Устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления Советский патент 1980 года по МПК G01R17/10 

Изобретение ОТНОСИТСЯ к электроизмерительной технике. Известен цифровой мост переменног тока, содержащий измерительную цепь составленную из последовательно вклю ченных измеряемого комплексного сопровтиления и образцового элемента, место соединения которых подключено к общей шине, а свободные концы, оди из которых примыкает к измеряемому комплексному сопротивлению, а другой к образцовому элементу, соединены с первым и вторым зажимами генератора синусоидального напряжения соответственно, второй зажим которого через согласующее устройство подсоединен параллельно к входу амплитудного преобразователя и через усилительограничитель к инверсивным входам первого и второго элементов запрет при этом прямой вход первого элемент запрет подключен к выходу первого компаратора, а выход - к входу первого блока уравновешивания, информа ционный выход которого подключен к первому цифровому индикатору, а упр ляквдий вход - к управляющему входу первого формирователя опорных сигналов, выход которого подсоединен к од ному из входов первого компаратора, информационный вход - к третьему зажиму генератора синусоидального напряжения, выход второго формирователя опорных сигналов подключен к одно1лу из входов второго компаратора, другой вход которого соединен с другим входом первого компаратора и с выходом амплитудного преобразователя, а выход - с прямым входом второго элемента запрет, выход последнего подключен к входу второго блока урав-. новешивания, информационный выход которого подключен к второму цифровому индикатору, а управляющий вход к управляемому входу второго формирователя опорных сигналов, информационным входом подсоединенного к четвертому зажиму генератора синусоидального напряжения, пятый зажим которого соед:.инен с общей шннрй fl Недостатком данного устройства является низкая точность измерения составляющих комплексного сопротивления, обусловленная неиндентичностью каналов. Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения погрешности от неидентичности каналов Цель достигается тем, что в устройство для изменения составляющих

комплексного сопротивления, содержащее измерительную цепь, составленную из последовательно включенных измеряемого комплексного сопротивления и образцового элемента, место соединения; которых подключено к общей шине, а свободные концы, один из которых пригиыкает к измеряемому комплексному сопротивлению, а другой к образцовому элементу, соединены с первым и вторым зажимами генератора синусоидального напряжения соот.ветственно, второй зажим которого через согласующее устройство подсоединен к входу усилителя-ограничителя и через амплитудный преобразователь к одному из входов компаратора, выходом подключенного к одногду из входов первого блока уравновешивания, информационный выход которого подсоединен к входу первого цифрового индикатора, а управляЕОщий выход - к управляемому входу первого формирователя опорных сигналов, информационны вход которого подсоединен к третьему зажиму генератора синусоидального напряжения, второй блок уравновешивания , информационный выход которого соединен с вторым цифровым индикатором, а управляющий выход с управля.мыг-i входом второго форми1эователя опорных сигналов, информационным входам соед 1ненного с четвертым зажимом генератора синусоидального напряжения, пятый зажим которого соединен с общей шиной, введены два ключа, информационные входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго формирователей опорных сигналов, а выходы - к другому входу компаратора, причем упрааляемдй вход первого ключа подсоединен к прямому выходу усилителя-ограничителя, инверсивный выход которого подсоединен к управляемому входу второго ключа и к другому входу первого блока уравновешивания, при этом первый и второй вхо,ды второго блока уравновешивания подключены соответственно к выходу компаратора и к инверсивного выходу усилителя-ограничителя.

Введение двук ключей и новых связей позволяет уменьшить погрешность от неидентичности каналов формирования регулирующих воздействий. ,

На фиг. 1 представлена структурна схема устройства.

Устройство содержит измерительную цепь 1, составленную из измеряемого комплексного сопротивления 2 и образцового сопротивления 3, генератор синусоидального напряжения 4, согласующее устройство 5, амплитудный преобразователь 6, усилитель-ограничитель 7, регулируекие формирователи 8, 9 опорных сигналов, ключи 10, 11, компаратор 12, блоки уравновешивания 13, 14. 1тй бповые индикаторы 15, 16.

На фиг. 2 и 3 представлены круговые диаграммы, поясняющие принцип измерения составляющих комплексного сопротивления, причем на фиг. 2 показаны характерные состояния при уравновешивании по активной составляющей, 5 а на фиг. 3 - характерные состояния при уравновешивании по реактивнойсоставляющей, При выполнении круговых диагралм используются следующие обозначения:

и, U2- напряжения с управляемых формирователей, причем и ( |и,| D j ) синфазно с напряжением питания, а U2(tU2} О 5 ) сдвинуто 5по отношению к напряжению

питания на + 11/2; Ug - напряжение, снимаемое с

плеча измерительной цепи, смежного с измеряемымком0плексным сопротивлением,

являкяцееся хордой окружностей |Ь и JC ;

р, - окружности уравновешивания в обобщенных обозначениях.

