Устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления двухполюсника

 

ОПИСАНИЕ.

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ С ВТИЛЬСТВУ

Союз Саеетскии

Свциааистичесиик

Ресеубае<

< >855510(61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 060879 (21) 2805478/18 с присоединением заявки Йо(23) Г3риоритетОпубликовано1508.8 1. Бюллетень 89 30

Дата опубликования описания 150831 рцм. к.з

G 01 R 17/10

Государственный комитет

СССР но делам нмбретеннй н открытнй (53) УДК Ю1. 317.

° 322.3(088.8) (72) Авторы изобретения

A.Ô.Ïðîêóíöåâ, Г.И.Шаронов и P.Ì.Þìàåâ (71) Заявитель

Пензенский завод-ВТУЗ при заводе ВЭМ (ФНлнал

Пензенского политехнического института) (5 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ

КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВУХПОЛЮСНИКА

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению и контролю составляющих комплексного сопротивления.

Известно устройство для раздельного измерения модуля комплексных сопротивлений, содержащее индикатор квадратуры, генератор синусоидального напряжения, к двум выводай которого подключены последовательно соединенные образцовые и измеряемые сопротивления и конус, два дифференциальных усилителя, сумматор и блок для вычитания, причем два входа первого дифференциального усилителя подключены потенциальными зажимами к образцовому сопротивлению, выход — к первым входам сумматора и блока для вычитания, вторые входы последних связаны с выходом второго дифференциального 20 усилителя, входы которого подключены потенциальными зажимами к измеряемому сопротивлению, а выходы сумматора и блсыка для вычитания соединены с соответствующими входами индика- 25 тора квадратуры 1 . .Недостатками данного устройства являются низкая точность измерения из-за отсутствия нулевого режима при формировании регулирующего воздей ствия1 низкое быстродействие из-за наличия последовательного во времени уравновешивания; ограниченные функциональные возможности, так как оно позволяет измерять только модуль комплексного сопротивления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания измерительной цепи, составленной из последовательно соединенных образцового элемента и измеряемого комплексного сопротивления, причем вершина измерительной диагонали заземлена, а вершина диагонали питания, прилегающая к образцовому элементу, через первый блок согласования подключена параллельно к опорному входу первого фаэочувствительного выпрямителя и первым входам первого и второго блоков деления и через фазовращающее устройство - к олорному входу второго фаэочувствительного выпрямителя, выход которого соединен со вторым входом второго блока деления, второй вход первого блока деления подсоединен к выходу первого фаэочувствительного выпрямителя,вершина диагонали питания,примыкакааая к измеряемому комплексному сопротивлению припоследовательной схеме замещения, или к образцовому элементу при параллельной схеме замещения, подключена ко входу второго блока согласования, выход которого соединен с информационными входами первого и второго фаэочувствительных выпрямителей 52) .

Недостатком данного устройства является низкая точность, обусловленная отсутствием обратного канала преобразования и нулевого режима тракте формирования регулирующих воздействий .

Цель изобретения — повышение точ" рости измерения составляющих комплексного сопротивления двухполюсника.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления двухполюсника, сОдержащее генератор синусоидального напряжения, 20 включенный в дв1агональ питания измерительной цепи, составленной иэ последовательно соединенных образцового элемента и измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, причем g$ вершина измерительной диагонали заземлена, а вершина диагонали питания прилегающая к образцовому элементу, через первый блок согласования подключена параллельно опорному входу ЗО первого фазочувствительного выпрямителя и,первым входам первого и второго блоков деления и через фазовращающий блок — к опорному входу второго фаэочувствительного выпрямителя, выход которого соединен со вторым входом второго блока деления, второй вход первого блока деления подсоединен к выходу первого фаэочувствительного выпрямителя, вершина диагона ли питания, прилегающая к измеряе- 40 мому комплексному сопротивлению двухполюсника, подключена ко входу второго блока согласования, введены два управляемых вычислительных блока, блок разности, блок обработки сигналов, два блока уравновешивания, два блока индикации, причем выход первого блока согласования через первый вычислительный блок соединен с первым входом блока разности и через после- у довательно соединенные фаэовращающий блок и второй вычислительный блок — со вторым входом блока разности, а выход второго блока согласования подключен н третьему входу блока разности, выход которого подключен параллельно информационным входам первого и второго фазочувствительных выпрямителей, выходы которых соединены с сннхронизирующимн входами вычислительных,блоков и с первым и е6 вторым входами блока обработки сигналов соответственно, выход которого подключен к образцовому ° элементу, выход первого блока деления через блок уравновешивания соединен с блоком

