Цифровой мост переменного тока Советский патент 1981 года по МПК G01R17/10 

(54) ЦИФРОВОП МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров комплексного сопротивления. Известен цифровой мост переменного тока, содержащий генератор динусоидсшьного напряжения, включен ный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, вершины измерительной диагонали которой через согласующие устройства подсоединены параллельно ко входам дифференциаль ного усилителя и к первьви входам фазовременных преобразователей, соо ветственно, вто1ше входа которых параллельно подключены к выходу ге нератора синусоидального напряжения а выходы фазовременных преобразователей подсоединены ко вхЬдам суммирования, выход которого параллельно соединен с одним из входов первого блока уравновешивания и с одним из управляющих входов ключа и через блок временной задержки параллельно к одному из входов второго блока уравновешивания и ко второ му управляющему входу ключа, информационный вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя выход ключа подключен параллельно ко вторым входам блоков уравновешивания, выходы которых соединены со входами . блоков индикации, соответственно flj. Недостатком данного цифрового моста переменного тока является низкая точность измерения составляющих комплексного сопротивления, обусловленная необходимостью шунтировать плечо ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление. Известен цифровой мост переменного тока, содержгидий генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, одна из вершин измерительной диагонали, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подключена к одному из входов первого согласующего устройства, выход которого подключен параллельно к одному из входов первого фазовременного преобразователя, к первым входам первого и второго блоков сравнения,- вторая вершина измерительной диагонали соединена со вторым входом первого согласующего устройства и через второе согласующее устройство параллельно со вторым входом первого фазовременного преобразователя и первым входом второго фазовременного преобразователя, ин 6рмационными входами первого и второго фазочувствительных выпрямителей, выходы которых подключены ко вторым входам первого и второго блоков сравнения, соответственно, выходы которых через блоки уравновешивания соединены со входами первого и второго блоков индикации, соответственно, одна из вершин диагонали питания, примыкающая к плечам отношения, соединена с общей шиной, вторая вершина диагонали питания подключена ко второму входу второго фазовременного преобразователя, выходы первого и второго фазовременных преобразователей соединены со входами блока сум мирования временных интервалов, соответственно, один из выходов которо го паргшлельно подключен к входу блока временной задержки и через пер вый блок формирования опорного напря жения подключен к опорному входу пер вого фазочувствительного выпрямителя выход первого блока временной задерж ки через второй блок формирования опорного напряжения соединен с опорным входом второго фазочувствительного выпрямителя, второй выход блока суммирования временных интервалов параллельно соединен с управляющим входом второго блока сравнения и через первый блок временной задержки с управляющим входом первого блока сравнения, вторые входы обоих блоков сравнения подключены к выходам первого и в.торого фазочувствительных выпрямителей, соответственно 2}. Недостатком известного устройства является низкая точность измерения составляющих комплексного сопротивления, обусловленная необходимостью применения фазовращающего устройства или набора блоков задержек, что снижает точность измерения, ввиду зависимости точности от деЬиации частоты питающего напряжения. Цель изобретения - повышиние точности измерения составляющих измеряе мого комплексного сопротивления. Указанная цель достигается тем, что в известный цифровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, включенный в диагонгшь питания мостовой измерительной цепи, одна-из вершин измерительной диагонали, соединенная с измеряемым .комплексным сопротивлением, подключена через первое согласукядее устройство к одному из входов первого фазовременного преобразователя, выход которого соединен с первым входом управляемого блока разности, один из выходов KOTOpot-o подключен к первому входу первого блока сравнения, выход которого через первый блок уравновешивания подключен ко входу первого блока индикации, вторая вершина измерительной диагона ли мостовой измерительной цепи соединена с общей шиной, а одна из вершин диагонали питания, соединенная с плечами отношения, соединена со входом второго согласующего устройства и с первьм входом третьего согласуквдего . устройства, второй вход которого подключен ко второй вершине диагонали питания мостовой измерительной цепи, а выход подключен параллельно ко второму входу первого фазовременного преобразователя и к первому входу второго фазовременного преобразователя, второй вход которого соединен с выходом второго согласукяцего устройства, выход второго фазовре1енного преобразователя соединен со вторым входом управляемого блока разности, второй выход которого подключен к первому входу второго блока сравнения, выход которого через второй блок уравновешивания подключен ко второму блоку индикации, введены управляемый фазочувствительный выпрямитель, два фазовременных преобразователя, причем выход первого согласукяцего устройства подключен ко входу управляемого фазочувствительного выпрямителя, первый управляемый вход которого соединен с выходом второго фазовременного преобразователя, первый и второй выходы управляемого фазочувствительного выпрямителя соединены с первыми входами первого и второго вновь введенных фазовременных преобразователей, соответственно, вторые входы которых соединены между собой и подключены к выходу второго согласующего устройства, выходы вновь введенных фазовременных преобразователей подключены ко вторым входам первого и второго блоков сравнения, соответственно, управляющие входы первого и второго устройств сравнения подключены соответственно к первому и второму управляющим входам блока разности и к первому и второму управлякяцим выходам первого фазовременного преобразователя. