Устройство для измерения параметров нерезонансных двухполюсников
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СО1.1ИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (51)4 С О1 R 27/02
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ (2! ) 3529342/24-21 (22) 27. 12. 82 (46) 15. 08. 86. Бюл. И 30 (71) Пензенский сельскохозяйственный институт (72) А.Ф.Прокунцев, Р.М.Юмаев, Е.С.Максимова и В.Г.Евсеев (53) 621.317.73(088.8) (56) Энштейн С.Л. Цифровые приборы и системы для измерения параметров конденсаторов. — N.: 1978, с. 161—
185, рис. 6-1.
Авторское свидетельство СССР
У 798626, кл. С 01 R 27/02, 1981. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
ПАРАМЕТРОВ НЕРЕЗОНАНСНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ, содержащее генератор сигналов, подключенный к диагонали питания измерительной цепи, выходы которой
„,SU 3250984 А 1 подключены к входам блока предварительной обработки, выходы которого подключены к входам блока функционального преобразования, выходы которого соединены через последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и блок сопряжения к входам микропроцессора, вьмоды которого соединены с входами цифрового индикатора, генератор тактовых импульсов,выход которого соединен с управляемыми входами генератора сигналов, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности, выход ,генератора тактовых импульсов сое- Е динен с управляемыми входами блока предварительной обработки и блока функционального преобразования.
125098 >
2. Усгройствс по и. 1, блок предварительной обработки которого содержит два блока согласования, входы которьм подключены к соответс гвуюшцм входам, а выходы — к соответствующим выходам блока предварительной обработки, о т л и ч а ю щ е е с л тем, что в него введены блок деления и блок памяти, причем входы блока делеkHR подключены к выходам сооТВрТсТ вующих блоков согласования, а. вьгход через блок памяти подключен к второму выходу блока предварительной обработки, управляемые входы блока деления и блока памяти подключены к соответствующим входам блока предварительной обработки.
3. Устройство по п. 1, блок функционального преобразования которого содержит разностную схему, фазовращатель, два фазочувствительиьсх выпрямителя, амплитудный преобразователь, причем выход фазовращателя соединен с опорным входом одного из фаэочувствительных выпрямителей, выход которого соединен с одним из выходов блока функционального преобразования, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введен блок умножения, гервый и второй вход которого соединены соответственно с первым и вторым входом блока функционального преобразования,управляемый вход е "с соединен с управляющим входом блока функционального преобразования, а выход — с одним из входов раэиоствой схемы, второй вход которой соединен с третьим входом блокя функционального преобразования, а выход— параллельно с входом фазовращатеАя, опорным входом первого фаэочувствительного выпрямителя и через амплитудный преобразователь с третьим входом блока функционального пре.— образования, информационные входы фазочувствительных выпрямителей соединены с первым входом блока фу"кциоиального преобразования, а выход второго фаэочувствцтельнсго выпрямителя соединен с первым выходом блока функционального пресбразования
4. Устройство по п. 3, б.. ок функциональноro преобразования которого содержит блс.к умножения, информационные входы которого соединены первым ц вторым входами блока фуик .иональногс преобразования, угсранляемый вход — с управляющим входом блока функционального преобразования, а выход — с одним из входов разностной схемы, второй вход которой соединен с третьим входом блока функциоиапьного преобразования, а вьгход вместе с входом фазовращателя — с опорным входом первого фаэочувствительного выпрямителя, выход которого соединен с первым выходом блока функционального преобразования и входом aмплитудного преобразователя, выход которого соединен с третьим выходом блока функционального преобразования, выход фаэовращателя соединен с опорнь:.м входом второго фазочувстэительногс выпрямцтепя, выход которого соединен с вторым выходом блока функционального преобразования, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введен второй блок умножения, информационные входы которого соединены с вторым и третьим входами блока функциональногс преобразования„ управляемый вход — с управляющим входсблока функционального преобразования, а выход — с ииформаццоииь"мп входами фазочувствцтел;rtt tx выпрлми.. «Лей.
