Устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления (проводимости) двухполюсника

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕР НИ СОСТАВЛЯЮЩИХ КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ (ПРОВОДИМОСТИ) ДВУХПОЛЮСНИКА, содержащее генератор синусоидального напряжения, один из зажимов которого подключен к первому зажиму измерительной цепи, составленной из последовательно соединенных образцового двухполюсника, однородного одной из срставлякяцих измеряемого комплексного двухполюсника , зажимов для подключения измеряемого двухполюсника и образцового двухполюсника, однородного другой из составляющих измеряемого комплексного двухполюсника, и к входу первого согласующего блока, первый выход которого соединен с общей пшной, а второй выход соединен с входом первого вычислительного блока и с одним из входов первого блока деления, выход которого соединен с входом первого блока уравновешивания, информационный и : управляющий выходы кЬторого соеди4 нены,соответственно с входом первого блока индикации и с управляемым входом первого вычислительногб блока , второй зажим генератора синусоидального напряжения соединен с вторым зажимом измерительной цепи и через второй согласующий блок - с входом второго вычислительного блока, управляемый вход которого соединен с управляющим выходом второго блока уравновешивания, а выход второго блока деления подключен через второй блок уравновешивания к входу второго блока индикации, один из зажимов для подключения измеряемого двухполюсника соединен с общей шиной, а другой зажим для подключения измеряемого двухполюсника соединен с вторым входом второго согласующего блока, второй вы (Л ход которого соединен с общей шиной, и через третий согласующий блок, лдин выход которого соединен с общей шиной, - с одним из входов блока разности, отличающееся тем, что, с целью расширения : функциональных возможностей и повышения быстродействия, в него введены два дополнит ел ьньпс однородных образ00 цовых двухполюсника, четвертый согласующий блок, второй блок разности, ю ю блок формирования имйульсов, блок суммирования, причем вершина соединения последовательно соединенных дополнительных однородных образцовых двухполюсникову свободные выводы которых подклк ены к зажимам генератора синусоидального напряжения, соединена с вторым входом третьего согласующего блока и через четвертый согласующий блок, один выход .которого соединен с общей шиной, - с одним из входов второго блока разности, выход которого йоединен с вторым

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

С 01 R 17/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21} 3529935/24-21 (22) 27 ° 12.82 (46) 15.10.84. Бюл. У 38 (72) А.Ф. Прокунцев, P.N. Юмаев, О.С. Гаджиев и В.А. Волков (71) Пензенский сельскохозяйственный институт (53) 621.317.332 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 855510, кл. G 01 R 17/10, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

У 1026062, кл. G 01 R 17/10, 1980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СОСТАВЛЯЮЩИХ КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ (ПРОВОДИМОСТИ) ДВУХПОЛЮСНИКА, содержащее генератор синусоидального напряжения, один из зажимов которого подключен к первому зажиму измерительной цепи, составленной из последовательно соединенных образцового двухполюсника, однородного одной иэ составляющих измеряемого комплексного двухполюсника, зажимов для подключения из- . меряемого двухполюсника и образцового двухполюсника, однородного другой из составляющих измеряемого комплексного двухполюсника, и к входу первого согласующего блока, первый выход которого соединен с общей шиной, а второй выход соединен с входом первого вычислительного блока и с одним из входов первого блока деления, выход которого соединен с входом первого блока уравновешивания, информационный и управляющий выходы которого соеди иены соответственно с входом первого блока индикации и с управляемым входом первого вычислительногб бло„SU„„1118922 А ка, второй зажим генератора синусоидального напряжения соединен с вторым зажимом измерительной цепи и через второй согласующий блок — с входом второго вычислительного блока, управляемый вход которого соединен с управляющим выходом второго блока уравновешивания, а выход

f второго блока деления подключен через второй блок уравновешивания к входу второго блока индикации, один из зажимов для подключения измеряемого двухполюсника соединен с общей шиной, а другой зажим для подключения измеряемого двухполюсника соединен с вторым входом вто- I рого согласующего блока, второй выход которого соединен с общей шиной, и через третий согласующий блок, один выход которого соединен 1ь с общей шиной, — с одним из входов блока разности, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения: функциональных воэможностей и повы- шения быстродействия, в него введены два дополнительных однородных образцовых двухполюсника, четвертый согласующий блок, второй блок разности, блок формирования импульсов, блок суммирования, причем вершина соединения последовательно соединенных дополнительных однородных образцовых двухполюсников„ свободные выводы которых подключены к зажимам генератора синусоидального напряжения, соеди- Ф иена с вторым входом третьего согласующего блока и через четвертый согласующий блок один выход которого соединен с общей шиной, - с одним из входов второго блока разности, выхбд которого соединен с вторым

