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

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров комплексного сопротивления.

Известен цифровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального 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 и ко второму входу третьего фазовременного преобразователя, вторая вершина диагонали питания мостовой измерительной цепи -подключена ко второму входу первого фазовременного прв образователя и первому входу второго фазовременного преобразователя, первая верюина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, 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 вхсду второго фазовременного преобразователя и к первому входу третьего фазовременного преобразователя, первый и второй выходы первого фазовременного преобразователя подключены к первым входам первого и второго интеграторов соответственно, вторые входы которых соединены свыходом второго фазовременного преобразователя, выход

10 первого и второго интеграторов подсоединен соответственно к прямому и инверсному входам первого элемента запрет, выход которого через блок уравновешивания по рег.ктивной со15ставляющей измеряемого комплексного сопротивления подсоединен ко входу первого блока индикации, выход третьего фазовременного преобразователя соединен с вторыми входами третьего

20 и четвертого интеграторов, выходы которых подсоединены соответственно к прямому и инверсному входам второго элемента запрет, выход которого через блок уравновешивания по танген25су угла потерь подключен ко входу второго блока индикации ll.

Недостатком данного цифрового моста является невысокая точность измерения составляющих комплексного со30противления, обусловленную тем, что

из аяти сигналов, участвующие: в формировании регулирующих воздействий в обоих каналах уравновешивания, используется только один общий сигнал. Цель изобретения - повышение точности измерения составляющей, пропор f вoнaльнoй тангенсу угла потерь комплексного сопротивления.

Указанная цель достигается тем, что в известном цифровом мосте переменного тока, содержсццем генератор синусоидального 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 и ко второму входу третьего фазоаременного 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 измерительной цепи, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, 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 и к первому входу третьего фазовременного преобразователя, первый и второй выходы первого фазовременного преобразователя подключены к первым входам первого и второго интеграторов, соответственно вторые входы которых соединены с выходом второго фазовременного преобразователя, а выходы интеграторов подсоединены соответственно к прямому и инверсному входам первого элемента зёшрет, выход которого через блок уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления подсоединен ко входу первого блока индикации, выход третьего фазовременного преобразователя соединен со вторыми входами третьего и четвертого интеграторов, выходы которых подключены соответственно к прямому и инверсному входамвторого элемента запрет, выход которого через блок уравновешивания по тангенсу угла потерь соединен со входом второго блока индикации, первый и второй выходы первого фазовременного преобразователя подсоединены соответственно к первым входам третьего и четвертого интеграторов.

Принципиальное отличие предлагаемого цифрового моста переменного тока от известных заключается в том, что использование двух сигналов из

четырех формирующихся в процессе уравновешивания моста в обоих каналах формирования регулирующих воздействий позволяет повысить.точность измерения составляющей, пропорцио аяьной тангенсу угла потерь, и упростить реализацию фазовременных преобразователей .

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 и фиг. 3 - топографические диаграммы процесса уравновешивания мостовой измерительной цепи по реактивной составлякяцей измеряемого комплексного сопротивления и по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь, соответственно; на фиг. 4-9 изображены временные диаграммы, поясняющие работу устройства. Фиг. 4-6 поясняют работу канала уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комилексного сопротивления, причем, на фиг. 4 изображен случай, когда угол 9 больше угла Ч и S +180, т.е. точка d на круговой диаграмме (фиг. 2) находится в 1-й зоне. На г. 5 представлен случай, когда угол меньше углов Ч и Ч +180°, т.е. точка d находится во 2-й зоне (фиг. 2) а на фиг. б случай, когда угол Ф больше угла Ч , но меньше угла Ч +180, т.е. точка d находится в 3-й зоне круговой диаграммы (фиг. 2). Фиг. 7-9 соответствуют трем положением точки d на круговой диаграмме (фиг. 3) и поясняют работу канала уравновешивания по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь измеряемого комплексного сопротивления. На фиг.7 изображен момент когда угол f больше углоЕ Ч и Ч +180 (точка d лежит в 1-й зоне фиг. 3). На фиг. 8 представлен момент, когда угол f меньше углов Ф и М +180 (точка d во 2-й зоне фиг. 3). А на фиг. 9 изображен случай, когда угол f больше угла Ч , но меньше угла Ф +180 (точка d в 3-ей зоне фиг. 3).