5. Устройство по и. 3, блок функционального преобразования которого содержит блок умножения, информационные входы которого соединены с первым и вторым входами блока функционального преобразования, управляемый вход — с управляющим в:одом блока функционального преобразования, а выход — с одним цз входов разиостисй схемы, второй вход которой соед, нен с третьим входом блока функционального преобразования, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в иегс введены два фаэсвремеииьсх преобразователя „причем первый Bxi)o первогс фа свременного преобразователя соединен с первым входом блска срункциОнальногс пвесбрлэсняиця,, первый гход второго фазовреt!eH:-tof реобра:- ователя с седц1с ей г: выходом ра з иос тиой схемы, вторые входы фазовремениых преобразователей соединены с четнертьсм входом блока функционального преобразователя, а выходы с соотнетствуюгэ,"мц выходамц блока функционального преобразования. б. Устройс:.твс: по и. 3, . иск функt 1иальиОГО Прес уоаэова ьия ttотсрсго
1250984 содержит блок умножения, информационные входы которого соединены с первым и вторым входами блока функционального преобразования, управляемый вход — с управляющим входом блока функционального преобразования, выход — с одним иэ входов разностной схемы, второй вход которой соединен с третьим входом блока функционального преобразования, два фаэовременных преобразователя, выходы которых соединены с соответствующими выходами блока функционального преобразования, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что первые входы фазовременных преобразователей соединены с выходом блока умножения, второй вход первого фазовременного преобразователя соединен с выходом разностной схемы, а второй вход второго — с третьим входом блока функционального преобразования.
7. Устройство по п. 3, блок функционального преобразования которого содержит блок умножения, информационные входы которого соединены с первым и вторым входами блока функционального преобразования, управляемый вход — с управляющим входом блока функционального преобразования, а выход — с одним из входов разностной схемы, второй вход которой соединен с третьим входом блока функционального преобразования и входом преобразователя, выход которого соединен с соответствующим выходом функционального преобразования, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в него введены три амплитудные преобразователя, причем вход первого соединен с первым входом блока функционального преобразования, вход второго — с выходом разностной схемы,выходы амплитудных преобразователей соединены с соответствующими выходами блока функционального преобразования.
8. Устройство по и. 7,о т л ич а ю щ е е с я тем, что в блок функционального преобразования введена разностная схема, входы которой соединены с выходом первой раэностной схемы и третьим входом блока функционального преобразования, а выход — через амплитудный преобразователь к соответствующему выходу блока функционального преобразования.
9. Устройство по п, 1, содержащее генератор подключенный к диагонали питания измерительной цепи, блок предварительной обработки,выходы которого подключены к входам блока функционального преобразования, вьг-.оды к. срого подсоединены через последовательно соединенные аналого-цифровой.. преобразователь, блок сопряжения и микропроцессор к входам цифрового индикатора, генератор тактовых импульсов, выходы которых соединены с управляемыми входами генератора сигналов, блока предварительной обработки, блока функционального преобразования,о тл и ч а ю щ е е с я тем, что в него введен блок управления, информационные входы которого соединены с выходами измерительной цепи, выходы— с входами блока Предварительной обработки, а управляемые входы — с соответствующими управляющими выходами генератора тактовых импульсов.
10. Устройство по и. 9, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит два ключа, причем входы и выходы ключей соединены с соответствующими входами и выходами блока управления соответственно, управляемые входы первого ключа соединены соответственно с первым и третьим управляющими входами блока управления, а управляемые входы второго ключа соединены соответственно с вторым и четвертым управляющими входами блока управления.
