Компенсационный мост переменногоТОКА Советский патент 1981 года по МПК G01R17/10 

Изобретение относится к электроиз мерительной технике и может быть использовано для измерения параметров комплексного сопротивления. Иавестно устройство, содержащее генератор синусоидального напряжения, включенный в диагонешь питания мостовой измерительной цепи, вершина измерительной диагоналикоторой, при мыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, через первое согласующее устройство подсоединена ко входу фазосдвигакицего устройства и к первому входу разностной схемы, вторая вершина измерительной диагонали соединена с общей шиной, вершин диагонали питания, примыкающая к 1 змеряемому комплексному сопротивлению, соединена с первым входом второго согласующего устройства, второй вход которого подключен ко второй вершине диагонгши питания, выход фазосдвигающего устройства через усилитель-ограничитель подключен к о ному из входов элемента Запрет , выход которого через блок уравновешивания подсоединен ко входу инди7 катора, выход второго согласующего устройства подключай ко второму вхо,ду разностной схемы, выход которой через формирователь импульсов подсоединен ко второму входу элемента Запрет fl3 .Недостатком данного устройства является узкий диапазон измерения составляющей комплексного сопротивления, обусловленный тем, что в качестве уравновешивающего элемента используется образцовый элемент,расположенный в ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление. Известен компенсационный мост переменного тока, содержащий гене-, ратор синусоидального напряжения, выход которого подсоединен к первичт ной обмотке трансформатора питания, мостовую измерительну & цепь, одна ветвь которой составлена из последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления и образцового элемента, однородного измеряемой составляющей комплексного сопротивления, а вторая-из последовательно включенных образцовых элементов: одного, однородного измеряемой составляющей комплексного сопротивления, а другого, однородного по характеру неизмеряемой составляюЩей комплексного сопротивления, причем оба образцовых элемента, однородных измеряемой составляющей компг лексного сопротивления, включенные в смежные плечи ветвей мостовой измерительно й цепи, соединены между собой и подключены к началу нерегулируемой вторичной обмотки трацсформатора питания и к одному из входов согласующего устройства, второй конец ветви, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления, под ключен к концу указанной вторичной о мотки трансформатора питания и ко второму входу упомянутого согласующе го устройства, вершина измерительной диагонали мостовой измерительной .цепи, примыканадая к измеряемому комплексному сопротивлению, через второ согласующее устройство подсоединена к первым входам формирователя импуль сов, первого и второго фазовременных преобразователей, вторая вершина измерительной диагонали соединена с общей шиной, выход первого согласующего устройства подключен ко входам формирователя импульсов, первого и второго фазовременных преобра зователей, выход формирователя импульсов подсоединен к инверсному входу первого злемента Запрет и к прямому входу второго элемента Запрет , выходы первого и второго фазо временных преобразователей подсоединены соответственно к прямому входу первого элемента Запрет и к инверс ному входу второго элемента Запрет выходы первого и второго элементов Запрет подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ, выход которого через блок уравновешивания подсоединен ко входу бло ка индикации t2 J. Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения измеряемой составляющей комплекс ного сопротивления, обусловленная тем, что отсчет составлякадей производится в момент квазиравновесйя. А полного равновесия мостовой измерительной цепи с помощью известного устройства достичь можно лишь При дополнительном введении второго канала уравновешивания. Цель изобретения - повы1 ние точности измерения одной из составляющих комплексного сопротивления. Указанная цель достигается тем, что в известный компенсациониёзй мост переменного тока, соде жаедай четьфе согласукяцих устройства, генератор синусоидального напряжения, выход ко торого подсоединен к первичной об1«эт ке параметрического трансформатора, мостовую измерительную цепь, одна ветвь которой составлена из последовaTehbHo соединенных из юряемого комплексного сопротивления и образцового элемента, однородного ogotHOfi из составляющих измepяe 4oгo комплекс ного сопротивления, а вторая ветвь составлена из последовательно включенных образцовых элементов, один из которых однороден одной составляющей измеряемого комплексного сопротивления, а второй - другой его составляощей, причем оба образцовых элемента, однородные одной и той же составляющей измеряемого комплексного сопротивления, расположенные в разных ветвях мостовой измерительной цепи, соединены между собой и образуют одну из вершин диагоналей питания ветвей, которая подключена к началу первичной обмотки параметрического трансформатора, ко входу