Способ уравновешивания цифровых модуляционных экстремальных мостов переменного тока и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в цифровых мостах переменного тока, измеряющих комплексно сопротивление и проводимость. Цель изобретения - повышение точности уравновешивания достигается за счет осуществления модуляционных воздействий путем изменения направления регулирования уравновешивающего параметра и выбора направления начальных приращений . Устройство для реализации предложенного способа содержит тактовый ге- . нератор 1, триггер 2 реверса, модулирующие элементы.3 и 4, блок 5 регулируемого параметра, реверсивный счетчик 6, сумматор 7, цифровой индикатор 9, генератор 10 переменного напряжения , мостовую измерительную цепь 11, экстремум-детектор 12. Для достижения п оставленной цели в устройство введены дополнительньй блок 8, состоящий из младшего разряда регулируемого параметра, и триггер 13 младшего разряда. Способ позволяет устранить влияние на точность уравновешивания разброса параметров и нестабильности модуляционных элементов. В результате точность уравновешивания возрастает в 2-5 раз при сохранении высокой чувствительности. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (11) (5D 4 С 01 R 17 10

ВСЕЮЮчн. Ю 1З,", „,,;;, 13

ВМШ()ТИФ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3974581/24-21 (22) 11.11.85 (46) 23.05.87. Бюл. Р 19 (71) Институт электродинамики

АН УССР (72) Ф.Б.Гриневич и З.Я.Монастырский (53) 621.317.733(088.8) (56) Гриневич Ф.Б. Автоматические мосты переменного тока, РИО СО АН

УССР. Новосибирск, 1964, с. 161-168.

Авторское свидетельство СССР

1(- 660456, кл. G 01 R 17/10, 1974. (54) СПОСОБ УРАВНОВЕШИВАНИЯ ЦИФРОВЫХ

МОДУЛЯЦИОННЫХ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ МОСТОВ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в цифровых мостах переменного тока, измеряющих комплексно сопротивление и проводимость. Цель изобретения — повышение точности уравновешивания достигается за счет осуще ствления модуляционных воздействий путем изменения направления регулирования уравновешивающего параметра и выбора направления начальных приращений. Устройство для реализации предложенного способа содержит тактовый ге- . нератор 1, триггер 2 реверса, модулирующие элементы,3 и 4, блок 5 регулируемого параметра, реверсивный счетчик 6, сумматор 7, цифровой индикатор

9, генератор 10 переменного напряжения, мостовую измерительную цепь 11 экстремум-детектор 12. Дпя достижения поставленной цели в устройство введены дополнительный блок 8, состоящий из младшего разряда регулируемого параметра, и триггер 13 младшего разряда. Способ позволяет устранить влияние на точность уравновешивания разброса параметров и нестабильности модуляционных элементов. В результате точность уравновешивания возрастает в 2-5 раз при сохранении высокой чувствительности. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.!

3!2490!

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназна;ено для применения в цифровых мостах переменного тока, измеряющих комплексные сопротивления и проводимости. 5

Целью изобретения является повышение точности уравновешивания за счет осуществления модуляционных воздействий путем изменения направления регулирования уравновешивающего пара- !О метра и выбора направлений начальных приращ(ений„

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для реализации способа (цифровorо экстремального модуляционного моста переменного тока) при уравновешивании по одному параметру, на фиг.2 — зависимость амплитуды вь.— ходного напряжения U мостовой изме6 рительной цепи от регулируемого параметра Р„„при наличии некоторого неравновесия (Iq пс второму параметру я °

Способ осуществляется следующим

2г образом.

