Цифровой мост переменного тока Советский патент 1980 года по МПК G01R17/10 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для измерения параметров комплексного сопротивления. Известен цифровой мост переменного тока с раздельным уравновешкванием, содержащий мостовую схему, генератор синусоидального напряжения, согласующие устройства, разностную схему, фазосдвигаюплую цепь, формирователь импульсов, усилители-ограничители, схему Запрет, блок уравновешивания и цифровой индикатор, в котором для уравновешивания мостовой схемы по реактивной (активной) составляю щей измеряемого комплексного сопротивления используется напряжение питания мостовой схемы и напряжение небаланса 1 . Недостатком данного устройства является невозможность параллельного уравноЕётпивания по обеим составляющим измеряемого коютшекс ного сопротивления. Известен цифровой мост переменного тока, содержапдай генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, вершины измерительной диагонали которой через согласующие устройства подсоединеjai параллельно ко входам дифферешдаального усилителя и к первым входам фазовременных преобразователей соответственно, вторые входы которых параллельно подключены к выходу генератора синусоидального напряжения, а выходы фазовременных преобразователей подсоединены ко входам блока суммирования, выход которого параллельно соединен с одним из входов первого блока уравновешивания и с одним из управляемых входов ключа, и через блок временной задержки параллельно к одному из входов второго блока уравновешивания и ко второму управляющему входу ключа, информационный вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя, выход ключа подключен паралельно ко вторым входам блоков уравновешивания, выходы которых соединены со входами блоков индикации соответственно 2. Недостатком известного дафрового моста переменноро тока является низкая точность измерения составляющих измеряемого комплексного сопротивления, обусловленная необходимостью щукгаровать плечо ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление. Целью настоящего изобретегшя является повышение точности измерения. Указанная цель достигается тем, что в известный цифровой мост переменного тока, содержащий генератор С1шусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, одна из вершин измерительной диагонали, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подключена к одному из входов первого согласующего .устройства, выход которого подключен к одном из входов первого фазовременного преобразователя, вторая вершина измерительной диагонали соединена со вторым входом первого согласуюшего устройства и через второе согласующее: устройство с одним из входов второго фазовре менного преобразователя, второй вход которого соединен с выходом генераторасинусоидального напряжения, а выход второго фазовременного преобразователя подключен к одному из входов блока суммирования временных интервалов, вто рой вход которого соединен с выходом первого фазовременного преобразователя, а один из вы ходов блока суммирования временных интервалов подключен ко входу блока временной задержки, два блока уравнове1пивания соединены с соответствующими входами блоков индикации введены второй блок временной задержки, два блока формирования опорного напряжения, два фазочувствительных выпрямителя, два блока сравнения. Выход первого согласующего устройства соединен параллельно с первыми входами блоков сравнения, выход второго согласующего устройства соединен параллельно со вторым вхо дом первого фазовременного преобразователя и с информационными входами первого и второго фазочувствительных выпрямителей. Выход первого фазочувствительного выпрямителя подключен ко второму входу первого блока сравнения, выход второго фазочувствитепьного выпрямителя соединен со вторым входом второго блока сравнения, управляющий вход которого подключен ко второму выходу блока суммирования временных интервалов и через второй блок временной задержки с управляющим входом первого блока сравнения. Первый выход блока суммирования временных интервалов через первый блок формирования опорного напряжения соединен с опорным входом первого фазочувствительного выпрямителя, а выход первого блока временной задержки через второй блок формирования опорного напряжения подключен ко второму входу второго фазочувствительного выпрямителя. Выход первого блока сравнения соединен со входом первого блока уравновешивания, а выход второго блока сравнения соединен со входом второго блока уравновешивания. Принципиальное OTJpnHe предлагаемого циф рового моста переменного тока от известных заключается в том, что исключение шунтирования плеча ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, позволяет повысить точность измерения составляющих измеряемого комплексного сопротивления. На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 изобрэжена топографическая диаграмма процесса уравновещивания мостовой измерительной цепи; на фиг: 4 изображены временные диаграммы, служащие для пояснения работы предлагаемого устройства, где фиг. 4а соответствует состоянию недоуравновешивания (переуравновешивания) , а фиг. 46 - состоянию переуравновешивания (недоуравновешивания) мостовой измерительной цепи. Здесь: аЬ - напряжение питания мостовой измерительной цепи, cd - напряжение небаланса мостовой измерительной цепи, ad - падение напряжения на плече ветви, не содержащей измеряемое комплексное сопротивление, p,J(- окружности уравновешивания потенциальных точек с и d (вершин ветвей) моста, с - положение потенциальной точки вершины ветви моста, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, dodi-cJj.- возможные положения потенциальной точки d вершины ветви моста, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления. Фиг. 3 служит для пояснения принципа уравновещивания моста переме шого тока при использовании в качестве линии переключения окружности И , где и R - окружности уравновешивания, Ч - угол между векторами напряжений ad и аЬ, Ч - угол между векторами напряжений ad и аЬ. Известно , что в состоянии квазиравновесия по одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления, потенциальные точки с и d должны располагаться на одной окружности, например, с (фиг. 3). Этот момент можно определить по выполнению равенства: дел со( ,, Sin4 ( ЦУ (I) Если же потенциальная точка d моста будет находиться вне или внутри зоны, охватываемой окруж1гостью, то равенство (I) нарушается в ту или.иную сторону, причем знак . может

