Цифровой трансформаторный мост переменного тока

 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано в цифровых трансформаторных мостах переменного тока для уменьшения погрешности от дискретности. Цель изобретения - упрощение конструкции моста и повышение его быстродействия - достигается тем, что одна из вторичных обмоток основного трансформатора 3 напряжения выполнена в виде двух последовательно соединенных секций,число витков которых равно 10 п, где п - число витков, приходящихся на шаг старшей декады основного уравновешивающего элемента (ОУЗ). После выбора диапазона измерений последовательно с декадными обмотками ОУЭ подключается одна или две секции обмотки в зависимости от того, находился старший разряд реверсивного счетчика 23 ОУЭ в состоянии 1 или 2 соответственно. Таким образом, при измерении комплексных сопротивлений , номинальное значение которых соответствует коду N ОУЗ,, отпадает необходимость в уравновешивании дополнительного элемента по двум декадам , благодаря чему быстродействие моста увеличивается. Так как вместо двух дополнительных декад с большим количеством коммутирующих элементов в мосте используется две секции обмотки и три коммутатора, его конструкция существенно упрощается. Ф

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК ш4 а О1 R 17/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

l й

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4256806/?4-21 (22) 04.06.87 (46) 15.01.89. Бюл, У 2 (72) P,Д.Тучин и Н,И,Михайленко (53) 621.317.733 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1105823> кл, Л 01 R 17/10, 1982 (54) ЦИФРОВОЙ ТРАНСФОРМАТОРНЬ1Й МОСТ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к области электроизмерительной техники и .может быть использовано в цифровых трансформаторных мостах переменного тока для уменьшения погрешности от дискретности. Цель изобретения — упрощение конструкции моста и повышение его быстродействия — достигается тем, что одна из вторичных обмоток основного трансформатора 3 напряжения выполнена в виде двух последовательно соединенных секций,число витков которых равно 10 < n, где

ÄÄSUÄÄ 1451606 А 1 и — число витков, приходящихся на шаг старшей декады основного уравновешивающего элемента (ОУЯ). После выбора диапазона измерений последовательно с декадными обмотками ОУ3 подключается одна или две секции обмотки в зависимости от того, находился старший разряд реверсивного счетчика 23 ОУЭ в состоянии "1 " или "2" соответственно, Таким образом, при измерении комплексных сопротивлений, номинальное значение которых соответствует коду И ОУЭ, отпадает необходимость в уравновешивании до— полнительного элемента по двум декадам, благодаря чему быстродействие моста увеличивается. Так как вместо двух дополнительных декад с большим количеством коммутирующих элементов в мосте используется две секции обмотки и три коммутатора, его конструкция существенно упрощается.

1451606

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении цифровых трансформаторных мостов переменного тока, предназначенных для измерения параметров комплексных сопротивлений.

Цель изобретения — упрощение конструкции и повышение быстродействия 10 измер ения за сч ет частичного исключения коммутирующих элементов третьей вторичной обмотки трансформатора напряжения и за счет исключения дополнительного уравновешивания по 15 двум декадам дополнительного уравновешивающего элемента, На чертеже представлена функциональная схема устройства, Цифровой трансформаторный мост переменного тока содержит измерительную цепь 1, состоящую из источника

2 питания, основного трансформатора

3 напряжения с первичной 4 и вторичными обмотками 5 — 7, коммутирующих 25 элементов 8 — 10, измеряемого объекта 11, компаратора 12 токов с обмотками 13 — 15, образцовых мер 16 и !

7, вспомогательного трансформатора

18 напряжения с первичной обмоткой 19 и вторичной обмоткой 20, детектора

21 равновесия, блок 22 управления, реверсивный счетчик 23 основного уравновешивающего элемента, блок 24 анализа, реверсивнь1й счетчик 25 po" полнительного уравновешивающего элемента, реверсивный счетчик 26 диапазонов, дополнительный одноразрядный отсчетный элемент 27 по основному измеряемому параметру, основное четы- 4О рехразрядное отсчетное устройство 28 по основному измеряемому параметру с первым разрядом 29, вторым разрядом 30, третьим разрядом 31 и четвертым разрядом 32, реверсивный счет- 45 чик 33 вспомогательного уравновешивающего элемента, отсчетное устройство 34 по вспомогательному измеряемому параметру.

