Микропроцессорное устройство для измерения параметров пассивного комплексного двухполюсника многополюсной электрической цепи (его варианты)
Изобретение относится к устройствам измерения параметров комплексного двухполюсника (КД) многополюсной цепи. Может быть использовано для построения преобразователей абсолютного значения любой-из составл5вощих КД в значение. Цель изобретения - повышение точности измерения параметров многоэлементного пассивного КД в цифровом значении, достигается исключением зависимости результата преобразования от конечных значений комплексных сопротивлений согласующих блоков, их коэффициентов передачи. Устройство содержит источник 1 гармонического сигнала, согласующий блок 2, резисторы 3, 4 и 5, образцовый двухполюсник 6, преобразователь тока 7, ключевые элементы 8 и 9, шины управления 10 и 11, функциональный преобразователь 12, блоки индикации 13 и 14. Функциональные схемы вариантов выполнения автоматических микропроцессорных устройств и особенности их работы приведены в описании изобретения. 3с. 1 з. п-ты ф-лы. 1 ил. 2 табл. СО ю о Од X Фиг.1
СОЮЗ СО8ЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (53) 4 G 01 R 27/02
Фиг. 8 (21) 3502861/24-21 (22) 14.10.82 (46) 15.02.86. Бюл. 11 - 6 (72) Г.И.Шаронов (53) 621,317.333(088.8) (56) Патент Великобритании
У 15?2088, кл. G 01 R 27/02, 1980.
Патент Великобритании 9 2022271, кл. G 01 R 27/02, 1979. (54) МИКРОПРОЦЕССОРНОЕ УСТРОЙСТВО
ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПАССИВНОГО КОМПЛЕКСНОГО ДВУХПОЛ10СНИКА
МНОГОПОЛ10СНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) Изобретение относится к устройствам измерения параметров комплексного двухполюсника (КД) многополюсной цепи. Может быть использовано для построения преобразователей абсолютного значения любой из составляющих Kg в цифровое значение, Л0„„ 1211667 . A
Цель изобретения — повышение точности измерения параметров многоэлементного пассивного КД в цифровом значении, достигается исключением зависимости результата преобразования от конечных значений комплексных сопротивлений согласующих блоков, их коэффициентов передачи.
Устройство содержит источник 1 гармонического сигнала, согласующий блок 2, резисторы 3, 4 и 5, образцовый двухполюсник 6, преобразователь тока 7, ключевые элементы 8 и 9, шины управления 10 н 11, функциональный преобразователь 12, блоки индикации 13 и 14. Функциональные 3 схемы вариантов выполнения автоматических микропроцессорных устройств %ФУ и особенности их работы приведены в описании изобретения. 3 с. 1 з. п-ты ф-лы. 11 ил. 2 табл. Я
С с
1 121
Ъ
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения параметров комплексного двухполюсника многополюсной цепи и может быть использовано для построения.; например, преобразователей абсолютного значения любой из составляющих комплексного двухполюсника в ццфру.
Цель изобретения — повышение точности измерения пассивного комплексного многоэлементного двухполюсника многополюсной электрической цепи в диапазоне частот путем исключения зависимости результата преобразования от конечных значений комплексных сопротивлении согласующих блоков, их коэффициентов передачи н ненулевого значения внутреннего комплексного сопротивления гармонического сигнала.
На фиг. 1, 2 и 3 показаны варианты автоматических микропроцессорных устройств измерения параметров пассивного комплексного двухполюсника, расположенного в многополюсной электрической цепи типа треугольник или звезда; на фиг. 4, 6 и 8— возможные варианты функционального преобразователя, реализующего амплитудный способ преобразования; на фиг, 5, 7 и 9 — возможные варианты функционального преобразователя, реализующего фазовый способ преобразования; на фиг. 10а и llа— варианты измерительных ве;-вей последовательно-параллельной и параллельно-последовательной схем замещения исследуемого комплексного двухполюсника, общий вид, на фиг.lOb„ с,d,å и фиг. 11Ь, с,d,е — некоторые нз возможных вариантов измерительных ветвей на фиг. 10а и l lа.
В табл. 1 и 2 приведены виды измерительных ветвей и уравнения преобразования.
На фнг. 1-3 обозначены: источник
1 гармонического сигнала (ИГС), согласующий блок нли преобразователь тока (СБ, ПТ) 2, пассивный комплексный двухполюсник (ПКД } 3 многополюсной электрической цепи (МЭЦ}, исследуемый ПКД 4 МЭЦ, ПКД 5
МЭЦ, образцовый двухполюсник (ОД) 6„ согласующий блок или преобразователь тока (СБ, ПТ) 7, ключи 8 и 9, шины управления (ШУ} 10 и 11 ключами 8 и 9 соответственно, функцио1667 нальный преобразователь (ФП) 12, блоки индикации .(БИ} 13 и 14.
На фиг. 4-9 обозначены: амплитуд. ный преобразователь (АП) 15, блок
5 управления (БУ):16, аналого-цифровой преобразователь (АЦП ) 17, микропроцессор (МП) 18, фазо-временной преобразователь (ФВП) 19, время-цифровой преобразователь
10 (ВЦП) 20, ключ (К} 21, амплитудный преобразователь (АП) 22, аналогоцифровой преобразователь (АЦПj 23.
На фиг. 10 и ll приняты следующие обозначения:
15 a — величина образцового двухполюсника, однородная по характеру сопротивления одной из составляющих исследуемого ПКД, имеющая размерность сопротивления, 20 = — — величина образцового двух, М полюсника, однородная по характеру проводимости одной из составляющих исследуемого ПКД, имеющая размер2 ность проводимости; р, — величины измеряемых состав- ляющих исследуемого ПКД последовательной цепи, однородная и неод. нородная по характеру сопротивления образцовому двухполюснику, имеющие размерность сопротивления; р, 6 - величины измеряемых составляющих исследуемого ПКД параллельной цепи, однороДЙая и неоднород3g ная по характеру проводимости образцовому двухполюснику, имеющие размерность проводимости.