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 и 3 - топографические диаграммы процесса уравновешивания мостовой измерительной цепи по активной (фиг.2) и реактивной (фиг.З) составляющим измеряемого комплексного сопротивления; на фиг. 4,5,6 и 7 - временные диаграммы, служащие для пояснения работы предлагаемого устройства. На фиг. 2 и 3 обозначено: аЬ - напряжение питания мостовой измерительной цепи; cd - напряжение небаланса мостовой измерительной цепи; ad - падение напряжения на плече, противоположном плечу, содержащему измеряемое комплексное сопротивление ; (i,r - окружности квазиравновесия ;потенциальных точек с и d вершин ветвей мостовой измерительной-цепи; с и d - положения потенциальных точек вершин ветвей моста, содержа щего и несодержащего измеряемое ком плексное сопротивление; 1,2,3 и 4 - зоны возможного мест нахождения потенциальной точки d; Q - фазовый сдвиг напряжения cd относительно напряжения аЬ; Ч - фазовый сдвиг напряжения ad относительно йапряжения а Процесс уравновешивания мостовой измерительной цепи по реактивной соста;вляющей измеряемого комплексно го сопротивления осуществляется регулировкой параметра 7 (С) , а по .а тивной - регулировкой парг1метра 8 (Кд). . Мостовая цепь находится в состоя нии квазиравновесия по реактивной составляющей измеряемого комплексно го сопротивления, если потенциальны точки СИ d расположены на одной ок ружности (Ь , а по активной, если потенциальные точки с и d расположены на одной окружности -Tf. Информацию, необходимую для коммутации параметров, уравновешивающих мостовую измерительную цепь по реактивной и активной составляющим, получают по знакам уравнений, превращаимцихся в неравенства при отсутствии квазиравновесия по измеряемой составляющей, приведенных в табл. и 2. Решение этих уравнений в соответствии с условиями, приведенными в табл. 1 и 2, позволяют точно определить, в какой из четырех зон круговой диаграммы находится потенциальная точка d относительно потенциальной точки с,взятой за начало коЬрдинат. Изменяя одновременно переменные параметры 7 и 8 в соответствии с со тоянием мостовой измерительной цепи т.е. блокируя (в 1-й и 4-й зонах) и сбрасывая (во 2-й и 3-й зонах) вс изменения переменного параметра 7 или 8, можно уравновесить мостовую цепь по обеим составляющим измеряемого комплексного сопротивления. Цифровой мост переменного тока содержит генератор 1 синусоидального напряжения, мостовую измерительную цепь 2, включающую образцовые нерегулируемые элементы Зи4 () измеряемое комплексное сопротивление 5 и 6 (С и R), регулируемый элемент 7, служгиций для уравновешивания по реактивной составляющей комплексного сопротивления (Сд), регулируемый элемент 8, служащий, для уравновешивания, по активной составля щей измеряемого комплексного сопротивления (RA), согласующие устройст .ва 9,10 и 11, фазовременные преобразователи 12 и 13, управляемый фазочувствительный выпрямитель 14, управляемый блок 15 разности, фазовременные преобразователи 16 и 17, блоки 18 и 19 сравнения, блоки 20 к 21 уравновешивания, блоки 22 и 23 индикации.. На фиг. 4, 5, 6 и 7 обозначено . фазовый угол arccos У- фазовый угол arcsfn . ad Работа устройства осуществляется следующим образом. Напряжение cd (фиг.4,5,6 и 7,а) подается через согласующее устройство 9 одновременно на вход управляемого фазочувствительного выпрямителя 14 и на один из входов фазовременного преобразователя 12. Напряжение ad (фиг.4,5,6 и 7,а) подается через согласующее устройство 10 одновременно на первый вход фазовременного преобразователя 13 и на вторые входа фазовременных преобразователей 16 и 17. Напряжение аЬ (фиг.4,5,6 и 7,а) через согласующее устройство 11 подается на вторые входы фазовременных преобразователей 12 и 13. Сигнал с информационного выхода фазовременного преобразователя 12 фиг.4,5,6 и 7,f) длительностью, пропорциональной фазовому углу Q,поступает на первый вход управляемого блока 15 разности. Сигнал с первого управляющего выхода фазовременного преобразователя 12 одновременно подается на управляемый вход управляемого блока 15 разности и на управляемый вход блока 18 сравнения. Сигнал со второго-управляющего выхода фазовременного преобразователя 12 поступает на второй управляющий вход управляемого блока 15 разности и на управляющий вход блока 19 сравнения. Сигнал с выхода фазовременного преобразователя 13 (фиг.4,5,6 и 7,d) длительностью, пропорциональной фазовому углу 2, подается одновременно на второй вход управляемого блока 15 разности и управляющий вход управляемого фазочувствительного выпрямителя 14. Сигналы с выходов блока 14 (фиг.4, 5,6 и 7,h), пропорциональные проекциям cd-sinM. и CCI.COS4 , соответственно, подаются на первые входы фаэовременных преобразователей 16 и 17.Сигнал с.одного из выходов блока 15 разности (фиг.6 и 7,д), пропорциональный (2Ч-0) или(2Ч-(1+ЗГ, подается на второй вход устройства 18 сравнения, на первый вход которого поступает сигнал с выхода блока 16, пропорциональный фазовому углу , cd-sin4/ (фиг.6 и 7, г). Сигнал jrcsin зо второго выхода блока 15 разности

