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

(54) КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения составляющих комплексного сопротивления с помощью мостов переменного тока. 5

Известно устройство, содержащее генератор, трансформатор питания, мостовую измерительную цепь, согласующее устройство, логические элементы, блок уравновеишвания и фор- tO мирователь импульсов, в котором сформировано регулирующее воздействие для раздельного уравновеишвания по измеряемой составляющей комплексного сопротивления при исполь- |5 зовании лишь напряжения питания и напряжения небаланса 1.

Данное устройство облалает существенными недостатком - узким диапазоном измерения составляющей 20 комплексного сопротивления, обусловленный тем, что в качестве уравновешивахяцего элемента используется образованный элемент, расположенный в ветви, содержащий измеряемое ком- 25 плексное сопротивление.

Известен компенсационный мост переменного тока, содержгиций генератор синусоидального напряжения, выход которого соединен с первичной 30

обмоткой трансформатора питания,мостовую измерительную схему, одна ветв1% которой составлена из последовательно соединенных комплексного сопротив-. ления и образцового элемента, однородного измеряемой составляющей комплексного сопротивления, а вторая в.етвь составлена из последовательно включенных образцовых элементов,одного однородного измеряемой составляющей комплексного сопротивления, а другого - однородного по характеру не измеряемой составлянхцей ксяхшлексного сопротивления, причем оба образцовых элемента, однородных измеряемой составл1шнаей комплексного сопротивления, включенные в смежные плечи :Ветвей мостовой измерительной цепи, образуют одну из вершиндиагоналей питания ветвей, содержащей и не содержащей измеряемое комплексное сопротивление, подключенной к началу нерегулируемой вторичнойобмотки и ко второму выходу второго согласующего устройства, вторая вершина диагот нали питания ветви, не содержащей.измеряемое комплексное сопротивление, подключена к концу указанной вторичной обмотки и к первому входу второго согласующего устройства, вторая вершина диагонали питания, содержаще измеряемое комплексное сопротивление подключена к концу вторичной регулируеЛ ой обмотки, начало которой соеди нено с концом нерегулируемой вторичной обмотки, вершина измеряемой диагонали, непримыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, сое динена с общей шиной,вершина измерительной диагонали, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению подключена через первое согласующее устройство параллельно к первому вхо ду формирователя импульсов и к первы входам обоих фазовременных преобразователей, выход второго согласующе|го устройства параллельно соединен со вторыми входами обоих фазовременных преобразователей и формирователя импульсов, выход которого подключен параллельно к запрешающему входу пер вого элемента Запрет и к прямому входу второго элемента Запрет, выходы первого и второго фазовременных преобразователей соединены с прямым и инверсным входами элементов Запре соответственно, выходы элементов За прет подключены ко входам элемента ИЛИ соответственно, выход которого через блок уравновешивания соединен со входом блока индикации 2. Недостатком данного цифрового моста переменного тока является низкое быстродействие, обусловленное последовательностью во времени опера цией выбора, предела и уравновешивания по измеряемой составляющей, а также невысокая точность измерения составляющей за счет достижения лишь состояния квазиравновесия. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что в известном компенсационном мосте переменного тока, содержащем генератор синусоидального напряжения выход которого соединен с первичной обмоткой параметрического трансформа тора, мостовую измерительную цепь, одна ветвь которой составлена из пос ледовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления и образцового элемента, однородного I одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления, а вторая ветвь составлена из последовательно включенных образцовых элементов, один из которых однороден одной составляющей измеряемого комплексного сопротивления, а второй - другой его составляющей, причем оба образцовых элемента, однородные одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления, расположенные в смежных плечах ветвей мостовой измерительной цепи, соединены между собой и образуют одну из вершин диагоналей питания ветвей, содержащей и не содержащей измеряемое -комплексное сопротивление,подключенную к началу Нерегулируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора и параллельно к первым входам второго и третьего согласующих устройств, вторая вершина диагонали питания ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, подключена к концу нерегулируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора, к концу коммутируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора, которая расположена на керне,повернутом на ±90° относительно керна, на котором расположена некоммутируемая вторичная обмотка, и ко второму входу второго согласующего устройства, выход которого подключен к первому входу фазочувствительного выпрямителя, вторая вершина диагонали питания ветви, не содержащей измеряемое комплексное сопротивление, подключена к началу коммутируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора и ко второму входу третьего согласующего устройства, вершина измерительной диагонали., примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, соединена с общей шиной, вторая вершина измерительной диагонали соединена через первое согласующее устройство со вторым входом фазочувствительного выпрямителя и через формирователь импульсов с управляющими входами обоих блоков сравнения, первый вход первого блока сравнения соединен с выходом фазочунствительного выпрямителя, а выход - с первым блоком уравновешивания, выход второго блока сравнения через второй блок уравновешивания -подключен ко входу блока ни- , дикации, введен амплитудный преобразователь, причем выход первого согласующего устройства подключен через амплитудный