1118922

35 входом первого блока деления, выход первого блока разности соединен с одним из входов второго блока деления, второй вход которого соединен с выходом первого согласующего блока, выходы вычислительных блоков соединены с соответствующими входами блока суммирования и с соответствующими входами блока формирования импульсов, выходы которого соединены с соответствующими управляемыми входами блоков деления, выходы которых подИзобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля составляющих комплексного сопротивления (проводимости) двухполюсника.

Известно устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления (проводимости) двухполюсника, содержащее генератор синусоидального . напряжения, включенный в диагональ питания измерительной цепи, составленной из последовательно соединенных образцового двухполюсника и исследуемого комплексного двухполюсника,причем вершина измерительной диагонали заземлена, а вершина диагонали питания, примыкающая к образцовому двухполюснику при последовательной схеме замещения измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, или исследуемому комплексному сопротивлению двухполюсника при его параллельной схеме замещения, через

-первый согласующий блок подключена параллельно к опорному входу первого фазочувствительного выпрямителя, к входу первого блока умножения, к первым входам первого и второго блоков деления и через фазовращатель параллельно к входу второго фазочувствительного выпрямителя, вершина диагонали питания, примыкающая к исследуемому комплексному двухполюснику, к образцовому двухполюснику при параллельной схеме. замещения, через второй согласующий блок подсоединена к одному из.входов блока разности, второй и третий входы ключены соответственно к шинам управления образцовыми двухполюсниками, однородными одной и другой составляющим измеряемого комплексного двухполюсника, выходы блока суммирования подключены к вторым входам блоков разности, вторые управляющие выходы первого и второго блоков уравновешивания подключены соответственно к вторым управляемым входам второго и первого вычислительных бло1 к ове

1 котдрого соединены с выходами первого и второго блоков умножения соответственно, выход блока разности подключен параллельно к опорным входам первого и второго блоков деления, к информационным входам блоков умножения и первым входам обработки сигналов соответственно, выход которого подключен к образцовому двухполюснику, выход первого блока деления через первый блок уравновешивания соединен с блоком индикации, а выход второго блока деления через второй блок уравновешивания соединен с вторым блоком индикации, управляющие выходы первого и второго блоков уравновешивания подключены к управляемым входам первого и второго блоков умножения соответственно 1 ).

Недостатком данного устройства является ограничение функциональных возможностей, обусловленное наличием такого частотно-зависимого блока как фазовращатель,который не позволяет обеспечить необходи мую точность измерения в широком диапазоне частот.

Известно устройство для измерения составляющих комплексного сопротивления (проводимости) двухполюсиика, содержащее генератор синусоидального напряжения, один из зажимов которого подключен параллельно к зажиму измерительной цепи, составленной из последовательно соединенных образцового двухполюсника, однородного одной из измеряемых составляющих комплексного со1118922 4 димости) двухпо- Кроме того, известное устройство хаго двухполюсника, рактериэуется низким быстродействием, е последователь- обусловленным наличием инерционных я и примыкающего аналоговых фазочувствительных выполюснику,причем 5 прямителей. образцового и Цель изобретения — Расширение олюсников заземле- функциональных возможностей устого .согласующего ройства, заключающееся в измереинен параллельно нии наряду с абсолютными значениями ервого фаэочувст- 1и комплексного сопротивления (провоеля и с одним из димости) двухполюсника их абсолютока деления и через ных (относительных) приращений, ия по ключен к и повышение быстродействия. противления (прово люсника,исследуемо выполненного в вид ной схемы замещени к образцовому двух вершина соединения исследуемого двухп на, и к входу перв блока, который соед с опорным входом п вительного выпрямит входов первого бл первый блок умножен д одному из входов блока разности, сво- бодный зажим исследуемого комплексно- 15 го двухполюсника через второи согласующий блок подключен к второму входу блока Разности, третий вход которого соединен с выходом второго блока умножения, вход которого соединен 20 параллельно с опорным входом второго фазочувствительного выпрямителя и с одним иэ входов второго блока деления, выход блока разности подключен параллельно к информационным входам д5 первого и второго фазочувствительных выпрямителей, выходы которых подсоединены к входам первого и второго блоков деления и управляемым входам первого и второго блоков умножения соответственно, выход первого блока деления через блок уравновешивания соединен с блоком индикации, а выход второго блока деления через второй блок уравновешивания соединен с вто«35 рым блоком индикации, управляющие выходы первого и второго блоков уравновешивания подключены к управляемым входам первого и второго блоков умножения соответственно, второй зажим генератора питания соединен парал, лельно с одним из зажимов второго образцового двухполюсника и одним из входов третьего согласующего блока, второй вход которого подключен к вершине соединения второго зажима образцового двухполюсника и измеряемого двухполюсника, выходы первого и второго фазочувствительнйх выпрямителей соединены с первым и вторым образцовыми двухполюсниками соответственно 1.23.