Для приведенной на фиг. 1 трехэлементной измерительной цепи условие квазиравновесия по активной составляклдей комплексного сопротивления определяется равенством диаметров окружностей 1);. {фиг. 2). Из круговой диаграм1 В51 видно, что напряжение, снимаемое с плеча, смежного с плечом, содержащим измеряемое комплексное сопротивление, Ugc есть хорда той окружности у , которой принадлежит

5 потенциальная точка с , ее диаметр

Оуо .

.Тогда угол между хордой сГс и диаметром 13 jf с

ас

(1)

Cf агссоз

V

Используя для уравновешивания по активной составляющей измеряемого комплексного сопротивления напряжение и2 i являющееся касательной к окружности jfj, , ограничив ее условием I и известное в математике соотношение между диаметром и касательной окружности, проведенных из одной точки, а именно, что угол между ними равен /2, положение потенциальной точки С на круговой диаграмме можно представить следующим выражением;

90°-q)arcsin -т;-

(2)

U/J

где ЭО -с -угол между хордой и касательной к окружности у. При отсутствии состояния квазиравновесия Djfg Djy

Сформировав вектор напряжения, являющийся хордой окружности , а именно/UocW ac окружности Jfg чаходят угол между хордой касательной к окружности у ф а г с S i п - , где 20 напряжение, соответствующе состоянию недоуравновешивания по активной составляющей , оно может рассматриваться одновременно как исходное состояние перед началом уравновешивания. Анализируя выражения (2) и (3), можно заметить, что при выполнении равенства Djf 90 - ф Ц , (4) то является условием квазиравновес по активной составляющей комплексного сопротивления. Аналогичные соотношения можно получить для измерения по реактивной составляющей комплексного сопротивления (фиг. 3). По достижении квазиравновесия в таком случае выполняется равенствоВл- Ор, Из круговой диаграммы можно видеть, что напряжение, снимаемое с плеча измерительной цепи, смежного с изме ряемым комплексным сопротивлением, Uoic есть хорда окружности fSj, , диа метр которой Doj,. По аналогии с выражением (1) мож записать ° - ср arc cos - (5 Используя для уравновешивания по реактивной составляюгаей измеряемого комплексного сопротивления напряжение и , являющееся касательной к окружности с , и ограничив вели чину ее условием |Uf(- D fb можно записать положение потенциальной то ки с на круговой диаграмме следующим выражением: ф arc sin -тт При отсутствии состояния квазиравновесия Dftj..f DII . Для напряжения, являющегося хорд окружности , при условии jUcscI e|Uog|no аналогии с выражением (3) можно записать: 17 arc sin -- f(7) где 2 угол между хордой и касател ной окружности /Ьд ; U,Q- напряжение, соответствунвдее состоянию недоуравновешивания по реактивной составляю щей , оно может рассматриват ся одновременно как исходно состояние перед началом ура новешивания. Анализируя выражения (б) и (7 можно заметить, что при выполнении равенства D(bc. .. Cr-Z 8) что является условием кваэиравнове сия по реактивной составляющей комплексного сопротивления. Предлагаемое устройство, использующее при его реализации соотношения (4) и (8), позволяет одновременно измерить обе составляющие комплексного сопротивления и выполнить некоторые узлы общими для обоих каналов измерения,что повышает быстродействие и уменьшает погрешность от неидентичности каналов измерения по сравнению с известным устройством. Кроме того устранение коммутации элементов в измерительной цепи позволяет избежать возникновения переходных процессов и потерь времени, необходимого при ожидании их окончания до определенного значения. Изменяя с помощью соответствующего блока уравновешивания в каждом из каналов измерения составляющих комплексного сопротивления величины напряжений с соответствующих форячирователей напряжения, причем все изменения, приводящие к 90°-t -V О,(9) ср - 12 О блокируются (сбрасываются), а все изменения, приводящие к 90°- Ч - Ц о; Ц) - t i О(10) сбрасываются (блокируются), добиваются состояния квазиравновесия параллельно на обеим составлякодим измеряемого комплексного сопротивления. На фиг, 4 а и б приведены временные диаграмз«а, поясняющие работу предлагаемого устройства, где q соответствует состоянию недоуравновешивания (переуравновешивания), S состояние переуравновешивания (нелоураэновешивания измерительной схемы по обеим составляющим измеряемого комплексного сопротйаления, и приняты следующие обозначения; сигнал, уровень которого равен экстремальному значению и, . и - напряжения, соответствующие состоянию недоуравновешизания (переуравновешивания) по обеим составляющим комплексного сопротивления , j,U,,,- напряжения, соответствующие состоянию переуравновешивания (недоуравновешивания) по обеим составляющим комплексного сопротивления , K,JljE,p- точки пересечения уровня напряжения Uacm синусоидальными напряжениями ,10.124 соответственно.

