Устройство для измерения параметров пассивного комплексного двухполюсника
Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повьшение точности измерения . Устройство содержит источник 1 гармонического сигнала, блоки 2, б и 7 образцовых двухполюсников, ключи 4, 9 и 10, согласующий блок 8, функциональный преобразователь 13, блок 14 индикации и блок 15 управления образцовыми двухполюсниками. Введение фильтров 11 и 12, настроенных на первую и вторую гармоническую состазляющую сигнала питания, и конкретное выполнение функционального преобразователя 13 позволяет устройству измерять параметры пассивного комплексного трехи четырехэлементного двухполюсника. Кроме .того, исключаются погрешности, обусловленные конечным значением входных комплексных сопротивлений согласующих блоков, нестабильностью их коэффициентов передачи, а также фазовыми сдвигами опорных векторов и информационных сигналов в тракте преобразования . 1 з.п. ф-лы, 2 табл. 13 ил. i ь гз ел ;о 00 ф(г.1
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
А1
„„SU„, 244598 цд 4 С 01 R 17/10
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3БЛЫ : - ."
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ CCCP
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3660762/24-21 (22) 12,10.83 (46) 15.07.86. Бюл. В 26 (71) Пензенский завод-ВТУЗ при Заводе
В3М (филиал Пензенского политехнического института) (72) В,В,Заморский и Г.И.Шаронов (53) 621.317.733(088.8) (56) Заявка Великобритании М 2022271, кл. С 01 R 1.7/00, 1979.
Авторское свидетельство СССР
В 1068840, кл, С Oi К 27/02, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДПЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПАССИВНОГО КОМПЛЕКСНОГО ДВУХПОЛЮСНИКА (57) Изобретение относится к электро.измерительной технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение точности измерения. Устройство содержит источник 1 гармонического сигнала, блоки
2, 6 и 7 образцовых двухполюсников, ключи 4, 9 и 10, согласующий блок 8, функциональный преобразователь 13 ° блок 14 индикации и блок 15 управления образцовыми двухполюсниками. Введение фильтров 11 и 12, настроенных на первую и вторую гармоническую составляющую сигнала питания, и конкретное выполнение функционального . преобразователя 13 позволяет устройству измерять параметры пассивного комплексного трех- и четырехэлементного двухполюсника. Кроме того, исключаются погрешности, обусловленные конечным значением входных комплексных сопротивлений согласующих блоков, нестабильностью их коэффициентов передачи, а также фазовыми сдвигами опорных векторов и информационных сигналов в тракте преобразования. 1 s.ï. ф-лы, 2 табл. 13 ил.
44598
Устройство содержит источник 1 гармонического сигнала, блок 2 образцовых двухполюсников для выбора предела измерения, исследуемый комплексный двухполюсник 3, ключ 4, вершина
5 измерительной диагонали мостовой измерительной цепи, блоки образцовттх двухполюсников 6 и 7, дополняющих измерительную цепь до нулевого моста и моделирующих ветвь измерительной цепи, составленную из исследуемого комплексного двухполюсника 3 и блока 2 образцовых двухполюсников„ согласу4 12
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытт, использовано для измерения параметров комплексных двухполюсников.
Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет измерения параметров пассивного ком- . плекспого трех- и четырехзлементного днухполюсттика и повышение точности за счет исключенич погрешности, обу-, словленной конечным значением вход,ных комплексных сопротивлений согласующих блоков, нестабильностью их коэффициентов передачи, а также фазовыми сдвигами опорных векторов и информационных сигналов в тракте пре-. образования.
На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства, на фпг.2 — возможный вариант реализации функционального преобразователя; на фиг.3 — структурная схема блока управления; на фиг. 4 и 5 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства, на фпг.б — эквивалептпые схемы замещения состояпий измерительной цепи, на фиг.7 — принципиальная ! схема источника гармонического сигнала, на фпг.8 - ттреметтттые диаграммы, поясняющие процесс формирования напряжения, питающего измерительную цепь, на фиг.9 — структурная схема формирователя импульсов, на фиг, l0— ттрттттер построения микропроцессорного блока, на фиг. 11 — блок-схема алгоритма процесса измерения, на фиг.12— векторная диаграмма, поясняющая работу устройства, на фиг. 13 — структур-. ная. схема задающего гене aropa, на фиг. 14 и 15 - уравнения отсчета, по которым организуют алгоритмы вычисления составляющих измеряемого комплексного многоэлементного двухполюсника в зависимости от схемы замещения, 5
30 ющий блок 8, ключи 9 и 10, фильтры
11 и 12, настроенные соответственно на первую и вторую гармоническую составляющую сигнала питания, функциональный преобразователь 13, блок
14 индикации и блок 15 управления образцовыми двухполюсниками. Футткциональный преобразователь 13 содержит фаз очув ствтттельттт»й выпрямитель 1 6, задающий генератор 17 и фазочув ст" вительпый выпрямитель 18, блок 19 управления, аналого-цифровой преобразователь (ЛЦП) 20 и микропроцес" сор 21, аналого-цифровой преобразователь 22. Блок управления содержит пульт 23 управления, счетчтп 24 адреса, эаттоттттттаютций блок 25, формирователь 26 импульсов, дешифратор 27 ко- манд уттратзлеттття. Истотттттт< 1 гармонического сигнала содержит делители
28 и 29, фильтры 30 и 31, суммирующий блок 32, уситтитель 33 мощности, . формирователь 26 импульсов содержит делители 34-37, дешифратор 38, элементы 2П-ИЛИ 39-44. Микропроцессор
2! содержит арифметпко-логический блок (ЛЛЬ) 45, блок 4б.микропрограм много управле, блок 47 обмена информацией. Задающий генератор 17 со,ттержттт мультивибратор 48, делитель
49 частоты.