Недостатком данного устройства являются ограниченные функциональ- ные возможности, заключающиеся в 55 измерении только абсолютных значений составляющих комплексного сопротивления (проводимости) двухполюсника.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство содержащее генератор синусоидального напряже" ния, один из зажимов которого подключен к первому зажиму измерительной цепи, составленной ив последовательно соединенных образцового двух1 полюсника, однородного одной из составляющих измеряемого комплексного двухполюсника, зажимов для подключения измеряемого двухполюсника и образцового двухполюсника, однородного другой из составляющих измеряемого комплексного двухполюсника, и к входу первого согласующего блока, первый выход которого соединен с общей шиной, а второй выход соединен с входом первого вычислительного блока и с одним из входов первого блока деления, выход которого соединен с входом первого блока уравнове" шивания, информационный и управляющий выходы которого соединены соответственно с входом первого блока индикации и с управляемым входом, первого вычислительного блока, второй зажим генератора синусоидального напряжения соединен с вторым зажимом измерительной цепи и через второй согласующий блок - с входом второго вычислительного блока, управляемый вход которого соединен с управляющим выходом второго блока уравновешивания, ° а выход второго блока деления подключен через второй блок уравновешивания к входу второго блока индикации, один иэ зажимов для подключения измеряемого двухполюсника соединен с общей шиной, а другой зажим для подключения измеряемого двухпопюсника соединен с вторьи входом второго согласующего блока, второй выход которого соединен с общей шиной, и через третий согласующий блок,.один I выход которого соединен с общей

1118922 6 ник 4, образцовый двухполюсник 5, однородный другой составляющей измеряемого двухполюсника. Однородные образцовые двухполюсники 6.1 и

6.2

На фиг. 2 и 3 даны следующие обозначения:

/ х . g, у„,, у, у — траектории перемещения потенциальных

10 точек f, m, d, с;

Иц - вектор напряжения .питания измерительной цепи;

U „„ — вектор падения наf5 пряжения, снимаемого с образцового двухполюсника 5;

0 — вектор падения нанапряжения, сни20 маемого с образцового двухполюсника 3;

Π— вектор напряжения на ъс измеряемом двухпо25 люснике 4, 0, Π— векторы напряжений с(,tn с с разбалансов1

Π— вектор компенси%

I рующего напряжения, 30 Г1 „ — вектор разностного напряжения между и векторами Uf, и 0 ° о 0 — вектор разностного

Р2 анапряжения межцу

35 векторами й1, и й,, ! и — вектор суммарного напряжения между векторами О иИ „ ; вектор разностного напряжения между векторами И <,и и иас фазовый сдвиг 0 д„, относительно 0 уп, фазовый сдвиг Идс относительно и параметры измерительной цепи в обобщенных значениях. с т Рт с"с Рс

