Способ определения двухэлементной схемы замещения двухполюсника и устройства для их осуществления (его варианты)

 

1. Способ определения двухэлементной схемы замещения двухполюсника , заключающийся в подаче на измерительную цепь гармонического сигнала и сравнении сигналов, снимаемых с элементов измерительной цепи, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, формируют первый сигнал, пропорциональный фазовому, сдвигу напряжения, пропорционального полному току, протекающему в измерительной цепи, относительно напряжения питания измерительной цепи, составленной из последовательно соединенных исследуемого и образцового двухполюсников, формируют второй сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу напряжения, пропорционального полному току, протекающему в измерительной цепи, относительно напряжения питания измерительной цепи, составленной из параллельно соединенных исследуемого и образцового двухполюсников, по результату сравнения первого и второго сигналов судят о схеме замещения исследуемого двухполюсника, по знаку первого либо второго сигналов судят о характере схемы замещения исследуемого двухполюсника. 2. Способ определения двухэлементной схемы замещения двухполюсника, заключающийся в подаче на измерительную цепь гармонического сигнала и сравнении сигналов, снимаемых с элементов измерительной цепи, о т л иI чающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, формируют (Л первый сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу сигнала, снимаемого с исследуемого двухполюсника, относительно сигнала, снимаемого с образцового двухполюсника, по знаку фазового сдвига судят о характере схемы замещения исследуемого двухполюсника, форч мируют второй сигнал, пропорциональОд ный фазовому сдвигу полного тока IS9 4а iизмерительной цепи, составленной ,из последовательно включенных исследуемого и образцового двухполюсников, относительно напряжения питания измерительной цепи, формируют .третий сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу полного тока измерительной цепи,-составленной из параллельно включенных исследуемого и образцового двухполюсников, относительно напряжения питания измери;тельной цепи, по результату сравкёкия второго и третьего сигналов судят о схеме замещения исследуемого двухполюсника .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

15»»4 С 01 R 17/10! фЦ 1Щ ку g q

Ц,,:13

ЫЬ»»Н»»ТЕКА

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOIVlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ полюсника.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ»ТИЙ (21) 3633400/24-21 (22) 09. 08. 83 (46) 30.08.85. Бюл. Р 32 (72) В.Г,Евсеев, А.Ф.Прокунцев и P.Ì.10ìàåâ . (71) Пензенский сельскохозяйственный институт (53) 621. 317-733(088, 8) (56) Авторское свидетельство СССР

»1- 158627, кл. G 01 R 17/10, 1963.

Авторское свидетельство CCCP

» 941902, кл. G 01 R 17/10, 1980. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДВУХЭЛЕМЕНТНОЙ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ДВУХПОЛЮСНИКА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ11ЕСТВЛЕНИЯ (ЕГО ВАРИАНТЫ). (57) 1. Способ определения двухэлементной схемы замещения двухполюсника, заключающийся в подаче на измерительную цепь гармонического сигнала и сравнении сигналов, снимаемых с элементов измерительной цепи, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, формируют первый сигнал, пропорциональный джазовому. сдвигу напряжения, пропорционального полному току, протекающему в измерительной цеди, относительно напряжения питания измерительной цепи, составленной из последовательно соединенных исследуемого и образцового двухполюсников, формируют второй сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу напряжения, пропорционального полному току, протекающему в измерительной цепи, относительно напряжения питания измерительной цепи, составленной из параллельно соединенных исследуемого.

„„SU„„11?6254 А и образцового двухполюсников, по результату сравнения первого и второго сигналов судят о схеме замещения исследуемого двухполюсника, по знаку первого либо второго сигналов судят о характере схемы замещения исследуемого двухполюсника.