Е!а фиг.1. первый и второй выходы источника 1 гармонического сигнала подключены соответственно к зажимам двухполюсников 2,6 и 3,7 измерительной цепи и через ключи 9 и 10 — к общей шине, которая соединена с вто" рым входным зажимом согласующего блока 8. Первый входной зажим согласующего блока 8 подсоединен к выходу . ключа 4. Первый и второй входы ключа соединены соответственно с точками соединения двухполюсников 2,6 и
3,7 измертттельттой цепи. Выход согласующего блока 8 подключается через фильтры 11 и 12 к первому и второму входам функционального преобразователя 13, первый и седьмой выходы которого подключены к первому и второму входам источника 1 гармонического сигнала, а второй, третий и четвертый выходы функционального преобразователя 13 подсоединены соответственно к управляющим входам ключей 9, 10 и 4, Пятый и шестой выходы функционального преобразователя соединены соответственно с входами блоков
14 и 15.
44598
5 !
15
30
3 .12
Первый и второй входы функционального преобразователя 13 соединены соответственно с первыми входами фазочувствительных выпрямителей 16 и 18, вторые входы которых подключены соответственно к четвертому и седьмому выходам блока !9 управления, первый, третий, четвертый, пятый и шестой входы которого подключены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому и пятому выходам задающего генератора 17. Первый и третий выходы задающего генератора 17 подсоединены к первому и седьмому выходам функционального преобразователя 13, причем его второй, третий и четвертый выходы соединены соответственно с вторым, первым и третьим выходами блока 19 управления, пятый и восьмой .выходы которого подключены соответственно к первым входам аналого-цифровых преобразователей
20 и 22. Вторые входы аналого-цифровых преобразователей 20 и 22 подсоединены соответственно к выходам фазочувствительных выпрямителей 16 и 1.8.
Выходы аналого-цифровых преобразователей 20 и 22 соединены соответственно с первым и третьим входами микропроцессора 21. Микропроцессор 21 связан с блоком 19 управления адресной шиной и шиной данных. Кроме того,, второй и третий выходы микропроцессора 21 соединены соответственно с пятым и шестым выходами функционального преобразователя 13. Первый, третий, четвертый и пятый входы блока
19 управления соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами формирователя 26 импульсов, первый и второй выходы которого подключены к четвертому и седьмому выходам блока 19 управления.
Первый, второй, третий, пятый, шестой и восьмой выходы блока 19 подсоединены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому, пято му и шестому выходам дешифратора 27, . команд управления, седьмой выход кото- рого подключен к первому входу счетчика 24 адреса, а восьмой — к первому входу формирователя 26 импульсов.
Первый, второй и третий выходы пульта управления подключены соответственно к второму, третьему и четвертому входам счетчика 24 адреса, пятый вход которого соединен с шестым входом блока 19 управления, второй вход которого — шина данных подключена к первому входу запоминающего блока
25, выход которого подключен к первому входу. дешифратора 27, второй вход которого подсоединен к четвертому выходу пульта 23 управления. Второй, третий и четвертый входы формирователя 26 подключены соответственно к первому, третьему, четвертому и пятому входам блока 19 управления, четвертый и седьмой выходы которого соединены с первым и вторым выходами формирователя 26 импульсов.
Первый и второй выходы источника гармонического сигнала соединены соответственно с входами делителей
28 и 29, выходы которых через фильтры 30 и 31 подключены соответственно к первым и вторым входам суммирующего блока 32, выход которого подсоединен к выходу усилителя 33 мощности, первый и второй выходные зажимы которого соединены с первым и вторым выходными зажимами источника 1 гармонического сигнала.