11. Устройство IIQ II 9, блок предварительной обработки которого содержит блок согласования, вход которого соединен с входам блока предварительной обработки, а выход соединен параллельно с одним из выходов блока предварительной обработки и одним из входов блока деления, выход которого соединен с входом блока памяти, выход которого соединен с BtopbIM выходом блока предварительной обработки сигналов, первые управляемые входы блоков деления и памяти соединены с вторым управляющим входом блока предварительной обработки, о т л. ич а ю щ е е с я тем, что в него введен второй блок памяти, вход которого соединен с выходом блока согла сования, выход — с вторым входом блока деления и третьим выходом блока предварительной обработки, управляемые входы блока согласования и второго блока памяти соединены параллельно с соответствующими чравляющими входами блока предва1250984 рительной обработки, второй управляемый вход первого блока. памяти соединен с четвертым управляющим входом блока предварительной обработки, 2Q
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения и контроля составляющих измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, и может быть использовано при контроле и измерении параметров первичных преобразователей (датчиков) с многоэлементной схемой замещения.
Цель изобретения- расширение функциональных возможностей и увеличение точности измерения параметров нереэонансных трехэлементных двухполюсников.
На фиг. 1 и 2 представлены измерительная и векторная диаграмма для двух видов последовательно-параллельной схемы замещения трехэлементного двухнолюсника; на фиг. 3 и 4 измерительная цепь и векторная диаграмма для двух видов параллельно-последовательной схемы замещения трехэлементного двухполюсника; на фиг. 5— структурная схема предлагаемого устройства для измерения параметров нереэонансных трехэлементных двухпоЛюсников; на фиг. б — структурная схема блока предварительной обработки; на фиг. 7 и 8 — структурные схемы блоков функционального преобразования, реализующих амплитудно-фазовые способы для измерительных цепей по фиг. 1 и 3 соответственно; на фиг. 9 и 10 — структурные схемы блоков функционального преобразования, реализующих фазовые способы для измерительных цепей по фиг. 1 и 3; на фиг. 11 и 12 — структурные схемы блоков функционального преобразования, реализующих амплитудные способы для измерительных цепей по фиг. I и 3; на фиг. 13 †подключение комплексного сопротивления блока согласования к образцовому двухпопюснику измерительной цепи и его зекторная диаграмма распределения токов и напряжения; на фиг. 14 — подключение комплексного сопротивления блока согласования к измеряемому трехэлементному двухполюснику и его векторная диаграмма распределения токов и напряжений; на фиг. 15 — совмещенная векторная диаграмма распределения токов и напряжений при поочередном подключении блока согласования к образцовому и исследуемому двухполюсникам: на фиг. 16 - структурная схема устройства измерения параметров нерезонансных трехэлементных двухполюсников с устранением шунтирующего влняния входного сопротивления блоков согласования; на фиг ° 17 структурная схема блока управления; на фиг. 18 - структурная схема блока предварительной обработки.
Измерительные цепи по фиг. 1 и 3 составлены из образцового (М) двухполюсника 1 и измеряемого трехэлементного двухполюсника 2 с элементами 3-5 замещения (a!, P g ), имеющими размерность сопротивлений.
На векторных диаграммах фиг. 2 и
4 приняты следующие обозначения: о 4 вектор напряжения питания измерительной цепи; цс — вектор падения напряжения (1,, снимаемого с образцового двухполюсника; СЬ вЂ” вектор падения напряжения 0 снимаемого с измеряемого трехэлементного двухполюсника;
0„„ — вектор падения напряжения 0,, усиленный в k раз т.е,0;К - k — отношение падения напряжения на исследуемом трехэлементном двухполюснике к падению напряжения на образцовом двухполюснике при первом воздействии на входе измерительной цепи; I — ток в последовательной ветви; 1 — ток через реактивный элемент 5 (в данном случае с ) параллельной цепочки;
Ig — ток через активный элемент 4!