5 шиной, — с одним из входов блока раз ности, введены два дополнительных однородных образцовых двухполюсника, четвертый согласующий блок, второй блок разности, блок формирования импульсов, блок суммирования, причем вершина соединения последовательно соединенных дополнительных однородны образцовых двухполюсников, свободные выводы которых подключены к зажимам генератора синусоидального напряжения, соединена с вторым входом треть его согласующего блока и через четвертый согласующий блок, один выход которого соединен с общей шиной, — с одним из входов второго блока разности, выход которого соединен с вторым входом первого блока деления, выход первого блока разности соединен с одним из входов второго блока деления, второй вход которого соединен с выходом первого согласующего блока, выходы вычислительных блоков соединены с соответствующими входами блока суммирования и с соответствующими входами блока форми рования импульсов, выходы которого соединены с соответствующими управля емыми входами блоков деления, выходь которых подключены соответственно к шинам управления образцовыми двухполюсниками, однородными одной и друго составляющим измеряемого комплексног двухполюсника, выходы блока суммиров ния подключены к вторым входам блоко разности, вторые управляющие выходы первого и второго блоков уравновешивания подключены соответственно к вторым управляемым входам второго и первого вычислительных блоков.

На фиг.1 представлена схема измерительной цепи, на фиг. 2 — векторная и круговая диаграммы для измерительной цепи, когда исследуемый двухполюсник имеет последовательную схе45 му замещения с емкостным характером и когда в качестве образцовых двухполюсников выбраны емкостный и резис.— тивный двухполюсники соответственно; на фиг, 3 — векторная диаграмма процесса уравновешивания в декартовои

50 системе координат; на фиг. 4 - структурная схема устройства.

Устройство (фиг.l) содержит генератор 1 синусоидального напряжения, измерительную цепь 2, содержащую образцовый двухполюсник 3, однородный одной из составляющих измеряемого двухполюсника, измеряемь и двухполюсАнализируя круговую векторную, диаграмму, изображенную на фиг.2, можно отметить, что

23 сов Ч

)5е с(щ или же относительное приращение значений активной составляющей ком1118922 где!

Ур =.2К„

2de з1 -сЬ

I ñ с сЬ

15 или

30 со с 2с с соз У

cb со

d" р,= 2К

23с s i n Ч - a rn . ш м

i () 23cз 9-Ъm

40

0 = 0 совУ (9) плексного сопротивления двухполюсника составляет

chR = О х 2d""з Р (R cd о — активная составляющая комплексного сопротивления образцового двухполюсника;

R — активная составляющая комплексного сопротивления измеряемого двухполюсника.

2 3м >10 Ч сЬ )((4)

c сЪ со 20 где Х - реактивная составляющая со комплексного сопротивления образцового двухполюсника;

X — реактивная составляющая комплексного сопротивления измеряемого двухполюсника.

Аналогичные расчеты можно провести, используя вектор разбаланса ф 2с1ссоз Р (5) с сь

Для параллельной схемы замещения исследуемого двухполюсника выражения аналогичны с той лишь разницей, 45 что вместо сопротивлений будут проводимости (при измерении приращения, например, по активной составляющей необходимо измеряемый двухлолюсник

4 поменять местами с двухполюсни- ком 5, а по реактивнои составляющей

50 измеряемый двухполюсник 4 поменять местами с двухполюсником 3).

Анализируя векторную диаграмму (фиг.3), можно отметить, что

1 где . U — проекция вектора ц„нау

В момент когда Uð cos (G. -180) =0.3

Ц можно записать в виде

l0, l

0 =K!О 1, К= Ро) ом aI > 1 (g где К вЂ” коэффициент передачи по напряжению.

Подставив выражение (1) и (10), получим

В то же время (u l=lu> s»vl где "од - проекция вектора 0 на сЬ.

В момент кваэиравновесия (О зю 8) =О. можно утверждать,что

1 ,l<,д =к,(0,

Тогда подставив выражение (12) и (3) получим

Ь= (2" -") (" 1

Аналогично можно вывести д )9 и ) по векторной диаграмме,изображенной на фиг.3 b

3 =с „(2)с4 1) t (15) где l и К вЂ” коэффициенты пе-..

3 4 редачи по напряжению.

Устройство для измерения составляющих комплексного двухполюсника (фиг.4) содержит генератор 1 синусоидального напряжения, измеритель ную цепь 2, согласующие блоки 7,1, 7.2, 7.3 и 7.4, вычислительные блоки 8.1 и 8.2, блок 9 суммирования, блоки 10. 1, 10.2 разности, блоки

11.1 11.2 деления, блок 12 формирования импульсов, блоки 13.1, ° 13.2 уравновешивания, блоки 14.1, 14.2 индикации.

Устройство работает следующим образом.