Второй, третий, четвертый и пятый входы формирователя 26 импульсов соединены соответственно с входами делителей 34-37, прямые и инверсные выходы которых подключены к первым входам частей И соответственно элементов 2И-ИЛИ 39-42, вторые входы которых подключены к первому выходу дешифратора 38, второй выход которого подсоединен к первым входам частей
И элементов 2И-ИЛИ 43 и 4l, вторые входы которых соединены с выходами соответственно элементов 2И-ИЛИ 3942. Выходы элементов.2И-ИЛИ 43 и 44 подключены соответственно к первому и второму выходам формирователя 26 импульсов, первый вход которого соединен с входом дешифратора 38.
Второй вход — адресная шина микро45 процессора 21 соединен с первым входом арифметико-логического блока 45, адресная шина которого подключена к первому входу блока 46 микропрограммного управления, второй и третий
50 входы которого соответственно по командной магистрали и шине сигналов прерывания подключены к выходам блока 47 обмена информацией. Выход блока 46 микропрограммного управ55 ления по шине служебных сигналов связан с входами управления блоков 45 и 47. Блок 47 обмена информапией соединяется по шине данных с
1244598 информационным входом арифметико-логического блока 45. Кроме того блок .47 соединен шиной данных через nepBllrr выход микропроцессора 21 с запоминающим блоком 25. Первый и третий входы микропроцессора 21 соединены с информационными входами блока 47 обмена информацией, первый и второй информационные выходы которого под- 10 ключены соответственно через второй и третий выходы микропроцессора 21 соответственно к пятому и шестому выходам функционального преобразователя 13. 15
Выход мультивибратора 48 соединен с пятым выходом задающего генератора
17 и с входом делителя 49 частоты, первый, второй, третий и четвертый выходы которого подключены соответ- 20 ственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам задающего генератора 17.
Устройство работает следующим образом, 25
В соответствии с алгоритмом измерения на ключи 4, 9 zf 10 поступают управляющие сигналы (фиг. 4) с чет/ вертого, второго и третьего выходов фу<нкционального преобразователя 13, 30 с четвертого выхода (фиг. 4 строка « ..) — на ключ 4, а с второго и третьего входов (фиг. "4 строки б .и
Ь) — на ключи 10 и 9.
11о время действия высокого уровня (первый и второй такть<, фпг.4 строка о.) согласующий блок 8 подключается двухпозиционным ключом 4 к вершине ветви, содержащей исследуемый двухполюсник 3, а во время дей- 40 ствия низкого уровня — к вершине ветви,.содержащей образцовый одноэлементный 6 и образцовый комплексный 7 двухполюсники.
Длительность временных интервалов 45 соответствующих первому, второму, третьему и четвертому тактам (фиг.4), определяется временем преобразова- . ния аналогогых сигналов в выпрямите.— лях 16, 18 и преобразователях 20, 50
22 функционального преобразователя.
Последовательность работы ключей
9 и 10 определяется схемой замещения исследуемого комплексного сопротив" ления и может задаваться с пульта 23 управления программой.
Еапример, для измерения при послеt.r довательно-параллельной схеме эамещения исследуемого двухполюсника 3, ключи 9. и 10 поочередно, в первом и третьем тактах — 10, а во втором и четвертом — 9 подключают двухполюсники 3,7 и 2,6 к общей шине. Для измерения при параллельно-последовательной схеме замещения очередность работы ключей обратная: в первом и третьем тактах ключ 9, а во втором четвертом тактах ключ 1О подк<вочают двухпол<осники 3,7 и 2,6 к общей шине
Па фиг, 4 строки б и ь иллюстрируют работу ключей для измерения при последовательно-параллельной схеме замещепия исследуемого двухпохносника
3. При этом измерительная цепь в процессе измерения изменяет свою структуру. Фиг. б иллюстрирует эквивалентные схемы состояний измерительной цепи для измерения при последовательно-параллельной схеме замещения исследуемого двухполюсппка 3, причем фиг. 6 О. соответствует первому, фиг, 6 б — второму, <1<иг, 6 третьему, фиг, 6 Z — четвертому тактам измерения. Во всех четырех тактах измерптельная цепь питается напряжени" ем с выхода источника 1, которое пропорционально сумме напряжений двух разных частот.