250984 параллельной цепочки; y — фазовый сдвиг вектора падения напряжения на образцовом двухполюснике относительно вектора напряжения питания; р — фазовый сдвиг вектора напряжения питания относительно вектора напряжения 0 ; су — фазовый сдвиг вектора напряжения U или U относительно вектора напряжения 6 — фазовый сдвиг вектора напряжения 6 относительно вектора напря3 жения 0, 4 — фазовый сдвиг вектора напряжения 04 относительно вектора напряжения 0 Э, 7 — фазовый сдвиг вектора напряжения 0 q относительно вектора напряжения
Устройство для измерения параметров нерезонансных трехэлементных двухполюсников {фиг. 5) содержит функционально управляемый генератор
6, подключенный к измерительной цепи
7, выход которой соединен через блок 8 предварительной обработки с блоком 9 функционального преобразования, выход которого соединен через последовательно соединенные аналогоцифровой преобразователь 10, блок сопряжения 11,работающий по определенной программе микропроцессор 12 с цифровым индикатором 13 и генератор !4 тактовых импульсов.
Блок 8 предварительной обработки сигналов (фиг. 6), входами подключен через блоки согласования 15.! и !5.2 к входам блока 16 деления, выход ко- 35 торого соединен с входом блока 17 памяти, выход которого является одновременно одним иэ выходов блока предварительной обработки сигналов.
Блок 9 функционального нреобраэо- 4g вания сигналов по фиг. 7 для измерения параметров трехэлементных днухполюсников по последовательно-параллельной схеме замещения с использованием амплитудно-фазовых соотноше- 45 ний, своими входами соединен с первым и вторым входами блока 18 умножения, выход которого соединен с одним из входов раэностнон схемы
19, выход которой подключен к входу 50 фазовращателя 20, выходы фазочувствительных выпрямителей 2!.! и 21.2 и амплитудного преобразователя 22 являются одновременно выходами блоKB функционального преобразования. 55
Блок 9 функционального преобразования сигналов по фиг. 8 для-измерения параметров трехэлементных двухполюсников по параллельно-последовательной схеме замещения с использованием амплитудно-фазовых соотношений содержит два блока !8.! и
18.2 умножения, входы которых являются одновременно входами блока функционального преобразования, выход блока 18.1 умножения соединен с одним иэ входов разностной схемы 19, выход которой подключен к входу фазовращателя 20, два фазочувствительных выпрямителя 21.! и 21.2 и амплитудный преобразователь 22, выходы которых являются одновременно выходами данного блока функционального преобразования.
Блок 9 функционального преобразования сигналов по фиг. 9 для измерения параметров трехзлементных двухполюсников по последовательно-параллепьной схеме замещения с использованием фазовых соотношений между исследуемыми сигналами содержит блок !
8 умножения, входы которого являются одновременно входами самого блока функционального преобразования, а выход соединен с одним из входов раэностной схемы 19 и два фаэовременных преобразователя 23.1 и 23.2, выходы которых являются одновременно выходами блока функционального преобразования сигналов.
Блок 9 функционального преобразования сигналов по фиг. 10 для измерения параметров трехэлементных двухполюсников по параллельно-последовательной схеме замещения с использованием фазовых соотношений содержит те же блоки, что и на фиг. 9, отличие состоит в связях.
Блок 9 функционального преобразования сигналов но фиг. 11, для измерения параметров трехэлементных двухполюсников по последовательнопараллельной схеме замещения с использованием амплитудных соотношений между исследуемыми сигналами содержит блок 18 умножения, входы которого являются одновременно входами блока функционального преобразования, а выход соединен с одним из входов схема разности 19 и четыре амплитудных преобразователя 22.1
22.4, выходы которых одновременно являются выходами блока функционального преобразования.
Блок 9 функционального преобразования сигналов по фиг. 12, для
1250984
При определении первого активного параметра трехэлементного двухполюсника необходимо на входе измерительной цепи создать такое воздействие при котором на параллельном участке ее, составленном из элементов 4 и 5 (фиг. 1) будет режим короткого замыкания, а на последовательном участке измерительной цепи по фиг. 3 также
Э составленном иэ элементов 4 и 5, режим холостого хода.