Микропроцессорное устройство измерения параметров пассивного ком 1О плексного двухполюсника многонолюсной электрической цепи типа треугольник (фиг. I) содержит ИГС 1, один из выводов которого подсоединен к первому входу К8, второй вход которого подключен к общей шине, ОД 6, один из выводов которого подсоединен к одному иэ зажимов для подключения МЭЦ, примыкающему к первому выводу исследуемого ПКД 4 и к одному из входов СБ 7, второй вход которого соединен с общей шиной, второй зажим МЭЦ, примыкающий к второму выводу исследуемого
ПКД 4, соединен с одним иэ входов
К 9, второй вход которого подсоединен к общей шике, выход СБ 7 подключен к входу ФП 12, первый и второй выходы которого соединены
1211667 4 дов К 9, второй вход которого подсоединен к общей шине, ПТ 7, выход которого подключен к входу ФП 12, первый и второй выходы которого соединены через ШУ 10 и 11 с управляющими входами К 8 и 9 соответственно, третий и четвертый выходы
ФП 12 подключены к входам первого и второго блоков индикации соответ10 ственно. ПТ 2, один из входов которого соединен с вторым выходом ИГС 1, второй вход ПТ 2 подсоединен .к третьему входу К 9, третий вход К 8 соединен с вторым зажимом МЭЦ, не примыкающим непосредственно к второму выводу исследуемого ПКД 4, третий зажим МЭЦ, не примыкающий непосредственно к второму выводу исследуемого ПКД 4, подсоединен к од20 ному из зажимов ПТ 7, второй зажим которого соединен с вторым зажимом ОД 6, первый зажим МЭЦ, примыкающий непосредственно к первому выводу исследуемого ПКД 4, подключен к общей шине, а выход ПТ 2 подключен к второму входу ФП 12.
Возможны варианты устройств на фиг. 1, 2 и 3, когда третий выход
ИГС 1 подключен к третьему вхоЗ0 ду ФП
ФП 12 (фиг. 4) содержит АП 15, БУ 16, АЦП 17 и МП 18, причем вход
ФП 12 соединен с инфсрмационным входом АП 15, выход которого подключен к входу АЦП 17, выход кото35 рого подсоединен к одному из входов МП 18, первый выход которого соединен с входом BY 16, первый и второй выходы которого подключены
40 соответственно к первому и второму выходам ФП 12, третий и четвертый выходы которого подсоединены к второму и третьему выходам MII 18 соответственно, третий и четвертый
45 выходы БУ 16 соединены с управляющими входами АП 15 и АЦП 17 соответственно, пятый выход БУ 16 подсоединен к второму входу МП 18, 50
55 через ШУ 10 и 11 с управляющими входами К 8 и 9 соответственно, а третий и четвертый выходы ФП 12 подключены к входам БИ 13 и 14 соответственно, второй выход ИГС 1 соединен с общей шиной и третьим зажимом МЭЦ, не примыкающим ни к одному из выводов исследуемого
ПКД 4, второй вывод ОД 6 подсоеди.нен к третьему входу К 8, а первый выход ИГС 1 соединен с третьим входом К 9.
Микропроцессорное устройство измерения параметров пассивного комплексного двухполюсника многополюсной электрической цепи типа треугольник (фиг. 2) соцержит
ИГС 1, один из выходов которого подсоединен к одному из входов К 8, второй вход которого подключен к общей шине, ОД 6, один иэ выводов которого подсоединен к одному из зажимов МЭЦ, примыкающему к первому выводу исследуемого ПКД 4 и к одному из входов СБ 7, второй вход которого соединен с общей шиной, второй зажим МЭЦ, примыкающий к второму выводу исследуемого ПКД 4, соединен с одним из входов К 9,,второй вход которого подсоединен к общей шине, выход СБ 7 подключен к одному из входов ФП 12, первый и второй выходы которого соединены через ЯУ 10 и 11 с управляющими входами К 8 и 9 соответственно, а тре..тий и четвертый выходы ФП 12 подключены к входам БИ 13 и 14, первый вход СБ 2 соединен с первым выходом
ИГС 1 и третьим входом К 9, второй вход СБ 2 подключен к общей шине и третьему зажиму МЭЦ, не примыкающему ни к одному иэ выводов исследуемого ПКД 4, второй вывод ОД 6 подсоединен к третьему входу К 8, выход СБ 2 соединен с вторым входом ФП l 2.
Устройство измерения параметров пассивного комплексного двухполюсника многополюсной электрической цепи типа звезда (фиг. 3) содержит
ИГС 1, один из выходов которого подсоединен к одному из входов К 8, второй вход которого подключен к общей шине, ОД 6, один из выводов которого подсоединен к одному из зажимов МЭЦ, примыкающему к первому
Ф выводу исследуемого ПКД 4, второй вывод ОД 6 соединен с одним из вхоФП 12 (фиг. 5) содержит БУ 16, МП 18, ФВП 19, ВЦП 20, причем первый вход ФП 12 соединен с информационным входом ФВП !9, опорный вход . которого подсоединен к третьему входу ФП 12, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму выходам БУ 16, третий и четвертый выходы которого соединены с управляющим входом
l 2l 1667
ФВП 19 и управляющим входом ВЦП 20 соответственно, выход ФВП 19 подключен к входу ВЦП 20, выход которого соединен с первым входом МП 18, второй вход которого подсоединен к пятому выходу БУ 16, вход которого соединен с первым выходом MII 18, второй и третий выходы которого подключены к третьему и четвертому выходам ФЛ 12 соответственно.
