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

. Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров комплексного сопротивления. Известен цифровой мост переменно го тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, первая вершина измерительной диагонали которой, примыкающая к измеряемому комплексному сопро тивлению, подсоединена к первьам входам первого и BTOpioro фазовременных преобразователей и второму входу чет вертого фазовременного преобразовате ,ля, первая вершина диагонали пита.ВИЯ, примыкающая к измеряемому комплексному Сопротивлению,подключена к первому входу третьего фазовременного преобразова1теля и третьим входам первого и четвертого фазовременных преобразователей,; вершина диагонали питания подсоединена ко второму входу первого фазовременного преобразователя, к третьим входам второго и третьего фазовременных пре образователей и к первому входу четвертого фазовременного преобразовате ля, первый и второй выходы первого фазовременного преебразователя подключены соответственно к первым входам первого и второго интегратора, вторые входы которых подсоединена к выходу второго фазовременного преобразователя, выходы первого и второго интеграторов подсоединены соотвественно к прямому и инверсному входам элемента Запрет, выход которого через блок уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления подключен ко входу первого блока индикации, выходы тре1;ьего и четвертого фазовременных преобразователей подсоединены соответственно к первому и второму входу третьего интегратора, выход которого через блок управновешивания по тангенсу угла потерь измеряемого комплексного сопротивления, подсоединен ко входу.второго блока индикации 1 . . Недостатком этого моста является низкая чувствительность уравновешивания по тангенсу угла потерь измеряемого комплексного сопротивления, обусловленная незначительными изменениями сигнгила, сформированного в тракте формирования регулирующих воздействий, от изменений уравновешивакицего параметра.

Кроме того, данный мост имеет невысокую точность,, обусловленную тем, что такая структура цифрового моста переменного тока не позволяет формировать сигналы, используемые для формирования регулирующих воздействий в обоих каналах уравновешивания.

Известен цифровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи,.первая вершина измерительной диагонали которой, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению,, подсоединена к nepauNi входам первого и третьего фазовременных преобразователей и второму входувторого фазовременного преобразователя, вторая, вершина измерительной диагонаЛй мостовой цепи подсоединена к третьему входу второго фазовременного преобразоватедя, первая вершина диагонали питания мостовой измерительной цепи, при1 1ыкающая к измеряемому коиллексному сопротивлению, подключена к Третьему входу первого фазовременного преобразователя .и первому входу .фазосдвигающей цепи, вторая вершина диагрнали питания подсоединена ко второму входу первогофазЬвременного преобразователя, первому входу второго фазовременного.преобразователя, третьему входу третьего фазовременного преобразователя и второму входу фаэосдвйгаюцей цепи, выход которой подключен кЬ второму тходу третьего фазовременного преобразователя, первый и второй выходы первого фазовременного преобразователя подсоединены, соответственно, к первым входам первого и второго интеграторов, в.ыход второго фазовременного преобразователя подключен ко вторьзм входам четырех интеграторов; первый и второй выводы третьего фазовременного преобразователя подсоединены, соотвественно, к первым входам третьего и четвертого интеграторов, выходы первого и второго интеграторов подсоединены, соответственно, к прямому и инверсному входам первого элемента Запрет выход которого через блок уравновешивания по реактивной сосзгайляющей измеряемого комплексного сопротивления подключен ко;входу первого блокаиндикации, выходы третьего и четвертого инчреграторов подсоединены, соответст венно, к прямому и. инверсному входсЧм второго элемента Запрет, выход Kdroporo через блок уравновешивания по активной составлякицей измеряемого комплексного сопротивленияс подключен кЪ входу второго блока индикации 2 .

Недостатком данного мрста является невысокая точность канала уравновешивания по активной составляющей измеряемого, комплексного сопротивления, обусловленная Наличием в этом канале дифференцирующей цепи, внося

748255

щей погрешности в процесс формирования регулирующих воздействий, вследствие чего точность опрецелония тангенса угла потерь измеряемого ко.-шлексного сопрот ивления по значениям измеренных активной и рактивной составляющих комплексного сопротивления будет заведомо низкой из-за невысокой точности измерения .активной составляющей измеряемого комплексного сопротивления.

Цель изобретения - повышение точности измерения параметров комплексного сопротивления.