Вторая вторичная обмотка 6 основного трансформатора 3 напряжения, связанные с ее витками коммутирующие элементы и реверсивный счетчик 23 образуют основной уравновешивающий элемент; третья вторичная обмотка 7, 55 связанные с ней коммутирующие элементы 8-10 и реверсивный счетчик 25 образуют дополнительный уравновешивающий элемент; вторичная обмотка 20 вспомогательного трансформатора 18 напряжения, связанные с ее витками коммутирующие элементы и реверсивный счетчик 33 образуют вспомогательный уравновешивающий элемент.

Источник 2 питания в мосте подключен к первичной обмотке 4 основного трансформатора 3 напряжения, начало его первой вторичной обмотки 5 подключено к первой клемме для подсоединения измеряемого объекта 1 1, начало, конец и средний вывод третьей вторичной обмотки 7 через коммутирующие элементы 8-10 подключены к первому выводу образцовой меры 16 реактивногп характера.

Начало второй вторичной обмотки 6 основного трансформатора 3 подсоединено к концу третьей вторичной обмотки 7, начало первой обмотки 13 компаратора 12 токов подсоединено к второй клемме для подключения измеряемого. объекта, начало его второй обмотки 14 подсоединено к точке соединения вторых выводов образцовых мер

16 и 17, начало третьей обмотки под-, сосдинено ко входу детектора 21 равновесия, начало первичной обмотки

19 вспомогательного трансформатора

18 напряжения подсоединено к.первому выводу образцовой меры 16 реактивного характера, а начало вторичной обмотки 20 — к первому выводу образцовой меры 17 активного характера, концы первой вторичной обмотки 5, второй вторичной обмотки 6 основного трансформатора 3, первичной 19 и вторичной 20 обмоток вспомогательного трансформатора 18, а также первой

13, второй 14 и третьей 15 обмоток компаратора 12 токов подключены к общей шине.

Начало третьей обмотки 15 компаратора 12 токов подсоединено ко входу детектора 21 равновесия, первый выход которого подключен ко входу реверсивного счетчика 33 вспомогательного уравновешивающего элемента, второй выход — ко входу блока 22 управления, третий выход — ко второму входу реверсивного счетчика 23 основного уравновешивающего элемента, к первому входу которого подключен первый выход блока 2? управления, второй выход блока 22 управления подключен к первому входу реверсивного счетчика 26 диапазонов, а

1О

25

3 145 третий — ко второму входу блока 24 анализа.

Первый выход реверсивного счетчика 23 подключен ко второму разряду

30, третьему разряду 30, третьему разряду 31 и к четвертому разряду

32 основного отсчетного устройства

28 по основному измеряемому параметру, второй выход — к перному входу блока анализа 24, третий выход — к первому разряду 29 основного отсчетного устройства 28, четвертый выходк первому входу реверсивного счетчика 25 дополнительного уравнонешивающего элемента, ко второму входу которого подключен выход блока 24 анализа, Первый выход реверсивного счетчика 25 подсоединен к дополнительному одноразрядному отсчетному элементу

27, второй выход — к реверсивному счетчику 26 диапазонов, третий выход — к третьему входу реверсивного счетчика 23 °

Выход ренерсинного счетчика 33 вспомогательного уравновешивающего элемента подключен к отсчетному устройству 34 по вспомогательному измеряемому параметру."

Предлагаемый мост работает следующим образом.

Исходным состоянием моста является такое, при котором коммутирующие элементы 8 и 9 разомкнуты, коммутирующий элемент 10 замкнут, а реверсинный счетчик 23 основного уравновешивающего элемента установлен в состояние, соответствующее единице старшего разряда. В соответствии с этим к потенциальному (первому) выводу образцовой меры 16 емкости подключена секция витков вторичной обмотки 6 основного трансформатора 3 напряжения, число витков которой пропорционально единице старшего разряда основного уравновешивающего элемента.

Предположим, что мост предназначен для измерения емкости и тянгенса угла потерь и измерению подлежит конденсатор, действительное значение емкости которого состянляет 1,0005 пФ.

Подключение конденсатора к мосту вызывает появление на выводах обмотки

15 компаратора 1? токов сигнала разбаланса, который усиливается и анализируется детектором ?1 рявнонесия.

Выработанные детектором 21 рявноне1606

4 сия в результате анализа приращений сигнала рязбалянса счетные импульсы через блок 22 управления поступают на перный (счетный) вход реверсивного счетчика 26 диапазонов, который, управляя коммутацией числя витков обмотки 5 основного трансформатора

3 напряжения и числа витков обмотки

13 компарятора 12 токов, осуществляет выбор необходимого диапазона измерений.