ФП 12 (фиг. 6) содержит АП 15, БУ 16, АЦП 17, МП 18 и К 21, причем выход АП 15 подключен к входу
АЦП 17, выход которого соединен с первым входом МП 18, один из выходов которого подсоединен к входу
БУ 16, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму выходам ФП 12, третий и четвертый выходы БУ 16 соединены соответственно с управляющими входами АП 15 и АЦП 17, пятый и шестой выходы БУ подсоединены соответственно к второму входу ИП 18 и управляющему входу K 21 выход которого подключен к входу АП 15, первый и второй информационные входы К 21 соединены с первым и вторым входами ФП 12, третий и четвертый выходы которого подключены к второму и третьему выходам МП 18, (ФП 12 (фиг. 7) содержит БУ 16, МП 18, ФВП 19, ВЦП 20 и К 21, причем выход ФВП 19 подключен к входу
ВЦП 20, выход которого соединен с первым входом МП 18, один из .выходов которого соединен с входом
БУ 16, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму выходам ФП 12, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым информационными входами
K 21, выход которого подключен к информационному входу ФВП 19, опорный вход которого соединен с третьим входом ФП 12,третий и четвер.тый выходы которого подключены соответственно к второму и третьему выходам ИП 18, третий и четвертый выходы БУ 16 подсоединены соответственно к управляющим входам ФВП 19 и ВЦП 20, пятый и шестой выходы
БУ 16 соединены с вторым входом
NII 18 и управляющим входом К 21 соответственно.
ФП 12 (фиг. 8} содержит АП 15, БУ 16, АЦП 17, МП 18, АП 22 и
АЦП 23, причем первый и второй входы ФП 12 подключены соответственно к входам АП 15 и АП 22, выходы которых подсоединены соответственно через АЦП 17 и АЦП 23 к первому и второму входам МП 18, один из выходов которого соединен с входом
БУ 16, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму выходам ФП 12, третий и четвертый выходы которого подсоединены к второму и третьему выходам МП 18, третий выход БУ 16 соединен с управляющими входами АП 15 и АП 22, четвертый выход БУ 16 подключен к управляющим входам АЦП 17 и АЦП 23, четвертый выход БУ 16 соединен с третьим входом МП 18.
ФП 12 (фиг. 9) содержит БУ 16, МП 18, ФВП 19 и ВЦП 20, причем первый и второй входы ФП 12 соединены соответственно с информационными и опорными входами ФВП 19, выход которого через ВЦП 20 подключен к одному из входов МП 18, выход которого подсоединен к входу БУ 16, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым выходамк ФП 12 соответственно, третий, четвертый и пятый выходы БУ 16 подключены соответственно::к управляющим входам
ФВП 19, ВЦП 20 и второму входу
МП 18, второй и третий выходы которого соединены с третьим и четвертым выходами ФП 12 соответственно.
Рассмотрим возможность повышения точности измерения параметров комплексного нерезонансного двухэлементного двухполюсника, расположенного, например, в трехполюсной электрической цепи типа треугольник, путем исключения зависимости результата измерения от нулевых значений входных комплексных проводимостей согласующих блоков, их коэффициентов передачи и конечного значения внутренней комплексной проводимости источника гармонического сигнала.
При внутренней комплексной проводимости источника гармонического сигнала много большей комплексных проводимостей двухполюсников многополюсной цепи анализ существенно упрощается. В качестве примера рассмотрим измерение составляющих исследуемой комплексной проводимости двухэлементного двухполюсника од1211667
20:
° л 1 U>n,=n, — „
< (3) ° 25 о 11 и -n I —. се «д
2 (6) () 45 где 0"—
<3 (" ".1 (1„- < =и д е
3 (7) I
Т"—
<<< (8) 4 < Чя -4(р< нородной н неоднородной по характеру проводимости образцовому двухполюснику (фиг. 2).
Предположим, что ПКД, эквивалентный внутренней комплексной проводимости ИГС 1, имеет вид Y<=r +jS<.
ПКД, эквивалентный входной комплексной проводимости СБ 2, имеет вид
Y =r +jS . ПКД 3, расположенный
2 2 в первом плече МЭЦ типа треугольник, первый и второй зажимы которого примыкают соответственно к одному из зажимов исследуемого ПКД 4 и общей шине, эквивалентный, например, комплексной проводимости утечки зажима с относительно зажима d. общей шины, имеет вид Y>=r>+jS>, Исследуемый ПКД 4, расположенный во втором плече МЭЦ типа треугольник, имеет вид Y<--Y = + fu. ПКД 5, расположенный в третьем плече МЭЦ типа треугольник, первый и второй зажимы которого при ыкают соответственно к второму зажиму исследуемого ПКД 4 и общей шине, эквивалентный, например, комплексной проводимости утечки зажима е относительно зажима d. общей шины, имеет вид Y =r> +jS>. Образцовый двухполюсник 6 имеет вид 76=7 = >= /,».
1!
ПКД, эквивалентный комплексной проводимости СБ 7; имеет вид Y> = ++)sz
Особенностью работы устройства (фиг. 2) является трехкратное изменение конфигурации измерительной цепи, т.е. измерение проводится за три такта.
Выражение для напряжений с выходов СБ 2 и СБ 7 в любом из тактов измерения можно записать, используя формулу Мэзона
1." к напряжение с.выхода i-го
СБ в j-м такте измерения, коэффициент передачи < -го
СБ в любом иэ тактов изме". рения, ток ИГС 1; системная функция измерительной цепи, которая определяется отношением величины, измеряемой i --м
CS s j -м такте измерения, к величине тока ИГС 1;
Р„ — величина К-го пути пере ) 1< дачи через i-й СБ в -м такте измерения, Ь, <, — алгебраическое дополнение соответствующего пути передачи;
m — число возможных путей передачи через < -й СБ в j -м такте измерения, д — определитель измерительной
) цепи в 1 -м такте измерения.