означать состояние переуравновешива шя (недоуравновенжвания), а - недоуравновенш вания (переуравновешивания).

Таким образом, знак левой части выражения (1) несет полную информадаю о положекин

потенциальной точки d моста относительно состояния квазиравновесия по одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления.

Известно также, что в состоянии квазиравно весия мостовой измерительной цепи по другой составляющей комплексного сопротивления, потенциальные точки с и d моста должны располагаться на одной окружности, например Х(Фиг. 2).

ad cd

- 0

: I 1

соеч ) Откуда следует, что знак левой части выраже1ШЯ (2) несет полную информацию о положении потенциальной точки d относительно состояния квазиравновесия по второй составляющей измеряемого комплексного сопротивления.

Изменяя в соответствии со знаками выражения (1) и (2) переменные параметры R4 и С4 , можно одновременно уравновесить мост по обеим составляющим измеряемого комплексного сопротивления.

Устройство (фиг. 1) содержит генератор 1 синусоидального напряжения , мостовую измерительную цепь 2, у которой 3 - образцовый элемент, служащий для выбора пределов (Rj), 4-образцовый злемент (Ra). однородный с образцовым элементом 3, 5, 6 - измеряемое комплексное сопротивление (Cj , RI), 7 - регулируемый элемент, служащий для уравновещивания по активной составляющей измеряемого комплексного сопротивления (R4). 8 - образцовый злемент, служащий для уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплек ного сопротивления, согласующие устройства 9,

10,фазовременные преобразователи 11, 12, блок 13 суммирования временных интервалов, блоки 14, 15 временной задержки, блоки 16, 17 формирования опорного напряжения, фазочувствитепьные выпрямители 18, 19, блоки сравнения 20, 21, блоки уравновешивания 22, 23, блоки индикации 24, 25.

Напряжение cd (фиг. 4 строка а) подается через согласующее устройство 10 на один из входов фазовременного преобразователя И и на один из входов блоков сравнения 20, 21.

