Амплитудно-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 предназначено для измерения составлящих комплексного сопротивления.

Известен способ уравновешивания моста переменного тока, основанный на сравнении сигналов, причем первый сигнал сформирован равным амплитудному значению напряжения небаланса мостовой измерительной цепи, второй сигнал сформирован пропорциональным проекции напряжения питания мостовой измерительной цепи на вектор напряжения небаланса, третий сигнал-пропорциональный разности первого и второго сигналов, а информацию о направлении изменения регулирующего элемента формируют по величине и знаку третьего сигнала l .

Недостаток такого способа - низкие точность и быстродействие из-за невозможности одновременного уравновешивания по обеим составляющим измеряемого комплексного сопротивления.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в амплитудно-фазовом способе формирования регулирующих воздействий для раздельного уравновешивания компенсационно-мостовой изме,jj рительной цепу, заключающемся в сравнении сигналов, пропорциональных амплитудно-фазовым соотношениям напряжений, снимаемых с компенсационномостовой измерительной цепи, один

,5 из которых пропорционален временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения, -снимаемо20 го с образцового элемента, расположенного в ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, при последовательной схеме замещения или с измеряемого комплексного сопротивления при параллельной схеме замещения последнего, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения питания ветви, содержащей измеряемое ком плексное сопротивление, формируют вт рой и третий дополнительные сигналы, например меандры, период которых равен периоду напряжения питания компенсационно-мостовой измерительной цепи, начало первого из которых сдвинуто относительно перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения питания компенсационно-мостовой измерительно цепи на время, равное первому дополнительному сигналу, а начало другого - на время, равное сумме первого дополнительного сигнала, и четверть периода напряжения питания компенсационно-мостовой измерительной цепи, формируют четвертый и пятый дополнительные сигналы, пропорциональные пр екциям напряжения небаланса на второ и третий дополнительные сигналы соот ветственно, формируют шестой и седьмой дополнительные сигналы, пропорци ональные отношению второго и третьего дополнительных сигналов к амплитуд ному значению напряжения питания ком пенсационно-мостовой измерительной цепи соответственно, информацию о на правлении изменения регулируемых пар метров по однородной и неоднородной составляющим измеряемого комплексно. го сопротивления формируют по знаку четвертого и пятого Дополнительных сигналов, а информацию о величине не уравновешенного (переуравновешенного) состояния компенсационно-мостовой измерительной, цепи формируют по величине шестого и седьмого дополнительных сигналов соответственно. Формирование шестого и седьмого дополнительных сигналов позволяет п лучить информацию не только о направлении изменения регулируемого параметра, но и о величине недоурав новешенного (переуравновешенного) состояния компенсационно-мостовой измерительной цепи (КМИЦ), что позволяет повысить быстродействие за счет однократного включения необходимого веса образцовых элементов дл каждой цифры. Предлагаемый способ позволяет по высить точность измерения составляю щих.измеряемого комплексного сопротивления за счет достижения сое- . тояния полного равновесия КМИЦ. На фиг. 1 показана компенсационно-мостовая измерительная цепь ( КМИЦ/ на фиг. 2 - ветвьпКМИЦ, составленная из последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, выполненного по последовательной схеме замещения (резистор и конденсатор), и образцового сопротивления двухполюсника, однород ного по характеру активной составляюи ей измеряемого комплексного сопроти-; вления двухполюсника; на фиг. 3-5 круговые диаграммы КМИЦ, в момент недоуравновешивания, переуравновешивания, квазиравновесия по составляющей измеряемого комплексного сопротивления, однородной образцовому сопротивлению двухполюсника; на фиг. 6-8 то .же, в момент недоуравновешивания, переуравновешивания и квазиравновесия по составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, неоднородной образцовому сопротивлению; на фиг. 9 - устройство, реализую1.|ее предлагаемый способ; на фиг. 10 - блок обработки сигналов. Измерительная цепь 1 содержит источник 2 питания, трансформатор 3 питания с обмотками k (W) и 5 (W) фазовращающий блок 6 с трансформатором 7, первичная и вторичная обмотки которого соответственно 8 ( и 9 (W4.), измеряемое комплексное сопротивление двухполюсника 10, образцовое сопротивление двухполюсника 11 при последовательной схеме замещения измеряемого комплексного сопротивления. На круговых диаграммах обозначено: - потенциальная точка, вершина ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление двухполюсника и образцовое сопротивление двухполюсника;, - потенциальная точка, место соединения конца первой и начала второй вторичных обмоток трансформатора питания КМИЦ, Ъ-i - потенциальная точка, место соединения конца второй вторичной обмотки и первого зажима фазовращающего блока; линия перемещения потенциальной точки при уравновешивании по составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, однородной образцовому сопротивлению, причем линия 1 параллельна вектоРУ dCoo ;