О 4

Ф индикации, а выход второго: блока деления через второй блок уравнове аивания соединен со вторым блоком индикации, управляющие выходы первого и второго блоков Уравновешивания подключены к управляющим входам первого и второго вычислительных блоков соответственно.

На фиг.l представлена структурная схема устройства) на фиг.la и б две иэ возможных разновидностей измерительных цепей для последовательной и параллельной схем замещения конденсатора, когда в качестве образцового элемента выбрано сопротивлением на фиг.2 - векторная диаграмма процесса измерения для цепи, изображенной на фиг.lа1 на фиг.З - процесс выбора предела измерения на фиг.4 - процесс уравновеаивания, где

Д.,,у. - параметры измерительной цепи в обобщенных обозначениях!

ab — вектор напряжения питания измерительной цепи;

ac=V > — вектор падения напряжения, снимаемого с измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника;

cb — вектор падения напряжения, снимаемого с образцового элементами

V — вектор падения напряжения

Х на активной составляющей из. меряемого комплексного сопроти вл ени я дву хполюс ни к а 1

Чу1 —. вектор падения напряжения на реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника;

Vg — вектор компексирующего напряжения, Ч „ - составляющая компенсирующего напряжения, синфазная с вектором Va,1;

Ч вЂ” составляющая компенсирующего напряжения, синф аз н ая с вектором Ч, Vp — разностное напряжение между векторами Vv. u Vzv.Ч вЂ” фазовый сдвиг V относитель., но %сх1

Ч вЂ” Фаз о вый сдвиг Ч @ QTHoc Hтельно Ч „, Уравнение для измерения реактивной составляющей комплексного двухполюсника (прототипа) для последовательной схемы замещения имеет вид: где К вЂ” коэффициент гомотетни.

Выражение для чувствительности преобразователя при измерении реактивной составляющей комплексного сопротивления двухполюсника в общем виде можно эаписаты - — = — - (а>

ct Kp av

4g Ь

855510 где д) 9 "p>y К(з

ДТ=Tт 3 (q) Подставим в выражение (8) 10

*()рТ ) ) :Ы 1

3 K >t j К„3+ K)14 j К1 (+ K)1 + j К„

После упрощения выражение (10) имеет следующий видг ьч (К -1)(г+3- Z-3,) сгЪ 1т (k +) К - К,-) К„)Р+Х1 К,) з)гч 4=0, (>)

I) нчн -нч,н

Ч пн=

Рт

30 (6)

Для того, чтобы перейти к чувствительности формирования регулирующих воздействий по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, необходимо взять частную производную по параметру К1т от (11), т.е.

yl „,(г -К. 53K )(K ДКТ К j)C„) )ЧП (К Т-")("+К+)К)("+ ))!0 gk ) к (v2) а к„(, )(„- - к„)(+к,i), „)j где

Подставив (6) в (5) получимг

ЧР)н нч-VV ) ЧР н т )ННН Р )ч)

ЧРт РТ

$T,Кр,т - текущие значения иэмеряемого параметра и коэффициента гомотетии .

Подставив (1) в (3), а (3) в (2), получим окончательное выражение для чувствительности:

Из выражения (4) видно, что чувст- 15 вительность преобразователя при измерении реактивной составляющей ком(плексного сопротивления двухполюсника постоянна и имеет вполне определенное и конкретное числовое э на- 20 чение, обратно-пропорциональное величине образцового элемента.

Условие квазиравновесия, например, по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления, двухполюсника (предлагаемое устройство) может быть представлено в следующем виде:

Анализируя выражение для чувствительности (12), можно заметить, что при приближении к состоянию полного равновесия, т.е. когда j К - jK I

К т-эК чувствительность резко возрастает и стремится к бесконечности.

Устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления двухполюсника содержит измерительную

1 епь 1, составленную иэ последовательо включенных измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника 2 н образцового элемента 3 при параллельной схеме замещения или образцового элемента и измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника 2 при последовательной схеме замещения из- 40 меряемого комплекс ного соп оотивле ния двухполюсника, генератор 4 синусоидаль» ного напряжения, блоки 5, бсогласования, фаэослвигакжанй(фазовращающий) блок

7, вычислительные блоки 8,9, блок где К1т и Чрт — текущие значения коэффициента передачи и разностного . напряжения.

В свою очередь V

V =V -V,Ч Ч .чгЬ (P 3S) .

РТ kI 2Х КХТ. Р" ч .Ъ)т) < . + (Рч -ч.. Уj

V b(Ка+ 5) <)

"рт=("кх "0-г+ Чкч М „ „+ )(9j1

В уравнении (7) Чкч) есть ничто иное, как 5 V)), =V a Vp=Vy.-Vz =V y+3Vq„-Vzê.

ВыРазив Ч)ч,, Vz< чеРеэ напРЯжение питания измерительной цепи Чдь и обращенные параметрыч „(Ъ,g можно записать окончательное выражение для условия кваэиравновесия по реактивной составлюящей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника

10 разности,. фазочувствительные выпрямители 11, 12, блоки 13,14 деления, блок 15 обработки сигналов, блоки

l 6, 17 уравнов ешивани я, блоки 18, 19 индикации.

Устройство работает следующим образом (диаграмгьг на фиг.3,4 иллюстрируют его работу).

Напряжение Чч,, снимаемое с образцового элемента 3 измерительной цепи 1 через блок согласования 5 подается одновременно на информационный вход управляемого вычислительного блока 8, на опорный вход фаэочувствительного выпрямителя 11 и через фаэовращающий блок 7 на информационный вход управляемогб вычислительного блока 9 и на опорный вход фаэочувствительного выпрямителя 12. Сигналы с выходов управляемых вычислительных блоков B и 9, пропорциональные чг х„=

=К Чих и 9ггг) K„V > поступают на

855510 первый и второй входы блока разности

10, на третий вход блока разности 10 подается сигнал Чд, снимаемый с измеряемого комплекснîro сопротивления двухполюсника 2 через блок согласования 6. На выходе блока разности 10 формируется сигнал „пропорциональный Vz„-V >о -Ък„, который одноврео менно подается на информационные входы фазочувствительных выпрямителей 11 и 12. Сигналы с выходов ФЧВ

11 и 12, пропорциональйые Vp в1пЧ )0 и Vp сов Ч, поступают одновРеменно на первые входы блоков деления 13 и

14, на первый и второй входы блока обработки сигналов 15 и на синхронизирующие входы управляемых вычислительных блоков 8 и 9. На вторые входы блоков деления 13 и 14 подается сигнал V6 снимаемый с образцового элемента 3, через блок согласования

5. На выходах блоков деления 13,14 получаем сигналы а вине колон чисЕл, чр з.й г

v сон ч пропорциональные и уе» уь» которые поступают на входы блоков уравновешивания 16 и 17.

Процесс ур авнов ешив ани я н ачин ается после выбора предела измерения по одной иэ составляющих измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника. Выбор предела измерения начинается сверху, т.е. когда Еббр ) Zy,.

На фиг. За, б, и в показаны располо- ЗО жения Vp в 4-ом, 2-ом и 3-ем квандрантах при изменении образцового

»элемента 3. Изменение образцового элемента 3 производится до тех пор, пока на выходе блока обработки сигналов 15 не произойдет смена знака.

После того, как произойдет смена знака на выходе блока обработки сигналов, коммутация образцового элемента 3 прекращается и процесс выбо- фО ра предела измерения заканчивается.

После этого начинается процесс уравновешивания. Сигналы с управляющих выхо. дов блоков уравновешивания 16 и 17 поступают на управляющие входы управляемых вычислительных блоков

8M 9.