первого согласующего устройства, к первому входу второго согласующего устройства и ко второму входу четвертого согласукнцего устройства, вторая вершина . диагонали питания ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, подключена к концу первичной обмотки параметрического трансформатора и ко второму входу второго согласующего устройства, вторая вершина диагонали питания ветви, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления, подсоединена к началу вторичной конадутируемой обмотки параметрического трансформатора, расположенной на керне, повернутом на 90 относительно керна, на котором расположена первичная обмотка параметрического трансформатора,вершина измерительной-диагонали, примыкакицая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена ко входу третьего согласующего устройства и к первому входу четвертого согласукяцего устройства, вторая вершина измерительной диагонали соединена с общей шиной, выходы первого и второго согласующих устройств подсоединены соответственно к первому и второму входам первого фазовременного преобразователя, выход которого подсоединен к первому входу интегратора, выход четвертого согласующего устройства подключен ко второму входу второго фазовременного преобразователя,выход которого подсоединен ко второму входу интегратора, выход которого через второй блок уравновешивания подключен ко вхс1ду втррого блока индикации, выход первого блока уравновешивания подсоединен к первому входу первого блока индикации, введены блок управления инвертором и управляемый инвертор, причем выход третьего согласующего устройства подсоединен к первому входу блока управления инвертором и к ин4юрмационному входу управляемого инвертора, выход которого подключен к первому входу второго фазовременного преобразователя, выход четвертого согласующего .устройства подсоединен ко второму входу блока управления инвертором, выход которого подключен к управляемому входу управляемого инвертора и ко входу первог блока уравновешивания, выход второг блока уравновешивания подключен ко второму входу первого блока индикации, начало первичной обмотки парам )ического трансформатора подсоедине JC концу вторичной коммутируемой обм |ки параметрического трансформатора. I . , Принципиальное отличие пр едлагае мого компенсационного моста пере-; менного тока от известных заключается в том, что ние нов№с блоков и связей позволяет производить отсчет одной из состав-: ляющих измеряемого комплексного сопротивления при достижении состояни полного равновесия компенсационномостовой измерительной цепи без доп нительного введения второго канала .формирования регулирукицих воздействий, благодаря чему значи тельно пов шается точность измерения этой составляющей . На фиг. 1 представлена блок-схем предлагаемого устройства; на фиг.2, 3, 4 и 5 - топографические диarpai iMH процесса уравновешивания. мостовой измерительной цепи п активной составляквдей измеряемого комплекса сопротивления; на фиг.6, 7, 8 и 9 - временные диаграммы, поясняющие работу канала уравновешива ния по реактивной составляющей изме ряемого комплексного сопротивления. Устройство содержит мостовую измерительную цепь 1, включающую из йеряемре комплексное сопротивление 2 и 3 (R, С), образцовый элемент служащий для выбора пределов (R), образцовый коммутируемый элемент 5, служащий для уравновешивания мостовой измерительной цепи по реактив-. ной составляющей (R), образцовый элемент б (С),параметрический транс форматор 7, первичную обмотку 8 (W), вторичную коммутируемую обмот ку 9 {W,), расположенную, накерне, повернутом на ±90° относительно керна, на котором расположена первичная обмотка, генератор 10 синусо идсшьного на;пряжения, согласующие устройства 11, 12, 13 и 14, блок 15 управления инвертором, управляемый инвертор 16, фазовременные преобргзователи 17 и 18, интегратор 19, блоки 20 и 21 уравновешивания, блоки 22 и 23 индикации. На фиг. 2,3,4,5 обозначено: - потенциальные точки, ветствующие вершинам измерительной диагонали; аЬ - напряжение питания ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление; af --«апряжение питания ветви, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления; cd - напряжение небаланса компенсационно-мостозой измерительной цепи;, ad - напряжение, снимаемое с плеча компенсационно-мостовой измерительной цепи, содержащей регулируе- ; мый образцовый элемент 5 (R); са - напряжение, снимаемое с пле|ча компенсационно-мостовой измерительной цепи, содержащей.образцовый элемент , служащий для выбора пределов; V - фазовый сдвиг,. образованный векторами падения напряжения ad относительно напряжения питания аЬ) f - фазовый сдвиг, образованный векторами напряжения небаланса cd относительно напряжения питания аЬ; - фазовый сдвиг, образован.