Устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления двухполюсника Советский патент 1981 года по МПК G01R17/10 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ

КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВУХПОЛОСНИКА Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению и контролю составляющих комплекс кого сопротивления. Известно устройство для раздельно го измерения модуля комплексных сопротивлений, содержащее индикатор ква ратуры, генератор синусоидального напряжения, к двум выводагУ которого подключены последовательно соединенные образцовые и измеряемые сопротив ления и конус, два дифференциальныхусилителя, сумматор и блок для вычитания, причем два входа первого дифф ренциального усилителя подключены потенциальными зажимами к образцовому сопротивлению, выход - к первым входам сумматора и блока для вычитания, вторые входы последних связаны с выходом второго дифференциального усилителя, входы которого подключены потенциальными эажимс1ми к измеряемс лу сопротивлению, а выходы сумматора и блсйка для вычитания соединены с соответствующими входами индика тора квадратуры .Недостатками данного устройства являются низкая точность измерения |ИЭ-за отсутствия нулевого режима при формировании регулирующего возде ствия; низкое быстродействие из-за наличия последовательного во време ни уравновешивания; ограниченные функциональные возможности, так как оно позволяет измерять только модуль комплексного сопротивления. Наиболее близким по технической супдаости к предлагаемому является устройство, содержащее генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания измерительной цепи, составленной из последовательно соединенных образцового элемента и измеряемого комплексного сопротивления, причем вершина измерительной диагонали заземлена, а вершина диагонали питания, прилегающая к образцовому элементу, через первый блок согласования подключена параллельно к опорному входу первого фазочувствительного шлпрямителя и первьп входам первого и второго блоков деления и через фазовращающее устройство - к опорному входу фазочувствительного выпрямителя, выход которого соединен со вторым входе второго блока деления, второй вход первого блока деления подсоединен к выходу первого фазочувствительного выпрямителя,вершина диагонали питания ,примыка1ошая к измеряемому комплексному сопротивлению при поел едовательной схеме замещения, или к образцовому элементу при парал леттьной схеме замещения, подключена ко входу второго блока согласования, выход которого соединен с информационными входами первого и второго фазочувствительных выпрямителей t2 . Недостатком данного устройства является низкая точность, обусловлен ная отсутствием обратного канала преобразования и нулевогорежима в тракте формирования регулирующиз; воздействий. Цель изобретения - повышение точности измерения составляющих комплек сного сопротивления двухполюсника. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления двухполюсника, содержащее гене ратор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания измерительной цепи, составленной из последовательно соединенных образцового элемента и измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, причем вершина измерительной диагонали заземлена, а вершина диагонали питания прилегающая к образцовому элементу, через первый блок согласования подключена паралл.ельно опорному входу первого фазочувствительного выпрямителя и лервым входам первого и второго блоков деления и через фазовращающий блок - к опорному входу второ го фазочувствительного выпрямителя, выход которого соединен со вторым вх дом второго блока деления, второй вход первого блока деления подсоединен к выходу первого фазочувствитель ного выпpя., вершина диагонали питания, прилегающая к измерявмому комплексному сопротивлению двух полюсника, подключена ко входу второ . го блока согласования, введены два управляемых вычислительных блока, блок разности, блок обработки сигна лов, два блока уравновешивания, два блока индикации, причем выход перво го блока согласования через первый вычислительный блок соединен с первы входом блока разности и через после довательно соединенные фазовращающий блок и второй вычислительный блок - со вторым входом блока разности, а выход второго блока соглас вания подключен к третьему входу бло ка разности, выход которого подключен параллельно информационным входам первого и второго фазочувствите ных выпрямителей, выходы которых со единены с синхронизирующими входг1ми вычисли т ел bffHX .блоков и с первым и - вторым входами блока обработки сигн лов соответственно, выход которого подключен к образцовомуэлементу, выход первого блока деления через блок уравноввиивания соединен с блоком индикации, а выход второго, блока деления через второй блок уравновйиивания соединен со вторым блоком индикации , управляющие выходы первого и второго блоков уравновецивания подключены к управляющим входам первого и второго вычислительных блоков соответственно. На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.1а и б две ИЗвозможных разновидностей измерительных цепей г для последовательной и параллельной схем замещения koндeнcaтopa, когда в качестве образцового элемента выбрано сопротивление; на фиг.2 - вентерная диагралвла процесса измерения для цепи, изображенной на фиг.1а; на фиг.З - процесс выбора предела измерения; на фиг,4 - процесс уравновешивания, где oL,I, - параметры измерительной цепи в обобщенных обозначе ниях; аЬ - вектор напряжения питания измерительной цепи; - вектор падения напряжения, снимаемого с измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника; сЬ - вектор падения напряжения, снимаемого с образцового элемента; RX Р падения напряжения на активной составляющей измеряемого комплексного сопротивл ени я дву хполюс ни к а; Vyy . вектор падения напряжения на реактивной составляющей измеряемого, кo 4Шleкcнoгo сопротивления двухполюсника; V - вектор компенсирующего напряжения;Vjj - составляющая компенсирующего напряжения, синфазная с вектором УЯЧ; V - составляющая компенсирующего напряжения, синфазная с вектором VK ; Vp - разностное напряжение между векторами VK. HjVxn; tf - фазовый сдвиг Vp относитель.но Vnn; ц/ - фазовый сдвиг относи-. тельно Vj Уравнение для измерения реактивной составляющей комплексного двухполюсника (прототипа) для последовательной схемы замещения имеет вид: acsiwv где K)j - коэффициент гомотетии. Выражение для чувствительности преобразователя при измерении реактивной составляющей комплексного сопротивления двухполюсника в общем виде можно записаты . -5, (2) т т &Kfi текущие значения измеряемо го параметра и коэффициент гомотетии. Подставив (1) в (3), а (3) в (2) получим окончательное выражение для чувствительности: . (4, 1C.) d Л,() Из выражения (4) видно, что чувс витальность преобразователя при измерении реактивной составляющей ком (Плексного сопротивления двухполюсника постоянна и имеет вполне определенное и конкретное числовое значение, обратно-пропорциональное величине образцового элемента. Условие квазиравновесия, наприме по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления , двухполюсника (предлагаемое устройс во) может быть представлено в следу ющем виде:

VpSlnM 0, (5)

(fo)

рт

Подставив (6) в (5) , получим: pCVкvp-Vк)-VpU-1т-) д)

рт

Рт dt Vo 3.-П Анализируя выражение для чувствительности (12), можно заметить, что при приближении к состоянию полного равновесия, т.е. когда j J чувствительность резко возрастает и стремится к бесконечности. Устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления двухполюсника содержит измерительную депь 1, составленную из последователь но включенных измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника 2 и образцового элемента 3 при параллельной схеме замещения или образцового элемента и измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника 2 при последовательной схеме замещения измеряемого комплексного сопиотивления, двухполюсника,генератор 4 синусоидаль него напряжения,блоки 5, 6 согласования фазослвигаютий(фазовращающий) блок 7, вычислительные блоки 8,9, блок

afe iT-)a-J

30

(f-t; (k,,j-jMi ;cL-d)

Для того, чтобы перейти к чувствительности формирования регулирующих воздействий по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, необходимо взять частную производную по параметру от (11), т.е.

(2) JVat()( aT -iT- a- l iVab()(,)(+rK2-:iic,) i()()J где К и VPT - текущие значения коэффициента передачи и разностного напряжения. В свою очередь Vp можно выразить следующим образом Ь () fr d+li Подставим в выражение (8) ctbivca+iki) kcx ( В уравнении (7) V yесть ничто иное, KaKi , а Vp VK-V2K VKH+JVfc,-Vin, Выразив V через напряжение питания измерительной цепи Vaj, и овращенные параметры 1,р},у-можно записать окончательное выргикение для условия квазиравновесия по реактивной составлюящей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника qtoH-bj-tCg-JM H-Krj -t-JK 1- К. 0 (10) Vafe- ат ц Vgb-Xrr Vgfa ) + jK После упрсхцения выражение (10) имеет следующий вид: 10 разности, фазочувствительные выпрямители 11,12, блоки 13,14 деления, блок 15 обработки сигналов, блоки 16,17 уравновешивания, блоки 18,19 ИНДИКёЩИИ. Устройство работает следующим образом (диаграмма на фиг.3,4 иллюстрируют его работу). Напряжение V, снимаемое с образцового элемента 3 измерительной цепи 1 через блок согласования 5 подается одновременно на информационный вход управляемого вычислительного блока 8, на опорный вход фазочувствительного выпрямителя 11 и через фазовращающий блок 7 на информационный вход управляемого вычислительного блока 9 и на опорный вход фазочувствительного выпрямителя 12. Сигналы с выходов управляекых вычислительных блоков 8 и 9, пропорциональные -,у(„ и , поступают на первый и второй заходы блока разности 10, на третий вход блока разности 10 подается сигнал Vgj. , снимаемый с измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника 2 через блок согласов ния 6. На выходе блока разности 10 формируется сигнал, пропорциональный V- -V y j-VKVo , который одновременно подается на информационные входы фазочувствительных выпрямителей 11 и 12. Сигналы с выходов ФЧВ 11 и 12, пропорционсшьйые Vpsin4 и Vpcosi , поступают одновременно на первые входы блоков деления 13 и 14, на первый и второй входы блока обработки сигналов 15 ина синхрони зирующие входы управляемых вычислительных блоков 8 и 9. На вторые вхо ды блоков деления 13 и 14 подается сигнал снимаемый с образцового элемента 3, через блок.согласования 5. На выходах блоков деления 13,14 в виде кодов чисел получаем сигналы Ур sirvM „ у poos (г пропорциональные которые поступают на входы блоков уравновешивания 16 и 17, Процесс уравноваиивания начинает ся после выбора предела измерения п одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника. Выбор предела измерения на чинается сверху, т.е. когда . Z На фиг. За, б,ив показаны расположения УР в 4-ом; 2-ом и 3-ем квандрантах при изменении образцового Элемента 3, Изменение образцового элемента 3 производится до тех пор, пока на выходе блока обработки сигналов 15 не произойдет смена знака. После того, как произойдет смена знака на выходе блока обработки сиг налов, коммутация образцового элемента 3 прекращается и процесс выбо ра предела измерения заканчивается. После этого начинается процесс урав вешивания. Сигналы с управляющих вы дов блоков уравновшиивания 16 и 17 поступают на управляющие входы управляемых вычислительных блоков 8 и 9. Пр9Цесс уравновешивания устройства иллюстрируется векторной диаграммой на фиг.4. При уравновешивани данного устройства используется метод прямого уравновешивания, при