Цифровой мост переменного тока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союа Советскмк

Соцмалмстмческмк

Республик

<щ789764

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (53)М. Кл. (22) Заявлено 07. 06. 78 (2! ) 2624307/18-21 с крмсоедмнеммем заявки Hо (23) Г3рмормтет

6 01 и 17/10

Государстаенимй комитет

С.ССР по делам изобретеииА и открмтий

Оаублмковано 2 1280, Бюллетень Йо 47

Дата оаублмкованмя опмсанмя 2Ы2,80 (53) УДК 621. 317. .733(088.8) (72) Авторы изобретения

Л.A.Áóãðååâà, Н.Ф. Масленников, A.Ô.;Ïðîêóíöåâ и Г. И. Шаронов.

Пензенский завод-ВТУЗ при заводе ВЭИ, . Филиал- Пенэеиского ." политехнического института (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ИОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров комплексного сопротивления.

Известен цифровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, первая вершина диагонали питания которой, примыкающая к ® измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к первому входу первого фазовременного преобразователя и ко второму входу третьего фазовременного преобразователя, вторая 15 вершина диагонали питания мостовой измерительной цепи .подключена ко второму входу первого фазовременного преобразователя и первому входу второго фазовременного преобразователя, пер- 20 вая вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсосдинена к третьим входам первого и третьего фазовремен- 25 ных преобразователей и второму входу второго фазовременного преобразователя, вторая вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи подсоединена к третьему входу вто- 30 рого фазовременного преобразователя и к первому входу третьего фазовременного преобразователя, первый и второй выходы первого фазовременного преобразователя подключены к первым входам первого и второго интеграторов соответственно, вторые входы которых соединены с выходом второго фаэовременного преобразователя, выход первого и второго интеграторов подсоединен соответственно к прямому и инверсному входам первого элемента

"запрет", выход которого через блок уравновешивания по ре;,ктивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления подсоединен ко входу первого блока индикации, выход третьего фазовременного преобразователя соединен с вторыми входами третьего и четвертого интеграторов, выходы которых подсоединены соответственно к прямому и инверсному входам второго элемента "запрет", выход которого через блок уравновешивания по тангенсу угла потерь подключен ко входу второго блока индикации (Ig .

Недостатком данного цифрового моста является невысокая точность измерения составляющих комплексного сопротивления, обусловленную тем, что

789764 и з пяти сигналов, участвующих в фор- мировании регулирующих воздействий в обоих каналах уравновешивания, используется только один общий сигнал.

Цель изобретения — повышение точости измерения составляющей, пропор-,, йональной тангенсу угла потерь комИЛЕксного сопротивления.

Указанная цель достигается тем, что в и" âåñòíîì цифровом мосте переменного тока, содержащем генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, первая вершина диагонали питания которой, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к первому входу первого фазовременного преобразователя и ко второму входу третьего фазовременного преобразователя, вторая вершина диагонали питания мостовой измерительной цепи подключена ко второму входу первого фазовременного преобразователя и первому входу второго фаэовременного преобразователя, первая вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к третьим входам первого и третьего фаэовременных преобразователей и второму входу второго фазовременного преобразователя, вторая вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи подсоединена к третьему входу второго фазовременного преобразователя и к первому входу ретьего фаэовременного преобразователя, первый и второй выходы первого фаэовременного преобразователя подключены к первым входам первого и второго интеграторов, соответственно, вторые входы которых соединены с выходом второго фазовременного преобразователя, а выходы интеграторов подсоединены соответственно к прямому и инверсному входам первого элемента "запрет", выход которого через блок уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления подсоединен ко входу первого блока индикации, выход третьего фазовременного преобразователя соединен со вторыми входами третьего и четвертого интеграторов, выходы которых подключены соответственно к прямому и инверсному входам второго элемента "запрет", выход которого через блок уравновешивания по тангенсу угла потерь соединен со входом второго блока индикации, первый и второй выходы первого фазовреиенного преобразователя подсоединены соответственно к первым входам третьего и четвертого интеграторов, Принципиальное отличие предлагаемого цнфрового моста переменного тока от известных заключается в том, что использование двух сигналов из четырех формирующихся в процессе уравновешивания моста в обоих каналах формирования регулирующих воздействий позволяет повысить. точность измерения составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь, и упростить реализацию фазовременных преобразователей.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 ц и фиг. 3 — топографические диаграммы процесса уравновешивания мостовой измерительной цепи по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления и по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь, соответственно; на фиг. 4 — 9 изображены временные диаграммы, поясняющие работу устройства. Фиг. 4 — 6 поясняют работу канала уравновешивания по реактивной составляющей из © меряемого комилексного сопротивления, причем, на фиг. 4 изображен случай, когда угол Р больше угла Ф и Ф +180О, т.е. точка д на круговой диаграмме (фиг. 2) находит- .