Для точки kU,2ou acm° 2o W ., Данное выражение можно привести к виду

arc sin

(11)

и

2О

ЧТО соответствует выражению (З). Дл точки k, в этом случае выражение (4) принимает вид

90° - (f - (у О

лО

(12)

Для точки пU On Uacm lo г ное выражение можно привести к виду

(2 arc sin i (13)

О , что соответствует выражению (7. Дл

точки п в этом случае выражение (8) принимает вид

(f - 17 О(14

Для точек Кир уравнения (4) и .(8) преобразуются в неравенства вид

эо -ц -W 4 О,

Ср- гг . О, что соответствует выражениям (10).

Устройство работает следующим образом, .

Напряжение и ас г снимаемое с плечц 3 измерительной цепи 1, смежного и измеряемым комплексным сопротивлением 2, (фиг, 4 а и 5 , строка а) подается через согласующее устройство 5 параллельно на входы усилителя-ограничителя 7 с парафазными выходами и амплитудного преобразователя 6. Напряжения Uf и Lf2 формирователей 8 и 9 опорных сигналов (строка ск ) подаются на информационные входы ключей 10 и 11 соответственно, В момент поступления сигналов на управляющие входыключей соответствующих выходов усилителя-ограничителя с парафазными выходами (строки Ь и С) они открываются и информация с их выходов поступает на вход компаратора 12 (строки d и е ). .На другой вход компаратора поступает уровень напряжения U ас m сформированный на выходе амплитудного преобразователя б. Компаратор вырабатывает импульсы, длительность которых пропорциональна времени прохождения синусоиды напряжения с формирователей опорных сигналов, 8, 9 соответственно, прошедшего через каждый из ключей и превышакдаего уровень Uocni (строка f ), Эти импульсы поступают параллельно на входы блоков уравновещивания 13 и 14 На вторые входы блоков уравновешивания поступает сигнал с инверсивного выхода усилителя-ограничителя 7 (строка о). Отсутствие (наличие) импульса на выходе блока уравновешивания 13 (строка h ) свидетельствует о недоуравновешивании (переуравновешивании) по реактивной составлякяцей, а наличие (отсутствие) импульса нэ выходе блока уравновешивания 14 (строка б свидетельствует о недоуравновешивании (переуравновешиванин

по активной составляющей измеряемого комплексного сопротивления.

Изменение напряжений U и Ug производится соответствующей командой через блоки уравновешивания 13 и 14 соответственно. Результаты измерения высвечиваются на цифровых табло блоков индикации 15 и 16,

Данное устройство позволяет уменьшить погрешность от неидентичности каналов измерения при измерении составляющих комплексного сопротивления.

Формула изобретения

Устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления, содержащее измерительную цепь, составленную из последовательно включенных измеряемого комплексного сопротивления и образцового элемента, место соединения которых подключено к общей шине, а свободные концы, один из которых примыкает к измеряемому комплексному сопротивлению, а другой - к образцовому элементу, соединены с первым и вторым зажимами генератора синусоидального напряжения соответственно, второй зажим которого через согласующее устройство подсоединен к входу усилителя-ограничителя и через амплитудный преобразователь к одному из входов компаратора, выход которого подключен к одному из входов первого блока уравновешивания, информационный выход которого подсоединен к входу первого цифрового индикатора, а управлянядий выход - к управляемому входу первого формирователя опорных сигналов, информационный вход которого подсоединен к третьему зажиму генератора синусоидального напряжения, второй блок уравновешивания, информационный выход которого соединен с вторым цифровым индикатором, а управляющий выход с управляемым входом второго формирователя опорных сигналов, информационный вход которого соединен с четвертым зажимом генератора синусоидального напряжения, пятый зажим которого заземлен, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения путем уменьшения погрешности от неидентичности каналов, в него введены два ключа, информационные входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго формирователей опорных сигналов, а выходы - к другому входу компаратора, причем управляеьмй вход первого ключа подсоединен к прямому выходу усилителя-ограничителя, инверсивный выход которого подсоединен к управляемому входу второго ключа и к другому входу первого блока уравновешивания, первый и второй входы второго блока уравновешивания подключены соответственно к выходу компаратора и инверсному выходу усилителя-ограничителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка 2496698/21, кл. G 01 R 17/10, 17.06.77, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.

2 Vac