Выходное напряжение источника формируется следу<ощим образом, С выхода мультивибратора 48 задающего ге" нератора 17 последовательность импуль сов (фи г. 5 строка й-), тактирующих работу всего устройства, поступает на пятый выход задающего Генератора
17 и вход делителя 49 частоты, с вы", ходов которого две парафазные последовательности импульсов (фиг, 5 строки 0,, и ж ), соответствующие, например, первой и второй гармоникам напряжения питания измерительной цепи поступают соответственно на первый
У второй, третий и четвертый выходы saдающего генератора 17. С первого и третьего выходов генератора 17 через первый и седьмой выходы функционального преобразователя 13 сигналы (фиг. 5 строки О и e.) поступают через входы источника 1 гармонического сигнала на входы делителей 28,и 29 частоты. Коэффициент деления делителей 28 и 29 равен двум, что аналогич но уменьшению частоты их выходных сигналов вдвое. Фильтры 30 и 3l
Э на входы которых поступают прямо"
7 1244 угольнь|е импульсы со, скважностью два с выходов делителей 28 H 29 (фиг. 5 строки, 3 и фиг.8 строки й, 6 ), выделяют первые гармоники входных, сигналов (фиг.8 строки 6 и t ), которые поступают.на вход суммирующего блока 32, с выхода которого сигнал сложной формы посгупает на вход усилителя 33 мощности. На выходе усилителя 33 получают сигнал для питания
C измерительной цепи (фиг. 8 строка Q ) .
На фиг.8 строка 6 иллюстрирует сиФнал, получаемый на выходе согласующего блока 8, например, в первом такте измерения. На выходе фильтров 11 и 12 получают сигналы (фиг. 8 строки Ж и 6 ), которые через первый и второй входы функционального преобразователя 13 поступают на информационные входы фазочувствительных выпрямителей 16 и 18.
На управляющие входы фаэочувствительных выпрямителей 16 и l8 поступают сигналы через четвертый и седьмой выходы блока 19 управления с вы.ходов формирователя 26 импульсов, принцип работы которого поясняется с помощью временной диаграммы «а фиг.5.
На входы делителей 34-37, коэффициент деления которых равен двум, поступают сигналы (фиг.5 строки 5
6, е и ж) первого, второго, третьего и четвертого выходов задающего генератора 17. На выходе делителей 3435
37 получают сигналы, частота которых вдвое меньше частоты сигналов, поступающих на входы этих блоков (фиг.5 строкЪ K,, ) и Ц). Кроме того, cHIHRJIbI (фиг° . 5, cTpoKH,. H ф ) нуты относительно сигналов строки соответственно 0 и Й Hp 90 . На фиг.5 строки Т, 0 ) и lI показаны только прямые выходные сигналы деб лителей 34-37. Временные завпсимос- .
45 ти инверсных сигналов аналогичны.
Погрешности в формирования фазового сдвига, равного 90, таким способом определяются нейдентичностью времен задержек логических элементов, на которых построены делители
34-37. С помощью существующей элементпой базы можно получить погреш- ность в формировании указанного фазового сдвига до 2/i ° 10 рад, что
° в большинстве случаев приемлемо для прецизионных измерений с точностью до 10 3.
598 8
По команде с дешифратора 27 дешифратор 38 вырабатывает управляющие сигналы для элементов 2И-ИЛИ
39-44, выполняющих функцию дискриминатора сигналов, поступающих с выхода формирователя 26 через четвертьп и седьмой выходы блока 19 управления на управляющие входы фазочувствительных выпрямителей 16 и 18.
Таким образом, на управляющие входы выпрямителей 16 и 18 в соответствии с алгоритмом измерения поступают сигналы NJ, N, М 1 и М, причем сигналы N> и М> сдвинуты соответственно относительно сигналов N„ и М на
Г а сигналы N) и М„соответственно относительно М„и М сдвинуты на )7/2, где — порядковый номер частоты.
Фаэочувствительные выпрямители
16 и 18 в процессе измерения последовательно детектируют сигналы, по-. ступающие с выходов фильтров 11 и 12 синхронно с сигналами М1, NJ, N H
Й3
Процесс управления работой устройства осуществляется программным .путем. Это происходит следующим образом.
На счетчик 24 адреса с пульта 23 управления поступает информация о начале измерения, о конце измерения и о начальном адресе программы, по которой выполняется измерение и которая определяет режим измерения, т..е. с пульта управления задается вид и характер схемы замещения исследуемого комплексного двухполюсника. С пятого выхода задающего генератора 17 через шестой вход блока 19 управления на счетный вход счетчика 14 адреса поступают импульсы (фиг. 5 строка с1, ).
Запуск и остановка счетчика 24 адреса осуществляется автоматически или вручную с пульта 23 управления.