2. Способ определения двухэлементной схемы замещения днухполюсника, заключающийся в подаче на измерительную цепь гармонического сигнала и сравнении сигналов, снимаемых с элементов измерительной цепи, о т л иO чающийся тем, что, сцелью Е повышения быстродействия, формируют первый сигнал, пропорциональный фа- Ц ф зовому сдвигу сигнала, снимаемого с исследуемого двухполюсника, относительно сигнала, снимаемого с образцо- ф вого двухполюсника, по знаку фазового сдвига судят о характере схемы замещения исследуемого двухполюсника, форфииЬ мируют второй сигнал, пропорциональ- 4 ный фазовому сдвигу полного тока ©» измерительной цепи, составленной (Я ,из последовательно включенных исследуемого и образцового двухполюсни- ф» ков, относительно напряжения питания измерительной цепи, формируют ,третий сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу полного тока измерительной цепи, составленной из парал- ф лельно включенных исследуемого ч образцового двухполюсников, относительно напряжения питания измери тельной цепи, по результату сравнения второго и третьего сигналов судят о схеме замещения исследуемого двух117б254

3. Устройство определения двухэлементной схемы замещения двухполюсника, содержащее последовательно соединенные блок сравнения и индикатор, генератор синусоидального напряжения, зажимы для подключения исследуемого двухполюсника и образцовый двухполюсник, о .т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстроЪ действия, в него введены преобразователь тока, блок определения характера схемы замещения, ключ, блок коммутации, формирователь. управляющих импульсов, шина управления, фазочувствительный детектор,. блок памяти и блок сравнения, причем пер-. вый вывод генератора синусоидального напряжения подключен к первому входу преобразователя тока, второй вход которого соединен с первым входом фазочувствительного детектора, первым входом блока определения характера схемы замещения, первым контактом блока коммутации и первым выводом исследуемого двухполюсника, второй вывод которого подключен к первому контакту ключа и первому, выводу образцового двухполюсника, второй вывод которого соединен с первым подвижным контактом блока коммутации, второй контакт которого подключен к второму контакту ключа и второму выводу генератора синусоидального напряжения и соединен.с общей шиной, выход преобразователя тока подключен к второму входу блока определения характера схемы замещения, второму входу фазочувствительного детектора, выход которого соединен с вторым подвижным контактом блока коммутации, третий и четвертый контакты которого соответственно через блок памяти подключены к первому и второму входам блока сравнения, шина управления подключена к входу формирователя управляющих импульсов, выход которого соединен с управляемыми входами блока коммутации и управляемым входом ключа.

4. Устройство определения двухэлементной схемы замещения двухполюсника, содержащее последовательно соединенные блок сравнения и интегратор, генератор синусоидального

:напряжения, зажимы для подключения исследуемого двухполюсника и образцовый двухполюсник, о т л и ч а ющ е е с я .тем, что, с целью быстро- действия, в него введены преобразователь тока, блок определения характера схемы замещения, ключ, блок коммутации, фазовременной преобразователь, блок памяти, формирователь управляющих импульсов, шина управления и блок сравнения, причем первый выход генератора синусоидального напряжения подключен к первому входу преобразователя тока, второй вход которого соединен с первым входом фазовременного преобразователя, первым входом блока определения характера схемы замещения, первым контактом блока коммутации и первым выводом исследуемого двухполюсника, второй. вывод которого подключен к первому контакту ключа и первому выводу, образцового двухполюсника, второй зывод которого соединен с первым ,1одвижным контактом блока коммутации, рторой контакт которого подключен к второму контакту ключа и второму выводу генератора синусоидального напряжения и соединен с общей шиной, выход преобразователя тока подключен к второму входу блока определения характера схемы замещения, второму входу фазовременного преобразователя, выход которого соединен со вторым подвижным контактом блока коммутации, третий и четвертый контакты которого соответственно через блок памяти подключены к первому и второму вхо-, дам блока сравнения, шина управления подключена к входу формирователя управляющих импульсов, выход которого соединен с двумя управляемыми входами блока коммутации и управляемым входом ключа.