преобразователь к первому входу второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом третьего согласующего устройства, выход второго согласующего устройства подключен ко второму входу первого блока сравнения. На фиг. 1 изображена типографическая диаграмма процесса уравновешивания компенсационного моста пер менного тока; на фиг. 2 - схема моста переменного тока. На чертеже приняты следующие обозначения: (f - угол,тангенс которого несет информацию о соотношении активной и реактивной составляквдих измеряемого комплексного сопротивления; аЪ - напряжение питания ветви компенсационно-мостовой измерительной цепи, содержащей измеряемое комплексное сопротивление; af - напряжение питания ветви компенсационно-мостовой измерительной цепи, не со держащей измеряемого комплексного сопротивления; фазовый угол между векторами напряжения питания ветвей, содержащей и не содержащей измеряемое ком плексное сопротивление; исходные положения потенциальных точек c,d (верши компенсационно-мостовой измерительной цепи),соответствующие состоянию недоуравновешиванкя компенсационно-мостовой цепи по обеим составляющим измеря емого комплексного сопротивления ; положение потенциальньк точек с и d,соответствующее состоянию полного рав новесия компенсационно-мо товой измерительной цепи; апряжение небаланса компенсационно-мостовой измерительной цепи; прямая, по которой переме щается потенциальная точка d при уравновешивании компенсационно-мостовой измерительной цепи по tg (f (Q) ; dd , etc - окружности уравновешивания ветвей, содержащей и не содержащей измеряемое комплексное сопротивление Процесс уравновешивания компецса ционно-мостовой измерительной цепи по tg (5(Q) заключается в изменении напряжения питания ветвей,не содержащей измеряемого комплексного сопротивления, путем коммутации витко вторичной обмотки параметрического трансформатора, расположенной на керне, повернутом на ± 90°относительно керна, на котором расположен первичная и некоммутированная вторичная обмотка. Момент квазиравновесия компенсационно-мостовой измерительной цепи по tg d(Q) можно зафиксировать, добиваясь выполнения следующего равен ства: cd - af sin f О U) Блокируя (сбрасывая) все изменения регулируемого элемента, витки коммутируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора,при водящие к неравенству cd - afsin (2) и сбрасывая (блокируя), например, в изменения регулируемого элемента,ви ки коммутируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора,приводящие к неравенству cd-afsln 50 (3) Благодаря этому можно добиться квазиравновесия компенсационно-мостовой измерктельной цепи по tg d(Q). При сближенни точек с и d, т,е, при приближении к состоянию полного равновесия, повышается точность измерения tgrf(Cl) и момент выхода точки с на .пин1яо переключения db можно зафиксировать, добиваясь вьшо/ бния следующего равенства аЬ S in Ч - эЬ cos О Блокируя (сбрасывая), например, все изменения регулируемого .элемента (RS.), приводящие к неравенству зЬ sin Ч - аЬ cos if О (5) и сбрасывая (блокируя), например, все изменения регулируемого элемента 2 (R2.), приводящие к неравенству аЬ S in Р - аЬ 70 (б) можно добиться выхода точки с на линию переключения db. Кроме того, при достижении полного равновесия компенсационно-мостовой измерительной цепи можно произвести отсчет и по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления. Отсчет тангенса угла потерь измеряемого комплексного сопротивления можно получить следующим образом. tgd tg V (7) Соотношение (7) можно выразить через соотношение витков во вторичной, обмотке параметрического транс|форматораТаким образом, зная , можно оп.ределить значения tg (f (Q) . ; Устройство содержит компенсацион:но-мостовую измерительную цепь 1,образцовый элемент 2 (сопротивлением R2), служащий для выбора пределов измерения, активный элемент 3 (с сопротивлением R) и реактивный элемент 4 (с емкостью ) измеряемого комплексного сопротивления,конденсатор 5, резистор б, генератор синусоидального напряжения 7, трансформатор 8 питания, первичная об мотка 9 трансформатора питания с числом витков WQ, вторичная некоммутируемая, расположенная на одном керне с первичной обмоткой, обмотка 10 трансформатора питания с числом витков W ,дополнительная вторичная:коммутируемая обмотка 11 трансформатора питания, расположенная на керне, повернутом на i 90 относительно керha, на котором расположена первичная обмотка, с числом витков Wj,согласующие устройства 12,13 и 14, фазочувствительный.выпрямитель 15, формирователь 16 импульсов, амплитудный преобразователь 17, блоки 18 и 19 сравнения, блоки 20 и 21 уравновешивания блок 22 индикации.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение небаланса V. j , снимаемое непосредственно с диагонали измерительной цепи 1, через согласующее устройство 12 поступает одновременно на опорный вход фазочувствительного выпрямителя 15, на вход формирователя 16 импульсов и амплитудного преобразователя 17.Напряжение питания ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление через согласующее устройство 13 поступает на информационный вход фазочувствительного выпрямителя 15 и на один из входов блока 18 сравнения. А напряжение питания ветви, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления Удi, через согласующее устройство 14 поступает на один из входов блока 19 сравнения. Сигнал с выхода фазочувствительного выпрямителя 15, равный по .величине cos Ч .подается на второй вход блока 18 сравнения.С выхода формирователя 16 импульсов узкий импульс, сформированный в момент перехода напряжения U(-d через нуль подается на управляющие входы блоков 18 и 19 сравнения. Сигнал с выхода амплитудного преобразователя 17, равный Vcd , поступает на первый вход блока 19 сравнения.В зависимости от знака уровня напряжения на выходе блока 18 сравнения блок 20 . уравновешивания производит блокировку или сброс всех изменений образцового элемента 2 (R2) В зависимости от знака сигнала на выходе блока 19 сравнения блок 21 уравновешивания производит сброс или блокировку изменений регулируемого элемента 11, а блок 22 индикации высвечивает значения измеряемого параметра.