Устройство (фиг. 1) содержит мостовую измерительную цепь 1, у которой 2,3 - измеряемое комплексное сопротивление (C,R) 4 - образцовый элемент, служащий для выбора пределов (Rg) , 5 - регулируемый элемент, слу.хащий для уравновешивания ,по реактивной составляющей (R), б - регулируемый элемент, служащий для уравновешивания по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь (R), 7 - образцовый нерегулируемый элемент (С), генератор синусоидального напряжения 8, фазовременные преобразователи 9, 10, 11, интеграторы 12-15 элементы запрет 16 и 17, блок 18 уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления, блок 19 уравновешивания по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь, блоки 20 и 21 индикации. На фиг. 2 и 3 обозначено: Ьа - напряжение питания мостовой измерительной цепи, cd - напряжение небаланса мостово измерительной цепи, Ьс - напряжение, снимаемое с плеч мостовой цепи, в которой вкл чен образцовый элемент, служащий для выбора пределов 4 bd - напряжение, снимаемое с плеча мостовой цепи, в которое включен регулируемый элемент уравновешивающий мостовую цепь по реактивной составляющей 5 {R.J) , Ьа - напряжение, снимаемое с плеча мостовой цепи, в которое включен образцовый нерегулируемый элемент б (( ) , Ч - фазовый сдвиг напряжения be относительно вектора напряжения питания Ьа, - фазовый сдвиг напряжения cd относительно напряжения da, oL,f - окружности уравновешивания мостовой измерительной цепи в обобщенных обозначениях. Процесс уравновешивания мостовой измерительной цепи по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления осуществляют регулиров кой переменного параметра 4 (Rj). Мостовая цепь (фиг. 1) находится в состоянии квазиравновесия по реактив ной составляющей измеряемого комплек ного .сопротивления, если потейциальные точки С и d, соответствующие вер шинам измерительной диагонали, расположены на одной окружности /5 . Информацию , необходимую для коммутации параметра, уравновешивающего мостовую цепь по реактивной составляющей получают путем одновременного сравнения углов vf и чУ +180 с углом Ф . Это дает возможность точно определить , в какой из трех возможных зон (1-й, 2-й или 3-й) круговой диаграм мы (фиг. 2) находится точка d. Из анализа круговой диаграммы видно, что в случае, когда потенциальная точка d находится в 1-й зоне, угол больше углов 4 и Ц/ +180°. Во 2-й зоне угол Ф меньше углов Ф и S +18Сг В 3- и зоне угол М больше угла Ч , но меньше угла +180, Уравновешивание мостовой измерительной цепи по составляющей пропор циональной тангенсу угла потерь, до стигается при расположении точек С и d на одной окружности О . Для получения однозначной информации о ме тоположении точки d в одной из возможных зон 1, 2, 3 (фиг. 3i осущес вляют охшовременное сравнение углов Ч и V+180° с углом f. Анализ круговой диаграммы (фиг. 3) показывает что в случае нахождения точки d в Первой зоне угол f больше угла Ц и гла Ч +180°. Работа цифрового моста сводится к одновременному у вновешиванию мостовой цепи по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь, и реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления, осуществляемому двумя каналами уравновешивания. Тракт, состоящий из фазовременных преобразователей 9 и 11 интеграторов 14 и 15 элемента запрет 17 блока 19 уравновешивания, блока 21 индикации, является накалом уравновешивания по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь измеряемого комплексного сопротивления. Работа канала осуществляется следующим образом. Напряжения и,и U снимаемые непосредственно с мостовой цепи 1, поступают на вход фазовременного преобразователя 9, а напряжения Ucd на вход фазовременного преобразователя 11 (фиг. 4-6, строка а). Фаэовременные преобразователи 9 и 11 вырабатывают импульсы одинаковой амплитуды (фиг. 4-6, строки в, с, d) длительность которых соответствует фазовым углам между напряжениями, поступакнцими на их входы. На выходе фазовременного преобразователя 9 вырабатывается два импульса, соответствующие углам Ч (фиг. 4-6, строка В) и Ч+180 -(фиг. 4-6, строка С) . На выходе фазовременного преобразователя 11 вырабатывается один импульс длительностью, соответствующей фазовому углу f (фиг. 4-6/ строка d). Импульсы с выходов фазовременных преобразователей 9 и 11 поступают на входы интеграторов 14 и 15. Интегратор 14 сравниЬает углы к f (фиг.4, фиг. 5, фиг. 6, строка е),а интегратор 15 - углы V +180 и f (фиг, 4 -6, строка f). Полярность сигналов на выходах интеграторов 14 и 15 зависит от соотношения величин фазовых углов S и f, Ч/ +180° и f. Сигналы на выходах интеграторов 14 и 15 будут одинаковой полярности, если фазовый угол f соответственно либо меньше фазового угла Ч (фиг, 5, строки е, f), либо больше фазового угла Ч +18СР (фиг. 4, строки е, f). Сигналы на выходах интеграторов 14 и 15 будут разнополярными, если фазовый угол f больше фазового угла Ч , но меньше фазового угла Ч +180° (фир,6, строки е, f) . Выходы интеграторов 15 и 14 соединены со входами элемента запрет 17, выход которого управляет работой блока уравновешивания по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь измеряемого комплексного сорротивления 19. Лишь в случае, когда