Напряжение ad (фиг. 4 строка а) подается через согласующее устройство 10 одновременно на второй вход фазовременного преобразователя

11,на один из входов фазовременного преобразователя 12, а также на информационные входы фазочувствительных выпрямителей 18, 19, на второй вход фазовременного преобразователя 12 подается напряжение аЬ (фиг. 4 строка а). Сигналы с выходов фазовременкых преобразователей длительность которых поропоршгональна фазовым углам М и Ч (фиг. 4 строки в,с), подается одновременно на входы блока суммирования временных интервалов 13. С вь1хода блока 13 узкий импульс (фиг. 4 строка f), сформированный в момент окончания сигнала, щюпорционального фазовых углов Ч и (фиг. 4 строка е) и отсчитываемого от начала перехода через нуль напряжения cd, поступает на управляющий вход блока сравнения 21 и через блок 14 временной задержки задержанный на время 3t/2 на управляющий вход блока сравнения (фиг. 4 строка д). Сигнал со второго выхода блока 13 суммирования временных интервалов (фиг. 4 строка т), сформированный в момент окончания сигнала, пропорщюнального сумме фазовых углов Ч и Н и отсчитываемый от начала перехода через нуль напряжения ad (фиг. 4 строка ), поступает на вход блока 16 формирования опорного напряжения и через блок-15 временной задержки (фиг. 4 строка п) подается на вход блока 17 формирования опорного напряжения. Сигналы с выходов блоков формиров.ани опорных напряжений (фиг. 4 строки О, Р) одновременно и раздельно поступают на один из информационных входов фазочувствительных выпрямителей 18, 19. Сигналы с выходов блоков 20, 21 (фиг. 4 строки д, г), пропорциональные проекщшм adsin (Ч + () и ad -cos (VC+Ф) соответственно, подаются на один из входов сравнения 20, 21. Знаки сигналов, сформированных в блоках 20 ,21 (фиг. 4 строки s, t) несут однозначную информацию о недоуравновешивании и переуравнове1Ш1ван}{и по реактивной и активной составляющим измеряемого комплексного сопротивления.

Использование предлагаемого цифрового моста переменного тока позволяет повысить точность измерения составляющих измеряемого : комплексного сопротивле1шя.

Формула изобретения

Цифровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжений, включенный в диагональ шггания мостовой измерительной цепи, одна из вершин измерительной диагонали, примыкающая к измеряемому сопротивлению, подключена к одному из входов первого согласующего устройства выход которого подключен к одному из входов первого фазовременного преобразователя, вторая вершина измерительной диагонали соединена со вторым входом первого согласующего устройства и через второе согласующее устройство с одним из входов второго фазовременрого преобразователя, второй вход которого

соединен с выходом генератора синусоидального на1ч яженкя, а выход второго фазовременного преобразователя подключен к одному из входов блока суммирования временных интервалов, второй вход которого соединен с выходов первого фазовременного нреобразователя, а один из выходов блока суммирования временных интервалов подключен ко входу блока временной задержки, два блока уравновешивания соединены с соответствующими входами блоков индикации, . отличающийся тем, что, с целью повышения; точности излюрения, в него введены второй блок временной задержки, два блока формирования опорвого напряжения, два фазочувствительных вьгпрям1ггеля, два блока сравнения, причем выход первого согласующего устройства соединен параллельно с первыми входами блоков сравнения, выход второго согласующего устройства соединен траллельно со вторым входом перврго фазовременного преобразователя и с информаодонными входами первого и второго фазочувствительных выпрямителей, выход первого фазочувствительного выпрямителя подключен ко второму входу первого блока сравнения, выход второго фазочувствительного выпрямителя

соединен со вторым входом второго блока сравнения, управляющий вход которого подключен ко второму выходу блока суммирования временных интервалов и через второй блок временной задержки с управляюишм входом первого блока сравнения, первый выход блока су № 1ирования временных интервалов через первый блок формирования опорного напряжения соединен с опорным входом первого фазочувствительного выпрямителя, а выход первого блока временной задержки через второй блок формирования опорного напряжения подключен ко второму входу второго фазочувствительного выпрямителя, выход первого блока сравнения соединен со входом первого блока уравновешивания, а выход второго блока сравнения соединен со входом второго блока уравновешивания.

Источшпси информащш, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР N 491285 кл. G 01 R 17/10, 1973.

2.Авторское свидетельство СССР по заявк № 2337735/21, кл. G Ol R 17/10, 1976.

д