6254 2 ния, формирователь 8 управляющих импульсов, блок 9 определения характера схемы замещения, блок 10 (состоящий иэ блоков 10.1 и 10.2) ламяти, блок 11 сравнения, фаэовременной преобразователь 12, фаэочувствительный детектор 13, усилители-ограничители 14.1 и 14.2, формирователи

15.1 и 15.2 импульсов, элемент 16

0 совпадения, элемент l7 (состоящий из элементов 17.1 — 17.3) памяти, индикатор 18. Предположим, что исследуемый двухполюсник представлен в виде последовательной схемы замещения (фиг. 1). Тогда отношение действующих значений напряжений, снимаемых .с последовательно соединенных исследуемого и образцового двухполюсников имеет вид („Т а

1 У ) (1) (021 где о(, р, с имеют размерность сопротивлений..

Если теперь включить исследуемый и образцовый двухполюсники параллельно, то отношение действующих значений токов следующее:

Л „! ы, lail ЯР хЧ где Ф, /Ь, у имеют размерность сопротивлений.

Анализируя правые части выражений (1 и (2) при условии, что сС =, - "/3 g, нетрудно заметить, что они обратно пропорциональны. Числитель выражения (1) больше его знаменателя, следовательно, числитель выражения (2) меньше его знаменателя.

Отсюда можно сделать вывод о том, . что

1и„i i>,I 1 21 j pl

1 117

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к определению схемы замещения комплексных двухпо-люсников

Цель изобретения — повышение быст- родействия путем исключения процессов уравновешивания.

На фиг. 1 и 2 схематически показаны варианты включения исследуемого и образцового двухполюсников, поз- 1 воляющие получить информацию о схеме замещения исследуемого двухполюсника, фазовым и амплитудно-фазовым способами; на фиг. 3 и 4 — устройства определения схемы замещения двухзлемент- 15 ного двухполюсника; на фиг. 5— структурная схема блока определения характера двухполюсника; на фиг. 6временные диаграммы, поясняющие работу блока определения характера. 20

На фиг. 1 и 2 приняты следующие обозначения:

k,/3, у — параметры двухполюсников в обобщенных обозначениях; 2$

à — ток, протекающий через исследуемый двухполюсник;

Т2 — ток, протекающий через образцовый двухполн1 ник; (11 — напряжение, снимаемое З0 с исследуемого двухполюсника; 1 — напряжение, снимаемое в образцового двухполюсника; 35 — фазовый сдвиг вектора полного тока относитель-, но напряжения питания измерительной цепи, составленной иэ параллельно 40 соединенных исследуемого и образцового двухполюсника;

Ч2 — фазовый сдвиг вектора полного тока относительно45 напряжения питания измерительной цепи, составленной из последовательно соединенных исследуе мого и образцового двухполюсников.

Устройства, представленные на фиг. 3-5 содержат генератор 1 синусоидального напряжения, ключ 2, преобразователь 3 тока, исследуемый двух- полюсник 4, образцовый двухполюсиик

5, блок 6 (состоящий из блоков 6.1 и 6.2) коммутации, шину 7 управле-.:r, Предположим, что исследуемый двухполюсник имеет параллельную схему замещения (фиг. 2).

Если рассуждать аналогично, при последовательном соединении исследуемого и образцового двухполюсников отношение напряжений равно

loI 6 7 <„ (01 где а, /5, имеют размерность проводимостей, а отношение токов прн

1176254 4 двухполюсника .является параллельной, то уравнения (7) и (8) примут соответственно вид Ч„= — 1

/3 о( ф g +of.y /Ь

1 42- г К

"Ф "У / У откуда

VÄ (Юг параллельно соединенных исследуемом и образцовом двухполюсниках

l> l с („

Лв Бт „1 где о, /9, у" имеют размерность проводимостей.