Режим короткого замыкания может быть создан путем подачи на вход измерительной цепи по фиг. 1 с емкостной схемой замещения напряжения питания в виде очень кратковременных импульсов, при этом (О
-о, так как частота питания f велика, а с индуктивной схемой замещения — постоянное напряжение, при этом М„ =
=2М 1 = О,поскольку 1 бесконечно мала.
Режим холостого хода может быть создан путем подачи на вход измерительной цепи по фиг. 3 с емко"тной схемой замещения напряжения питания в виде постоянного уровня, при этом а с индуктивной схемой замещения— импульсное напряжение большой частоты, при этом Х„ = 2 1 f 1. = ж поскольку 1 велика.
Во всех укаэанных случаях в измерительных цепях по фиг. 1 и 3 остаются подключенными к напряжению питания последовательно соединенные образцовый двухполюсник 1 номиналом ос и измеряемый и первый элемент 3 с номиналом с4 трехзлементного двухполюсника 2.
Величину активного параметра можно определить при первом воздействии из соотношения падений напряжена g, и са при известном oL
Блок 24 управления (фиг. 17) сос- ний тоит из двух нормально разомкнутых KBK ключей 25.1 и 25.2, управляемые входы которых соединены с управляющими 50 нходами блока 24 управления.
Блок 8 предварительной обработки сигналон (фиг. 18) содержит блок 15 согласования, блок 16 деления и блоки памяти 17.1 и 17.2, выходы кото- 55 рых одновременно являются выходами блока предварительной обработки сигналон.
Б, о — О" о G0, 0з
К*=
U, измерения параметров трехэлементных двухполюсников по параллельно-последовательной схеме замещения с использованием амплитудных соотношений меж-, ду исследуемыми сигналами содержит блок 18 умножения, входы которого являются одновременно входами блока функционального преобразования, выход блока 18 умножения подключен к одному иэ входов первой схемы 19.1 10 разности, ныход которого соединен параллельно с одним из входов второй разностной схемы 19.2 и входом первого амплитудного преобразователя
22.1, и амплитудные преобразователи t5
22.2 и 22.3, выходы которых одновременно являются выходами блока функционального преобразования.
Измерительные цепи по фиг. 13а и
14а аналогичны измерительным цепям 20 по фиг. 1 и 3, отличие состоит в том, что на фиг. 13а комплексное входное сопротивление блока согласования Х подключено к образцово. му двухполюснику 1 („), а на фиг. 14а — к измеряемому трехэлементному днухполюснику 2 (2„).
Векторные диаграммы на фиг. 13б, 14б и совмещенная векторная диаграмма на фиг. 15 построены для измери- 30 тельных цепей фиг. 13а и 14а, направление токов через элементы которых совпадают с направлениями, указанными на векторных диаграммах.
Структурная схема устройства измерения параметров трехэлементных двухполюсников по фнг. 16 отличается от схемы по фиг. 5 тем, что н нее нведен блок 24 управления между измерительной цепью 7 и блоком 8 пред- 4ф варительной обработки сигналов, а также дополнительными снязами с генератора 14 тактовых импульсов к измерительной цепи 7 и блоку 24 управления. g$
1 со так как f мала
2 fС
Ф У
1?50984
lou, t
I=
<о тогда
/О,/
E, = соьср; (о
/К/
1 = щ( о
Зная токи и напряжения, можно записать выражения параметров параллель40 ной цепи
И4/ /V+/ и = а о
1(Ut - c< 5
/u / 7 (2) 45 (3) Тангенс угла потерь определяется как отношение реактивного н активного параметров параллельной цепн: 50 (04 / с4ц з„,, t)B= — - — —.ctgcp (11 р ((,/ о ((,совср
Абсолютное приращение активного и реактивного пара:-;(тров определяется как разность между величиной образцового двухполюсника 1 (сс,) и
Нри подключении на вход измерительной цепи синусоид льного напряжения, соотношения между о(. и o(.„ сохраняются и определяются коэффициентом K, поэтому считается, что, при определении остальных параметров трехэлементного двухполюсника изв(стны три в< ктора напряжечий О,, 0 и
= 0(t .
