Устройство для измерения сдвига фазы между напряжением и током Советский патент 1981 года по МПК G01R25/04 

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано при создании приборов для измерения сдвига фазы между напряжением и током.

По основному авт.св. № 331339 известно устройство для измерения сдвига фазы между напряжением и током, содержащее индикатор, два резистора, транзистор, стабилитрон и два полупроводниковых диода, соединенных встречно-параллельно и последовательно .с,нагрузкой, причем параллельно диодам подключен переход эмиттер-база транзистора, а па)аплельно источнику переменного напряжения присоединены последовательно соединенные резистор и стабилитрон, катод которого через второй резистор подсоединен к коллектору транзистора, а и1здикатор соединен с коллектором транзистора и катодом стабилитрона Fl.

Недостатком известного устройства является невозможность определения характера нагрузки (ёмкостный или индуктивный), так как это устройство определяет толькоабсолютное значение угла сдвига фазы.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем определения характера нагрузки.

10

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения сдвига фазы между напряжением и током, содержащее индикатор, два резистора, транзистор, стабилитрон и два полупро15водниковых диода, соединенных встречно-параллельно и последовательно с нагрузкой, причем параллельно. циодам подключен переход эмиттербаза транзистора, а параллельно исКточнику переменного напряжения присоединены последовательно соеданенные резистор и стабилитрон, катод которого через второй резистор подсоединен к коллектору транзистора, а индикатор соединен с коллектором транзистора и катодом стабилитрона, введены второй транзистор с коллекторным нагрузочным резистором, линия задержки, элемент И и расширитель импульсов, причем эмиттер и база второго транзистора соединены соответственно с базой и эмиттером первого транзистора, а коллектор второго транзистора - через коллекторный нагрузочньА резистор с катодом стабилитрона, и с элементом И, первый вход которого соединен с кол лектором первого транзистора, второ вход - через линию задержки с колле тором второго -транзистора, а выход через расширитель импульсов с индикатором. На фиг.1 изображена схема устрой cTBaj на фиг. 2 - осциллограмьш напр жений, при индуктивном характере на рузки j на фиг.3 - то же, при емкост ном характере нагрузки. Устройство для измерения сдвига фазы между напряжением и током содержит последовательно соединенные стабилитрон 1 и резистор 2, резистор 3, первый транзистор 4, два встречно-параллельно соединенных диода 5 и 6, параллельно которым подключен переход эмиттер-база перв го транзистора 4, а к коллектору первого транзистора А и точке соеди нения резистора 2 и стабилитрона 1 подключен резистор 3, параллельно которому подсоединен индикатор 7. Коллекторный нагрузочный резисто 8 одним концом соединен с катодом стабилитрона 1, а другим - с коллек тором второго транзистора 9, К эмит теру первого транзистора 4 подсоеди нена база второго транзистора 9, к баде первого транзистора 4 - эмитте второго транзистора 9. Коллектор второго транзистора 9 через линию 10 задержки подключен ко второму входу элемента И 11, а коллектор первогб транзистора 4 - к первому в}соду элемента И II. Выход элемента И 11 через расширитель 12 импуль сой подсоединен к индикатору 7, кот рый может быть выполнен в виде стре лочного прибора (вольтметра) со сре ней .точкой шкалы или в виде вольтме ра и светового индикатора .(лампа, световод и т.п.). Последовательно соединенные стабилитрон 1 н резисто 2 подсоединены параллельно клеммам 24 источ1 ика 13 перемоииого напряжения, которые,в свою очередь, соединены с клеммами комплексного нагрузочного резистора 14. На фиг.2 и 3 изображены осциллограммы напряжения источника И, тока нагрузки 1 , напряжения и на стабилитроне 1,напряжения Оу на диодах 5 и 6, напряжения и 3 на резисторе 3, напряжения Ug на резисторе 8, напряжения Ц на выходе линии 10 задержки , напряжения U на выходе элемента И 11 и напряжения 1)2 выходе расширителя 12 импульсов. Осциллограммы напряжений U, , Uj , Q ,U ии, приведены относительно точки соединения стабилитрона 1 и резистора 2, осциллограмма напряжения Oyfe- относительно эмиттера транзистора 9. Устройство работает следующим образом. В течение одного полупериода напряжения источника питания(О J) а стабилитроне 1 формируется импульс напряжения трапецеидальной формы, близкой к прямоугольной, с амплитудой, равной напряжению стабилизации стабилитрона 1, а в течение второго полупериода J 423/)-импульс прямоугольной формы обратной полярности с амплитудой, равной падению напряжения на стабилитроне 1 в прямом направлении и,, , фиг. 2 и 3). Это .: мпyльcнoe напряжение используется дпя питания коллекторных цепей транзистрров 4 и 5. При прохождении тока от источника 13 в цепь резистора 14 на диодах 5 и 6 формируются двухполярные импульсы практически прямоугольной формы, по фазе совпадаюпше с фазой тока нагрузки(и , 4мг.2 и 3). Эти импульсы поступают на переходы база-эмиттер тра1нзисторов 4 и 9. 