Устройство для измерения параметров комплексного двухполюсника

 

Изобретение относится к области измерения и контроля параметров комплексного двухполюсника. Цель изобретения -. повьппение точности измерения . Это достигается за счет исключения необходимости формирования мгновенных значений информационных сигналов точно в момент перехода через ноль и экстремум опорных сигналов . Устройство содеря ит генератор -1 гармонического сигнала , измерительную цепь 2, состоящую из параллельно соединенных ветвей. Одна из ветвей с остоит из последовательно соединенных образцовых двухполюсников (ОД) 3 и 5, другая ветвь состоит из однородных ОД 6.1 и 6.2, блоков 7.1-7.4 согласования, выходы которых соединены с входами соответствующих блоков 8. 1-8.4 вычисления, блоков 9.1-9.2 суммирования, блоков 10.1- 10.2 разности, амплитудно-дифференциальных детекторов 11.1-11.4, блока 12 обработки сигналов, блоков 13.1-13.4 уравновешивания. Устройство позволяет одновременно измерять четыре параметра исследуемого двухполюсника , значения которых от ображаются на блоках 14.1-14.4 индика- .ции. 5 ил. i СЛ кэ 4 to 00 00 Од Фи9.1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (11) (5ц 4 G 01 R 17/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

13, ШМ01 Г1(,1 юг. /

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3801850/24-21 .(22) 1-7.10.84 (46) 07.07.86. Бюл. У 25 (71) Пензенский сельскохозяйственный институт (72) В.А. Волков, О.С. Гаджиев, А.Ф. Прокунцев и P.М. Юмаев (53) 621.317.733(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1026062, кл. G 01 R 17/10, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1118922, кл. С 01 R 17/10, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНОГО ДВУХПОЛЮСНИКА (57) Изобретение относится к области измерения и контроля параметров комплексного двухполюсника. Цель изобретения —. повьппениЕ точности измерения. Это достигается за счет исключения необходимости формирования мгновенных значений информационных сигналов точно в момент перехода через ноль и экстремум опорных сигналов. Устройство содержит генератор 1 гармонического сигнала, измерительную цепь 2, состоящую из параллельно соединенных ветвей. Одна из ветвей состоит из последовательно соединенных образцовых двухполюсников (ОД) 3 и 5, другая ветвь состоит из однородных ОД 6.1 и 6.2, блоков

7.1-7.4 согласования, выходы которых .соединены с входами соответствующих блоков 8 . 1-8.4 вычисления, блоков

9. 1-9.2 суммирования, блоков 10.110.2 разности, амплитудно-дифференциальных детекторов 11.1-11.4, блока 12 обработки сигналов, блоков

13.1-13.4 уравновешивания. Устройство позволяет одновременно измерять четыре параметра исследуемого двухполюсника, значения которых отображаются на блоках 14.1-14.4 индика.ции. 5 ил.

1242836 аЪ

О сЬ

О

dm> dc

0 р1

Яр °вЂ” и

tc й,,—

Известно цЪ з

ocd, (2) 0 yn aim аД Ла

В то же время

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области измерения и контроля параметров комплексного двухполюсника.

Цель изобретения — повышение точ- ности измерения за счет исключения необходимости формирования мгновенных значений информационных сигналов точно в момент перехода через .ноль и экстремум опорных сигналов.

На фиг . 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 схема измерительной цепи; на фиг. 3— векторная и круговая диаграммы для измерительной цепи, когда исследуе- 15 мый двухполюсник имеет последовательную схему замещения с емкостным характером и когда в качестве образцовых двухполюсников выбраны емкостный и резистивный двухполюсники соответственно; на фиг. 4 и 5 — векторные диаграммы процесса уравновешивания в декартовой системе координат.