На вект ой диаграмме фиг. 2 10 показана воэможность определения параметров /Ь и для емкостной последовательно-параллельной схемы замещения с использованием амплитудно-фазовых соотношений (для индук- 15 тивкой последовательно-параллельной схемы замещения расчеты аналогичны).
Вектор напряжения на параллельном участке (/4. = с(— V
Ток измерительной цепи f pac- 20 кладывается на ток Е, через второй активный элемент 4 (ф,который совпадает по направлению с вектором напряжения 0 и ток I через реактивный элемент 5 (g), который опережа- 25
ll ет вектор напряжения V4 íà +—
2 т.е. E, = 1 со5 ф; 1 = E ° sin g .
Общий ток самиги величинами активного и реактивного параметров
Ю4/ /V4 /
b В=К.- . 4 I- — (1(о V, cong о U,coscp
/ 4/ 1 /V I
7,-1-?E, (9)
Вектор напряжения на втором активном параметре совпадает по направлению с током I и по величине равен проекции вектора напряжения 0 на направление тока
/ 1с& j= 0<сos(16О -lfj =-U< pp5(. (10) Вектор напряжения на реактивном элементе 5 (IN ) отстает от тока I на
2 — И и величина его определяется как
/ еЬ/ "25(<(<80 - () -V, sin ( (ss) .
Для того, чтобы определить параметры 6 и необходимо выразить через известные величины:
u„u, тогда
Относительные приращения активного и реактивного параметров опреде» ляются как отношения величии абсолютных приращений к величине образцового двухполюсника: 14/
Г -, (7)
43 /04 l (8)
На векторной диаграмме фиг. 4 показана возможность определения параметров и g для емкостной параллельно-последовательной схемы замещения с использованием амплитуднофазовых соотношений (для индуктивной схемы замещения расчеты аналогичны). Ток измерительной цепи 3 в параллельных ветвях раскладывается на ток I, через первый активный зле" мент 3 (o() и ток I через последовательно соединенные второй активный элемент 4 (P) и реактивный элемент 5 (g). 1 . совпадает по направлению с вектором напряжения 0, а вектор тока 1 определяется 7 разностью векторов токов I u т.е. kUãса55 /.О/U,к 5 / / "се! Р /-,! -0,co55 /u,K-0,/ Î({ /u,i /U /Е 5in {(1 5ip ) /U) / Ь51П {(1 Я,/ 5in р kU 5in 5 /U,K -u,/ (22) k tJ qco5 ( (16) -з5 Ku 5ln () ьу-, (- (/Uy ((ъ / .( (23) kU< co5 ( .- (KU@5in g (1 /G,-u,/ (24) (1S) 50 ются в -.(вице ( — Ui — „/ /о, k-ог!. (12) 1 о К Поделив выражения (10) и (11) на (12) получают выражения для величин Р и соответственно: kU cos ( о /Ueb/ О 5in 5 ({((2 5м /Хй/ (/Q 1 (/ / /О,К- 02/ к Тангенс угла потерь определяется как отношение реактивного и активного параметров последовательной цепи: l{ U2 5in (25 ®о /0 — - с(, (15) КО co5 g ! 5 -6,/ Абсолютные и относительные приращения второго активного и реактивного 30 параметров определяются аналогично выражениям (5) — (8) и имеют вид: Использование фазовых соотношений между сигналами, снимаемыми с измерительных цепей по фиг. 1 и 3 при синусоидальном воздействии на их входах позволяет по сравнению с использованием амплитудно-фазовых соотношений повысить точность измерения параметров трехэлементных двухполюсников в результате уменьшения качества аналоговых операций над сигналами, снимаемыми с измерительной цепи. 84 iO Для измерительной цепи по фиг. 1 согласно векторной диаграмме фиг. 2 иэ треугольника ц 3 Ь можно записать по теореме синусов: ь 5111 g с.n P (2 Ъ/ / +/ af ./(, U,/ /6, й,k/- U,((t k) .5, Ь, тогда Подставив (20) в (2) и (3) получают 5in ((1 ,В.