Цифровой мост переменного тока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТВЛЬСТВУ

Союз Сааетскик

Социалыстнческми

Раслублик

<11824067 (б! ) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 17.07.79 (2!) 2797127/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 230481, Бюллетень ¹ 15

<5!)М. Кл.з

6 01 R 17/10

Гоеудвретвеыкый комитет сс с р яо дмви язобретенкЯ и открытиЯ (53) УДК 621.317. .733(088.8) Дата опубликования описания 23 . 04 . 81

P2) Авторы изобретения

A.Ô. Прокунцев, Г.И. Шаронов и И.Н, Заха (7! ) Заявитель

Пензенский завод ВТУЗ при заводе ВЭМ (филиал Пензенского политехнического института) (54) ЦИФРОВОЙ МОСТ 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, вершины измерительной диагонали которой через согласующие устройства подсоединены параллельно ко входам дифференциального усилителя и к первым входам фазовременных преобразователей, сооТвещественно, вторые входы которых !5 параллельно подключены к выходу генератора синусоидального напряжения, а выходы фазовременных преобразователей подсоединены ко входам блоКа суьвярования, выход которого парал- 20 лельно соединен с одним иэ входов первого блока уравновешивания и. с одним из управляющих входов ключа и через блок временной задержки па-. раллельно к одному из входов второго блока уравновешивания и ко второму управляющему входу ключа, информационный вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя, выход ключа подключен параллельно ко ЗО вторым входам блоков уравновешивания, выходы которых соединены со входами блоков индикации, соответственно F1) .

Недостатком данного цифрового моста переменного тока является низкая точность измерения составляющих комплексного сопротивления, обусловленная необходимостью шунтировать плечо ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление.

Известен цифровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, одна из вершин измерительной диагонали, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подключена к одному из входов первого согласующего устройства, выход которого подключен параллельно к одному иэ входов первого. фазовременного преобразователя, к первым входам первого и второго блоков сравнения, вторая вершина измерительной диагонали соединена со вторым входом первого согласующего устройства и через второе согласующее устройство параллельно со вторым входом первого фазовременного преобразователя и первым входом второго фазо824067 временного преобразователя, инфор мационными входами первого и второго фазочувствительных выпрямителей, выходы которых подключены ко вторым входам первого и второго блоков сравнения, соответственно, выходы

5 которых через блоки уравновешивания соединены со входами первого и второго блоков индикации, соответственно, одна иэ вершин диагонали питания, примыкающая к плечам отношения, соединена с общей шиной, вторая вершина диагонали питания подключена ко второму входу второго фазовременного преобразователя, выходы первого и второго фазовременных преобразователей соединены со входами блока сум- 1 мирования временных интервалов, соответственно, один иэ выходов которого параллельно подключен к входу блока временной задержки и через первый блок формирования опорного напря- Щ жения подключен к опорному входу первого фазочувствительного. выпрямителя, выход первого блока временной задержки через второй блок формирования опорного напряжения соединен с опорным входом второго фазочувствитель" ного выпрямителя, второй выход блока суммирования временных интервалов параллельно соединен с управляющим входом второго блока сравнения и через первый блок временной задержки с управляющим входом первого блока сравнения, вторые входы обоих блоков сравнения подключены к выходам первого и второго фазочувствительных выпрямителей, соответственно f23 .

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения составляющих комплексного сопротивления, обусловленная необходимостью применения фазовращающего устройства 4О или набора блоков задержек, что снижает точность измерения, ввиду зависимости точности от девиации частоты питающего напряжения. цель изобретения — повышиние точ- 4 ности измерения составляющих измеряемого комплексного сопротивления.

Указанная цель достигается тем, что в известный цифровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, одна. из вершин измерительной диагонали, соединенная с измеряемым .комплексным сопротивлением, подключена через первое согласующее устройство к одному из входов первого фаэовременного преобразователя, выход которого соединен с первым входом управляемого блока разности, один из выходов которого под- Щ ключен к первому входу. первого блока сравнения, выход которого через первый блок уравновешивания подключен ко входу первого блока индикации, вторая вершина измерительной диагона- д ли мостовой измерительной цепи соединена с общей шиной, а одна из вершин диагонали питания, соединенная с плечами отношения, соединена со входом второго согласующего устройства и с первым входом третьего согласующего устройства, второй вход которого подключен ко второй вершине диагонали питания мостовой измерительной цепи, а выход подключен параллельно ко второму входу первого фазовременного преобразователя и к первому входу второго фаэовременного преобразователя, второй вход которого соединен с выходом второго согласующего устройства, выход второго фазовре° менного преобразователя соединен со вторым входом управляемого блока разности, второй выход которого подключен к первому входу второго блока сравнения, выход которого через второй блок уравновешивания подключен ко второму блоку индикации, введены управляемый фазочувствительный выпрямитель, два фазовременных преобразователя, причем выход первого согласующего устройства подключен ко входу управляемого фаэочувствительного выпрямителя, первый управляемый вход которого соединен с выходом второго фаэовременного преобразователя, первый и второй выходы управляемого фаэочувствительного выпрямителя соединены с первыми входами первого и второго вновь введенных фазовременных преобразователей, соответственно, вторые входы которых соединены между собой и подключены к выходу второго согласующего устройства, выходы вновь введенных фазовременных преобразователей подключены ко вторым входам первого и второго блоков сравнения, соответственно, управляющие входы первого и второго устройств сравнения подключены соответственно к первому и второму управляющим входам блока разности и к первому и второму управляющим выходам первого фазовременного преобразователя.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 и