Указанная цель достигается тем, что в известном цифровом мосте переменного тока, содержащем генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, первая вершина диагонали питания которой, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к первому входу перво.го фазовременного преобразователя, вторая вершина диагонали питания мостовой измерительной цепи подключена ко второму входу первого фазовременного преобразователя и первому входу второго, фазовременного преобразователя , первая вершина измерительной диагонали мостовой измертельной цепи, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к третьим входам первого и третьего фазовременных преобразователей и второмувходу второго фазовременного преобразователя, вторая вершина и.змерительной диагонали мостовой измерительной цепи подсоединена: к третьему входу второго фазовременного преобразователя, первый и второй выходы первого фазовременного преобразователя подключены к первым входам первого и второго интеграторов, соответственно, выход второго фазовременного преобразователя подсоединен ко вторым входам четырех интеграторов, первый и второй выходы третьего фазовременного преобразователя подключены к первым входам третьего и четвертого интеграторов, соответственно, выход первого интегратора подсоединен к прямому входу первого элемента Запрет, инверсный вход которого подключен к выходу второго интегратора, выходы третьего и четвертого интеграторов подсоединены соо,тветственно, к прямому и инверсному входам второго элемента Запрет, выход первого элемента Запрет через блЬк уравновешивания по реактивной составлякдцей измеряемого комплекного сопротивления подсоединен к первому блоку индикации, выход второго элемента Запрет через блок уравновешивания по тангенсу угла потерь измеряемого комплексного сопротивления подключен ко входу второго блока индикации, вторая вершина измеритель ной диагонали мостовой измерительной цепи подсоединена к первому входу третьего фазовременного преобразователя, первая вершина диагонали питания мостовой измерительной цепи подключена ко второму входу третьего фа зовременного преобразователя. Исключение дифференцирукнцей цепи из тракта уравновешивания по тангенсу угла потерь .позволяет повысить точность измерения тангенса угла потерь, а соответственно и активная со ставляющая измеряемого комплексного сопротивления, определяемая по результатам измерения реактивной составляющей и тангенса угла потерь, может быть вычислена с большей точностью.. На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 и 3 - топографические диаграммы процесса уравновешивания мостовой измерительной цепи по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления и по тангенсу угла потерь, соответственно; на фиг. 4-9 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства. Фиг. 4-6 поясняют работу канала уравновешивания по реактивной состав ляющей измеряемого комплексного сопротивления, причем на фиг. 4 изобра жен случай, когда угол Ч больше угло Ч и + 180, т.е. точка с на круговой диаграмме фиг. 2 находится в 1-о зоне. На фиг. 5 представлен случай, ког да угол Ф больше углов S- и 4 + 180 , т.е. точка С находится во 2-ой зоне (фиг. 2), а на фиг. 6 - случай, когд угол Ф больше угла Ч , но меньше угла Ч+ 180°, т.е. точка С находится в 3-ей зоне круговой диаграммы фиг. 2. Фиг. 7-9 показывают три положения точки с на круговой диаграмме фиг. 3 и поясняют работу канала уравновешивания по тангенсу угла потерь измеря емого комплексного сопротивления. На фиг. 7 изображен момент, когда угол ф больше углов V и У + 180 (точка С лежит в 1-ой зоне фиг. 3). На фиг. 8 представлен момент, ког да угол Ф меньше углов и V + (точка С во 2-ой зоне фиг. 3). А на фиг. 9 изображен случай, когда угол Ч больше угла V , но меньше угла V + + 180 (точка С в 3-ей зоне фиг. 3) . Устройство (фиг. 1) содержит мостовую измерительную цепь 1, у которой измеряемое комплексное сопротивление 2, 3 (С-1 , R-, ) , образцовый элемент 4, служащий для выбора пределов (Rj) , регулируемый sjjeMeHT 5, служащий для уравновешивания по реактивной составляющей ( регулируемый элемент б, служащий для уравновешивания по тангенсу угла потерь (R), образцовый нерегулируемый элемент 7 (С)), генератор 8 синусоидального напряжения, фазовременные преобразователи 9, 10, 11, интеграторы 12, 13, 14, 15, элементы 16, 17 Запрет, блок 18 уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплеКсного сопротивления, блок 19 уравновешивания по тангенсу угла потерь, блоки 20, 21 индикаций, при- чем генератор 8 синусоидального напряжения включен в диа:гональ питания аЬ мостовой измерительной цепи 1. Первая вершина диагонали питания Л мостовой измерительной цепи 1, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению 2, 3 подсоединена к rtepвому входу фазовременного преобразователя (ФВП) 9 и второму входу ФВП 11. Вторай вершина диагонали питания подключена ко второму входу ФВП 9 и пе рвому входу ФВП 10. Лервая вершина С измерительной диагонали ccL, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению 2, 3, подсоединена к третьим входам ФВП 9 и ФВП 11 и второму входу ФВП 10. Вторая ве(Хйина измерительной диагонали подсоединена к третьему входу ФВП 10 и первому входу ФВП 11. Первый и второй выходы ФВП 9 подключены к первым входам интеграторов 12, 13, соответственно. Выход ФВП 10 подсоединен ко вторым входам интеграторов 12, 13, 14, 15. Первый и второй выходы ФВП 11 подключены к первым входам интеграторов 14, 15, соответственно. Выходы интеграторов 12, 13 подсоединены соответственно к прямому,и инверсному входам элемента 16 Запрет, выход которого через блок 18 уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления подключен ко входу блока 20 индикации. Выходы Интеграторов 14, 15, подсоединены соответственно к прямому и инверсному входам элемента 17 Запрет, выход которого через блок 19 уравновешивания по тангенсу угла потерь подключен ко входу блока 21 индикации. На фиг. 2 и фиг. 3 показано напряжение Ьа питания мостовой измерительной цепи; напряжение dс небаланса мостовой.измерительной цепи; напряжение Ь с, снимаемое с плеча мостовой цепи, в которое включен образцовый элемент 4, служащий для выбора пределов (R2) напряжение bd, снимаемое с плеча мостовой измерительной цепи, в которое включен регулируемый элемент 5, уравновешивающий мостовую цепь по реактивной со.ставляющей (Rj), напряжение ad, снимаемое с плеча мостовой цепи, в которое включены, образцовый нерегулируемый элемент 7 (С) и регулируемый элемент 6 (R), угол Ч, образованный векторами напряжений Ьа и bd-, уголР, образованный векторами напряжений Ьс и dcj угол , обазованный векторами напряжений Ьа и ad; окружности rt ,f) уравновешивания остовой измерительной цепи в обобенных обозначениях.