Устройство (фйг. 1) содержит генератор 1 гармонического сигнала, зажимы которого подключены к измерительной цепи 2, состоящей из параллельно соединенных ветвей, одна ветвь состоит из последовательно ЗО соединенных образцового двухполюсника 3, исследуемого двухполюсника 4, образцового двухполюсника 5, другая ветвь состоит из образцовых однородных двухполюсников 6. 1 и 6,2, блоков

7.1-7.4 согласования, выходы которых соединены с входами соответствующих блоков 8.1-8.4 вычисления, выходы .которых подключены к соответствующим входам блоков 9.1 и 9.2 gg суммирования, выходы которых подключены к входам соответствующих блоков 10. 1 и 10.2 разности выходы ко-, J торых соединены с входами соответствующих амплитудно-дифференциаль- щ ных детекторов 11.1-11.4, выходы которых подключены к соответствующим входам блока 12 обработки сигналов и к входам соответствующих блоков

13.1-13.4 уравновешивания, выходы которых подсоединены к входам соответствующих блоков t4.1-14.4 индикации.

На фиг. 2-5 приняты следующие обозначения:

)"„,/»,, — траектории перемещения потенциальных точек f щ,d, с; вектор напряжения питания измерительной цепи; вектор падения напряжения„ снимаемого с образцового двухполюсника 5; вектор падения напряжения„ снимаемого с образцового двухполюсника 5, вектор напряжения на исследуемом двухполюснике 4, векторы напряжений раэ-, балансов; вектор компенсирующего напряжения; вектор разностного напряжения между векторами й, и вектор разностного напряжения между, векторами иu вектор разностного напряжения между векторами

Бр,и Й,„, вектор суммарного напряжения между векторами (Р ап вектор разностного напряжения между векторами

Jã "сZ „ вектор суммарного напряжения между векторами

Uð,UсcЬ. что где, p сс и P d — параметры измерительной цепи в обобщенных значениях.

Анализируя векторную диаграмму (фиг . 2), можно отметить, что а o rn n и и а о3 подобны, из подобия треугольников имеем

a re Ol Ol З, (э) оо аi de соБ(1ВО -qj агп-dl cogq

D ad dd о, (с +P )

fLd+ Pd

1242836 (s) (6) Подставив выражения (1) и (2) 10 Так же в (6), после преобразования получаем уд а Ь ). kb (13) Подставив выражения (2), (11), 15 (12) в (13) имеем д

Jm Б о4 о с сЬ с+)о

cxm "(а Ра )

+in9d- d Pm

=К

4. (d+Pa) (7) (14) 20 K разделим на .,о

) о с е р п р Рm о — Я(3

К

) (g(g1- 138 \ 0(m (15) (8) 1".с 1

1-, ="й где J (d 3 Г (11 Pd (16) ЗО

2К,-1 2де йод-сЪ ñ сь при о = (3 получим или

2с) m-5incp — сЪ

С сb

"со р т.е.

45 или же

3 Ro "x 23m собу

Rx R„ар — активный образцовый двухполюсник, 1 — активная составляющая изме55 рительного комплексного сопротивления двухполюсника. где

m d co s с М „< ь! d+ 8 d )- d К,„" (Р „„) где К, — коэффициент гомотетии

"4

После преобразования выражекия (7) получаем

Преобразовав выражение (8), получим („о, 2с т совц 3,„, = сор =2К, (1Q) Также можно отметить, что а Мс

fc о с с

А из подобия h а о 3 и о Кс о имеем

0(1 о(1 3m еin/180 -P) de-sing .12)

k1 сь сЪ

1 c

М

=к,;

1+— о,1 где Х „ — реактивный образцовый двухполюсник, — реактивная составляющая измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника.

Аналогичные расчеты можно провесg0 ти, используя вектор разбаланса Jc;

Приведем окончательные выражения:

"со ", Мс соз4 (2О)

Кс Х, . сЬ

1242836 гас -am — (21) Я, =2Кз, г,„= + ч 2 4 ) (28) (29) (22) 2dc -sing-am

R х о и 111 ц =13 con@I (23) Ь „

-18O ) =О,, (24) 30

35 (25) В то же время

50

t,,=Ы,(2k -1) (27) Для параллельной схемы замещения исследуемого двухполюсника выражения аналогичны с той лишь разницей, 10 что вместо сопротивлений будут проводимости, а при измерении приращения, например, по активной составляющей необходимо исследуемый двухполюсник

4 поменять местами с двухполюсником

5, а по реактивной составляющей исследуемый двухполюсник 4 поменять местами с двухполюсником 3.