Процесс уравновешивания устройства иллюстрируется векторной диаграммой на фиг.4. При уравновешивании О данного устройства используется метод прямого уравновешивания, при котором сигнал разбаланса сравнивается с полной дискретной шкалой опорной величины, соответствующей пределу измерения. Вся шкала дискретной линейки разбивает V на десять равных частей. Для обработки старшего разряда числового значения сигнала раз— баланса производится оценка проекций разносного напряжения Vpz на @р опорные вектора Vy„и Я, которые формируются на выходах ФЧВ 11 и 12 (фиг.4а) . При этом срабатывают те пороговые элементы, пороги срабатывания которых более близки, например сверху, к значениям проекций разностного сигнала, и на выходах блоков деления 13 и 14 получаем коды чисел, пропорциональные отношению проекций сигнала раэбаланса к опорному сигналу. В данном устройстве функции деле" ния выполняют пороговые схемы. В соответствии с этими кодами блоки уравновешивания 16 и 17 изменяют коэффициенты передач управляемых вычислительных блоков 8 и 9, которые производят деление (умножение) компенсирующего напряжения, и соответственно на выходе блока разности 10 формируется новый сигнал разбаланса

V< (фиг.4б) .На этом процесс уравновешивания в старшем разряде заканчивается.

Вновь образовавшаяся разность Vp„ усиливается в десять раз и производится оценка уже усиленного сигнала разбаланса Vpz (фиг.4в) на фоне той же дискретной линейки. Точно так же, как и в старшем разряде происходит срабатывание тех пороговых элементов, пороги срабатывания которых наиболее близки к значению Vp, и блоки деления 13 и 14 выдают коды чисел, пропорциональные отношению сигнала раэбаланса к опорному сигналу, которые управляют работой блоков уравновешивания 16 и 17. Блоки уравновешивания 16 и 17 изменяют коэффициенты передач управляемых вычислительных блоков 8 и 9, и на выходе блока разности 10 получается следующая разность Чр (фиг.4r) .

Уравновешивание в последних третьем и четвертом разряда (аналогично описанному.

По окончании процесса уравновешивания блоки индикации 18 и 19 вычитывают числовые значения измеряемых составляющих комплексного сопротивл ени я двухполюс ни к а.

Формула изобретения

Устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления двухполюсника, содержащее генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания измерительной цепи, составленной из последователь-. но соединенных образцового элемента и измеряемого сопротивления двухполюсника, причем вершина измерительной диагонали заземлена, а вершина диагонали питания, прилегающая к образцовому элементу через первый блок согласования подключена параллельно опорному входу первого фазочувствительного выпрямителя и первым входам первого и второго блоков деления и через фазовращающий блок — к опорному входу второго фаэочувствительного выпрямителя, выход которого, соединен со вторым входом второго блока деле855510

10 ния, второй вход первого блока деления подсоединен к выходу первого фаэочувствительного выпрямителя, вершина диагонали питания, прилегающая к измеряемому комплексному сопротивлению двухполюсника, подключена ко входу второго блока согласования, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены два управляемых вычислительных блока, блок разности, блок обработки сигналов, два блока уравновешивания, два блока индикации, .причем выход первого блока согласования через первый вычислительный блок соединен с первым входом блока разности и через последовательно соединенные фазовращающий блок и второй вычислительный блок — co вторым входом блока разности, а выход второго блока согласования подключен к третьему входу блока разности, выход которого подключен параллельно информационным входам первого и второго фазочувствительных выпрямителей, выходы которых соединены с синхрониэирующими входами вычислительных блоков и с первым и вторым входами блока обработки сигналов соответственно, выход которого подключен к образцовому элементу, выход первого блока деления через йервый блок уравновешивания соединен с,блоком индикации, а выход второго блока деления через второй блок уравновешивания соединен со вторым блоком индикации, управляющие выходы первого и второго блоков уравновешивания подключены к управляющим входам первого и второго вычислительных блоков соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 655988, G 01 R 27/02, 1976.

;щ 2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2420387/23, и Ю 2380702, G 01 R 17/10, 1976 (прототип) .

Х

6Х /ХХК

Vgq

Составитель,.В. Семенчук

Редактор К.Волощук Техред М.Голинка КорректорГ.Рентных

Заказ 6897/61 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,Ж-35, Раутская наб., д.4/5 филиал ППП Патент,г. Ужгород,ул.Проектная,4