В раже е для напряжения ида =ПЪО в первом такте измерения (К 8 замыкает зажимы f u d., а К 9 — зажимы с и а) с выхода СБ 2 имеет вид Y„ Выражение для напряжения U> =U<< в первом такте измерения с выхода СБ 7 имеет вид Выражение для напряжения 0 во втором такте измерения (К 8.замыкает зажимы f и а, а К 9 — зажимы с и d.) с выхода СБ 2 имеет вид 30 и о" 9 (4) Ъа Выражение для напряжения Ugе Бсе во втором такте измерения с выхода СБ 7 имеет вид Врение для напр*ея ига =иЬа в третьем такте измерения (K 8 замыкает зажимы f и а, à K 9 — зажимы с и й) с выхода СБ 2 имеет вид <х а 5 Т 11, =11 6 Ъа дз б Выражение для напряжения У< в третьем такте измерения с выхода СБ 7 имеет вид Фазовый сдвиг напряжения U относительно напряжения Ц« равен где » «,Ч„ — фазовые сдвиги напряжений U<< > Уу< относитель 1211667 10 но тока 1 источника гар. моническаго сигнала. Фазовый сдвиг напряжения U относительно напряжения U равен г *<» y,- q, = act —; (17) Я где ц„, Ч,г — фазовые сдвиги напряжении U(g Uy относительно тока 1 источника 1О гармонического сигнала. Фазовый сдвиг напряжения U от-, носительно напряжения U равен . Ig= 4З Ь () 15 где ц, — фазовые сдвиги напряжений U U, относительно тока 1 источника гармонического сигнала. Используя значения модулей напря20 жений 0; в выражениях (2)-(7), получим: u„â„ó„.ß* * (11) II U q „+Ур -Г Р р (l2) Введем в квадрат левые и правые части уравнений (11) и (l2): 30 цг .ц 112 ц г и II„. O g +2 г pг (14) I1 О,г Вычтем из уравнения (14) уравнение (13). Получим отсчет но составляющей исследуемого ПКД 4 однородной по характеру проводимости образцовому двухполюснику 6 2 2 я 2 2 г г 2 2 (1„О 11 -11, 0,qII )-0 „О, 11 (I ) 211.,„U U, На основании уравнений (13) и 4> (15) получим отсчет по составляющей исследуемого НКД,неоднородной по характеру проводимости образцоному двухполюснику (18) . V,- г = t3 111 1 0 1и у,-, a,-t (19) и (19) На основании (17), (18) получим: Е сов у,-y,) = 3 Р 6ю((,-(,) = L Р. зю(- )= ф (j 4г p (20) (21) (22) (23) gin(y,-g 1* ((1 Уравнения фазового способа преобразования составляющих исследуемого ПКД на основании (20) †(.23): 4) „(„) соз Ф - }1 )" In(y) Ю, — 11 (г (9,- М ) Уравнения (24) и (25) при необходимости можно преобразовать к виду: (Ч, 4,- 2Vzl sin(V -ч ) (26) 2 51й ((, - V 3 ) сов(Ч,-М ) - соз(Ь В -24 г) ° (27) 2 eIn (®,- yó) С учетом значений (8), (9) и (10) уравнения (24) и (25) примут вид: 1п(г гЗ (3 Аг) „,(y + q -(p y ) (%2 1г(Чи Аг) (28) И з (Ч1г 23 % 3 V22) <,<(q q y ) (4и А и гг) п г о л (29) Измерение параметров исследуемого ПКД 4, расположенного в МЭЦ типа треугольник, существенно упро-. щается при внутреннем комплексном сопротивлении ИКС 1 много меньшем сопротивлений двухполюсннков МЭЦ, так как отсутствует необходимость фиксировать значение выходного напряжения ИГС I в любом нз тактов измерения. Работа устройства на фиг. 1 аналогична работе на фиг. 2, а уравнение преобразования можно 1211667 l2 получить из уравнений (1S) (16) и (28), (29) путем приравнивания U..=Ц> -co 5f,q, =0 1 г 2 Е "г U„U« (30) гц „ (31 ) 10 (%23 Ч 22) ,п(уд - ) (г1 гг) (32) ((1г - гг) у)(((1 1 г1 22) При измерении, например, составляющих исследуемого ПДК вида Е„=(-jg и образцовом двухполюснике резистивного характера Е =g уравнения пре0 образования для устройства, изображенного на фиг. 2 имеет вид г 2 2 2 г Я г 2 г U»01г Огз-" г(!и О г -!.!я 013 U« ° (34) М 23 1ф г(1 Co&((+О -(-с 0 5in(q>ayz ц q») г » 61 (1f(q Ч гэ к, „„(q „ .q )" 1Ъ 2г 3г 23 (37) 35 Рассмотрим возможность повышения точности измерения параметров исследуемого ПКД, расположенного в МЭЦ типа Т (трехполюсная пассивная электрическая цепь типа звезда), 40 путем исключения зависимости результата измерения от конечных значений внутреннего комплексного сопротивления ИГС и входных комплексных сопротивлений преобразователей тока (ПТ 2, ПТ 7) и их коэффициентов передачи В качестве примера рассмотрим измерение составляющих исследуемого ПКД, однородной и неоднородной по характеру сопротивления образцовому двухполюснику (фиг. 3). Предположим, что ПКД, эквивалентный внутреннему сопротивлению ИГС 1, имеет вид Е,=U +) 9,, ПКД, эквива- 55 лентный внутреннему комплексному сопротивлению ПТ 2, имеет вид Z = =У +, 3, ПКД 3, расположенный в - к!, к 11 где j: . — ток с выхода I-ãî ПТ в -м t! такте измерения, — коэффициент передачи i -ro ПТ в любом из тактов измерения, Š— напряжение ИГС, Н вЂ” системная функция измери11 тельной цепи на основе пассивного делителя тока, которая определяется отношением величины измеряемой -м ПТ в ) -м такте измерения к величине напряжения ИГС, P" — величина К-ro пути переда1)le чи проходящего через i --й ПТ в 1 -м такте измерения, 6; „ — алгебраическое дополнение соответствующего пути передачи; m — число возможных путей передачи через 1-й ПТ в j-м такте измерения, Ь вЂ” определитель измерительной J цепи в j --м такте измерения. Выражение для тока с выхода ПТ 2 в первом такте измерения (К 8 соединяет зажимы а и d., а К 9 — зажимы Ь и r) имеет вид (39) (Ео ю "5 7 1к=п, E Выражение для тока с выхода ПТ 7 в первом такте измерения имеет вид (40 1„*п Е— 1 первом плече МЭЦ, имеет значение Zг-Uz+JЭ >. Исследуемый ПКД 4, расположенный во втором плече МЭЦ, имеет значение Z4=Z„=P-jg. ПКД 5, располо женный в третьем плече МЭЦ, имеет значение Š†- U +j hq. Двухполюсник 6 является образцовым и его значение равно Е =Е =K. ПКЦ, эквивалентный внутреннему комплексному сопротивлению ПТ 7, имеет значение Z =U +3% . Выражения для токов с выходов ПТ 2 и ПТ 7 в любом из тактов измерения можно записать, если преобразовать формулу (11 в дуальную K (42) 22 2 h Выражение для напряжения с выхода ПТ 2 в третьем такте измерения (К 8 замыкает зажимы а и с, а К 9— зажимы Ь и f) имеет вид 13 1211 Выражение для тока с вь1хода ПТ 2 во втором такте измерения (ключ 8 соединяет зажимы а и с, а К 9— зажимы Ъ и 6) имеет вид 5 (Zî+2 к 1 5 г) . (41 ) I„=n,Å z Выражение для напряжения с выхода ПТ 7 во втором такте измерения имеет вид 667 2 2 11 22 (50 J ! 