Анализируя векторную диаграмму (фиг. 4) можно отметить, что

20 где 0 о — проекция вектора на &д„„

В момент, когда Up соб (8 можно записать в виде

1 от

u,„=-,(б,„1, к, ==

"am где k — коэффициент передачи по напряжению.

Подставив выражение (24) в .(10), получим где 0,0,1 — пРоекция вектора ц на (1,b

В момент квазиравновесия

/ g < ei n Я / = О можно утверждать, что

I U pg I = 21 ОсЪ1, („) где — коэффициент передачи по

К напряжению.

Тогда подставив выражение (26) в (18), получим

Аналогичные рассуждения можно применить и в отношении 8р и Д 7 m по векторной диаграмме, изображенной на фиг. 4б:

Уравнения отсчета для составляющих комплексного сопротивления (проводимости) измеряемого двухполюсника при фазовой реализации устройства аналогичны указанным за исключением уравнений кваэиравновесия.

Р(э выражений (23) †(27) следует, что отсчет каждого из измеряемых параметров производится в моменты квазиравновесия, определяемые по нулевым значениям проекций раэностных напряжений 0, и 0 р на опорные сигналы 0 „ и 5, однако в моменты квазиравновесия (фиг. 5б и 5г) вектор 0р, принимает квадратурное положение относительно вектора Oд щ (фиг. 5б) или 0 g (фиг. 5г), при

/ <рl = 1О с/ /О I / UZc! (как диагонали прямоугольника) . Очевидно, что при одновременном изменении модулей LI > и 0 в момент полноеrn го равновесия справедливо выражение, IU )U 1 O I 1гpI 1U2cI

Указанные выражения справедливы и при исследовании вектора раэбаланса 0,1

Устройство работает следуюшим образ ом.

Напряжения 0 и (1, с нимаемые с образцовых двухполюсников 3 и 5

У через блоки 7.1 и 7.4, согласования подаются одновременно на входы блоков

8.1-8.4 вычисления (в их качестве можно, например, испольэовать усилитель с регулируемым коэффициентом передачи) и на первые входы амплитудно-.дифференциальных детекторов

11. 1-11. 4.

Сигналы с блоков 8.1-8.4 вычисления, пропорциональные соответственно к jU„„j 4(ьс/ 1 2)" (К U д, g J,, поступают на входы блоков 9. 1 и 9. 2 суммирования,, которые формируют сигналы U к = lj + U ьс md

Компенсирующее напряжение 0 с вык ходов блоков 9.1. и 9.2 подается раздельно на первые входы блоков

10. 1 и 10.2 разности, на вторые входы которых подаются сигналы небаланса Q> и о через блоки 7.2 и 7.3 согласования. На выходах блоков 10.1

1242836 и 10.2 разности формируются сигналы, пропорциональные LI = 5, — LI

LIp = LI — 5 соответственно, пб которые поступают на вторые входы 5 амплитудно-дифференциальных детекторов 11.1-11.4. Амплитудно-дифференциальный детектор в своем составе может, например, содержать блок суммирования и блок разности, выходы которых подключены к входам операционного усилителя, включенного по дифференциальной схеме. На выходах амплитудно-дифференциальных детекторов 11.1 — 11.4 формируются следующие 15 сигналы: на выходе блока 11.1

)Llp LIbr 1 Up, LIbcl де блока 11.2 f 0 — 0 )- ) б 1Ц. на выходе блока 11.3 ) LI - 1 ) .аm

20 ! LI, + 0 ); на выходе блока торые одновременно подаются на входы блока 12 обработки сигналов и на входы блоков 13.1-13.4 уравновешива25 ния.

На управляющих выходах блоков

13. 1-13.4 уравновешивания формируются сигналы управления коэффициента- ми.передачи блоков 8.1-8.4 вычисления. На информационных выходах блоков 13.1-13.4 уравновешивания формируются сигналы, пропорциональные значениям коэффициентов передач блоков 8.1-8.4 вычисления соответствен-. но, которые подаются на входы блоков 35

14.1-14.4 индикации.

