Фазовый способ формирования регулирующих воздействий для раздельного уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи Советский патент 1982 года по МПК G01R17/10 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения составляющих комплексного сопротивления с помощью мостов переменного тока.

Известен фазовый способ формирования регулирующих воздействий для уравновешивания цифровых мостов переменного тока по составляющим измеряемого комплексного сопротивле- ,р ния. Регулирующие воздействия для уравновешивания мостовой измерительной цепи по.тангенсу угла потерь формируют по результатам сравнения двух сигналов, один из кото- 15 рых пропорционален временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода через нулевой уровень напряжения, снимаемого с измеряемого комплексного сопротивления, а ко- го нец - с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень напряжения, снимаемого с образцового элемента, расположенного в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление. Второй сигнал пропорционален временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода через нулевой уровень напряжения, снимаемого с плеча, расположенного в ветви, не содержащей измеряемое комплексное сопротивление, и примыкающего к измеряемому комплексному сопротивлению, а конец - с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень напряжения, снимаемого с образцового элемента, расположенного в плече, противоположном плечу, содержащему измеряемое комплексное сопротивление D .

Недостатком такого способа является низкая точность измерения тангенса угла потерь, обусловленная незначительными изменениями сравниваемых углов даже при изменениях в широких пределах параметров МИЦ. Кроме того,способ предполагает шунтирование всех плеч МИЦ. Известен также фазовый способ фор мирования регулируюидих воздействий для достижения состояния квазиравновесия по однородной составляющей . относительно образцового элемента, расположенного в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, обладающий боЛее высоко точностью и основанный на сравнении сигналов, один из которых пропорционален временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода, через нулевой уровень напряжения небаланса, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень напряжения, снимаемого с обрйзцового элемента, расположенного в плече, противоположном плечу, содержащему измеряемое комплексное сопротивление при последовательной схе ме замещения последнего. А второй сигнал пропорционален увеличенному н на7С/2 временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода через нулевой уровень напряжения, сн маемого с образцового элемента, располо ;(енного в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровен напряжения питания МИЦ. Третий сигна пропорционален второму сигналу,, увеличенному на ±П 2. Недостатком этого способа является низкая точность, обусловленная необходимостью формирования двух сиг налов, увеличенных на П|2 и nll-n, кро ме того, для сохранения высокой точности измерения однородной составлящей необходимо формировать регулирующее воздействие по неоднородной составляющей и произвести по ней ура новешивание. Цель изобретения - повышение точности измерения однородной составляющей измеряемого комплексного сопротивления. Указанная цель достигается тем, что в известном фазовом способе форм рования регулируюидих воздействий для .раздельного уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи, заключающемся в сравнении сигналов, пропорциональных временным интервалам, начало одного из которых совпадает с точкой перехода через ну левой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения небаланса, а конец совпадает с ближайшей ТОЧКОЙ перехода через нулевой уровень с плюса на минус (с минуса на плюс) напряжения, CHjiMaeMoro или с образцового элемента, расположенного в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление при последовательной схеме замещения последнего, или с измеряемого комплексного сопротивления при параллельной схеме замещения , начало и конец второго временного интервала совпадают соответственно с точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) и с точкой перехода через нулевой уровень с плюса на минус (с минуса на плюс) напряжения, снимаемого или с образцового элемента, расположенного в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление при последовательной схеме замещения последнего, или с измеряемого комплен сного сопротивления при параллельной схеме замещения, формируют третий дополнительный сигнал, пропорциональный временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения, снимаемого или с образцового элемента, расположенного в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление при последовательной схеме замещения последнего, или с измеряемого комплексного сопротивления при параллельной схеме замещения, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения небаланса, формируют четвертый дополнительный сигнал, пропорциональный удвое ному временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода через нулевой уровень .с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения, снимаемого с нерегулируемой вторичной обмотки трансформатора питания, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения питания ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, формируют пятый дополнительный сигнал (узкий импульс) в момент перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения небаланса, формируют шестой дополнительный сигнал, пропорциональный разности первого. третьего и четвертого сигналов, регулирущее воздействие для уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи по однородной и неоднородной составляющим, измеряемого комплексного.