Анализируя выражения (4) и (5)

У можно сделать вывод, что (о„ („ о

= (ь)

"zl I1, Таким образом, при параллельной схеме замещения исследуемого двухполюсника отношение напряжений, снимаемых соответственно с исследуемого и образцового двухполюсников больше, чем отношение токов. При последовательной схеме наоборот. Следовательно, по результату сравнений действующих отношений значений напряжений и токов можно однозначно судить о схеме замещения исследуемого двухполюсника. Схему замещения исследуемого двухполюсника можно также опре- 25 делить с использованием фазовых соотношений между полярным током и напряжением питания измерительной цепи.

Если предположить, что схема замещения исследуемого двухполюсника является последовательной (фиг. 1),, то тангенс угла / равен

Преобразовав выражения (10) и (11) получим а

1 (10!

/у

0(/3 (и)

/5

Анализируя выражения (10) и (11) при условии, что o()z =1/р +у2 можно т сделать вывод, что с <"г

1 (12)

Таким образом, используя информацию о фазовых сдвигах между полным током и напряжением питания измерительной цепи, можно определить схему замещения двухэлементного двухполюсника.

Если т1 (Ч2, то

ОСОЗ 2 С 0CoS 9. 35

oLP+P + f

Тангенс угла ) имеет вид

7 (г,/ р (,8) 40,/ 3

2 г 2

Анализируя выражения (7) и (8) при усповии, что сС т и =fp<+ 2 можно сделать вывод, что < 2 откуда

) Yã (9) 55

Если те пе рь предположить, что схема замещ-ния исследуемого

Разделив числитель и знаменатель правой части выражения (7) на с, получим уравнение следовательно, имея сигнал о проекции напряжения питания измерительной цепи на направление полного тока, также получим однозначную информацик о схеме замещения исследуемого двухэлементного двухполюсника.

Таким образом, формируя сигнал о фазовых соотношениях между полным током и напряжением питания измерительной цепи (фазовый способ), либо о проекции напряжения питания измерительной цепи на направление тока (амплитудно-фазовый способ), воздействуя синусоидальным сигналом на исследуемый двухполюсник, включенный сначала последовательно, а затем параллельно с образцовым, получим однозначную информацию о схеме замещенйя двухэлементного двухполюсника.

Точность измерения амплитуднофазовым способом определяется нестабильностью как амплитуд сигналов, так и фазовых сдвигов между сигнала1176254 ми, снимаемыми с измерительной цепи.

Поэтому дальнейшим развитием амплитудно-фазового способа явилась раз5 работка фазового способа, позволяющего устранить погрешность от амплитуд сигналов и значительно повысить точность определения в области низких частот. 10

Устройство, реализующее амплитудно-фазовый способ, изображено на фиг. 3. Оно работает следующим образом. В начале работы по сигналу с шины 7 управления формирователь 8 уп- 15 равляющих импульсов устанавливает все блоки 6 коммутации и ключ 2 в первое положение, показанное на фиг. 5. Таким образом, двухполюсники 4 и 5 включены последовательно. С генератора 1 на измерительную цепь подается синусоидальное напряжение. Преобразователь 3 тока вырабатывает напряжение, пропорциональное полному току, протекающему в измерительной цепи, которое поступает на первые входы фазочувствительного детектора 13 и блока 9 определения характера схемы замещения. На вторые входы этих блоков поступает напряжение питания измерительной цепи. Фазочувствительный детектор 13 .вырабатывает сигнал, про.порциональный Ilp = U = U Cos », который заносится в блок 10. 1 памяти.

Затем по сигналу с шины 7 управления формирователь 8 устанавливает все блоки 6 коммутации и ключ 2 во второе положение. Исследуемый и образцовый двухполюсники, таким образом, включаются параллельно. Фазочувствитель- 40 ный детектор 13 вырабатывает сигнал, пропорциональный |»р = Ц = Cos Ч, который заносится в блок 10.2 памяти, С выходов блоков 10.1 и 10.2 памяти информация поступает в блок 11 срав- 45 нения. Блок 11 сревнения сравнивает сигналы íà его входе и выдает сигнал о наличии последовательной или па-, раллельной схемы замещения исследуемого двухполюсника на инднка" тор 18.