2 2 12 12 ! 2 12 г 2р, г г (51) Для получения отсчета амплитудного способа преобразования по составляющей исследуемого ПКД 4, однородной по характеру сопротивлеHHF образцовому двухполюснику 6, вычтем из уравнения (51) уравнение (50): 2 2 2 2 2 2 2 2 2 и l2 23 12 19 21 (1 1 22 2) (5 0L 2Z 1 12 12 1З 21 (о+ к+ 5+ z) (43 ) . !1 =11,Е h3 Выражение для напряжения с выхода ПТ 7 в третьем такте измерения имеет вид 25 (44) (к+ о) I =@Eâ гз z Фазовый сдвиг тока 121 относительно тока I ðàâåí Ч,=÷„-ч„. (45) — фазовые сдвиги токов У I,,I2, относительно 2.1 1 напряжения К ИГС 1. сдвиг тока I2, относительравен где pÄ, E! 21 Фазовый H TOKa Т г (46) 72 12 ) где (12,Ч92 — фазовые сдвиги токов I1г H I22 OTHOCHTBJIBHO напряжения E ИГС 1. Фазовый сдвиг напряжения U>> относительно U > равен 9, =Аз-Аз (47) где у1, g > — фазовые сдвиги токов 113 Х 2 j относительно напряжения Е ИГС l . Используя значения модулей токов (39) — (44), получим 50 п1г. I* 7 7 (48) 12 21 О 4ь гг к+ о (1 12 г ь 2! о (49) 55 Возведем в квадрат левые и правые части уравнений (48) и (49): На основании (45), (46) и (47) и с учетом значений Е,-Z7 получим: -F г-(19, =с1гс ) —; (54) (55) 3 - 1 12. 9-P>=arcI1. (961 р(, 1) г На основании уравнений (54), <55) и (56) получим: J3 М V,1= i 1971 (-1 I7In{(17 -Q,)= г 1 2 г -3" 6111 = ((17 (1) 2 2 7 1991 - Ф. 5111 (47 - P )- (60) На основании уравнений (57)-(60) и (45)-(47) получим выражения для отсчета по составляющим исследуемого ПКД 4, однородной и неоднородной по характеру сопротивления ОД6. Р 511(%11 92,-Ч„-1 ) ы, з„,(1 +(f (g (P ) (% 22 12 41 ) 13 22 12 2Ъ (61) 5 11М г 9197 М Ol. 6,A(ql 1Ч Ч i ) {Ч11 22 qi2 q21l ° 19 22 12 (62) Уравнения преобразования ампли-тудного и фазового способов при различных значениях исследуемого ПКД 4 и образцового двухполюсника 6 сведены в табл. 1 и 2, в которых 121 1667, принято, что при измерении составляющих исследуемого ПКД, расположенного в МЭЦ типа треугольник М„иК,0>< > 1 1,2-К, lJ,2 > N1 = Ê1" >З > Nzi "2" zi > Nzz k2U22 > 4гз "л "я ю а при измерении составляющих исследуемого ПКД, расположенного в МЭЦ типа звезда, > 13 Nzs*k2Iz> Nzz*KzI221 23 2 2 .> где К,,К 2 — коэффициенты передачи аналогового тракта преобразования для первого V, (Z, ) и второго 02 (Iz ) сигналов. Так как результат измерения параметров исследуемого ПКД не зави сит от.внутренней комплексной проводимости (сопротивления} ИГС 1 и от внутренних комплексных проводимостей СБ 2, СБ 7 (сопротивлений ПТ 2, ПТ ?) в диапазоне частот, возможно точное измерение параметров четырехэлементного (трехэлементного) ПКД при его последовательнопараллельной (фиг. 10) и параллель-, но-последовательной (фиг. 11) схемах замещения на двух фиксированФ ных частотах. Рассмотрим, например, измерение параметров последовательно-параплельной цепи (фиг. 10). На одной из фиксированных частот определим параметры исследуемо1 ro пассивного комплексного четырехэлементного двухполюсника исходя из его последовательной двухэлементной схемы замещения (фиг. Ilb), ! ., 3» Zl Ц IIИ 1!у>, 3*Р > "8 1, или 1> 1> )" p*, ! а (64) 1*1, г „„ ! На второй из фиксированных частот f определим также параметры исследуемого ПКД исходя из его последовательной двухэлементной схемы замещения l - Р 2 1.2 1(pz )fz p jfj 2 < ) z>,2 2 l 132=(1 2 2 > (es) г 5 (66) 2 Решая систему из уравнений (63)(66), определим искомые значения 10 параметров исследуемого пассивного четырехэлементного комплексного двухполюсника ), JA<, p<, r>l, )< учитывая, что р1 -»1p<,»>ó > 2 > 2 15 . ) 11,(1- % ) (Р )(22, 1) 2 (67) 1 Ь«1- ) . (68) ((,-P,)(1, 6, 1)(m t) Ь, () m (P,- P,) (t) Z, iI) p pz 1 „а 7 (69) 20 п1(/1,- p,)(tg 211,, +1) 11»1 02 tg > (1 „, ) где 3 - 1 > 1> Ьзь = — = е(p,-ð,) (70) (71) 2 "1 ) 1 (72) ф1 45 или р > 1 Р2 >2 2 (73) 4, 50 11 > 11 11 1 7 > 2 11 На второй фиксированной частоте определим параметры исследуе2 мого III(g исходя из его параллельной 55 двухэлементной схемы замещения (74) 6 112 12 ;, 22>lz F 2) 1 . 