интеграторов 14 и 15 на элемент запрет 17 поступают разнополярные сигналы, на выходе элемента запрет 17 будет наличие сигнала, например положительной полярности.

Блокируя (сбрасывая) все изменения параметра, уравновешивающего мостовую схему по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь, приводящие к отсутствию сигнала на выходе элемента запрет 17 и, сбрасывая (блокируя) все изменения,, приводящие к наличию сигнала на выходе элемента запрет 17, производят уравновешивание моста по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь измеряемого комплексного- сопротивления.

Одновременно с уравновешиванием по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь, происходит уравновешивание по реактивной составляющей.

Каналом уравновешивания в данном случае является тракт, содержащий фазовременные преобразователи 9 и 10. интеграторы 12 и 13, элемент запрет 16, блок 18 уравновешивания по реактивной составляющей, блок 20 индикации.

Работа этой части блок-схемы происходит аналогично работе канала уравновешивания по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь.

Отличие заключается в том, что фазовые углы Ч и +180° сравниваются с фазовым углом ф (фиг.7-9).

Использование предлагаемого цифрового моста переменного тока обеспечивает по сравнению с существующими мостами повышения точности измерения составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь измеряемого комплексного соп ротивления, а также упрощения реализации фазовременных преобразователей и каналов формирования регулирующих воздействий.

Формула изобретения

Цифровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной, цепи, первая вершина диагонали питания которой, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к первому входу первого фаэовремекного преобразователя, и ко второму входу третьего 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 из-,

верительной цепи, примыкающая к изме1ряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к третьим входам первого и третьего фазовременных преобразователей и второму входу второго фа5 зовремеиного преобразователя, вторая вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи подсоединена к третьему входу второго фазовременного преобразователя и к первому

0 входу третьего фазовременного преобразователя, первый и второй выходы первого фазовременного преобразователя подключены к первым входам первого и второго интеграторов соответст- венно, вторые входы которых соединены с выходом второго фазовременного преобразователя, а выходы интеграторов подсоединены соответственно к прямому и инверсному входам первого элемента запрет, выход которого

0 через блок уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления подсоединен ко входу первого блока индикации, выход третьего фазовременного преобразователя соединен со вторыми входами третьего и четвертого интеграторов, выходы которых подключены соответственно к прямому и инверсному входам второго элемента запрет, выход коQ торого через блок уравновешивания по тангенсу угла потерь соединен со входом второго блока индикации, о т личающийся тем, что, с целью повЕлиения точности измерения составляющих комплексного сопротивления, первый и второй выходы первого фазовременного преобразователя подсоединены соответственно к первым входам третьего и четвертого интеграторов .

Источники информации,

принятые.во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке 2596912/21, 26.12.78.

13

19

21

LP

IS