Использование предлагаемого компенсационного моста переменного тока позволяет увеличить быстродействие и точность измерения составляющих комплексного сопротивления АСТП,в которых об изменении технологических процессов судят по изменениям параметро комплексных сопротивлений. Введение амплитудного преобразователя и новых связей позволяет провести операцию выбора предела и уравновешивания по измеряемой составляющей одновременно, вследствие чего увеличивается быстродействие, а также точность измерения за счет достижения состояния полного равновесия. Формула изобретения

Компенсационный мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, выход которого соединен с первичной обмоткой параметрического трансформатора, мостовую измерительную цепь, одна ветвь которой составлена из последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления и образцового элемента, однородного одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления, а вторая ветвь составлена из последовательно включенных образцовых элементов, один из которых одной составляющей измеряемого комплексного сопротивления, а второй - другой его составляющей,причем оба образцовых элемента, однородные одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления, расположенные в смежных плечах ветвей мостовой измерительной цепи, соединены меду собой и образуют одну из вершин диагоналей питания ветвей, содержащей и не содержащей измеряемое комплексное -сопротивление, подключенную к началу нерегулируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора и параллельно к первым входам второго и третьего согласующих устройств, вторая вершина диагонали питания ветви, содержсодей измеряемое комплексное сопротивление, подключена к концу нерегулируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора, к концу коммутируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора, которая расположена на керне, повернутом на i: 90 относительно керна, на котором расположена некоммутируемая вторичная обмотка,и ко второму входу второго согласующего устройства, выход которого подключен к первому входу фазочувствительного выпрямителя, вторая вершина диагонали питания ветви, не содержащей измеряемое комплексное сопротивление , подключена к началу коммутируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора и ко второму входу третьего согласующего устройства, вершина измерительной диагонал примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, соединена с общей шиной, вторая вершина измерительной диагонали соединена через первое согласующее устройство со вторым входом фазочувствительного выпрямителя и через формирователь импульсов с управляющими входс1ми обоих блоков сравнения, первый вход первого блока сравнения соединен с выходом фазочувствительного выпрямител а выход - с первым блоком уравновешивания, выход второго блока сравнения через второй блок уравновеши|вания подключен ко входу блока индинации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введен амплитудный преобразователь, причем выход первого согласующего устройства подключен через амплитудный преобразователь к первому входу второго блока .сравнения, второй вход которого соеднен с выходом третьего согласующего, устройства, выход второго согласую

щего устройства подключен ко второму входу первого блока сравнения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2385167/21, 15.08.76