2 tg z>„ tg Ь2 — тангенс угла потерь параллельной ветви на частотах f,и Г Аналогично для параллельно-последовательной цепи (фиг. 11) опре-.. делим параметры исследуемого пассивного четырехэлементного двухполюсника на фиксированной частоте f 40 исходя из его параллельной двухэлементной схемы замещения (фиг. 11Ь) 17 1211667 (75) (76) Решая систему из уравнений (73)(76),определим искомые значения параметров пассивного комплексного четырехэлементного двухполюсника P fI,, (, Pg (И, учитывая, что "Р, ", й, где Рг Р t! 3,-— l< г t)3„ г - г 1) 3,, 4gS — тангенс угла потерь последовательной цепи на частотах " и f Рассмотрим работу устройства, реализующего амплитудный способ измерения параметров исследуемого ПКД, расположенного в МЭЦ типа треугольник на примере устройства на фиг. 1 с функциональным преобразователем, изображенным на фиг.4. В первом такте измерения по команде, передаваемой по ШУ 10 и ШУ 11 с первого и второго выходов БУ 16, расположенного в ФП 12, К 8 и К 9 подключают соответственно зажим L к зажиму d а зажим с к зажиму а. Сигнал с выхода СБ 7 поступает через вход ФП 12 на вход АП 15, с выхода которого сигнал по команде с третьего выхода БУ 16 поступает на вход АЦП 17, с выхода которого по сигналу с четвертого выхода БУ 16 поступает код числа Иг, на вход MII 18 и за-поминается. KI может производить При измерении трех и четырехэлементных ПКД производится повторное измерение параметров исследуемого ПКД на второи фиксированной частоте исходя из двухэлементной эквивалентной схемы замещения исследуемого ПКД как на первой, так и на второй частотах. По результатам измерения на двух частотах производится расчет МП 18 значений искомых параметров. Особенностью работы устройства, изображенного на фиг, 1, с ФП 12, изображенным на фиг. 5, является то, что в первом такте измерения ФВП 19 Я операцию возведения в степень N « После запоминания кода N«с выхода МП 18 поступает сигнал на вход БУ !6. Во втором такте измерения по сигналам, передаваемым по ШУ 10 и ШУ ll с первого и второго выходов . БУ 16, К 8 и К 9 подключают соответственно зажим f к зажиму а, а зажим с к зажиму d. Сигнал с выхода СБ 7 поступает через вход ФП 12 на вход АП 15, с выхода которого по сигналу с третьего выхода БУ 16 сигнал U поступает на вход АЦП 17, с выхода которого по сигналу с четвертого выхода БУ 16 поступает код числа N на вход MII 18 и запоминается. МП может производить операцию возведения в степень N«, суммирова% Я г ние Н,+И, умножение 2N«. После запоминания кода И с выхода MII 18 поступает сигнал на вход БУ 16. В третьем такте измерения по сигналам, передаваемым по 11D 10 и ШУ 11 . с первого и второго выходов БУ 16, К 8 и К 9 подсоединяют соответственно зажим f к зажиму а, а зажим с к зажиму d.. Сигнал с выхода СБ 7 поступает через вход ФП 12 на вход АП 15, с выхода которого по сигналу с третьего выхода БУ 16 сигнал U поступает на вход АЦП 17, с выхода которого но сигналу с четвертого выхода БУ 16 поступает .код Ç5 числа N< на вход ИН 18 и запоминаетея.ИП производит операции возве2 C дения в степень N,,вычитание Н, — /2И, извлечение квадратного кор40 ня и т.д. Результаты расчета величин составляющих исследуемого ПКД выводятся ИП 18 по команде с БУ 16 на БИ 13 и БИ 14. 1211667 55 формирует временной интервал, пропорциональный фазовому сдвигу 1 напряжения U < относительно тока ИГС 1. Сигнал с выхода ФВП 19, по сигналу с третьего выхода БУ l6 поступает на вход ВЦП 20, который формирует код числа, пропорционального фаэовому сдвигу «1 »,. По сигналу с четвертого выхода БУ 16 код числа „ поступает на вход МП 18 и запоминается. Во втором такте ФВП 19 и ВЦП 20 формирует код числа cf z5 пропорциональный фазовому сдвигу напряжения U относительно тока I ИГС 1, который поступает на вход МП 18 и запоминается. МП может производить операции вычитания Ц, - Ч или,— с „, вычисление тригонометрических функций Sin (qz,-qzz)mre 515 (q zz 9«) В третьем такте измерения ФВП 19 и ВЦП 20 формируют код числа . э, который поступает на вход МП 18 и запоминается. После вычислений в МП 18 результатов измерений информация о величинах составляющих исследуемого ПКД (уравнения 32 и 33) высвечивается на БИ 13 и БИ 14. Работа устройства, изображенного на фиг. 2, с ФП 12, изображенным на фиг. 6 и 8, отличается лишь тем, что в первом такте формируютcH Kohl pByx..zHeen Бн, Nz» пропорциональные модулям напряжений Un и Uz (уравнения 2 и 3, во втором такте Ид„ И ), пропорциональные напряжениям У, и У (уравнения 4 и 5), в третьем такте U,» Nz, пропорциональные напряжениям U,, Uz>(уравнения 6 и 7). Особенностью ФП 12, изображенного на фиг. 6, является то, что коды двух чисел Nn> N», И„, Nzz N<» Nz> в каждом из трех тактов формируются последовательно во времени путем переключения К 21. ФП 12, изображенный на фиг. Я, формирует одновременно коды двух чисел в каждом иэ трех тактов, что позволяет повысить быстродействие измерения. Рассмотрим работу устройства .измерения параметров исследуемого ПКД, изображенного на фиг. 3, с ФП 12, изображенным на фиг ° 7. В первом такте измерения по команде, передаваемой по ШУ 10 и ШУ 11 с первого и второго выходов БУ 16, 5 ! О К 8 и К 9 подсоединяют зажим а к зажиму d, а зажим Ь к зажиму Сигнал с выхода ПТ 2 поступает через второй вход ФП 12 ча второй вход К 21, на первый вход которого поступает сигнал с выхода ПТ 7. По команде с местного выхода БУ 16 К 21 подсоединяет выход ПТ 2 к входу ФВП 19, на выходе которого формируется сигнал, временной интервал которого пропорционален сдвигу д„ напряжения 11яотносительно напряжения Е ИГС 1, и по команде с третьего выхода БУ 16 поступает на вход ВЦП 20, который формирует код числа „, и по команде с четвертого выхода БУ 16 передает на вход HII 18. В МП 18 код числа (н запоминается. После запоминания кода числа cgn с выхода МП 18 поступает сигнал на вход БУ 16, по сигналу с шестого выхода которого К 21 подсоединяет выход ПТ 7 к входу ФВП 19. Сигнал Uz с выхода ПТ 7 через К 21 поступает на первый вход ФВП 19, на второй вход которого поступает опорный сигнал Е с выхода ИГС через третий вход ФП 12. С выхода ФВП 19 сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу, напряжения U относительно напряжения Е ИГС 1, поступает на вход ВЦП 20, с выхода которого код.