С выхода счетч п<а 24 адреса на первую магистраль запоминающего блока
25 поступают адреса считываемых ячеек памяти, содержание которых с помощью дешифратора 27 команд управления преобразуется в управляющие команды. Команды поступают через первый, второй и третий выходы блока
19 управления к ключам соответственно 4, 9 и 10 через шестой выход блока 19 управления по адресной магист" рали, через второй вход микропро98
Z, и К, — величины сопротивлений исследуемого 3 и образ" цового 2 двухполюсников ;
Я р — входное сопротивление согласующего блока 8;
Г ь — соотве*стнующие функциональные зависимости напряжений U „ от параметрон измерительной цепи.
В каждом из тактов полученные сигналы (I) детектируются в фазочувствительных выпрямителях 16 и.18 синхронно с опорными прямыми и инверсными и ортогональными прямыми и инверсными сигналами М,1, И,! и М1,. М>, На выходе АЦП 20 и 22 формируются цифровые коды Т,! и Q<1, поступающие через блок 47 обмена информацией микропроцессора 21 н запоминающий блок
25. Сигналы Т1,1и Qgja первом и втором тактах измерения имеют следующий вид:
9 12445 цессора на адресный вход арифметикологического блока (АЛБ) 45. Кроме того, команды с дешифратора 27 посту" пают через пятый и восьмой выходы блока управления (первые входы) аналого-цифровых преобразователей (АЦП)
20 н 22. С выходов ЛЦП 20 и 22 информация об иэмеряемьм величинах в виде цифрового кода поступает через первый и третий входы микропроцессора 10
21 на перную и вторую магистраль блока 47 обмена информацией.
Блок 46 микропрограммного управления в соответствии с информацией, поступающей от АЛБ по адресной шине 15 и от устройства обмена информацией по командной магистрали и шине сигналов прерывания, поступающих от АЦП
20 и 22, управляет операциями, выполняемыми АЛБ 45 и блоком 47 по шине 20 служебных сигналов. Микропроцессор
21 осуществляет обмен данными с запоминающим блоком 25 через блок 47
oGMeíà информацией по магистрали данных. 25
Г>лок обмена информацией ио выходным шинам выдает информацию на блок
14 индикации и блок 15 упрагленпя образцовыми днухполюсникамп, прпп.цип работы которого аналогичен прин- 30 ципу работы блока уравнонешивапин н мостах переменного тока.
Условные и безусловные переходы по программе и переходы к подпрограммам осуществляются по команде, пода35 наемой с одного пз выходов дешифратора 27 команд управления на.оди иэ входов счетчика 24 адреса. Для управления всем устройством н целом от внешнеи ЭВМ, подключаемой к пульту
23 управления, предусмотрена связь пульта 23 управления с дешифратором
27 команд управления.
Алгоритм измерения (фиг,11) осуществляется следующим образом.
1 а выходе фильтров в первом и нтоН ром тактах формируются сигналы где Р» и ф — фаэовые сдвиги опорных сигналов Й и !1, относительно частотных составляющий сигнала питания из50 мерительной цепи Е,! и Е,, 1Ц вЂ” фаэовые сдвиги напряжений Щ, относительно напряжений соответственно Е„1, К!! — коэффициенты передач аналогового тракта преобразователя соответствен55 но на х-ом такте измерения на )-ой частоте питания измерительной цепи, причем можно записать, что для ь4:
HJ Езi я т Ьх),. где i u j " "порядковый номер такта и порядковый номер часготы; ь - а
Э вЂ” частота питания измерительной цепи. — частотные составляющие сигнала питания иэмери1 тельной цепи, Т!»=К „П сон(„+ 1-,! )+Uog
744 =-КФР4„соя(Ги + Ь) -П. °
К,! с-оэ (fq< j z )+Uî т
Т2 К !соэ (Ь + ($ ) +По 3
Тр - r„ соэ (I«+ !,! ) +Uî э
Т --lizpo s (Я + -1 ) +U о э
1 --I cos (fzz+ I ) АППО, Яи=1 р и(V«+ t )+П
Q =--K sin(6< — t )+U.1
Q =K„U sin(ц + фх )+U» а, = д"г„" " Ж + 1 т )+U а, ;-к,а.ь<р„{, а;;
11 12445
ТИ=К4Д„соз (1« - fq ) +U, =K„„U„„ñostII1„ños f +