сопротивления формируют по знаку шестого сигнала и по совпадению (несовпадению) во времени пятого и второго сигналов На фиг. 1 представлена компенсационно-мостовая измерительная цепь (КМИЦ); на фиг. 2 - последовательная схема замещения измеряемого комплексного сопротивления; на фиг, 3-5 - топографические диаграммы процесса уравновешивания КМИЦ; на фиг. $ - блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Компенсационно-мостовая измерительная цепь 1, содержит генератор 2 синусоидального напряжения, трансформатор 3 питания, первичная обмотка 4 трансформатора питания КМИЦ (WQ), вторичная регулируемая обмотка 5 трансформатора питания (W), вторичная нерегулируемая обмотка 6 трансформатора питания (W), фазовра щающий блок 7, трансформатор 8 фазовращающего блока, первичная обмотка 9 трансформатора фазовращающего блока (Wa), вторичная обмотка 10 трансформатора фазовращащего блока (W), измеряемое комплексное сопротивление резистора П (R) и конденсатора 12 (с), образцовый нерегулируемый элемент 13 (RO). На фиг. 2- обозначены: GJ - потенциальная точка, вершина ветви, содержаи1ей измеряемое комплек ное сопротивление двухполюсника и об разцовое сопротивление двухполюсника потенциальная точка, место с динения конца первой, и начала второй вторичных обмоток трансформатора; Б; - потенциальная точка, место соединения конца второй вторичной об мотки и первого зажима фазовращающего блока; а - потенциальная точка, место соединения четвертого зажима фазовра щпющего блока и одного из зажимов ве ви; т- потенциальная точка, место соединения активной и реактивной сос тавляющих измеряемого комплексного с противления двухполюсника при последовательной схеме замещенияJ (Эщ- линия перемещения потенциаль ной точки C-i-j при уравновешивании по составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, однородной образцовому сопротивлению двухполюсника , СУгии минимально возможная окружность квазиравновесия потенциальной точки в обобщенных обозначениях J c.2Q-- окружности квазиравновесия потенциальной точки в обобщенных обозначениях; ., окружности квазиравновесия потенциальной точки d ; в обобщенных обозначениях, дri. вектор падения напряжения, снимаемого с образцового сопротивления двухполюсника, adj.- - вектор напряжения, снимаемого со вторичной обмотки 5 трансформатора 2, вектор напряжения, снимаемого со вторичной обмотки Ц трансформатора 2; В; вектор напряжения, Снимаемого со вторичной обмотки 9 трансформатора 7; вектор напряжения небаланса; до-- вектор напряжения питания ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление; - фазовый сдвиг вектора инвертированного напряжения небаланса ,j относительно вектора напряженияvp- фазовый сдвиг вектора напряжения djj-- относительно вектора напряжения небаланса , V- фазовый сдвиг вектора напряжения, снимаемого с образцового элемента при последовательной схеме замещения или с измеряемого комплексного сопротивления при параллельной схеме замещения, относительно вектора напряжения или аВ. Процесс уравновешивания компенсационно-мостовой цепи по однородной составляющей измеряемого комплексного сопротивления, заключающийся в изменении напряжения питания ветви, составленной из последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника и образцового сопротивления двухполюсника, осуществляют коммутацией витков вторичной обмотки 6 (W) или 5 (,) трансформатора питания. Момент квазиравновесия компенсационно-мостовой измерительной цепи по однородной составляющей фиксируется при расположении точек ,и d на одной окружности . Состояния полного равновесия можно достичь путем изменения напряжения питания ветви, составленной из последовательно соединенных измеряемо го комплексного сопротивления двух полюсника и образцового сопротивления двухполюсника, за счет коммутации витков вторичной обмотки 10 ( трансформатора фазовраща чего блока. При одновременном изменении урав новешивающих элементов потенциальная точка d может находиться в любом месте круговой диаграммы (фиг.2 Ц). Вся плсицадь круговой диаграмМы разбита на четыре зоны, которые образованы линией переключения, сов падающей с вектором напряжения и окружностью квазиравновесия Jcii проходящей через точку при уравновешивании по составлящей, однородной образцовому элементу, расположенному в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление. Из анализа круговой диаграммы (фиг. ) видно, что границы каждой зоны определяются конкретными соотношениями фазовых углов () и 2 V. При уравновешивании по однородной составляющей измеряемого ком плексного сопротивления происходит сравнение фазового угла (f-V) с фазовым углом 2 V. В первой и третьей зонах круговой диаграммы (фиг. k) фазовый угол (Ц-Ч) больше фазового угла 2 V. Во второй и четвертой зонах угол (ф-V) меньше угла 2 V. С целью исключения неоднозначности ин формации одновременно со сравнением фазовых углов () и 2 V.