени и т.д) и обмоткой дросселя, ток которой пропорционален напряжетшю нагрузки. Возможности устройства при работе с сигналами сложной формы ограничены. Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является устройство для измерения активной мощности, содержащее резистор, идентичные вычислительные блоки, выходы которых соединены с входами сумматора, регистрирующие блоки, которые подключены к выходам вычислительных блоков, два модульных анализатора спектра, входы которых соединены параллельно, один - к резистору, другой - к исследуемому участку

цепи, а их однопорядковые выходы соединены с одним из вычислительных блоков соответственно fsj.

Недостатком таких устройств является низкая точность измерения активной мощности, обусловленная нестабильностью напряжения вспомогательного генератора модульного анализатора спектра, неидентичностью характеристик квадраторов вычислительного блока и отклонением характеристик квадраторов от чисто.квадратичных. Устройство не позволяегг иа ерять реактивное сопротивление.

Целью изобретения является автоматизация процесса измерения и повыше1ше точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения реактивного сопротивления, содержащее два квадратурных анализатора спектра, параллельНо входам первого анализатора спектра Подключен резистор, а входы второго анализатора спектра соединены с зажшлами йля подключения исследуемого реактивного сопротивления, два блока вычисления и регистратор, введены два коммутатора и блок деления, причем выходы первого аналиэа;тора спектра соединены с одними из входов первого коммутатора и с входшли второго коммутатора, выходы которого соответственно соединены с входами одного из блоков вычисления, выходы второ анализатора спектра соединены с щ)угими входами второго коммутатора, выходы последнего соответственно соединены с входами другого блока вычисления, выходы одного и другого блоков вычисления соответственно соединены с входами блока деления, выход которого соерзхн&н с регистратором.

Кроме того один блок вычисления содержит два перемножителя, выходы которых соединены с входами сумматора, а другой блок вычисления содержит два перемножителя, выходы которых соединены с входами блока вычитания.

На чертеже Ьриведена функциональная электрическая схема устройства.

Устройство состоит из резистора 1, включенного последовательно с исследуемым реактивным сопротивлением 2, двух анализаторов 3 и 4 спектра, которые вьтолнены квадратурными, вьгаислитвльного блока 5, состоящего из сут,матора 6 с подключенными к нему перемножителями 7 и 8, и вычислительного блока 9, включающего в себя блок вычитания Ю и перемножители 11, 12, блока

деления 13, связа) с вычисллтельньтми блоками 5 и 9 регистратора 14, и двух коммутаторов 15 и 16 с блоком управления 17.

Входы каждого из перемтю жителе и 7 и 8 вычислительного блока 5 закорочены к поочередно подключаются через коммутатор 15 к однопорядковым выходам анализатора 3, а входы вычислительного блока 9, соответственно входам блока 5, через коммутатор 16 соединяются с разноименными выходами рассматриваемой гармоники обоих ана. лизаторов спектра 3 и 4. С помощью устройства реактивное сопротивление

к -ой гармоники х вычисляется, исО„

ходя из выражения

где Q

- реактивная мощность к-ой

гармоники;

1 - действующее значение тока к-ой гармоники. Исследует 1ые сигналы в процессе анализа дискретизируются с шагом . Х. ,

М

гдеТ - длительность исследуемого сигнала; N к + 1 - объем анализируемого

массива выборок.

Шаг дискретизации может изменяться в щироких пределах.

Каждый анализатор спектра 3 и 4 имеет N пар выходов. Результаты анализа с анализаторов выдаются в виде пар постоянных напряжений, характеризующих квадратурные составляющие членов разложения в ряд Фурье сигналов, приложенных к входам анализаторов 3 и 4 спектра.

С анализатора 3 спектра снимаются ква сратурные составляющие вектора

K«,-4m« u

с анализатора 4 спектра - составляющие вектора и -U соьЧ и М У. «.т кт UK.

начальные фазы напряжения и тока к-ой гармоники; г - активное сопротивление резистора 1.