H< 5 где а„ =К icos (), a<<=Q =Ъ,1П,соз „+Ь,гз in Ц +Ь 10 где Ъ„„=К„соз Ф1, Ь,) =К„Я1п f; Ь, =П,. (6) 25.Преобразуем это уравнение к виду )РиЕ () ) ) ))иСо)ФиОиcOS )) i+U«sin nnU„)in+) nz(n . Uz< (Со) .g<+ л)и ф, ) Подставляя в (7) вместо фазовых углов, P« и г сортветственно фазовые углы Д,)+ 1 „= ) и fz< + = fgj получаем 55 % а %э (5) С целью исключения аддитивной состав-. ляющей погрешности, учитывая, что для кодов Т „,и T a =b =U,, вычисляются следующие соотношения: Т„,-Т,=И,„=2(а«х.« а„,у., ); (Ц„-() =M„„=2(а«ул,1g a4Ы) 3 Тг)-Т21 — 021=2 (анхpqy аггуг ) 20 . 4 (=1"1г =2 (a,y, А,рИ) T„2 $2=N2 2(b x„2 р Ь у ); Я -(= 1„,=2(Ъ„ У„ Ь х ); 121-Т11--021=2 (Ьмхгг g у22) i : )Ягг-О2=И2=2(Ьг,,уг (Ь х ) . Цифровые коды (2) фиксируются в запоминающем блоке 25. Они представляют сОбОЙ прОекции напряжений U«, U2>, U>< 30 и 111. на опорные сигналы М, N» М и М, причем, например, х,=11, соз, 2 а у =П Я1п1«. Взаимосвязь, синфазной И « и квадратурной составляющих детектируемых сигналов (1) в кодах (2), обуславливающаяся нелинейпостью аналогового тракта преобразования, отра.жена в (2) наличием в каждом уравнении компонента х 1,) и у11 . С целью исключения погрешности от 40 шунтирования согласующим блоком 8 измерительной цепи и сдвига фаз сигналов Е и Е1 относительно сигналов N>, Mj отношения составляющих двух- элементной схемы замещения исследуе- 45 мого комплексного двухполюсника 3 к .величине с образцового двухполюсника 2 на частотах 4<и «) вычисляются согласно -выражениям " (4) Ъ Ы. =, (3) 2 2 Й 21 E (c0P) NeN2)+M 98 12 1122. 11 211 И так мы видим, что в выражениях (3)-(6) отсутствует погрешность, обусловленная фазовыми сдвигами в аналоговом тракте преобразования. На фпг.12 приведена векторная диаграмма измерительной цепи, при фазовом сдвиге системы опорных ортогональных сигналов N Из диаграммы на фиг. 12 видно, что отношение, например, действительной части двухэлементной схемы замещения комплексного двухполюсника 3 к величине образцового двухполюсника 2 определяется из выражения RQZ (4) U«cos(Р„„ „) Ц24 Rtz (4) с ЦИ СО Я foal U2 СО Я f«+ г «Й ) +U4s1nГи UL s1n1и (8) Очевидно, что уравнение (8) является отношением действительной части двухэлементной схемы замещения комплексного двухполюсника 3 к величине образцового двухполюсника 2 в системе координат M 13 1244598 Нринимая во внимание, что для м»- д А(-K тематической моцели устройства (2) — ер р,(лг 1 ((2 2а;а„(агг)й0 и (Ь Ь2,1-Ь Ь22) О. 14 (12) ее ее ее ее Р х(гх22+У12У2г, Ь+ Ъг1 (-Ь(2Ь22 е «Е е. е а е 2г У22 Ь 22 у х х У, b„b2„+b„2b22 $ б-" г гг Угг г S-КS К$-S К(Р„=Р ) Кф=У 1 — (Р(Рг ) ()юг+1) 1 -Кг е е S, (Ре -Р ) (Ае+1) ее Г А(-к е Л (1-I ) (РЕ-Р ) (Ае «.1) (Ае Ке+1) А3, =1:у 03 ) с о з (е 31 + ) „) е о Р А3.) Ix3(U сos (f>+(11ее()+U1) Р I3g=K3 U3 CO S (f32+ е1е ) +(),, Т(И=К, U „c os (1)(н+ „) +U (9) (10) уравнения (3)-(6) можно переписать У2)хг) х((У21 а, +уе а,еаЕае " е 1 2(Л гг где Р,(, Р, и $,(, S — численные значепия, пропорциональные отношениям составляющих двухэлементной схемы замещения исследуемого. комплексного двухполюсника 3 соответственно однородных и неоднородных по характеру образцовому двухполюснпку 2 к величине этого двухполюсника, не содержащие мультипликативной погрешности; (r Р„ Р I и $„, $ — численные значения, пропорциональные отношениям составляющих двухэлементной схемы замещения исследуемого комплексного двухполюсника 3 соответственно однородньгх и неоднородных по характеру образцовому двухполюснику 2 к величи-не этого двухполюспика, содержащие мультипликативную погреп(ность, 6>— мультипликативная погрешность измерения. По уравнениям на фиг. 14 и 15 микропроцессором 21 вычисляются величины отношений составляющих четырехэлементной схемы замещения исследуемого двухполюсника 3 к величине образцового двухполюсника 2. Например, для последовательно-параллельной схемы замещения исследуемого двухполюсника 3, имеющего емкостной характер (фиг. 14 строка 1) имеем: 5 где oh — в елич ина о бр аз цо в о го двухполюсника 2, На фиг. 14 и 15 приняты следую" щие значения: — составляющая последовательной цепи исследуемого двухполюсника 3, однородная по характеру образцовому,цвухполюснику 2, P — составляющая последовательной цепи исследуемого. двухполюсника 3, несднородная по характеру образцовому двухполюснику 2, )(" составляющая г параллельной цепи исследуемого двухполюсника 3, однородная по характеру, образцовому двухполюснику 2, P— составляющая параллельной цепи исслеАп дуемого .,двухполюсника ЗР неоднородная по характеру образцовому двухполюснику 2 К = †." — отношение гармо- ьо нических составляющих сигнала питания измерительной цепи, Л и С вЂ” коэфг5 фициенты, вычисляемые по следующим формулам; В соответствии с полученными соотношениями (9), (10), (11) и (12) блок 15 управления образцовыми двухполюсниками задает определенные значения образцовых двухполюсников 6 и 35 7, моделирующих ветвь, содержащую исследуемый двухполюсник 3. 