Процесс уравновешивания мостовой змерительной цепи по реактивной сотавляющей измеряемого комплексного сопротивления осуществляют регулировкой переменного параметра элемента. 4 (R2). Мостовая цепь 1 (фиг. 1) нахоится в состоянии квазиравновесия по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления, если потенциальные точки с и d, соответствующие вершинам измерительной диагонали, расположены на одной окружности . Информацию, необходимую для коммутации параметра, уравновешивающего .мостовую цепь по реактивной составляющей, получают путем одновременного сравнения углов V и Ч + IBO с углом S. Это дает возможность точно определить, в какой из трех возможных зон (1-й, 2-й или 3-ей) круговой диаграммы (фиг. 2) находится точка С. Из анализа круговой диаграммы видно, что в случае, когда потенциальная точка с находитсч в 1-й зоие, угол больше углов Ч и Ч + 180 . Во 2-й зоне угол S меньше углов.Ч и Ч + . В 3-ей зоне угол больше угла S, но меньше угла Ч + 180°.

Уравновешивание мостовой измерйтельной цепи по тангенсу угла потерь будет достигнуто при расположении точек с и d на одной окружности с74. Для получения однозначной информации о местоположении точки С в одной из возможных зон (1, 2 или 3 фиг. 3) осуществляют одновременное сравнение углов V и ) + 180 с углом ф. Анализ круговой диаграгФ1Ы (фиг. 3) показывает, что в случае нахождений точки С в 1-й зоне, УГОЛ больше углов V и V + 180 .. Во 2-й зоне угол S меньше углов )и V+180.AB 3-ей зоне угол больше угла V, но меньше уг ла + 180.

Работа цифрового моста сводится к одновременному уравновешиванию мостовой цепи по тангенсу угла потерь и реактивной составлякжцей измеряемого комплексного сопротивления, осуществляемому двумя каналами уравновешивания..

Рассмотрим тракт формирования регулируюйих воздействий, состоящий из фазовременных преобразователей 10, i4 интеграторов 14, 15, элемента 17

Запрет, который совместно с блоком 19 уравновешивания, блоком 21 индикаций образует канал уравновешивания по тангенсу угла потерь измеряемого комплексного сопротивления.

Работа канала осуществляется следующим образом.

Напряжения и снимаемые непосредственно с мостовой цепи 1,

поступают на вход фазовременного преобразователя 10, а напряжения Uad и - на вход фазовременяого преобразователя 11 (фиг. 7-9, строка а) Фазовременные преобразователи 10, 11 вырабатывают импульсы одинаковой амплитуды (фиг. 7-9, строки b,c,d), длительность которых соответствует фазовым углам между напряжениями, поступающими на их входы. На первом и втором выходах фазовременного пре-образователя 11 вырабатывается два импульса, соответствующие углам V (фиг. 7-9,. строка с) и V + 180 (фиг. 7-9, строка d). На входе фазовременного преобразователя 10 вырабатывается один импульс, длительностью соответствующий фазовому углу Ч (фиг. 7-9, строка с). Импуль.сы с выходов фазовременных преобразователей 10, 11 поступают на входы интеграторов Д4, 15. Интегратор 14 сравнивает углы S и ) (фиг. 7-9, строка е), а интегратор 15 - углы V+ 180° (фиг. 7-9, строка f).