Блок 9 предназначен для определе,ния характера исследуемого двухполюсника. Наличие сигнала на выходе элемента 17.1 свидетельствует нерезонансному емкостному характеру, на выходе элемента 17.2 нерезонансному индуктивному, на выходе элемента

17.3 — резонансной схеме замещения исследуемого двухполюсника.

Более подробно работу блока определения характера можно проследить по его функциональной схеме и временной диаграмме.

На входы блока обработки сигналов в начальный момент времени поступают гармонические сигналы U u U снима1 емые соответственно с исследуемого и образцового двухпслюсников. Если, например, исследуемый двухполюсник имеет резонансный характер, то U„ совпадает с U (фиг. 6|», строки 1,2) или U противофазно П (фиг. 6 в, 1 строки 1,2) . Напряжения U„U поступают на входы усилителей-ограничителей 14.1, 14.2, которые преобразуют входные гармонические сигналы

U и U в прямоугольные сигналы (фиг. 6с», строки 3,4). Эти прямоугольные сигналы поступают на формирователи 15.1, 15,2 импульсов, на выходах которых формируются короткие импульсы по переднему и заднему фронтам входных импульсов (фиг. 6с», строки 5, 6). Эти короткие импульсы подаются на входы элемента 16 совпадения, на выходе которого формируется, при одновременном присутствии сигналов на его входах, сигнал (фиг. 6, строка 7), который поступает на вход элемента 17.3 памяти. Элемент 17.3 памяти срабатывает и на его выходе появляется сигнал, который поступает

| одновременно . на управляемые входы элементов 17.1 и 17.2 памяти, запрещая им срабатывать от входных сигналов, поступающих с выходов усилителей-ограничителей 14.1 и 14.2.

Если же исследуемый двухполюсник имеет нерезонансный характер, то на выходе элемента 16 совпадения сигнал отсутствует и элемент 17.3 памяти не срабатывает, поэтому сигнал на третьем выходе блока 9 определения характера отсутствует. Прямоугольный сигнал, сформированный из Ug, является синхронизирующим для элемента

17 ° 1 памяти и информационным Для элемента 17.2 памяти, а прямоугольный сигнал, сформированный из Ug является информационным для элемента

17.1 памяти и синхронизирующим для элемента 17.2 памяти.

Если в основе элементов 17.1 и

17.2 памяти испольэовать D-триггер, 1176254 у которого на выходе появляется и запоминается уровень информационного сигнала по переднему фронту синхронизирующего сигнала, то элемент 17.1 памяти срабатывает только при нерезонансном емкостном характере исследуемого двухполюсника (фиг. бщ, строка 8), а элемент. 17.2 памяти срабатывает только при нерезонансном 1g индуктивном характере исследуемого двухполюсника (фиг. бсср, строка 9), причем, как видно из временной диаграммы (фиг. бсср, строка 7) на выходе элемента 16 совпадения импульсы отсутствуют, а значит элемент 17.3 памяти не срабатывает и не оказывает влияния на работу элементов 17.1 и

17.2 памяти.

Во всех остальных устройствах 20 блок 9 работает аналогично описанному.

Устройство, изображенное на фиг. 3, позволяет определить схему замещения двухэлементного двухполюсника, не 25 уравновешивая измерительную цепь, однако наличие фазочувствительного детектора 13 ограничивает диапазон измерения.

Устройство, реализующее фазовый способ, изображено на фиг. 4. Оно работает аналогично устройству, изображенному на фиг. 3, с той лишь разницей, что вместо фазочувствительного детектора 13 использован фазовременной преобразователь 12, который вырабатывает сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу вектора полного тока относительно напряжения питания измерительной цепи.

Устройство, изображенное на фиг. 4 позволяет определить схему замещения двухэлементного двухполюсника, не уравновешивая измерительную цепь, кроме того, оно обеспечивает высокую точность определения, так как сведены до минимума аналоговые блоки в тракте преобразования.

1176254 иг.

i 176254

1176254