3 третьем и четвертом тактах измерения на выходе фильтров формируют" ся сигналы о U,j -F„(Q„, Е„, Z„Z» Я2,2),: (13) где К Р и R — величины сопротивлений образцовых двухполюс15 ников 7 и 6.. Сигналы (13) детектируются синхронно с опорными сигналами И 1, Й1 и М/, М.1. Формируются цифровые коды, фиксирующиеся в запоминающем блоке о 25: 1244598 16 мещения образцового комплексного двухполюсника 7 соответственно однородных и неоднородных по характеру образцовому двухполюснику 6, к вели- чине этого двухполюсника, содержащие мультипликативную погрешность )(,), Р» Р 1 и S,, Sz1 — численные значения, пропорциональные отношениям составляющих двухэлементной схемы замещения 10 образцового комплексного двухполюсника 7 соответственно однородных и не-. однородных по характеру образцовому двухполюснику 6, к величине этого двухполюсника, не содержащие мульти15 пликативной погрешности. Можно записать, что, например, Оу- м" ""(Ь 6) "; Q,„=-К„|1„з n(g,„q)+U.; Q4 =К44 4U бin(f44+f )+U,; 4а- Ъ "Ы."п (f>Z М+" оч К41Ц Я ПФ(+-А)+и 1 Q4, 4 44б Ч44")4) Q« Q, K„,ö„si r1 (t„K+ Ь,) - U. где ٠— фазовые сдвиги напряжений |1„ 1 относительно напряжений Е 3 и К|,,1 — коэффициенты передач аналогового. тракта преобразования соответственно Hà i-ом такте измерения и на 3-ой частоте питания измерительной цепи. Для исключения аддитивной, составляющих погрешности, вычисляются следующие выражения: Т 1 Тэ =| 1 (, Q3f Ъ =|"|м Т, Т,=11 „ 1 41 (411 | 1)1Э Т .-Т =Ь,,,; e„;Q, „=Ì „; Т„-Т =И (3„;Q%KK=Hqhe Pi>< P э S $,) а1 Э (1 8,.1 9 и 20, 21) Далее вычисляются отношения составляющих двухэлементной схемы замещения образцового комплексного двухполюсника 7 к величине образцового двухполюсника 6 по формулам рМ | 9) (11 М ((М Р ) \, Э (Я,+19 Р = 44 4 Ы 14=Р4 $4 (14,15) |412 |,Р ((S1» |"11, 1(, N N(Э |;, .«|41 Э (("ч ((л |1 |1„-|1 И где Pэ, Р 1 и S, S) †. численные значения, пропорциональные отношениям составляющих двухэлементной схемы зао -Э P. S |4> = .Р . Si)r (81 (18 ) Т„1 =-К„,UA,cîs (q„1+ Ф )+Uo Ц соз ((|) + )+||о, T 20 где = - — « — — "э- мультипликативная а +а, погрешность. Аналогичные уравнения можно записать и для кодов Pi S и S),. Далее вычисляются отношения составляющих .25 двухэлементной схемы замещения исследуемого комплексного двухполюсника 3 к соответствующим составляющим двух элементной схемы замещения образцового комплексного двухполюсника 7 на 30 каждой из частот Так как условия преобразования сигна40 ° б лов U«rr Уэ„, U,z и U>z а также Uzq u U ), Uz< и Uz,< одинаковые, то можно заключить, что ЯЯ„, а 1> Я . Следовательно при вычислении соотношений 4 (18)-(21) равные коэффициенты сократятся, а это означает, что полученные соотношения (18) †(21) свободны от погрешности,. обусловленной нелинейностью коэффициента передачи в 50 аналоговом тракте измерения 3то можно показать следующим образом. (22) При условии ,+ 4z+4- Q+9i+ и 55 выражение (18) можно записать в виде ° (811) ,Р,=. («б4 4буи) ("йб1Чд Вб..б(")бб 17 1244598 Используя соотношения (18)-(21) и формулы на фиг, 14 и 15, формируют численные значения составляющих исследуемого комплексного двухполюсника 3. Например, при последовательнопараллельной схеме замещения двухполюсника 3 емкостного характера можно записать В - - - — . (р„- ); (23) 1(г (Р Р ) (Аг+1) Е4 " 1-K Е Аг. (1-Кг ) фт т (25) (26) где и,8t,"(и и — составляющие исследуемого двухполюсника 3, и,, "(и »» — составляющие образцового двухполюсника 7. Полученные величины составляющих исследуемого комплексного двухполюснкка 3 (23)-(26) не зависят от частот сигнала питания измерительной цепи. Принимая во внимание нестрогое равенство (22), можно итеративно приблизить точность измерения составляющих измеряемого двухполюсника 3 к точности обраэцовь1х мер. Для этого повторяют .