Полярность сигналов на выходах интеграторов 14, 15 зависит от соотношения величин фазовых углов и,

If и + 180. Сигналы на выходах интеграторов 14, 15 будут одинаковой полярности, если фазовый угол соответстве нно либо меньше фазовых углов ) и V +180 (фиг. 7, строки е/ f) , Либо больше фазовых углов N) и V-f 130° (фиг. 8, строки е, f) . Сиг- налы на выходах интеграторов 14, 15 будет равнополярными, если фазовый угол Р больше фазового угла 1) , но меньше фазового угла V + 18(7(фиг.9, строки е/f)

С выходов интеграторов .4, 15 сигналы подаются на входы элемента 17 Запрет, сигнал с выхода которого управляет работай блока 19 уравновешивания по тангенсу угла потерь из-, меряемого комплексного сопротивления Лишь в случае, когда с интеграторов 14, 15 на элемент 17 Запрет поступают разнополярные сигналы, на выходе элемента 17 Запрет будет наличие сигнала, например, положительной полярности.

Блокируя (сбрасывая) все изменения .регулируемого элемента 5, уравновешивагацего мостовую измерительную цепь по тангенусу угла потерь, приводящие к отсутствию сигнала на выходе элемента 17 Запрет и сбрасывая (блокируя) все изменения регулируемого элемента 5, приводящие к наличию бигнала на выходе элемента 17 Запрет производят уравновешивание мостовой измерительной цепи по тангенсу угла потерь измеряемого комплексного сопротивления.

Одновременно с уравновешиванием по тангенсу угла потерь происходит уравновешивание по реактивной составлякйцей. Канал уравновешивания в данном случае образуется трактом формирования регулирующих воздействий, содержащим фазовременные преобразователи 9, 10 интеграторы 12, 13 элементы 16 Запрет и блоком 18 уравнбвешивания по реактивной составляющей, блоком 20 индикации.

Работа этой части блок-схемы npioисходит аналогично работе канала уравновешивания по тангенсу-угла потерь. Отличие заключается в том, что фазовый угол сравнивается с фазовыми углами Ч и S + 180° (фиг. 4-6).

Использование предлагаемого цифрового моста переменного тока обеспечивает по сравнению с существующими мостами повышение точности измерения тангенса угла потерь измеряемого комплексного сопротивления, а следовательно, и активной составлякидей измеряемого комплексного сопротивления.

Формула изобретения

Цифровой мост переменного тока, содержащий генератор сйнусоиадального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, первая вершина диагонали питания которой, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к первому входу первого фазовременного преобразователя, вторая вершина диагонали питания мостовой измерительной цепи подключена ко второмувходу первого фазбвременного преобразователя и первому входу второго фазовременного преобразователя, пер.вая вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи, примыкгиощая к измеряемому комплексному со.противлению, подсоединена к третьим входам первого и третьего.фазовременных преобразователей и второму входу второго фазовременного преобразователя, вторая вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи подсоединена к третьему входу

второго фазовременного преобразователя, первый и второй выходы п эвого фазовременного преобразователя подключены к первым входам первого и второго интеграторов, соответственно, выход второго фазовременного преобразователя подсоединен ко вторым входам четырех интеграторов, первый и второй выходы третьего фазовременного преобразователя подключены к первым входам третьего и четвертого интеграторов, соответственно, выход первого интегратора подсоединен к прямому входу первого элемента Запрет, инверсный вход которого подключен к выходу второго интегратора, выходы третьего и четвертого интеграторов подсоединены соответственно к прямому и инверсному входам второго элемента Запрет, выход первого элемента Запрет через блок уравновешиваний по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления подсоединен к первому блоку индикации, выход второго элемента Запрет через блок уравновешивания по тангенсу угла потерь измеряемого комплексного сопротивления подключен ко входу второго блока индика1Ции, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения параметров комплексного сопротивления, вторая вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи подсоединена к первому входу третьего фазовременного преобразователя, первая вершина диагонали питания мостовой измерительной цепи, примыкающая к измерительному комплексному сопротивлению, подключена ко второму входу третьего фазовременного преобразователя .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 384072, кл. G 01 R 17/10, 1974.

2.Прокунцей А. Ф. и др. Цифровой мост переменного ток. Приборы и системы управления, 1977, 11.

Ч о Xt .

Ч «