C iK-- линия перемещения потенциальной точки при уравновешивании s двухполюсника по составляющей, неоднородной образцовому сопротивлению двухполюсника; .

C-ii, минимально возможная окружность квазиравновесия потенциальной Ю точки Ci,j в обобщенных обозначениях, окружности квазиравнозесия потенциальной точки в обобщенных обозначениях;

(-:Уэ . - окружность квазиравновесия 15 потенциальной точки d в обобщеннь1х обозначениях;

CIC:; - вектор падения напряжения, снимаемого с образцового сопротивления двухполюсника.20

- вектор напряжения, снимаемого с вторичной нерегулируемой обмотки трансформатора 3 питания,

вектор напряжения, снимаемого с вторичной обмотки 9 транс- 25 форматора;

i/j d-i-i вектор напряжения небаланса-,

а - вектор напряжения питания ветви, содержащей измеряемое ком- зо плексное сопротивление;

V - фазовый сдвиг напряжения d относительно опорного вектора 1, получен; t поворотом вектора напряжения ad нь угол, пропорционапь-„ нуй фазовому сдвигу напряжения, снимаемого с образцового элемента при последовательной схеме замещения, или с измеряемого комплексного сопротивления при параллельной схеме заме- .. щения относительно напряжения питания ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление.

Процесс уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи по составляющей измеряемого комплексно- 5 го сопротивления двухполюсника, однс эодной образцовому сопротивлению двухполюсника, заключается в изменении напряжения питания ветви, составленной из последовательного соеди- 50 нения измеряемого комплексного сопротивлеНия двухполюсника и образцового сопротивления двухполюсника, путем коммутации витков вторичной обмотки W или W2. трансформатора питания. 55

Комент квазиравновесия по составляющей , однородной образцовому сопротивлению двухполюсника, характеризуется выводом точки С на одну окружность уравновешивания у( что можно зафиксировать выполнением следующего равенства (фиг. 5)

Ct3-Cos4-O.

Нарушение равенства в ту или иную сторону характеризуется состоянием недоуравновешивания (переуравновешивания) или переуравновешивания (недоуравновешивания (фиг. 3 и ) соответственно. А коммутацию образцовых элементов производят в соответСЛ СО5 Ч

ствии с величиной отношения л

п

Процесс уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи по составляющей, неоднородной образцовому сопротивлению двухполюсника, заключается в изменении напряжения питания ветви, составленной из последовательного соединения измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника и образцового сопротивления двухполюсника, путем коммутации витков вторичной обмотки трансформатора фазовращающего блока.

Момент квазиравновесия по составляющей , неоднородной образцовому сопротивлению двухполюсника, характеризуется выводом точки С на одну окружность уравновешивания (Ьз , что фиксируется выполнением равенства

(- cd-GlH.O.

Нарушение равенства в ту или иную сторону характеризуется состоянием недоуравновешивания (переуравновешивания) или переуравновешивания (недоуравновешивания) (фиг. 6 ,и 7). А коммутацию образцовых элементов производят в соответствии с величиной отношения - -О Отсчет составляющей, однородной

образцовому сопротивлению двухполюсника, можно получить следующим образом. Известно, что в момент квазиравновесия .

где R - радиус окружности.