ЯЯ ся в 1-й зоне. На фиг. 5 представлен случай, когда угол Р меньше углов

Ф и % +18ОО, -..е. точка d находится во 2-й зоне (фиг. 2) а на фиг. 6 случай, когда угол Ф больше угла Ф но меньше угла Ф +180О, т.е. точка

d находится в 3-й зоне круговой диаграммы (фиг. 2). Фиг. 7 — 9 соответствуют трем положениям точки d на круговой диаграмме (фиг. 3) и поясняют работу канала уравновешивания по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь измеряемого комплексного сопротивления. На фиг.7 изображен момент когда угол Г больше углов 4 и Ф +1800 (точка d лежит в

40 1-й зоне фиг. 3). На фиг. 8 представлен момент, когда угол f меньше углов V и Ч +180б(точка 0 во 2-й зоне фиг. 3). А на фиг. 9 изображен случай, когда угол f больше угла но меньше угла Ф +1800 (точка d в

3-ей зоне фиг. 3).

Устройство (фиг. 1) содержит мос" товую измерительную цепь 1, у которой 2,3 — измеряемое комплексное co" противление (С,R ) 4 — образцовый элемент, служащий для выбора пределов (й ), 5 — регулируемый элемент, служащий для уравновешивания ,по реактивной составляющеи (й3), 6 — регулируемый элемент, служащий для уравновешивания по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь (84), 7 — образцовый нерегулируемый элемент (С4), генератор синусоидального напряжения 8, фазовременные преобразователи 9, 10, 11,интеграторы 12-15 элементы "запрет" 16 и 17, блок 18 уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления, блок 19 уравновешивания по составляющей, про789764 порциональной тангенсу угла потерь, блоки 20 и 21 индикации.

На фиг. 2 и 3 обозначено:

ha — напряжение питания мостовой измерительной цепи, cd — напряжение небаланса мастово измерительной цепи, 5

Ьс — напряжение, снимаемое с плеча мостовой цепи, в которой включен образцовый элемент, слу-. жащий для выбора пределов 4 (Rg), t0

bd — напряжение, снимаемое с плеча мостовой цепи, в которое включен регулируемый элемент, уравновешивающий мостовую цепь по реактивной составля- 15 ющей 5 (R>)

Ьа — напряжение, снимаемое с плеча мостовой цепи, в которое включен образцовый нерегулируемый элемент 6 (R„ ), 2О М вЂ” фазовый сдвиг напряжения Ьс относительно вектора напряжения питания Ьа, — фазовый сдвиг напряжения cd относительно напряжения 4а, O(,)Ь вЂ” окружности уравновешивания мостовой измерительной цепи в обобщенных обозначениях.

Процесс уравновешивания мостовой измерительной цепи по реактивной составляющей измеряемого комплексного 30 сопротивления осуществляют регулировкой переменного параметра 4 (R ).

Мостовая цепь (фиг. 1) находится в состоянии квазиравновесия по реактивной составляющей измеряемого комплекс-35 ного .сопротивления, если потенциальные точки С и 4, соответствующие вершинам измерительной диагонали, расположены на одной окружности ф . Информацию, необходимую для коммутации 4g параметра, уравновешивающего мостовую цепь по реактивной составляющей, получают путем одновременного сравнения углов 9 и Ф +180О с углом Ф

Это дает возможность точно определить, в какой из трех возможных эон (1-й, 2-й или 3-й) круговой диаграммы (фиг. 2) находится точка д. Из анализа круговой диаграммы видно, что в случае, когда потенциальная точка d находится в 1-й зоне, угол Р больше углов Ф и Q +180О. Во 2- и зоне угол Р меньше углов 4 и Ф +18(P .

В 3- и зоне угол Ф больше угла Р, но меньше угла Ф +180 . уравновешивание мостовой измерительной цепи по составляющей пропорциональной тангенсу угла потерь, до- . стигается при расположении точек С и d на одной окружности 0l . Для получения однозначной информации о мес- dO тоположении точки d в одной иэ возможных зон 1, 2, 3 (фиг. 3) осуществляют одновременное сравнение углов

Ч и V +180 с углом f. Анализ круговой диаграммы (фиг. 3) показывает 65 что в случае нахождения точки д в первой зоне угол f больше угла 4 и угла Ф +180 .

Работа цифрового моста сводится к одновременному уравновешиванию мостовой цепи по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь, и реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления, осуществляемому двумя каналами уравновешивания.

Тракт, состоящий из фаэовременных преобразователей 9 и 11 интеграторов 14 и 15 элемента "запрет" 17 блока 19 уравновешивания, блока 21 индикации, является каналом уравновешивания по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь измеряемого комплек"ного сопротивления.

Работа канала осуществляется следующим образом.