3 - топографические диаграммы процесса уравновешивания мостовой измерительной цепи по активной (фиг.2) и реактивной (фиг.3) составляющим измеряемого комплексного сопротивления; на фиг. 4,5,6 и 7 — временные диаграьвы, служащие для-пояснения работы предлагаемого устройства.

На фиг. 2 и 3 обозначено: аЬ - напряжение питания мостовой измерительной цепи;

cd - напряжение небаланса мостовой измерительной цепи;

ad - падение напряжения на плече, противоположном плечу, содержащему измеряемое комплексное сопротивле= ние;

824067

p V - окружности квазиравновесия

;потенциальных точек с .и d вершин ветвей мостовой измерительной цепи; с и d — положения потенциальных точек вершин ветвей моста, содержа.щего и несодержащего измеряемое ком. плексное сопротивление;

1,2,3 и 4 — зоны возможного местонахождения потенциальной точки d;

Я - фазовый сдвиг напряжения сЬ относительно напряжения аЬ;

Ч вЂ” фазовый сдвиг напряжения ad относительно *апряжения а&;

Процесс уравновешивания мостовой измерительной цепи по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления осуществляется регулировкой параметра 7 (С4), а по активной — регулировкой параметра 8.. (а„) . .Мостовая цепь находится в состоянии кваэиравновесия по реактивной Щ составляющей измеряемого комплексного сопротивления, если потенциальные точки с и d расположены на одной окружности (Ь, а по активной, если потенциальные точки с и d. расположены на одной окружности .

Информацию, необходимую для коммутации параметров, уравновешивающих мостовую измерительную цепь по реактивной и активной составляющим, получают по знакам уравнений, превращающихся в неравенства при отсутствии кваэиравновесия по измеряемой составляющей, приведенных в табл.1 и 2. Решение этих уравнений в соот- 35 ветствии с условиями, приведенными в табл. 1 и 2,, позволяют точно определить, в какой иэ четырех зон круговой диаграммы находится потенциальная точка d относительно потенциальной точки с,взятой эа на- 40 чало коЬрдинат.

Изменяя одновременно переменные параметры 7 и 8 в соответствии с состоянием мостовой измерительной цепи, т.е. блокируя (в 1-й и 4-й зонах) 45 и сбрасывая (во 2-й и 3-й зонах) все изменения переменного параметра 7 или 8, можно уравновесить мостовую цепь по обеим составляющим измЕряемого комплексного сопротивления.

Цифровой мост переменного тока содержит генератор 1 синусоидального напряжения, мостовую измерительную цепь 2, включающую образцовые нерегулируемые элементы 3 и 4 (R и R8), измеряемое комплексное сопротивле= ние 5 и б (С„ и й.,), регулируемый элемент 7, служащий для уравновешивания по реактивной составляющей комплексного сопротивления (С, ), регулируемый элемент 8, служащий.для 40 .Уравновешивания. по активной составляющей измеряемого комплексного сопротивления (R4), согласующие устройст,ва 9,10 и 11, фаэовременные преоб" раэователи 12 и 13, управляемый фа- 65 зочувствительный выпрямитель 14, управляемый блок 15 разности, фазовременные преобразователи 16 и 17, блоки 18 и 19 сравнения, блоки 20 и 21 уравновешивания, блоки 22 и

23 индикации.

На фиг. 4, 5, б и 7 обозначено фазовый угол arccos

1» cd cosV

ad

Ч - фазовый угол à res iï аЬ

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Напряжение cd (фиг.4,5,6 и 7,а) подается через согласующее устройство 9 одновременно на вход управляемого фазочувствительного выпрямителя 14 и на один из входов фазовременного преобразователя 12. Напряжение ad (фиг.4,5.,6 и 7,а) подается через согласующее устройство 10 одновременно на первый вход фазовременного преобразователя 13 и на вторые входы фазовременных преобразователей 16 и 17. Напряжение аЬ (фиг.4,5,6 и 7,а) через согласующее устройство 11 подается на вторые входы фазовременных преобразователей

12 и 13. Сигнал с информационного выхода фазовременного преобразователя

12 фиг.4,5,6 н 7.,5) длительностью, пропорциональной фаэовому углу g,поступает на первый вход управляемого блока 15.разности. Сигнал с первого управляющего выхода фаэовременного преобразователя 12 одновременно подается на управляемый вход управляемого блока 15 разности и на управляемый вход блока 18 сравнения.