(фиг.4 и 5,q), пропорциональньШ 24 - Q или 24 - Q + 23Г, поступает на второй вход устройства 19 сравиения, на первый вход которого поступает, сигнал с выхода блока 17, пропорциональный фазовому углу

arecos д (фиг.4 и 5,1). Наличие положительного (отрицательного.) уровней напряжения на выходе блоков 18 и 19 (фиг.4,5,б и 7,j) свидетельствует о направлении изменения образцового элемента 7, служащего для уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления или образцового . элемента 8, служащего для уравновешивания ло активной составляющей, которое осуществляется соответствующими блоками 20 и 21 уравновешивания Блоки 22 и 23 индикации высвечивают значения .составляющих измеряемого комплексного сопротивления.

Использование предлагаемого моста переменного тока позволяет за счет исключения набора блоков задержек повысить точность измерения составлякяцих комплексного сопротивления датчиков, используемых в АСУТП, в которых об изменении технологнческих процессов судят tio изменениям R, L, С параметров комплексных сопротивлений .- .. .

if ;

Ta(f/fi/ a Формула изобретения I Цифровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, включенный в диагона питания мостовой измерительной цепи одна из вершин измерительной диаго нали, соединенная с йзмеряекшзм комплексным сопротивлением, подключена через первое согласующее устройство к одному из входов первого фаэовременного преобразователя, выход которого соединен с первым входом управляемого блока разности, один иЗ выходов.которого подключен к первому входу первого блока сравнения, выход которого через первый блок уравновешивания подключен ко входу первого блока индикации, вторая вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи соединена с общей шиной, одна из вераиин диагонали, питания мостовой измерительной цепи, сое диненная с плечами отношения, соединена с входом второго согласующего устройства и с первым входом третьего согласующего устройства,.второй вход которого подключен ко второй вершине диагонали питания мостовой измерительной цепи, а выход подклю- чен параллельно ко второму входу первого фазовременного преобразователя и к первому входу второго фазовременного преобразователя, второй {вход которого соединен с выходом вто рого согласующего устройства, выход второго фазовременного преобразовате ля соединен со вторьм входом УПравляемого блока .разности, второй выход которого соединен- с первым входом второго блока сравнения, выход которого через второй блок уравновешивания подключен ко второму блоку индикации, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены управляемый фазочувствительный выпрями- . тель, два фазовременных преобразователя, причем выход первого согласующего устройства подключен ко вхоДУ управляемого фазочувствительного выпрямителя, управляемый вход которого соединен с выходом второго фазовременного преобразователя, первый и второй выходы управляемого фазочувствительного выпрямителя соединены с первыми.входами первого и второго вновь введенных фазовременных преобразователей соответственно, вто1«е входы которых соединены между собой и- подключены к выходу второго согласуимцего-устройства, выходы вновь введенных фазовременных преобразователей подключены ко вторым входгил первого и второго блоков сравнения соответственно, управляющие входы первого и второго;блоков.сравнения подключены соответственно к первому и второму управляющим входс1М блока разности и к первому и второму управляющим выходам первого фазовременного преобразователя. Источники информации , принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 600459, кл. G 01 R 17/10, 1978, 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2423316/21, КЛ. G 01 R 17/10, 1976. а v

f 1

К

I

аг.4 ч,

е f

3

Фиг. 5

at

Ktt.e