Напряжения 0. и 0Ь, снимаемые непосредственно с мостовой цепи 1, поступают на вход фазовременного преобразователя 9, а напряжения 0сдм Цына вход фазовременного преобразователя 11 (фиг. 4-6, строка а). Фаэовременные преобразователи 9 и 11 вырабатывают импульсы одинаковой амплитуды (фиг. 4-6, строки в, с, 4) длительность которых соответствует фаэовым углам между напряжениями, поступающими на их входы. На выходе фазовременного преобразователя 9 вырабатывается два импульса, соответствующие углам Ф (фиг. 4-6, строка В) и Р +180 .(фиг. 4-6, строка С). На выходе фазовременного преобразователя 11 вырабатывается один импульс длительностью, соответствующей фаэовому углу У (фиг. 4-6, строка d).

Импульсы с выходов фазовременных преобразователей 9 и 11 поступают на входы интеграторов 14 и 15. Интегратор 14 сравнивает углы Ф и f (фиг.4, фиг. 5, фиг. 6, строка е),а интегратор 15 — углы Ф +180 и f (фиг.4 -б, строка f). Полярность сигналов на выходах интеграторов 14 и 15 зависит от соотношения величин фазовых углов

+ и f,Ф +180О и f. Сигналы на выходах Интеграторов 14 и 15 будут одинаковой полярности, если фазовый угол f соответственно либо меньше фазового угла Р (фиг. 5, строки е, f), либо больше фазового угла Ф +18(Р (фиг. 4, строки е, f). Сигналы на выходах интеграторов 14 и 15 будут раэнополярными, если фазовый угол больше фазового угла Ф, но меньше фазового угла Ф +1800 (фиг..б, строки е, f).

Выходы интеграторов 15 и 14 соединены со входами элемента "запрет"

17, выход которого управляет работой блока уравновешивания по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь измеряемого комплексного сопротивления 19. Лишь в случае, когда

789764

Формула изобретения

Цифровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, первая вершина диагонали питания которой, примыкающая к измеряемому ком50 интеграторов 14 и 15 на элемент "запрет" 17 поступают разнополярные сигналы, на выходе элемента "запрет"

17 будет наличие сигнала, например положительной полярности.

Блокируя (сбрасывая) все изменения параметра, уравновешивающего

5 мостовую схему по составляющей, про-. порциональной тангенсу угла потерь, приводящие к отсутствию сигнала на выходе элемента "запрет" 17 и, сбрасывая (блокируя) все изменения„ приводящие к наличию сигнала на выходе элемента "запрет" 17, производят уравновешивание моста по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь измеряемого комплексного со- 15 противления.

Одновременно с уравновешиванием по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь, происходит уравновешивание по реактивной со- 20 ставляющей.

Каналом уравновешивания в данном случае является тракт, содержащий фазовременные преобразователи 9 и

10. интеграторы 12 и 13, элемент "запрет" 16, блок 18 уравновешивания по реактивной составлякяцей, блок 20 индикации.

Работа этой части блок-схемы происходит аналогично работе канала уравновешивания по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь.

Отличие заключается в том, что фазовые углы Ф и ф +180О сравниваются с фазовым углом Р (фиг.7-9).

Использование предлагаемого цифро- 35 ного моста переменного тока обеспечивает по сравнению с существующими мостами повышения точности измерения составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь измеряемого 40 комплексного сопротивления, а также упрощения реализации фазовременных преобразователей и каналов формирования регулирующих воздействий. плексному сопротивлению, подсоединена к первому входу первого фаэовременного преобразователя, и ко второму входу третьего фазовременного пре— образователя, вторая вершина диагонали питания мостовой измерительной цепи подключена ко второму входу первого фазовременного преобразователя и первому входу второго фазовременного преобразователя, первая вершина измерительной диагонали мостовой из-, мерительной цепи, примыкающая к изме(ряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к третьим входам первого и третьего фазовременных преобразователей и второму входу второго фазовременного преобразователя, вторая вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи подсоединена к третьему входу второго фазовременного преобразователя и к первому входу третьего фазовременного преобразователя, первый и второй выходы первого фазовременного преобразователя подключены к первым входам первого и второго интеграторов соответственно, вторые входы которых соединены с выходом второго фаэовременного преобразователя, а выходы интеграторов подсоединены соответственно к прямому и инверсному входам первого элемента "запрет", выход которого через блок уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного .сопротивления подсоединен ко входу первого блока индикации, выход третьего фазовременного преобразователя соединен со вторыми входами третьего и четвертого интеграторов, выходы которых подключены соответственно к прямому и инверсному входам второго элемента "запрет", выход которого через блок уравновешивания по тангенсу угла потерь соединен со входом второго блока индикации, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения составляющих комплексного сопротивления, первый и второй выходы первого фазовременного преобразователя подсоединены соответственно к первым входам третьего и четвертого интеграторов.

Источники информации, принятые. во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2596912/21, 26.12.78.