Сигнал со второго .управляющего выхода фазовременного преобразователя 12 поступает на второй управляющий вход управляемого блока 15 разности и на управляющий вход блока

19 сравнения. Сигнал с выхода фазовременного преобразователя 13 (фиг.4,5,6 и 7,d) длительностью, пропорциональной фазовому углу 24, подается одновременно на второй вход управляемого блока 15 разности и управляющий вход управляемого фазочувствительного выпрямителя 14.

Сигналы с выходов блока 14 (фиг.4, 5,6 и 7,h), пропорциональные гроекциям cd - s i ne и сд. cos +, соответственно, подаются на первые входы фазовременных преобразователей

16 и 17.Сигнал с.одного из выходов блока 15 разности (фиг.б и 7,9), пропорциональный (2u-6) или(2 -0+7 ), подается на второй вход устройства

18 сравнения, на первый вход которого поступает сигнал с выхода блока

16, пропорциональный фазовому углу

>rcsin (фиг.б и 7 ° i) .. Сигнал

cd-sin+ а

:о второго выхода блока 15 Разности

7 (фйг.4 и 5,q), пропорциональный

2 Ч - (} или 2Ч - (} + 2 7., поступает на второй вход устройства 19 сравнения, на первый вход которого посту-. .пает, сигнал с выхода блока 17, пропорциональный фазовому углу

arccos (Фиг.4 и 5,1) . Налиcd- совФ

ad чие положительного (отрицательного) уровней напряжения на выходе блоков

18 и 19 (фиг.4,5,6 и 7,)) свидетельствует о направлении изменения образцового элемента 7, служащего для уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления или образцового элемента 8, служащего для уравнове4067 8 с шивания по активной составляющей, которое осуществляется соответствующими блоками 20 и 21 уравновешивания.

Блоки 22 и 23 индикации высвечивают значения,составляющих измеряемого

5 комплексного сопротивления.

Использование предлагаемого моста переменного тока позволяет за счет исключения набора блоков задержек повысить точность измерения составляющих комплексного сопротивления датчиков, используемых в АСУТП, в которых об изменении технологических процессов судят по изменениям й, С параметров комплексных сопро15 тивлений.

7udnugu:1, г

9 . 82406 ю

Формула изобретения

Цифровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, одна из вершин измерительной.диагонали, соединенная с измеряемым комплексным сопротивлением, подключена .через первое согласующее устройство к одному иэ входов первого фаэовре» менного преобразователя, выход которого соединен с первым входом управляемого блока разности, один иэ выходов. которого подключен к первому входу первого блока сравнения, выход которого через первый блок уравно- :--15 вешивания подключен ко входу первого блока индикации, вторая вершина из мерительной диагонали.мостовой измерительной цепи соединена с общей шиной, одна из вершин диагонали, пита- щ ния мостовой измерительной цепи, сое- диненная с плечами отношения, соеди нена с входом второго согласующего устройства и с первым входом третьего согласующего устройства,.второй вход которого подключен ко второй вершине диагонали питания мостовой измерительной цепи, а выход подключен параллельно ко второму входу первого фазовременного преобразователя и к первому входу второго фаэо1 временного преобразователя, второй вход которого соединен с выходом второго согласующего устройства, выход второго фазовременного преобразователя соединен со вторьм входом .yii- З5 равляемого блока .разности, второй выход которого соединен с первым

7 входом второго блока сравнения, выход которого через второй блок уравновешивания подключен ко второму блоку индикации, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены управляемый фазочувствительный выпрямитель, два фазовременных преобразователя, причем выход первого согласующего устройства подключен ко вхо ду управляемого фазочувствительного выпрямителя, управляемый вход которого соединен с выходом второго фазовременного преобразователя, первый и второй выходы управляемого фаэочувствительного выпрямителя соединены с первыми .входами первого и второго вновь введенных фазовременных преобразователей соответственно, вторые входы которых соединены между собой и.подключены к выходу второго согласующего. устройства, выходы вновь введенных фаэовремеяных преоб- разователей подключены ко вторым входам первого и второго блоков сравнения соответственно, управляющие входы первого и второго .блоков.сравнения подключены соответственно к первому и второму управляющим входам блока разности и к первому и второму управляющим выходам первого. фазовременного преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 600459, кл. G 01 R 17/10, 1978 °

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2423316/21, кл. G 01 R 17/10, 1976.