ж,((+к) ! 5in э co5y (2i) 5in {(1 1 =й. ((Ф К),,ы Согласно теореме о внешнем угле в треугольнике V = P + {( т.е. внешний угол у треугольника Q f b равен сумме внутренних углов р и р, не смежных с внешним углом. Тогда окончательно (21) и (22) можно представить в виде: 51Л {(1 Я = ко((4. к p -- () 51 П ((> X =. { о((+ K) Sin р 5in /q a p) Тангенс угла потерь определяется как отношение реактивного и активного параметров параллельной цепи." 5 in {(1 ») 5 np co«q p) Абсолютные и относительные приращения параметров /3 и записыва51П {г (-((w K) 5in рсо5(q< p) (2б) E (-(Н К) (27) 5in р Б{б ({(14 р)1 1 1250984 (37) I (38) (28) (29} (39) сЬ ЬИ sin 4 sin A сЬ =/О,/; Р - /О,-u,/, тогда /0,l !0,-6,/ 51п 9 sin 1l /Ог/ /0 -0 / sin 3 (30) (31) (32) отсюда /Й,/ -/О,/ -/0,/ cog(f = /0,/ 0,! (40) sin 4 Р g,к, cos(Qig> 515 h (33) 61п 3 ю k, sin (9 4 Q) SlП 3 (34) 5»ip=it.Ñii6 ô56 sing !3.a, l - K, ю (1 i ) (36) 1l sin Q (=1-(.К1 Р ;|0! со6 ((. p) sin jl 3 = 1-(14Xt . sin J) 4л (4+p) Для измерительной цепи по фиг. 3 согласно векторной диаграмме,изображенной на Аиг. 4,.но теореме синусов можно siïèñàòü из треугольника с Ь: Подставив (30) в (13) и (14), получают sing 1 мд (—, cos $ sin ъ sin 9 /! М,К, Мн(. Sin % Согласно теореме о внешнем угле треугольника можно записать: Тогда выражения (31) и (32) имеют вид: Тангенс угла потерь определяется как отношение реактивного и активного параметров последовательной цепи: Silll Ж,К . eiyl (94%) .516 Я с оК cos (+ а) qiyЯ Абсолютные и относительные приращения параметров /3 и f записыва,отся в виде: 516 4 ="о <-к sin(Jib) S>ll Q 3 = <-k, cos(Pi З) (sin q / 1 Ч -1-К, 51 n(e Ф ill) s Использование амплитудных соотношений между сигналами с измерительных цепей по фиг. 1 и 3 при синусоидальном воздействии на их входах позволяет упростить реализацию, повысить точность эа счет уменьшения структурной погрешности и расширить частотный диапазон в результате исключения влияния на результат измерения фазовых соотношений между сигналами снимае О ужми с измерительной цепи. Для измерительной цепи по фиг. согласно векторной диаграмме фиг. 2 по теореме о двух сторонах треугольника и угле между ними из треугольника с f b можно записать: СЬ е4 fb -2cf г Ь со (1 0 - qI ° сЬ ° /О,/; cf=/0 /; fb =/0,-0,/./0,!, тогда /0,/ =/0,/ /0,/ - 2!0,/ /й,/cod (180 - ф ; /0г/ =/0 / + /0 / +2/0 / /0 /с05 Р Из выражения sin q + cos q " 1, определяют sin (р Подставив (40) в (2), а (41) в (3), получают выражение для определения Р и II в амплитудной форме: о А/ 2/u,/ /.,/ (42) 2/0,/-/u< l " lu,/(IG,/ /й,/,/0,/ g 1250984 /U4/ ,1 с о lo 2 /1) /4- /U l . /Q,! г/U,! /u+ (43) г/0,/ lu 4/ " 0, ДДи„i -(lu,l |М iii,l à Определив Р и g можно записать и остальные производные от них параме,ры в амлитудной форме: alG Iu u I IQ I - о I -Й,! 11 юе aI / (а с " iu,I ЙЯц,7((й, -Уй, -, й,I ) uli,пЦ,У {44} (50) Подставив (49) в (13), а (50) в (14), получают выражение для определения р и 2t в амплитудной форме: So /é,/ + /u,/ - /é,/