При нарушении равновесия более чем на половину шага регулирования (фиг.2) модуляционные приращения параметра Р „ величиной в 2К щагова ЗО дискретности вызывают существенные приращения амплитуды выходного н;..пряжения мостовой цепи, так как анализ приращений производят не BH пологом участке зависимости I Ug! (Р„((- ) вбли — З5 зи точки равновесия, а на более круглом (частке, удаленном от точки равновесия на К шагов дискретности. Модуляционные воздействия осуществляют периодическим изменением направления регулирования благо;аря одновременно— му с ним изменению знака начального приращения К шагов дискретности отсчета. При этом амплитуда модуляционных воздействий составляет 2К единиц ст— счета регулируемого параметра при известном способе (2К + 1 ),,Если произведенное модуляционное приращение вызывает отрицательное приращение ампли туды выходного напряжения L мсс" свой 50 цепи, то регулируемый параметр изменяют на шаг регулирования в напр;(влении модуляционного воздействия. При положительных (и нулевых) прирашениях амплитуды этого напряжения регули-(-( руемый параметр не меняют. Изменение регулируемого паромеrpa осуществляют шагами, равными половине дискретности отсчета.

Наибольший и-(терес представляет работа вблизи точки равновесия. Если равновесие цепи наступает при целом числе шаг св р егулируемог о параметра (текущее значение Р „ соответствует точке О), то модуляционные прирашения не вызывают изменений амплитуды выходного HBI(pHKpHHH (переход с точки 1 в точку 2 и наоборот). При нарушении равновесия меньше чеь на 1 шаг регулирования (точки 0, 0") и: при достаточной чувствительности устройств анализа огибающей выходное напряжение принимает последовательно ( значения, определяемые точками 1 — 2—

- (( — 1 — 1 — 2 — 2 — 1 и т,д, ((((((rr

Эти точки отстоят от точек 0 и 0 (П на +K шагов дискретности.

Нетрудно видеть, что изменение амплитуды модуляционных приращений (числа K) не влияет на текущее значение регулируемого параметра при равновесии. (орда 1-2, например, при изменении К смещается параллельно самой себе и оси абсцисс. Поэтому от величины модуляционных приращений зависит только чувствительность мостовой цепи (амплитуда отрицательных перепадов при нарушении равновесия), Остаточное неравновесие не превышает одного шага регулирования при любых значениях модуляционных приращений, В тех случаях, когда чувствительностьь устройств анализа огибающей позволяет фиксировать знак приращения амплитуды выходного напряжения при неравновесии меньшем шаге регулирования, наблюдаются периодические колебания регулируемого параметра в пределах шага регулирования (текуще е значение р егулиру емог о параметра попеременно оответствует точкам 0 и 0 (). Для устранения неустойчивос- ти пока.заний отсчет производят только в одной из этих точек. Поскольку точки соответствуют двум последовательны((значениям регулиру-емого параметра, равным целым числам шагов уравновешивания, то четному числу шагов соответствует только одна из них. Снятие показаний при значениях регулируемогo параметра, равных четному числу шагов уравновешивания, не только устраняет неустойчивость отсчета, но и позволяет при той же погрешности уравновешивания (один шаг регулирования) дискретность a(ñ÷å "a

13124 увеличить вдвое, так как в младшем двоичном разряде регулируемого параметра в момент отсчета (четное число шагов) записан нуль. Погрешность уравновешивания (и отсчета) поэтому не превышает половины дискретности отсчета. Так как амплитуды положительного и отрицательного приращений равны между собой, то модуляционные воздействия всегда симметричны отно- 10 сительно текущего значения регулируемого параметра, а абсолютное значение этих воздействий на точность уравновешивания не влияет и может быть выбрано равным как целому, так и 15 дробному числу шагов дискретности.

Изменения этого значения в широких пределах также не влияют на точность уравновешивания °

На точность уравновешивания по 20 предлагаемому способу влияет только погрешность задания шага регулирования. Если, например, эта погрешность равна d то погрешность уравновешивания определим;из выражения

25 (y1 (0,5 llPp (1 +",), где д Pp — дискретность отсчета.

Сравнивая этот результат с выражением q! - 0,5 Ро (1+(4К+1) дм)»g0 видим, что погрешность уравновешивания по сравнению с известным способом уменьшилась на 2 Kdö единиц дискретности, что при К=7, pt" =0,57. составляет 0,7; а при, К=10, d =10X две единицы младшего разряда или в относительном выражении погрешность уравновешивания снизилась более чем в 2 и 5 раз соответственно.