Квадрат действующего значения f-ой гармоники то: а вычисляется в аналоговом виде в блоке вычисления 5 по формуле

, (

Реактивная мощность к-ой гармо.ники вычисляется в аналоговом виде в блоке вьтпслекня 9, исходя из соотиоиюиняI и 1 ,пЧ 2. ; и «svnW -rl . -и cosW -rl ,i,,f.| кот UK кт iK Km ик н-.., где . IK к Устройство работает следующим образом. С зажимов исследуемого реактивного сопротивления 2 и резистора 1 сигналы, пропорциональные напряжению и току нагрузки, подаются на входы анализаторов 4 и 3 спектра. С выхода анализатора 3 спектра снимаются два постоянных напряжения, соответствующие квадратурным составляющим гармоники тока, на которо производится измерение сопротивления. Далее эти напряжения возводятся в квадрат (перемножаются сами на себя) перемножителями 7 и 8. В сумматоре 6 выходные сигналы устройств перемножени складываются, образуя сигнал, пропорциональный квадрату действующего значеш тока гармоники. Затем этот сигнап поступает на вход блока деления 13. Одновременно результаты анализа обоих анализаторов в виде постоянных напряже ний, соответствующих разноименным сос тавляющим однопорядковых н 1пряжения и тока, попарно перемиожаются перемножителями 11 и 12. В блоке вычита ния 1О выходные сигналы перемножителей вычитаются, образуя сигнал, пропор циональный реактивной мощности соответствующей гармоники. Деление реактивной мощ1К сти к-сй гармоники на квадрат действующего зна чения ее тока осуществляется блоком деления 13, сигнал с которого, пропорциональный реактивному сопротивлению, может быть подан на регистратор 14 (осциллограф, цифровой вольтметр, цифро печатающее устройство) либо в сторойи вычислительные блоки. Поскольку сигналы на входе анализаторов 3 и 4 спектра запоминаются, мож но вычислить значение реактивных сопротивлений всех гармоник спектра разложения. С целью автоматизации процесса измерения в предлагаемое устройство введены два синхронно работающих коммутатора 15 к 16, управляемые блоком управления 17, которые обеспечивают одновременную подачу на блок деления 1 квадрата действующего значения тока и реактивной мощности к-ой гармоники. 73 46 Число выходнь х каналов анализатора спектра определяется требуемой точностью измерений. Период nepBofi гармоники разложе1шя определяется шагом дискретизации анализируемого сигнала. Установка шага дискретизашш производится исследователем, исходя из кон1фетных условий эксперимента. Калибровка и масштабирование предлагаемого устройства производятся путем последовательной подачи на входы анализаторов спектра постоянного напряжения и синусоидального сигнала от образцовых источников. Формула изобретен If я 1. Устройство для измерения реактивного сопротивления, содержащее два анализатора спектра, параллельно входам первого анализатора спектра подключен резистор, а входы второго анализатора спектра соединены с зажимами для подкяючения исследуемого реактивного сопротивления, два блока вычисления, регистратор, отличающееся тем, что, с целью автоматизации процесса измерения н повышения точности измерения, в него введены два коммутатора и блок деления, причем выходы первого анализатора спектра соединены с одними из входов первого коммутатора и с входами второго коммутатора, выходы кото рого соответствеьшо соединены с входами одного из блоков вычисления, выходы второго анализатора спектра соединены с другими входа 5И второгю коммутатора, выходы последнего соответственно соединены с входами другого блока вычисления, выходы одного и другого блоков вычисления соответственно соединены с входами блока деления, выход которого соединен с регистратором 2. Устройство по п. 1,отлича ю щ е е с я тем, что один блок вычисления содержит два перемкожителя, выходы которых соединены с входами сумматора, а другой блок вычисления содержит два перемножителя, выходы которых соединены с входами блока вычитания. Источники тгаформацик, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 13О576, кл. G 01 R 27/04, 1968.1. 2.Авторское спилетсльство СССР № 534698, кл. Сг О1 R 21/1О. 1975 (прототип);