числа < поступает на вход NII 18. Последний может производить операции вычитания g, = „- Ч„ (уравнение 45). После запоминания кода числа цд с первого выхода МП 18 поступает сигнал на вход БУ 16. Анало; гично описанному происходит формирование во втором такте измерения кодов чисел д,,, а в третьем такте измерения кодов чисел,, МП 18 в соответствии с программой (табл. l и вычисляет значения измеряемыхх сос тавляющих исследуемого комплексного двухэлементногодвухполюсника, Особенностью работы ФП 12, изображенного на фиг. 9, является непосредственное формирование с помощью ФВП 20 в первом такте измерения кода числа Q, (уравнение 45), во втором такте —
461 и в третьем такте — g> (уравнение 47), что позволяет получить отсчет составляющих исследуемого ПКД по формулам: 1211667 22 Sin(V -,) („, < ) (Ч V )) 1п(,- V,) 6 и (Ч2-Ч<) . ж .,п(у,-V,) Учитывая возможность ухода нуля аналогового такта преобразования АП, АЦП и его нестабильность во времени, необходимо произвести дополнительное измерение при закороченном входе АП, например, перед получением информации в первом и последующих тактах. измерения. В этом случае уравнение преобразования, например, по составляющей исследуемого ПКД будет для амплитудного способа измерения иметь вид ("гз "0 ) -(N„- о1) -(Й -Ио,) . 2(И -Я,) где N, — код числа с выхода АцП при закороченном АП. Аналогично можно преобразовать все уравнения амплитудного способа измерения, представленные в табл. 1 .и 2. Реализация с блоков и узлов описанных устройств не вызывает трудностей. АП и АЦП разработаны и используются, например, в цифровых вольтметрах, ФВП и ВЦП разработаны и используются, например, в фазометрах. МП и БУ разработаны на базе микропроцессорных приборов. Учитывая, что результат измерения не зависит от фазового сдвига напряжений с выходов СБ, ПТ относительно тока I (напряжения Е) исТочника гармонического сигнала, СБ и ПТ могут иметь фильтры, настроенные на частоту основного сигнала питания измерительной цепи, что существенно снизит погрешность измере.— ния от гармонических составляющих спектра сигнала питания. Введение дополнительного такта измерения позволяет исключить зависимость результата от ухода нуля СБ, ПТ, АП, АЦП и тем самым существенно упростить их реализацию. Использование ИП в устройствах измерения параметров исследуемого ПКД позволяет передать ему функции управления процессом измерения ввиду большого объема вводимой в прибор информации (характер объекта, схема 55 замещения, требуемая пара параметров, частота и величина напряже- ния питания, алгоритм измерения и т.д.), а также из-за более сложной последовательности управляющих сигналов). Замена аппаратной реализации блока управления на программную позволяет упростить и удешевить устройство измерения параметров исследуемого ПКД. Кроме того, использование ИП в структуре позволяет использовать лишь несколько видов измерительных цепей которые могут быть выбраны из соображений простоты, точности, вида ИЭЦ, содержащей исследуемый ПКД и т.д. По результатам измерения составляющих исследуемого ПКД, однородной и неоднородной по характеру сопротивления (проводимости) образцовому двухполюснику, можно рассчитать значение добротности, тангенса угла потерь, модуля комплексного сопротивления (проводимости), фазового угла ПКД и т.д. Формула изобретения 1. Иикропроцессорное устройство для измерения параметров пассивного комплексного двухполюсника многонолюсной электрической цепи, содержащее источник гармонического сигнала, один из выходов которого подсоединен к одному из входов пер1 вого ключа, второй вход которого под-, ключен к общей шине, образцовый двухполюсник, один из выводов которого подсоединен к одному из зажимов многополюсной цепи, примыкающему к первому выводу исследуемого комплексного двухполюсника и к одному из входов согласующего блока, второй вход которого соединен с общей шиной, второй зажим многополюсной цепи, примыкающий к второму выводу исследуемого комплексного двухполюсника, соединен с одним из входов второго ключа, второй вход которого подсоединен к общей шине, выход согласующего блока подключен к входу функционального преобразователя, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго ключей соответственно, а третий и четвертый выходы функционального преобразователя подключены к входам первого и второго блоков 1211667 23 25 2. Микропроцессорное устройство для измерения параметров пассивного комплексного двухполюсника многополюсной электрической цепи, содержащее источник гармонического сигнала, один из выходов которо- го подсоединен к одному из входов первого ключа, второй вход которого подключен к общей шине, образцовый двухполюсник, один из выводов которого подсоединен к одному иэ зажимов многополюсной цепи, примыкающему к первому