Устройство для реализации предложенного способа (цифровой экстремальный модуляционный мост переменного тока) содерхжт тактовый генератор 1, подключенный к счетному входу триггера 2 реверса, модулирующие элементы

3 и 4, связанные управляющими входами с выходами триггера реверса, блок

5 регулируемого параметра, реверсивный счетчик 6, сумматор 7, дополнительный блок 8, состоящий из младше- 50 го разряда регулируемого параметра, .цифровой индикатор 9, генератор 10 переменного напряжения, мостовую измерительную цепь 11, экстремум-детекТор 12 и триггер 13 младшего разряда. 55

Выходы триггера 2 реверса связаны также с управляющими входами реверсивного счетчика 6 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом

90 4 экстремум-детектора 12 через триггер

l 3 младшего разряда. Выходы реверсив-. ного счетчика 6 импульсов подключены к входам блока 5 регулируемого параметра и цифрового индикатора 9. Прямой выход триггера 13 младшего разряда связан с управляющим входом дополнительного блока 8, а инверсный выход этого триггера 13 с входом записи цифрового индикатора 9. Выходы модулирующих элементов 3 и 4, блока 5 и дополнительного блока 8 через сумматор 7 подключены к входу мостовой измерительной цепи 11, второй вход котомкой соединен с выходом генератора 10 переменного напряжения, а ее выход — с входом экстремум-детектора 12.

Устройство работает следующим образом.

Импульсы тактового генератора 1 вызывают периодические опрокидывания триггера 2 реверса, который управляет работой модулирующих элементов 3 и 4 и направлением счета реверсивного счетчика 6 импульсов. При этом прямому счету счетчика 6 соответствует возбуждение того модулирующего элемента, который формирует положительное приращение (параметр модуляционной меры суммирует ..я с текущим значением регулируемого параметра), При обратном направлении счета воз буждается мо улгруощии элемент формирующий отрицательное приращение (параметр модуляцнонноймеры вычитается из текущего значения регулируемого параметра). Благодаря этому опрокидывания триггера реверса приводят к периодическим модуляционным воз— действиям в мостовой измерительной цепи 11, симметричным относительно текущего значения регулируемого параметра. Значение параметра модуляционной меры (модуль модуляционного приращения) выбрано равным К шагам дискретности регулируемого параметра блока 5. Поэтому опрокидывания триггера реверса вызывают модуляционные воздействия амплитудой в 2 К шагов дискретности (переход, например, от приращения в (-К) шагов к приращению в (+К) шагов). Если какое-то из этих воздействий вызовет отрицательное приращение амплитуды выходного напряжения мостовой цепи, что соответствует опрокидыванию триггера в направлении приближения к равновесию, то

5 13124 экстремум-детектор 12 сформирует импульс отрицательной полярности. Импульсы экстремум-детектора подсчитываются реверсивным счетчиком 6 совместно с триггером 13 младшего разря5 да. Реверсивный счетчик 6 и триггер

13 управляют переключением регулируемого параметра блока 5 и младшего разряда дополнительного блока 8, Поэтому каждый импульс экстремум-детек- 10 тора 12 приводит к изменению текущего значения регулируемого параметра в направлении уравновешивания на один, шаг регулирования.

Мпадший разряд дополнительного 15 блока 8 соответствует половине дискретности регулирования параметра блока 5. Поэтому уравновешивание осуществляется шагами, равными половине дискретности отсчета регулируе- 20 мого параметра по счетчику 6.

При достижении состояния равновесия (фиг. 2) модуляционные воздействия либо не вызывают приращений выходного напряжения мостовой цепи (текущее значение P „ соответствует точке О), либо вызывают периодические отрицательные приращения при обоих направлениях этих воздействий (текущее значение Р с,„ соответствует точкам 0, О ). При переходе с точки 1 в 2 (Р„ „ соответствует точI ( ке О ) отрицательный импульс приводит к изменению текущего значЕния