QcoLd a$VJ

ОКаТр iCW,)

д

ly.) Vgi°

2tW,+vW2)a(dcti)

JWa

V/, Отсчет составляющей, неодноррпной образцовому сопротивлению двухможно получить полюсника, а в момент квазиравновесия D. М 2 га с атс . Тс с ITc Устройство, реализующее предлага емый способ, содержит КМИЦ 1, согласующее устройство 12, блок 13 обработки сигналов, блоки 14 и 15 д ления, блоки 16 и 17 уравновешивания, блоки 18 и 19 индикации, блок обработки сигналов содержит фа временной .преобразователь 20, блок 21формирования опорного напряжения блок 22 разности, фазочувствительны выпрямители 23 и 24. Напряжение Ucj снимаемое с исто ника питания КМИЦ, напряжение питания/ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление УС|,И напряжение Уде с имаемое с образцовог элемента, расположенного в ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, через согласующее ус ройство 12 поступают на входы блока 13 обработки сигналов, причем напря жение одновременно подается на вход блока 21 формирования опорнрго напряжения и на первый вход блока 22разности, а также на первые входы блоков И и 15 деления, напряжение V(j{ поступает на первый вход фазовременного преобразователя 20, а напряжение У одновременно подается на второй вход блока 20 и на второй вход блока 22 разности. Сигнал, пропорциональный фазовому сдви гу V между напряжением Vcii Удц,, поступает на информационный вход блока 21, опорный сигнал, пропорцио нальный напряжению Vd, сдвинутому на угол V с первого выхода блока формирования опорного напряжения, и опорный сигнал, пропорциональный напряжению VQ, сдвинутому на суммар ный угол V и четверть периода напря жения питания компенсационно-мосто0 1 8 вой.измерительной цепи, со второго выхода блока 21 одновременно поступают на первые входы фазочувствителы 1Х выпрямителей 23 и 24 соответственно, на вторые входы которых подается напряжение небала1нса Vcd с выхода блока 22 разности, сигналы с выходов блоков 23 и 24, пропорциональные проекциям cd -cosM и cd-sinH соответственно, подаются на вторые входы блбков 14 и 15 деления и на управляющие входы блоков 16 и 17 уравновешивания. Сигналы с выходов блоков деления, пропорциональные частному от деления - Q и - соответственно, поступают на информационные входы блоков 16 и 17 уравновешивания. Блок 1б уравновешивания производит коммутацию витков трансформатора питания КМИЦ, а блок 17 витков вторичной обмотки трансформатора фазовращающего устройства,,сигналы с выходов блоков 1б и 17 соответственно поступают на входы блоков 18 и 19 индикации. Использование предлагаемого способа позволяет повысить точность и быстродействие измерения составляющих комплексного сопротивления при разработке устройств контроля параметров технологических процессов в АСУТП. Формула изобретения Амплитудно-фазовый способ формирования регулирующих воздействий для раздельного уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи, заключающийся в сравнении сигналов, пропорциональных амплитудно-фазовым соотношениям напряжений, снимаемых с компенсационно-мостовой измерительной цепи, один из которых пропорционален временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения, снимаемого с образцового элемента, расположенного в ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, при последовательной схеме замещения или с измеряемого комплексного сопротивления при параллельной схеме замещения последнего, а конец совпадает с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень- с минуса на плюс (с плюса на минус) ь|апряжения питания ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, отличающийся телф, чтр, с целью повышения точности и быстродействия, формируютвторой и третий дополнительные сигналы, например меандры, период которых равен периоду напряжений питания компенсационно-мостовой измерительной цепи, начало первого из которых сдви нуто относительно перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения питания компенсационно-мостовой измерительной цепи на время, равное первому дополнительному сигналу, а начало другого на время, равное сумме пер вого дополнительного сигнала, и четверть периода напряжения питания компенсационно-мостовой измерительной цепи, формируют четвертый и пятый дополнительные сигналы, пропорциональные гфоекциям напряжения небаланса на второй и третий дополнительные сигналы соответственно, фо мируют шестой 1 седьмой дополнительные сигналы, пропорциональные отношению второго и третьего дополнительных сигналов к амплитудному значению напряжения питания компенсационно-мостовой .измерительной цепи соответственно, информацию о направлении изменения регулируемых параметров по однородной и неоднородной составляющим измеряемого комплексного сопротиале «1я формируют по г знаку четвертого и пятого допол 1тельных сигналов, а информацию о величине недоуравновешенного (переуравновешенного) состояния компенсационно-мостовой измерительной цепи формируют по величине шестого и седьмого дополнительных сигналов соответственно. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР ГР661359, кп. G 01 R 17/10, 25.05.79 (прототип).

(puel

- b-l-rn if

3й/г2

mt-n

ФагЪ

Сгв/Tfiff

men

фиг.5