ный векторами инвертированного напряжения небаланса cd относительно падения напряжения са. Процесс уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи по реактивной (активной) составляющей измеряемого комплексного сопротивления осуществляют за счет изменения напряжения питания ветви, не содержащей измеряемое комплексное сопротивление, путем коммутации витков вторичной обмотки J, располо-, женной на керне, повернутом на ± 90 относительно керна, на котором распрложена первичная обмотка W . Компенсационно-мостовая измерительная цепь 1 (фиг.1) находится в состоянии квазиравновёсия по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления, если потенциальные точки с и d, соответствующие вершинам измерительной диагонали, расположены на одной окружности (Р с (фиг.2,3,4 и 5). Информацию, необходимую для коммутации параметра, уравновешивающего мостовую измерительную цепь по реактивной составляющей, получают путем сравнения угла V с углом f или L , , причем угол V сравнивается с углом f f если Ч 180Я, если же 180°, то угол V сравнивается с углом Ч- Это дает возможность точно определить, в какой из четырех зон круговой диаграммы (фиг.2) находится потенциальная точка с при распо;1ожении потенциальной точки d внутри оС . Из анализа круговой диаграммы видно, что в случае, когда потенциальная точка с находится в 1-й зоне, угол 180 и . во 2-й зоне угол Ч 180 н / Ч (фиг.З) .В 3-ей зоне угол Р 180 и V Ч, в 4-й зоне угол V 180и V t (фиг.4). Когда потенциальная точка d находится вне зоны окружности (фиг.З), зон возможного местоположения точки становится три: 1-я, 2-я и 4-я. Соотношения углов V, if ч, в этих зонах сохраняются. 7 Регулировкой переменного парамет ра 5 (R) добиваются момента полно равновесие компенсационно-мостовой измерительной цепи. Этот процесс н топографической диаграмме (фиг.З и 4) представляет собой перемедение точки с по окружности Т(Я (А-с|) до пересечения с линией вектора аЗ. В случае, когда потенциальнаяточка лежит на линии вектора ad, выполня ется равенство 4 . Если потенциальная точка с расположена в ше линии векто1 а ad, угол f 18 Прич расположении потенциальной точ ки с ниже линии вектора ad угол . . . Отсчет составляющих измеряемого комплексного сопротивления произво дят в момент полного равновесия ко пенсационно-мостовой измерительной .цепи. Отсчет реактивной составляющей. измеряемого комплексного сопротивл ния можно получить следующим образ Известно, что в момент полного равновесия компенсационно-мостовой измерительной цепи радиусы окружно тей уравновешивания потенциальных .точек с и d равны в свою очередь УдЬл etc 2Го о 01 pLej Td 2(d.a+pai) Приравняв выражения (2). и (3), пол чают . Vab- dlcCct() ч Выразив отношение через соот VcHc ношения витков, имеют Wi otc() . С- «о. а или при pjjjj о -Г - JL Иг- - ТГГ С с- н -С Из выражения (6) определяют значе «1 Отсчет активной составляющей и ряемого комплексного сопротивлени также можно получить в момент пол го равновесия. При этом Tc-- м; WAg -Vcifi- t-d ( g) Выразив и Vjjc через Щ и W,,, лучаем rrtfuaoiui ft -Ж й-dLc . c-Wi-i: Тогда R - Wi Rg .. R - W,,-( ± Работа компенсационного моста переменного тока сводится к устанон.лению состояния полного равновесия ; компенсационно-мостовой изме/ритель.ной цепи, которое достигается двумя каналами уравновешивания. Общим для обоих каналов формирования регулирующих воздействий является тракт, состоящий из согласующих устройств 13 и 14 блока 15 управления инвертором.. . Тракт, состоящий из блока 15 управления инвертором, управляемого инвертора 16, фазовременных преобразователей 17 и 18, интегратора 19 и блока 21 уравновешивания, является каналом уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления. Работа канала осуществляется сле.дующим образом. На первый вход фазовременного преобразователя (ФВП) 17 через согласующее устройство (СУ) 1Г подается напряжение идд, а на второй вход ФВП 17 поступает напряжение Ugi, через СУ 12. На второй вход ФВП 18 через СУ 14 поступает напря хение и,д , а на первый вход ФВП 18 подается напряжение Ucd с СУ 13 через управляемый инвертор (УИ) 16. УИ 16 управляется сигналами с блока управления инвертором (БУ) 15, который осуществляет сравнение фазового угла с углом, равным 180Р . В том слу- , чае, когда угол Ч 180, ерез УИ 1,6 проходит сигнал Ucd- Если же угол Ч 180°, то УИ 16 инвертирует , и на первый вход ФВП 18 подается напряжение Udc Фозовременные преобразователи 17 и 18 вырабатывают импульсы одинаковой амплитуды (фиг. 6,7,8 и 9; строки d и с).длительность которых соответствует фазовым сдвигам между напряжениями, поступающими на их входы. На выходе ФВП 17 вырабатывается импульс длительностью, соответствующей фазовому углу V (фиг, 6,7,8 и 9; строка е). На выходе ФВП 18 вырабатывается импульс, соответствующий по длительности либо углу еслй Л# 180°), либо углу ч, (если f 180°) (фиг.6, 7,8 и 9; строка d). Импульсы с ВЕЛХОДОВ ФВП 17 и ФВП 18 поступают на вход интегратора 19, который сравнивает углы V и,V (если (f i. 180°, tjTo соответствует расположению потенциальной точки с в 1-й или 3-й зоне круговой диаграммы фиг.З и фиг.4), или углы V и V (если Ч 180°, т.е. потенциальная точка с находится во 2-й или 4-й зо нах круговой диаграммы фиг. 3 и 4) Полярность сигнала на выходе интегратора 19 зависит от соотношения фазовых углов V и 1 или V и t. . Сигнал на выходе интегратора 19 будет положительной полярности, если V.