Р„д„на один шаг (переход в точку О ), р 35

Следующее отрицательное приращение, вызванное переходом с точки 2 в точIf

П ку 1, приведет к возврату Р „в точку 0 и т ° д ° Следовательно, при остаточном неравновесии меньшем, чем один шаг регулирования, наблюдаются периодические колебания состояний не только триггера реверса 2, но и триггера 13 младшего разряда. Кроме 45 того, при переходе выходного состояния этого триггера с "0" в "1" возможен заем из старших разрядов реверсивного счетчика 6 (триггер реверса установлен в направлении обратного счета), а следовательно, неустойчивость показаний. Для устранения неустойчивости отсчета и обеспечения невыхода погрешности отсчета из пределов шага регулирования разрешение 55 на запись информации в цифровом индикаторе подается с инверсного выхода триггера 13. Такое разрешение соответствует снятию показаний только при четном числе шагов уравновешивания, При этом младший разряд дополнительного блока 8,„ управляемый прямым выходом триггера 13, отключен, а состояние реверсивного счетчика 6 и отсчет цифрового индикатора 9 точно соответствуют текущему значению регулируемого параметра.

Модуляционные воздействия, равные

2К шагам дискретности, определяют чувствительность мостовой цепи, а точность уравновешивания определяется только шагом дискретности регулируемого параметра.

Использование предлагаемого уравно. вешивания в цифровых экстремальных модуляционных мостах переменного тока с многошаговой модуляцией позволяет практически полность устранить влияние на точность уравновешивания разброса параметров и нестабильности модуляционных элементов, благодаря чему точность уравновешивания возрастает в 2-5 раз при сохранении высокой чувствительности. формулаизобретения

1,Способ уравновешивания цифровых модуляционных экстремальных мостов переменного тока, включающий уравновешивание по двум дискретно регулируемым .параметрам с помощью периодических импульсных регулирующих воздействий, при котором для формирования каждого импульса регулирующего воздействия производят пробное скачкообразное изменение соответствующего параметра измерительной цепи от начального приращения, равного К шагам дискретности, к противоположно направленному приращению и выделяют приращение амплитуды выходного напряжения этой цепи, вызванное произведенным изменением параметра, и при отрицательном значении приращения амплитуды выходного напряжения регулируют параметр в заданном направлении, отличающийся тем, что, с целью повышения точности уравновешивания, направление начального приращения устанавливают совпадающим с направлением регулирования, а пробные скачкообразные модуляционные воздействия выбирают равными 2К шагов дискретности отсчета и осуществляют их при помощи периодических изменений направления регулирования уравновешивающего параметра, шаг ре490

Фиа2

Составитель В.Семенчук

Техред Л.Сердюкова .

Редактор Г.Волкова

Корректор С. 1!!екмар

Заказ 19б8/43 Тираж 731

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытии

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгороц, ул. Проектная, 4

7 1312 гулирования которого устанавливают равным половине дискретности отсчета, причем отсчет производят только при значениях регулируемого параметра, равных четному числу шагов уравновешивания.

2.Устройство для осуществления способа уравновешивания модуляционных экстремальных мостов переменного Щ тока, содержащее тактовый генератор, триггер реверса, прямой выход которого соединен с входом первого модулирующего элемента и первым входом реверсивного счетчика импульсов, а 15 инверсный выход — с входом второго модулирующего элемента и с вторым входом реверсивного счетчика импульсов, первый выход которого соединен с цифровым индикатором, а второй — с 20 входом блока регулируемого параметра, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым и вторым модулирующими элемен- 21 тами, последовательно соединенные генератор переменного напряжения„ мостовую цепь и экстремум-детектор, при этом вход мостовой цепи соединен с выходом сум!атора, о т л и ч а ю— ш е е с я тем, что, с целью повышения точности уравновешивангя за счет осуществления модуляционных воздействий путем изменения направле.тя регулирования уравновешивающего параметра и выбора направления начальных приращений, в него введены дополнительный блок регулируемого параметра и триггер младшего разряда, при этом выход тактового генератора подключен к счетному входу триггера реверса, а выход экстремум-детектора соединен с входом триггера младшего разряда, прямой выход которого соед-:нен с управляющим входом реверсивного счетчика импульсов и с управляющим входом дополнительного блока регулируемого параметра, выход которого соединен с четвертым входом сумматора, инверсный выход триггера младшего разряда соединен с входом записи цифрового индикатора.