Яялее по команде блока 2? управления мост переводится ня уравнонешивание внутри выбранного диапазона измерений. По команде блока 22 управления блок 24 анализа осуществляет оценку состояния старшего разряда реверсивного счетчика 23. Работа блока 24 анализа организована таким образом, что изменение уровня его выходного сигнала происходит только в том случае, если старший разряд ренерсивного счетчика 23 принимает состояние, соответствующее числу 1 или 2. Тяк кяк при выборе диапазона измерений, состояние старшего разряда этого счетчика соответствовало 1, то при переходе ня уравновешивание внутри диапазона уровень выходного сигнала блока 24 анализа изменится, например, стянет равным уровню логической "! что в свою очередь, приведет к переходу счетчика 25 дополнительного уравновешивающего эле35 мента из логического состояния "0" в состояние "1", и соответственно к индициронянию на дополнительном одноразрядном элементе 27 числя 1, 40

Изменение состояния счетчика 25 приведет также к изменению состояния реверсивного счетчика 26 диапазонов, т.е. к смене диапазона измерений на соседний. Одновременно с этим изме45 нится и место индицировяния символа

"запятой" — из первого разряда 29 основного отсчетного устройства 28 оно перейдет в дополнительный отсчетный элемент 27, т,е, вместо отсчета

1,000 и@, который был установлен на основном отсчетном устройстве до переходя ня уравновешиняние внутри выбранного диапазона, будет индицираваться отсчет 1,0000 пФ с "запятой" в дополнительном отсчетном элементе.

При изменении состояния реверсивного счетчика 25 дополнительного уравновешивающего элемента старший разряд реверсивного счетчика 23 пе30

5 14516 рейдет в состояние, соответствующее

"0", цепь коммутирующего элемента

10 разомкнется, а цепь коммутирующего элемента 9 замкнется, в связи с чем к первому выводу образцовой меры

16 реактивного характера будут подключены только витки обмотки 7 основного трансформатора 3 напряжения, Если число витков этой обмотки выбрать равным 10 и, где n — число витков, приходящееся на mar старшей декади, то состояние равновесия моста останется таким же, каким оно было при переходе на уравновешивание 15 внутри выбранного диапазона измерений до его смены на соседний диапазон.

Дальнейшее уравновешивание моста осуществляется обычным способом,пу- 20 тем поочередного изменения состояния основного и вспомогательного уравновешивающих элементов до полного равновесия измерительной цепи. При этом, результат измерения основного изме- 25 ряемого параметра — емкости будет индицироваться на дополнительном одноразрядном отсчетном элементе 27 и основном четырехразрядном отсчетном устройстве 28 в виде отсчета

1,0005 нФ.

В том случае, если действительное значение измеряемого конденсатора представлено числом, старший разряд которого больше единицы, например, он равен двум, а все число равно

2,0005 нФ, работа элементов моста, участвующих в процессе выбора диапаэона измерений, осуществляется следующим образом. После перехода на уравновешивающие внутри выбранного диапазона, по команде блока 22 управления блок ?4 анализа осуществляет оценку состояния старшего разряда реверсивного счетчика 23 и, воздействуя на реверсивной счетчик.25 дополнительного уравновешивающего элемента, устанавливает его в состояние, соответствующее числу 2. При этом, старший разряд реверсивного счетчи- щ ка 23 переходит в состояние, соответствующее нулю, мост переходит на соседний диапазон измерений, на дополнительном одноразрядном отсчетном элементе 27 индицируется число 2 и символ запятой, цепи коммутирующих элементов 9 и 10 размыкаются, а цепь коммутирующего элемента 8 замыкается и к первому выводу образцовой меОб 6 ры 16 подключаются две последовательно включенные секции обмотки 7 трансформатора 3 напряжения с общим числом витков, пропорциональным значению 10 2n. Благодаря этому после перехода на уравновешивание внутри соседнего диапазона мост оказывается в таком состоянии частичного равновесия, которое было бы им достигнуто после выбора диапазона измерений обычным путем (без использования витков обмотки 7) и последующем уравновешивании измерительной цепи, при котором старший разряд реверсивного счетчика 23 принял бы состояние, соответствующее числу 2.