Напряжения 01,с и Uц,„ через согласующие блоки 7.1 и 7.4 поступают на входы вычислительных блоков

8.1 и 8.2, напряжение с согласую1118922

f0 щего блока 7.1 подается на первые входы блоков 11.1, 11.2 деления.

Сигналы с выходов вычислительных блоков 8.1 и 8.2, пропорциональные К.,О, и М20,ув один мо- 5 мент времени и 1 з Ь и 1 0 g в другой момент времени, который определяется выходными импульсами блока.

12 формирования импульсов, формирующего импульсы при переходе вход- 10. ных сигналов через нулевой уровень, поступают на блок 9 суммирования.

На выходе блока 9 суммирования формируется сигнал,Uf = 0 1, + О,д который одновременно подается на пер- 15 вые входы блоков 10.1 и 10.2 разности, на свободные входы которых подаются напряжения небаланса б и 0 с выходов согласующих блоков

Dim

7 ° 2 и 7.3. На выходе блоков 10.1 и 20

10.2 разности формируются сигналы, пропорциональные 0 p„- 0 — 0@ и

0 =О -О. которые подаются на

"г К дm свободные входы блоков 11.1 и f1,2 деления. В качестве последних можно 25 использовать амплитудные анализаторы, благодаря чему на выходе блоков 11.1. и 11.2 деления формируются сигналы в виде кодов чисел, пропорциональные

ccs× U< ccats 0 сccМ Б cc5V

ДС Ъс 8сс щ

Поскольку каждый из блоков 11.1 и. 11,2 деления управляется. двумя 35 импульсами, поступающими с блока 12 формирования импульсов и разнесенны"

Jl ми во времени на + —, то становит2 ся возможным использовать каждый из 40 блоков 11.1 и 11.2 деления для определения составляющих измеряемого комплексного сопротивления (проводимости) двухполюсника.

Процесс выбора предела измерения 45 осуществляется по двум составляющим комплексного двухполюсника и аналогичен процессу выбора предела измерения в прототипе.

Процесс уравновешиван начинает- 50 ся сразу же после выбора Предела измерения. В первый момент времени обработку входного сигнала начинает, например, блок 13.1 уравновешивания, который управляет изменением коэффициентов передачи вычислительных блоков 8.1 и 8.2, причем управление изменением коэффициентов передач каждого иэ вычислительных блоков 8.1

+ Jt и 8.2 разнесено во,времени на +—

/ и связано с соответствующими импульсами, поступающими на блок 11. 1 деления с формирователя 12, На выходе блока 13.1 уравновешивания формируются поразрядно разнесенные во времени на — коды чисел, соотТ1

2 ветствующие р „„и d"Ä которые поступают на блок 14.1 индикации.

Процесс изменения коэффициентов передач вычислительных блоков 8.1 и

° 8.2 происходит до момента, когда сигнал на выходе блока 11.1 деления по обо"м составляющим будет равен нулю. По истечении некоторого промежутка времени, определяемого, на пример, линией задержки, находящей ся в блоке 13.2 уравновешивания, он

:начинает отработку входных сигналов.

По первым уравновешивающим сигналам этого блока происходит предварительное восстановление коэффициентов передач вычислительных блоков 8.1, 8.2, а затем их изменение. В дальнейшем работа блока 13.2 уравновешивания аналогична работе блока 13.1 уравновешивания. На информационном выходе блока 13.2 уравновешивания формируются коды чисел, пропорциональные д" „, и Зс

ИнформацИонные сигналы с блоков

13.1 и 13.2 уравновешивания поступают на входы блоков. 14.1 и 14.2 индикации, каждый из которых содержит по два индикаторных табло и обладает воэможностью поразрядной индикации обеих составляющих комплексного сопротивления (проводимости) двухполюсника.

Таким образом, использование предлагаемого устройства обеспечивает .более ппрокие функциональные воэможности, заключающиеся в измерении наряду с абсолютными значениями составлякгдх комплексного сопротивления (пров< (имости) двухполюсника их абсолют ых (относительных) приращений, а та е высокое быстродействие.

1118922 б1 б.2

С7

Фиг. /

n d

Фиг. 2

1118922

Составитель В. Сеяенчук

Техред Ж. Кас телевич, Корректор AРедактор И. Рыбченко

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4

Заказ 7445/32 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5