Процесс выбора предела измерения осуществлчется блоком 12 обработки сигналов по двум параметрам комплексного двухполюсника. Процесс уравновеши40 вания начинается сразу же после выбора предела измерения и основан на методе прямого уравновешивания.

Блоки 13.1-13.4 уравновешивания изменяют коэффициенты передачи блоков

8.1-8.4 вычисления до тех пор, пока сигналы, формируемые амплитудно-дифференциальными детекторами 11.1-11.4, станут равными нулю. В эти моменты на информационных выходах блоков

1 3 . 1= 1 3 . 4 уравновешивания, прис ут- . ствуют коды чисел, пропорциональные

3 ), P, .8 и P . Информациойные сигналы с выходов блоков

13.1-13.4 уравновешивания поступают на блоки индикации.

Таким образом, устройство позволяет одновременно измерять четыре параметра исследуемого двухполюсника, значения которых отображаются на блоках 14.1 — 14.4 индикации

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для измерения параметров комплексного двухполюсника, содержащее генератор гармонического сигнала, один из зажимов которого подключен к входу первого блока согласования и к одному из зажимов измерительной цепи, составленной из двух параллельно соединенных ветвей,. первая из ветвей содержит последовательно соединенные первый образцовый двухполюсник, однородный одной из составляющих исследуемого двухполюсника, клеммы для подключения исследуемого двухполюсника, первая из которых и второй вывод образцового двухполюсника соединены с общей шиной, и второй образцовый двухполюсник, однородный другой составляющей исследуемого двухполюсника, первый вывод которого и вторая клемма для подключения исследуемого цвухполюсника подключены к первым входам второго.и третьего блоков согласования, вторая ветвь содержит два последовательно соединенных однородных образцовых двухполюсника, вторые выводы которых подключены к второму входу второго блока согласования и к входу четвертого блока согласования, вы— ход которого соединен с первым вхо— дом первого блока разности, второй зажим измерительной цепи подключен к второму зажиму генератора гармоничного сигнала и к второму входу третьетретьего блока согласования, выход которого через первый блок вычисления соединен с первым входом блока суммирования, выход которого подклю— чен к первому входу второго блока разности, второй вход которого соединен с выходом второго блока согласования, выход первого блока согласования подключен через второй блок вычисления к второму входу первого блока суммирования, управляемые входы первого и второго блоков вычисления подключены соответственно к управляющим выходам первого и второго блоков уравновешивания, информационные выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго блоков индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с

1242836 целью повышения точности, в него введены третий и четвертый блоки вычисления, второй блок суммирования, четыре амплитудно-дифференциальных

5 детектора, блок обработки сигналов, третий и четвертЫй блоки уравновешивания, третий и четвертый блоки индикации, причем выход первого блока согласования соединен с первыми входами первого и второго амплитудно-дифференциальных детекторов и через третий блок вычисления с первым входом второго блока суммирова15 ния, выход которого подключен к второму входу первого блока разности, выход которого соединен с вторым входом второго и первым входом третьего амплитудно-дифференциальных детекторов, выход третьего блока согласования соединен с вторым входом третьего и первым входом четверI того амплитудно-дифференциальных детекторов и чере1 четвертый блок вы в 75 числения с вторым входом второго блока суммирования, выход второго блока разности подключен к вторым входам первого и четвертого амплитудно-дифференциальных детекторов, выходы которых подключены соответственно к входам второго и первого блоков уравновешивания и к первому и второму входам блока обработки сигналов, выходы второго и третьего амплитудно-дифференциальных детекторов сое— динены соответственно с входами третьего и четвертого блоков уравновешивания и с третьим и четвертым входами блока обработки сигналов, управляющие выходы которого подключены соответственно к шинам управления образцовыми двухполюсниками первой ветви, информационные выходы третьего и четвертого блоков уравновешивания соединены соответственно с входами третьего и четвертого блоков индикации, а управляющие выходы подключены соответственно к управляемым входам третьего и четвертого блоков вычисления.

1242836

N u

Мат

04Ь

1242836

Составитель В. Семенчук

Редактор А. Козориз Текред О.Сопко

Корректор В.Бутяга

Заказ 3698/42

Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4