При увеличении значения емкости объекта измерения свыше 2,9999 нФ, например, до 3,002 нФ, на четвертом выходе реверсивного счетчика 23 возникает импульс переноса, под воздействием которого реверсивный счетчик

25 дополнительного уравновешивающего элемента сбрасывается в нуль, а на его третьем выходе формируется перепад напряжения, устанавливающий старший разряд реверсивного счетчика 23 в состояние, соответствующее числу 3. Одновременно с этим в свое прежнее состояние переходит и реверсивный счетчик 26 диапазонов, т.е. в состояние, в котором он находился после выбора диапазонов до перехода на соседний диапазон по команде реверсивного счетчика 25 дополнительного уравновешивающего элемента. При этом, символ запятой индицируется в первом цифровом разряде 29 четырехразрядного отсчетного устройства

28, на котором после полного уравновешивания моста будет зафиксирован результат измерений, равный 3,002 нФ.

Таким образом, при измерении комплексных сопротивлений, номинальное значение которых соответствует коду

N основного уравновешивающего элемента, находящемуся в пределах

1 N 3, в нем отпадает необходимость дополнительного уравновешивания по двум декадам дополнительного уравновешивающего элемента, благодаря чему быстродействие моста увеличивается, Так как вместо двух дополнительных декад с большим количеством коммутирующих элементов в мосте используются всего две секции обмотки и

1451606 в три коммутатора, его конструкция существенно упрощается °

Формула и з о б р е т е н и я

Цифровой трансформаторный мост переменного тока, содержащий источник питания, основной трансформатор напряжения с первичной и тремя вторичными обмотками, первичная обмотка которого подключена к источнику питания, начало первой вторичной обмотки соединено через коммутирующие элементы, управляемые входы которых соединены с управляющими выходами реверсивного счетчика диапазонов, с первой клеммой для подключения измеряемого объекта, конец третьей вторичной обмотки соединен с началом второй вторичной обмотки трансформатора напряжения через коммутирующие элементы, вспомогательный трансформатор напряжения, начало первичной обмотки которого соединено с первым выводом образцовой меры реактивного характера, начало вторичной обмотки соединено с первым выводом образцовой меры активного характера, компаратор токов, начало первой обмотки которого через коммутирующие элементы, управляемые входы которых соединены с управляющими выходами реверсивного счетчика диапазонов, соединено с второй клеммой для подключения измеряемого объекта, начало второй обмотки соединено с вторыми выводами образцовой меры реактивного и активного характера соответственно, начало третьей обмотки соединено с входом детектора равновесия, конец первой и второй вторичных обмоток основного трансформатора напряжения совместно с концом первичной и вторичной обмоток вспомогательного трансформатора напряжения, концы первой, второй. и третьей обмоток компаратора токов соединены с общей шиной, первый выход детектора равновесия через реверсивный счетчик вспомогательного уравновешивающего элемента соединен с отсчетным устройством,по вспомогательному параметру, второй выход соединен с входом блока управления, а третий выход соединен с первым входом реверсивного счетчика основного уравновешивающего элемента, пер10

30 вый выход которого соединен с вторым, третьим и четвертым разрядами основного отсчетного устройства по основному параметру, второй выход — с первым входом блока анализа, реверсивный счетчик диапазонов, вход которо- го соединен с первым выкодом блока управления, реверсивный счетчик дополнительного уравновешивающего элемента и дополнительный одноразрядный отсчетный элемент, о т л и ч л юшийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения быстродеиствия измерения, в нем третья вторичная обмотка основного трансформатора напряжения выполнена в виде двух последовательно соединенных секций, число витков каждой из которых равно 10 n, где n — число витков, приходящееся на шаг старшей декады основного уравновешивающего элемента, начало, конец и средний вывод этой обмотки через коммутирующие элементы, управляемые входы которых соединены с управляюшими выходами реверсивного счетчика дополнительного уравновешивающего элемента, подсоединены к первому выводу образцо-. вои меры реактивного характера, при этом третий выход реверсивного счетчика основного уравновешивающего элемента подсоединен к первому разряду основного отсчетного устройства по основному измеРяемому параметру, четвертый выход — к первому входу реверсивного счетчика дополнительного уравновешивающего элемента, первый выход которого подсоединен к

4р дополнительному одноразрядному счетному элементу, второй выход — к реверсивному счетчику диапазонов, третий выход — к второму входу реверсивного счетчика основного уравновеши 5 вающего элемента, третий вход которого соединен с вторым выходом блока управления, третий выход котороrо подключен к второму входу блока анализа, выход блока анализа подключен к второму входу реверсивного счетчика дополнительного уравновешивающего элемента, управляемые входы коммутирующих элементов второй вторичной обмотки трансформатора напря55 жения соединены с управляющими выходами реверсивного счетчика основного уравновешивающего элемента.