ко тором сигнал разбаланса сравнивается с полной дискретной шкалой опорной величины, соответствующей пределу измерения. Вся шкаша дискретно линейки разбивает -{з на десять равн частей. Для обработки старшего разряда числового значения, сигнала раз баланса производится оценка проекций разност5Мого. напряжения Vp на опорные вектора , которые формируются на выходах ФЧВ 11 и 12 (фиг.4а). При этом срабатывают те пороговые элементы, пороги срабатывания которых более близки, наприме сверху, к значениям проекций разностного сигнала, и на выходах блоков деления 13 и 14 получаем коды чисел, пропорциональные отношению прюекиий сигнала разбаланса к опорному сигналу. В данном устройстве функции деле-, ния выполняют пороговые схемы. В соответствии с этими кодами блоки уравновешивания 16 и 17 изменяют коэффициенты передач управляемых вычислительных блоков 8 и 9, которые производят деление (умножение) компенсирующего напряжения, и соответственно на выходе блока разности 10 формируется новый сигнал разбаланса Vp (фиг.4б).На этом процесс уравновешивания в старшем разряде заканчивается. Вновь образовавшаяся разность Vp усиливается в десять раз и производится оценка уже усиленного сигнала разбаланса Vprj (фиг.4в) на фоне той же дискретной линейки. Точно так же, как и в старшем разряде происходит срабатывание тех пороговых элементов, пороги срабатывания которых наиболее близки к значению Vp,j , и блоки деления 13 и 14 выдают коды чисел, пропорциональные отношению сигнала разбаланса к о торному сигналу, которые управляют работой блоков уравновешивания 16 и 17. Блоки уравновешивания 16 и 17 изменяют коэффициенты передач управляемых вычисли гельных блоков 8 и 9, и на выходе блока разности 10 получается следующая разность (фиг.4г) . Уравновешивание в последних третьем и четвертом разряда 4 аналогично описанному; По окончании процесса уравновешивания блоки индикации 18 и 19 вычитывают числовые значения измеряемых составляющих комплексного сопротивления двухполюсника. Формула изобретения Устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления двухполюсника, содержащее генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания измерительной цепи, составленной из последователь-, но соединенных образцового элемента и измеряемого сопротивления двухполюсника, причем вершина измерительной диагонали заземлена, а вершина диагонали питания, прилегающая к образцовому элементу через первый блок согласования подключена параллельно опорному входу первого фазочувствительного выпрямителя и первым входам первого и второго блоков деления и через фазовращающий блок - к опорному входу второго фазочувствительного выпрямителя,-выход которого, соединен со вторым входом второго блока деления, второй вход первого блока деления подсоединен к выходу первого фазочувствительного выпрямителя, вершина диагонали питания, прилегающая к измеряемому комплексному сопротивлению двухполюсника, подключена ко входу второго блока согласования, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены два управляемых вычислительных блока, блок разности, блок обработки сигнсшов, два блока уравновш1ивания, два блока индикации .причем выход первого блока согласования через первый вычислительный блок соединен с первым входом блока разности и через последовательно соединенные фазовращеиощий блок и второй вычислительный блок - со вторым входом блока разности, а выход второго блока согласования подключен к третьему входу блока разности, выход которого подключен параллельно информационным входс1М первого и второго

фазочувствительных выпрямителей, выходы которых соединены с синхронизирующими входами вычислительных блоков и с первым и вторым входами блока обработки сигналов соответственно, выход которого подключен к образцовому элементу, выход первого блока деления через первый блок уравновешивания соединен с, блоком индикги:(ии, а выход второго блока деления через второй блок уравнбввшивания соединен

0 со вторым блоком индикации, управляющие выходы первого и второго блоков уравновешивания подключены к управляющим входам первого и второго вычислительных блоков соответственно.

5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 655988, G 01 R 27/02, 1976.

2.Авторское свидетельство СССР

0 по.заявке 2420387/21 и 2380702, G 01 R 17/10, 1976 (прототип),

Фиг.

(fKii

fity

t

У-СЛ,

УК

L /з.

I I ( I I I I I fc

W

%

I I I 1 I M

fuj.if.