производя сравнение угла с фазовым углом Ч В первой и четвертой зонах угол ГС больше фазового угла у, а во второй и третьей зонах угол 7с меньше фазового угла Y. При достижении состоя ния квазиравновесия по однородной составляющей наступает равенство yr лов («f-V) и 2 V, а в момент выведения точек C-f j и d-iJ на линию переклю чения - равенство углов ТС и Ч . Полн равновесие будет достигнуто при выполнении обоих равенств 2 V tp- 1t Отсчет однородной составлящей из меряемого комплексного сопротивления 38 можно получить следущим образом. Известно, что R - lot o(.t; arc ) , -М Va- zcw-,-) c- драдиусы окружностей уравновешивания. В момент квазиравновесия Чс--Ча) Приравнивая равенства СЗ) и С) и учитывая, что получим Такимобразом, зная величину Х,2 и oict можно определить значение однородной составляющей измеряемого комплексного сопротивления. Блок-схема устройства (фиг. 6), реализующего предлагаемый способ, содержит компенсационно-мостовую измерительную цепь (КМИЦ) 1, согласуадие блоки (СЬ) 1 и 15, блок 16 формирования импульсов (ВФЙ), фазовременные преобразователи (ФВП) 17 и 18, блок 19 сравнения, вычитатель 20, блоки 21 и 22 уравновешивания (БУ), блок 23 индикации. Работа устройства осуществляется следующим образом. Напряжение VQ, снимаемое с КМИЦ 1, поступает на первый вход ФВИ 18, на второй вход которого подается напряжение VQ, снимаемое с КМИЦ 1. ФВП 18 формирует временной интервал, пропорциональный удвоенному фазовому сдвигу V, который поступает на третий вход разностной схемы 20. Напряжение М( снимаемое с КМИЦ 1, через СБ 15 поступает на первый вход ФВП 17 и на вход БФИ 16, который в момент перехода Vc через нулевой уровень с минуса на плюс формирует короткий импульс, поступающий на первый вход блока 19 сравнения. На второй вход ФВМ 17 и на второй вход блока 19 сравнения подается напряжение Voc снимаемое с КМИЦ 1 через СБ 1. ФВП 17 формирует два временных интервапа, один из которых пропорционален 9 фазовому сдвигу p , а другой - Ч, которые поступают соответственно на первый и второй входы вычитателя 20 формирующей сигнал, пропорциональны разности (Ц-Ч-2 V). Блок 19 сравнения осуществляет оценку угла V : угол Н больше или меньше 1C и управляет работой БУ 21 и БУ 22, на второй вход которого поступает сигнал с вычитателя 20. Блок уравновешивания 21 производит коммутацию витков вторичной обмотки трансформатора фазоврацаюь его блока 10 (W), а БУ 22 производит коммутацию вторичной регулируемой обмотки 5 (W) трансформатора питаниЯо Предлагаемый фазовый способ формирования регулирующих воздействий для уравновешивания компенсационномостовой измерительной цепи позволя ет повысить точность измерения одно родной составляющей за счет изменения сравниваемых углов во взаимно противоположные стороны в процессе уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи. Кроме того, для приведения компенсационно-мостовой измерительной цепи в со тояние полного равеновесия нет необходимости формировать регулирующее воздействие по неизмеряемой сос тавляющей комплексного сопротивления. Формула изобретения Фазовый способ формирования регу лирующих воздействий для раздельного уравновешивания компенсационномостовой измерительной цепи, заключающийся в сравнении сигналов, пропорциональных временным интервалам, начало одного из которых совпадает с точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения небаланса, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень, с плюса на минус (с минуса на плюс) напряжения, снимаемого или с образцового элемента, расположенного в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление при последовательной схеме замеи ения последнего, или с измеряемого комплек ного сопротивления при параллельной схеме замещения, начало и конец второго временного интервала совпа3дает соответственно с точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) и с точкой перехода через нулевой уровень с плюса на минус (с минуса на плюс) напряжения, снимаемого или с образцового элемента, расположенного в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление при последовательной схеме замещения последнего, или с измеряемого комплексного сопротивления при параллельной схеме замещения, отличающийся тем, что, о целью повышения точности измерения составляющей, однородной образцовому элементу, расположенному в плече ветви, содержзвцей измеряемое комплексное сопротивление, формируют третий дополнительный сигнал, пропорциональный временному интервалу, начало которого совпадает с перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения, снимаемого или с образцового элемента, расположенного в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление при последовательной схеме замещения последнего, или с измеряемого комплексного, сопротивления при параллельной схеме замещения, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения небаланса, формируют четвертый дополнительный сигнал, пропорциональный удвоенному временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения, снимаемого с нерегулируемой вторичной обмотки трансформатора питания, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения питания ветви, содержащей измеряемоекомплексное сопротивление, формирует пятый дополнительный сигнал (узкий импульс) в момент перехода через нулевой уровень с минуса на плюс ( с плюса на минус) напряжения небаланса, формируют шестой дополнительный сигнал, пропорциональный разности первого, третьего и четвертого сигналов, регулирующее воздействие для уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи по однородной и неоднородной составляющим формируют по знаКУ шестого сигнала и по совпадению (несовпадению) во времени пятого и второго сигналов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе ifSSO .1. Авторское свидетельство СССР W , кл. G 01 R 17/10, 31.01.71. 2. Авторское свидетельство СССР Ц- 395783, кл. G Q1 R 17/10, 1.7.01.72 $ (прототип).

ФиеЛ

Сд

т

0Ut.t

.

.