такты измерения образцовой ветви, при этом изменяют каждый раз величины составляющих образцового комплексного двухполюсника 7, используя для этого информац»по, полученную в предыдущих тактах измерения. Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет значительно расширить функциональные возможности измерителя и повысить точность измерения параметров пассивных комплексных трех- и четырехэлемент-. ных двухполюсников. Формула изобретения 1. Устройство для измерения параметров пассивного комплексного двухполюсника, содержащее источник питания, первьп» и второй выходы которого подсоединены соответственно к входам первого и второго ключей и к диагонали питания мостовой измерительной 40 подключены к второму, третьему и четвертому выходам функционального преобразователя соответственно, четвер тый выход блока управления подсоединен к,первому входу фазочувствителвного выпрямителя, а пятый — к первому входу первого аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом микропроцессора, первый выход которого подсоединен к второму входу блока управления, 55 шестой выход которого подсоединен к . второму входу микропроцессора, второй и третий выходы которого соеди" пены соответственно с пятым и шестым l0 35 цепи, первая и вторая вершины измерительной диагонали которой соединены соответственно с первым и вторым входами третьего ключа, выход которого подсоединен к первому входу согласующего блока, второй вход которого соединен с общей шиной и с выходамй первого и второго ключей, функциональный преобразователь, первьп» выход которого подключен к первому входу источника питания, второй, третш» и четвертый выходы функционального преобразователя соединены с управляющими входами первого, второго и третьего ключей соответственно, пятый выход соединен с входом блока индикации, шестой выход подсоединен к входу блока управления образцовыми двухполюсниками, первый, второй и третий выходы которого подсоединены к управ-. ляющим входам первого, второго и третьего образцовых двухполюсников соответственно, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повьппе ия точности измерения параметров пассивного комплекойого трех- и четы. рехэлементного двухполюс»»ика, в него введены два фильтра, входы которых подсоединены к выходу согласующего блока, а выходы подключены соответственно к первому и второму входам функционального преобразователя, седьмой выход которого подсоединен к второму входу источника питания. 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что функциональный преобразователь содержит дискретный генератор импульсов, первый выход которого соединен с первым выходом функционального преобразователя и с, первым входом блока управления, первый, второй и третий выходы которого 19 1244598 выходами функционального преобразова- дискретного генератора импульсов теля, первый вход которого подключен подключен к четвертому входу блока к второму входу фазочувствительного управления и к седьмому выходу функвыпрямителя, выход которого подсоеди- ционального преобразователя, второй нен к второму входу первого аналого- вход которого подсоединен к второму Г цифрового преобразователя, второй входу фазочувствительного выпрямитевыхоД дискретного генеРатоРа нмпУль- ля, выход которого соединен с вторым сов .соединен с третьим входом блока входом второго аналого-цифрового пре. УпРавлениЯ, сеДьмой и восьмой выхо- образователя, выход последнего подды блока управления соединены соот- 10 ключен к третьему входу микропроцесветственно с первым входом второго сора, четвертый и пятый выходы дискфазочувствительного выпрямителя и с ретного генератора импульсов соедипеРвым вхоДом второгО аналого-цифРо- нены с пятым и шестым входами блока ного преобразователя, третий вход уп авления )244598 1244598 1244598! 24459ц 1244598 i244598 l244598 риг 1$ Составитель В,Семенчук Редактор Ю.Середа Техред Л.Олейник Корректор С.Шекмар Заказ 3910/48 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