8течение одного полупериода тока на переход база-эмиттер транзистора 4 поступает открывающий сигнал, а на переход база-эмиттер транзистора 9- запирающий сигнал. В течение второго полупериода тока - наоборот. Так как коллекторные цепи транзисторов 4 и 9 питаются импульсным напряжением, поступающим со стабилитрона 1 в течение только одного полупериода напряжения, то на резисторах 3 и 8 Импульсы напряжения могут формироват1 ся только в это время (О Ji) При индуктивном характере нагрузки ток отстает по фазе от напряжершя I на угол Ч ( , i , фиг.2). В начале полупериода напряхсения на стабилитро не I появляется импульс напряжения, В этот же момент времени появляется напряжение на резисторе 8, так как a переход база-эмиттер транзистора поступает открывающее напряжение с диодов 5 и 6. На резисторе 3 напря жения нет, так как на переход базат эмиттер транзистора 4 с диода 5 и 6 поступает запирающее напряжение. При угле - ток нагрузочного резисто ра 14 меняет направление, соответственно меняется полярность напряжения на диодах 5 и 6, транзистор 4 открывается, а транзистор 9 запирает ся. В этот момент пропадает напряжение на резисторе 8 и появляется напряжение на резисторе 3, т.е. формируется задний фронт импульса на ре зисторе 8 и передний фронт импульса на резисторе , Ug , фиг.2). В конце полупериода напряжения форми руется задний фронт импульса на стабилитроне 1 и соответственно задний фронт импульса на резисторе 3. При емкостном характере нагрузки ток опережает по фазе напряжение на угол ( (и , i , фиг.З). В начале полупериода напряжения на стабилитро не 1 появляется импульс напряжения. В этот же момент времени появляется напряжение на резисторе 3, так как на переход база-эмиттер транзистора 4 поступает открывающее напряжение с диодов 5 и 6. На резисторе 8 напря жения нет, так как на переход базаэмиттер транзистора 9 с диодов 5 и 6 поступает запирающее напряжение. При угле JF - Ч ток нагрузочного резистора 14 меняет направление, соответственно меняется полярность напря жения на диодйх 5 и 6, транзистор 9 открывается, а транзистор 4 запирает ся. В этот момент пропадает напряжение на резисторе 3 и появляется напряжение на резисторе 9, т.е. формируется задний фронт импульса на резисторе 3 и передний фронт импульса на резисторе 8(U, ,1)5 фиг.З). В конце полупериода напряжения формируется задний фронт импульса на стабилитроне 1 и соответственно задний фронт импульса на резисторе 8. Параллельно резистору 3 подклю.чен индикатор 7 среднего значения напряжения, который показывает напря жение на резисторе 3. Шкала индикатора 7 проградуирована в значениях 2t угла сдвига фазы, так как напряжение на резисторе 3 пропорционально углу сдвига фазы Ч и меняется по прямолинейной характеристике при изменений угла / . Импульс напряжения с резистора 3 подается на первый вход элемента И И, ас резистора 8 через линию задержки 10 - на второй вход элемента И 11. Как видно по осциллограммам(у и , фиг.2 и 3), при индуктивном характере нагрузки сначала импульс напряжения появляется на резисторе 8, а потом на резисторе 3, а при емкостном характере нагрузки - наоборот. Так как импульс, снимаемый с резистора В при помощи линии 10 задержки, сдвигается по фазе, то при индуктивной характере нагрузки на выходе элемента 11 появляютсд короткие импульсы, частота повторения KoVopbix равна частоте переменного напряжения, а при емкостном характере нагрузки импульсы напряжения на выходе элемента И 11 отсутствуют U|, , UQ , UJQ , U. , фигв2 и 3 . Короткие импульсы с вЫг хода элемента И 11 поступают на вход расширителя 12 импульсов, который их преобразует в непрерывный сигнал (UiQ , фиг.2). Следовательно, при индуктивном характере нагрузки на выходе расширителя 12 импульсов имеется напряжение, а при емкостном отсутствует. Сигнал с выхода расширителя 12 импульсов поступает на индикатор 7 дпя индикации характера нагрузки и используется .для включения световой индикации характера нагруз.ки или для изменения направления отклонения стрелки прибора со средней точки шкалы. Формула изобретения Устройство дпя измерения сдвига фазы между напряжением и током по авт.св. № 331339, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены второй транзистор с коллекторным нагрузочным резистором, линия задержки, элемент И и расширитель импульсов, причем эмиттери баз второго транзистора соединены соответственно с базой и эмиттером первого транзистора, а коллектор второго транзистора - через коллекторный нагрузочный резистор с катодом стабилитрона и с элементом И, первый вход которого соединен с коллектором первого транзистора, второй Эход - через линию задержки с коллектором второго транзистора, а выход - через расширитель импульсоь с индикатором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР №331339, кл. SOU 25/04, 1970.

r-W-n