Автоматический мост переменного тока Советский патент 1981 года по МПК G01R17/12 

(54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

I

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к прибсфам для измере кия параметров комплексного сопротивления.

Известны автоматические мосты переменного тока, в которых для выработки сигнала управления тспользуются квадратурные детекторы . Одним из существенных Недосгагков автоматических мостов с квадратурными детекторами является чувствительность системы уравновешива ния к фазовым набегам в усилителе сигнала неравновесия. Так как усилитель сигнала неравновесия обычно желают избирательным, фазовые набеги--в нем значительны и очень нестабильны. Наличие фазовых набегов в усилителе сигнала неравновесия тфиводит к появлению взаимосвязи контуров уравновешивания, вследствие чего удлиняется время уравновешивания.

Способ раздельного уравновешивания мостов с квадратурными детекторами позволяет исключить влияние фазовых набегов; в усилителе сигнала неравновесия. Извест

ный автоматический мост переменного тока, реализующий этот способ, содержит трансформатор напряжения с первичной и двумя регулируемыми вторичными обмотками, усилитель сигнала н авновесня, к выходу которого подключены два квадратурных детектора, потенциальный и токовый режим для подключения объекта измере иг, а также образцовое сопротивление, включенные между вторичными обмотками

10 трансформатора напряжения и входом усилителя сигнала неравновесия, блок управления, подключенный к выходам . ных детекторов, а также к регулируемым втори шым обмоткам трансформатора нап15ряжения, модулятор, включенный между . дополнительным отводом вторичной обмотки трансформатора напряжения, соединенной с образцовым сопротивлением и входом усилителя сигнала неравновесия и соединенный с блоком усфавления 2.