у или V, (фиг. 7 и 8;строка f) и отрицательной полярности, если V tf или V I (фиг.6 и 9; строка f Сигнал с выхода интегратора 19 уп равляет работой блока 21 уравнове шивания. Блокируя (сбрасывая) все изменен регулируемого элемента коммутируемо обмотки 9 Wyj (фиг.1), уравновешива щего компенсационно-мостовую измерительную цепь по реактивной (актив ной ) составлякяце9}, приводящие к .отрицательной полярности сигнала на выходе интегратора 19, и,сбрасывая (блокируя) все изменения,приводящие к положительной полярности сигнал а на выходе интегратора 19, производя уравновешивание по реактивной (активной) составляющей измеряемого комплексного сопротивления. Одновременно с уравновешиванием по реактивной (активной) составляю щей происходит уравновешивание по активной (реактивной) составляющей измеряемого комплексного сопротивления,. Каналом уравновешивания по активной (реактивной) составляющей является тракт, содержащий согласующие устройства 13 и 14, блок 15 управления инвертором, блок 20 урав новешивания. Работа зтой части блок-схемы сводится к выведению точек с и d (фиг.2) на одну прямую ad. В этом случае выполняется равенство tf 180 Если точка с расположена выше ли нии ad, равенства (12) и (13) пре ращаются в неравенства f О, Ч 180 В случае расположения точки с ниже ЛИВИИ ad равенства (12) и (13 перейдут в неравенства , . В момент полного равновесия компенсационно-мостовой измерительной цепи производят отсчет по реактивно и активной составляющим измеряемого комплексного сопротивления. Использование предлагаемого компенсационного моста переменного тока обеспечивает по сравнению с существующими компенсационными мостами более высокую точность измерения составляющих измеряемого комплексного сопротивления. Формула изобретения Компенсационный мост переменного тока, содержащий четыре согласующих устройства, генератор синусоидального напряжения, выход которого подсоединен к первичной обмотке параметрического трансформатора, мостовую измерительную цепь, одна ветвь которой составлена из последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления и образцового элемента, одно1)дного 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, оба образцовых элемента, однородные одной и той же составляющей измеряемого комплексного сопротивления, расположенные в разных ветвях мостовой измерительной цепи, соединены между собой и образуют одну из вершин диагоналей питания ветвей, которая подключена к началу первичной обмотки параметрического трансформатора, ко входу первого согласующего устройства, к первому входу второго согласующего устройства и ко второму входу четвертого согласующего устройства, вторая вершина диагонали питания вет- . ви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, подключена к концу первичной обмотки параметрического трансформатора и ко .второму входу -второго согласующего устройства, вторая вершина диагонали питания . ветви, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления, подсоединена к началу вторичной коммутируемой обм|отки параметрического трансформатора, расположенной на керне, повернутом на ± 90 относительно керна, на котором расположена первичная обмотка парамет)рического трансформатора, вершина измерительной диагонали, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена ко входутретьего согласующего устройства и к первому входу четвертого согласующего устройства, вторая вершина измерительной иагонс1ли соединена с общей шиной, выходы первого и второго согласующих устройств подсоединены соответствен-, но к первому и второму входам первого фазовременного преобразователя выход которого подсоединен к первому входу интегратора, выход четвертого согласующего уст юйства подключен ко второму входу второго фазовременного преобразователя, выход которого подсоединен ко второму входу интегратора, выход которого через второй блок уравновешивания подключен ко входу второго блока индикации, выход первого блока уравновешивания подсоединен к первенцу входу первого блока ин дикации, о т л и ч а ю ц и и с-я тем, что, с целью пов лоения точности измерения одной из составлякэдих комплексного сопротивления, в riero введены блок управления инвертором и управляемый инвертор, причем выход третьего согласующего устройства под соединен к первому входу блока управления инвертором и к информационному входу управляемого инвертора,

.2 выход которого подключен к первому входу второго фазовременного преобразователя, выход четвертого согласукнцего устройства подсоединен ко второму входу блока управления инвертором, выход которого подключен к управляемому входу управляемого инвертора и ко входу первого блока уравновешивания, выход второго блока уравновешивания подключен ко второму входу первого блока индикации, начало первичной обмотки паргьметрического трансформатора соединено с концом вторичной коммутируемой обмотки параметрического трансформатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 391285, кл. G 01 R 17/10, 16.01.73. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2385167/18-21, 15.08.76.

mm

.5

|l| i

Oj/