выводу исследуемого комплексного двухполюсника и к одному из входов согласующего блока, второй вход которого соединен с общей шиной, второй зажим многополюсной цепи, примыкающий к второму выводу исследуемого комплексного двухполюсника, соединен с одним из входов второго ключа, второй вход которого подсоединен к общей шине, выход согласующего блока подключен к первому входу функционального преобразователя, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго ключей соответственно, атретий и четвертый выходы функционального преобразователя подключены к входам первого и второго блоков индикации соответственно, о тл и ч а ерее с я тем, что, с целью повышения точности измерения 50 55 индикации соответственно, о т л ичающееся тем,что, сцелью повышения точности измерения параметров исследуемого пассивного комплексного многоэлементного двухполюсника многополюсной электрической цепи типа треугольник в диапазоне частот путем исключения зависимости результата измерения от конечного значения комплексного сопротивления согласующего блока, его коэффициента передачи, второй выход источника гармонического сигнала соединен с общей шиной и третьим зажимом многополюсной электрической цепи, не примыкающим ни к одному из выводов исследуемого комплексного двухполюсника, второй вывод образцового двухполюсника подсоединен к третьему входу первого ключа, а первый выход источника гармонического сигнала соединен с третьим входом второго ключа. параметров исследуемого пассивного комплексного многоэлементного двухполюсника многополюсной электрической цепи типа треугольник в диапазоне частот путем исключения зависимости результата измерения от нулевого значения внутреннего комплексного сопротивления источника гармонического сигнала, конечных значений комплексных сопротивлений согласующих блоков, их коэффициентов передачи, введен второй согласующий блок, один из входов которого соединен с первым выходом источника гармонического сигнала, а второй вход вновь введенного согласующего блока соединен с вторым выходом источника гармонического сигнала, общей шиной и третьим зажимом многополюсной электрической цепи, не примыкающим ни к одному из выводов исследуемого комплексного двухполюсника, второй вывод образцового двухполюсника подключен к третьему входу первого ключа, первый выход источника гармонического сигнала соединен с третьим входом второго ключа, а выход второго согласующего блока подключен к второму входу функционального преобразователя. 3. Микропроцессорное устройство для измерения параметров пассивного комплексного двухполюсника многополюсной электрической цепи, содержащее источник гармонического сигнала, один из выходов которого подсоединен к одному из входов первого ключа, второй вход которого подключен к общей шине, образцовый двухполюсник, один иэ выводов которого подсоединен к одному из зажимов многополюсной цепи, примыкающему к первому выводу исследуемого комплексного двухполюсника, второй вывод образцового двухполюсника соединен с одним из входов второго ключа, второй вход которого подсоединен к общей шине, преобразователь тока, выход которого подключен к входу функционального преоб-. разователя, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго ключей со ответственно, а третий и четвертый выходы функционального преобразователя подключены к входам первого и 1211667 25 1 Ас второго блоков индикации соответственно, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения параметров исследуемого пассивного комплексного многоэлементного двухполюсника многополюсной электрической цепи типа звезда в диапазоне частот путем исключения зависимости результата измерения от ненулевого значения внутреннего комплексного сопротивления источника гармонического сигнала, конечных значений комплексных сопротивлений преобразователей тока, их коэффициентов передачи, введен второй преобразователь тока, один из входов которого соединен с вторым выходом источника гармонического сигнала, второй вход вновь введенного преобразователя тока подсоединен к третьему входу второго ключа, третий вход первого ключа соединен с вторым зажимом многополюсной электрической цепи, не примыкающим непосредственно к второму выводу исследуемого комплексного двухполюсника, третий зажим многополюсной цепи, не примыкающий к второму выводу исследуемого комплексного двухполюсника, подсоединен к одному из зажимов первого преобразователя тока, второй 1О зажим которого соединен с вторым зажимом образцового двухполюсника, первый зажим многополюсной цепи, примыкающий непосредственно к первому зажиму исследуемого комплексного 15 двухполюсника, подключен к общей шине, а выход второго преобразователя тока подключен к второму входу функционального преобразователя. 4. Микропроцессорное устройство 20 попп. 1-3, о тлич ающее с я тем., что,третий выход источника гармонического сигнала подключен к третьему входу функциональ. ного преобразователя. 12!!бб7 Талица Г 121!667 l211667 с) аи Ю Составитель Л.Сорокина Редактор М.Петрова Техред M.Ïàðîöàé Корректор М.Демчик Заказ 637/50 Тираж 730 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 1l3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ЛПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