Недосгагком этого устройства-прото|типа является низкое быстродействие, связанное с большой длительностью операции подстройки фаз. Целью изобретения является 1Ма1шение быстродействия известного автоматического моста переменного тока. .., Поставленная цель достигается тем, что автоматический мост переменного тока, содержащий генерптср, трансформатор напряжения с первичной и двумя регулируемыми вторичными обмотками, усилитель сигнала неравновесия, к выходу котсрого подключены два квадратурных детектора, потенциальньй и токовый зажимы для подключения объекта измерения, а также образцовое сопротивление, включенные между вторичными обмотками трансформатора напряжения и входом усилителя сигнала неравновесия, блок управления, подключенный к выходам квадратурных детекторов и к регулируемым вторичным об- моткам трансформатора напряжения, модулятор, включенный глежду дополнительным отводом вторичной обмотки трансфс мато- ра напряжения, соединенней с образцовым сопротивлением и входом усилителя сигнала неравновесия, и соединенный с блокок управления, снабжен двумя делителями ча- сгот, формирователем синусоидального напряжения, двумя элементами совпадения, фазорасщепителем и триггером, причем генератор соединен с последовательно соединенными первым делителем часгогы и фор- мирователем синусоидального напряжения, вькод которого соединен с первичной обмоткой трансформатора напряжения, гфи этом последовательно соединены первый элемент совпадения, второй делитель частоты и фазорасщепнтель, выходы которого подключены к опорным входам квадратурных детекторов, а первый вход первого элемента совпадения подключен к генератору, входы второго элемента совпадения подключены блоку управления и к оапому из выходов фазорасщепителя, установочные входы триг гера подключены к выходам усилителя сиг нала неравновесия и второго элемента сов падения, а выход - ко второму входу первого элемента совпадения. На фиг, 1 приведена схема предлагав- мого автоматического моста; на фиг. 2временные диаграммы, поясняющие его ра боту. Предлагаемый автоматический мост содержит генератор 1 высокочастогный, делители частоты 2 и 3, элемент совпадeниjЯ4, формирователь синусоидального напряжения 5, трансфер мвтор напряжения 6с регулируемыми вторичными обмоткам 7и 8, зажимы 9 и Ю для подключения объекта измерения, резистор (образцовое сопротивление) 11, модулятор 12, усилитель сигнала неравновесия 13, кващэатурные детекторы 14 и 15, блсж управления 16, цифровой фазорасщепитель 17, элемент 18 совпадения, триггер 19. Рассмотрим, как работает предлагаемое устройство. . Высокочастотный генератор 1 вьфабатывает колебания с частотой, во много раз превышающей рабочую частоту моста. Эта частота делится с помощью делителя частоты 2 во столько раз, сколько необходимо дня получения на его выходе частоты, равной рабочей. Формирователь 5 фермирует из этого колебания синусоидаль ное напряжение, которое подается на первичную обмогку трансформатора напряжения 6. Кроме этого, сигнал высокочастотного генератора 1 поступает через элемент совпадения 4 на вход делителя частоты 3. Триггер 19 первоначально находигся в состоянии, при котором на вход элемента совпадения подается разрещающий потенциал. Коэффициент деления делителя часготы 3 выбран таким, чтобы с учетом коэффици ента деления цифрового фазорасщепителя 17, который может быть выполнен, например, в виде кольцевого счетчика с коэффициентом пересчета, равным четьфем, обеспечивать частоты сигналов на выходе ци4рового фазорасщепителя 17, равной рабочей частоте моста. Процесс измерения в предлагаемом устройстве состоит из двух этапов: подстройки фаз оперных напряжений и уравновешивания. Перед подстройке фаз по сигналам из блока управления 16 с помощью коммутйторов регулируемых втфичных обмоток 7 и 8, зажим для пешключения объекта измерения и образцовое сопротивление подключаются к точке моста. По сигналу из блока управления включается модулятср 12, включение котсрого эквивалентно включению между дополнительным отводом обмотки 8 и входом усилителя 13 сигнала неравновесия резистора. Следует -заметить, что вместо резистора может быть применен конденсатор. При этом поменяется лищь въкод ци рового фазорасщепителя 17, которъШ подключается ко входу элемента совпадения 18, Подстройка фаз преследует цель обеспечения синфазности оперного напряжения однсго из квадратурных детекторов (и квадрагурносгн другого) выходаому напряженюо мосга при включенном мопупятаре 12. Для пояснения того, как осуществляется подстройка фаз, воспользуемся временными диаграммами, приведенными на фиг. 2. Эги диаграммы соогвегствуют следующим точкам схемы фиг. 1; диаграмма а напряжение на выходе усилителя сигнала неравновесия 13, диаграммы б и в - опор ные напряжения, подаваемые соответственно на квадратурные детекторы 14 и 15, диаграммы г - сигнал, поступающий из блока управления 16 на элемент совпадения 18, После того, как выполнены описанные выше операции, связанные с включением модулятора, нз блока управления 16 на вход элемента совпадения 18 поступает сигнал (фиг. 2г), разрешающий прохождение опорного напряжения (фиг.26) с выхода цифрового фазорасщепителя 17 на установочный вход триггера 19. Передним фронтом импульсов опорного напряжения (импульсы типа меандр) триггер 19 устанавливается в состояние, при котором на его выходе, соединенном с элементом совпадения 4, появляется потенциал, запрещающий прохождение сигнала с выхода . высокочастотного генератора 1 на делитель частоты 3. При этом фазорасщепитель 17 фиксируется в состоянии, соответствующем переднему фронту опорного напряжения, подаваемого на квафатурный детектор 15. Так будет продолжаться до момента времени, соответствующего переднему фронту выходного напряжения усилителя сигнала неравновесия 13. В этот момент времени передним фронтом выходного напряжения усилителя сигнала неравновесия 13 (фиг.2а) триггер 19 установится в первшачальное состояние. Начиная с этого момента, опорное нап ;яжение, подаваемое на квадратурный детектор 15, будет синфазно с выходным напряжением усилителя сигнала неравновесия 13 моста, что свидетельствует о завершении этапа, связанного с подстройкой фаз опорных напряжений. После завершения этапа подстройки фаз опорных напряжений модулятор выключается, затем мост перейдет к уравновешиванию. Уравновешивание также, как и в устройстве-прототипе, осуществляется при помощи регулирования числа витков обмогок- 7 и 8 по сигналам из блока управления 16. Очевидно, что погрешность подстройки фаз опорньк напряжений будет определяться в первую очередь отношением рабочей частоты моста к частоте генератора г. Так как частота опорного генератора может быть взята во много раз большей, чем рабочая (например, соответственно 10 МГЦ и 1 кГц), эта погрешность будет невелика и составит доли процента, что вполне достаточно. емя же, затрачиваемое на указанную операцию в предлагаемом устройстве, составляет приблизительно 1 период рабочей частоты моста, что во много раз меньше времени, затрачиваемого на эту же операцию в устройстве-прототипе (более чем в 100 раз). ЕСЛИ же учесть, что эташ; уравновешивания занимает приблизительно ЮО периодов рабочей частоты, то выигрыш в быстродействии предлагаемого мос-г та будет около двух раз. Дополнительные аппаратурные затраты, необходимые для реализации предлагаемого устройства, незначительны и связаны с использованием цифровых .микросхем. Формула изобр е тения Автоматический мост переменного тока, содержащий генератор, трансформатор напряжения с первичной и двумя регулируемыми вторичными обмотками, усилитель сигнала неравновесия, к выходу которого подключены два квадратурных детектс эа, потенциальный и токовый, зажимы для подключении объекта измерения, а также образцовое сопротивление, включенные между вторичными обмотками трансфсрмато- ра напряжения и входом усилителя сигнала неравновесия, блок управления, подключенный к вькодам KBaj DaTypHbix детекторов и к регулируемым втсричным обмоткам трансформатора напряжения, модулятор, включенный между дополнительным отвоДом вторичной обмотки трансформатора напряжения, соединенной с образцовым сопгротивлением и входом усилителя неравновесия, и соединенный с блоком управления, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, он снабжен двумя делителями частоты, формирователем синусоидального о напряжения, двумя элементами совпадения, фазсрасщепителем и триггером, причем генератор соединен с последовательно соединенными первьпи де лителем частоты и формирователем синусоидального напряжения, выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора напряжения, при этом последовагельно соединены первый элемент совпа7S5дения, второй делитель частоты и фазорасщепитель, выходы которого подключены к опорным входам квадратурных детекторов, а первый вход первого элемента совпадения подключен к генератору, входы второго элемента совпадения подключены к блоку управления и к одному нз выходов фазовращателя, установочные входы триггера подключены к вькодам усилителя сигнала неравновесия и второго элемента 0 совпадения, а выход - ко второму входу первого элемента совпадения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Кнеллер В. Ю. Автоматическое измерение составляющих комплексного соп ротивления, М., Сергия, 1967, с. 137. 2.Авторское свидетельство СССР а № 198414 кл. G 01 R 17/ОО, 1966 (прототип).

ха

Csj CO

V