p= Iso (51) 3 2/! й,l --!6 -/0,/ й,!! й, - Е/йг/ - й, - !й4/ ) 2/Й,//Î4/2 ! Й,! (!Й,l -/Й,/ -!u,l 2/О 004I2 дц (46), О 14!Г! !2/ /(/ъ/ / 4 1 35 ь У 2tu,//u4/ 0ю* — 4! О,l 4/Ь,! /О,l -(lu,/ -/Q,/ -/О,! j Для измерительной цепи по фиг. 3 согласно векторной диаграмме фиг. 4 и теореме о двух сторонах треугальЗО ника и угле между ними для треугольника (с) (Ь) можно записать: Ч (Ь) ° с) р +(с)(Ь2 -2(с) (с1(Ь) со (, (с} 2 =/1),-О,/=/1/,/, 35 <.)(ь) =/0,/; (Ь) = /04-(12/ /(15/) /tJg, «/04 4 /02/ - 2! 04//02/ СО5 В ° отсюда / +/ã !- !2 /„- / . 2/02/ /0 / /о,/ М,i Йг! -И,! 2/О,/ (52), /"З 02/ 1 o flu (в %я (Оsl -(lupi 0, -!01/ Определив P и g, записывают выРажениЯ ДлЯ 1 8, 68 » 3 и 8,. Ф / У" /u5,/ 4./ц /и !2(!11 !24/ц /2/ц /2) 2 Р- (- -,Iiu,i 1Ы,1 -!u,i I, "Ч Ю вЂ” . - — 4/u2/ /а,/ - /О4/ +/(!,/-!а /1 p=<- —,,(lu,l о, -iug ), 4 К .1 %„! u,I l u, I -l u,l ), Таким образом, параметры трехэлементных двухполюсников можно определить используя как амплитуднофазовые, так и фаэовые и амплитудные соотношения между сигналами, снимаемыми с измерительной цепи. При этом использование амплитудно-фазовых соотношений позволяет расширить. функциональные возможности, использование фазовых соотношений обеспечивает увеличение точности измерения, а при использовании амплитудных соотношений увеличивается точность в результате уменьшения структурной погрешности и расширяется частотный диапазон измерения вследствие исключения фазовых соотношений между сигналами, снимаемыми с измерительной цепи. Устройство по фиг, 5 работает следующим образом. В зависимости от выбранной схемы замещения по первому импульсу с генератора 14 тактовых импульсов включается один из режимов работы функционального генератора 6, питающего измерительную цепь 7, при этом обеспечивается или режим короткого замыкания при последовательно-параллельной схеме замещения н режим холостого хода при параллельно-последовательной схеме замещения трехэлементного двух1250984 5 О 5 полюсника. Напряжения с измерительной цепи 7 поступают в блок 8 предварительной обработки. По второму тактовому импульсу происходит переключение режима работы генератора 6 ° На вход измерительной цепи 7 поступает синусоидальнае напряжение. При этом напряжения с измерительной цепи 7 через блок 8 пред- варительной обработки и сигналы, полученные при обработке во время действия первого тактового импульса, поступают на вход блока 9 функционального преобразования, который в зависимости от способа преобразования (с использованием амплитудно-фазовых, фазовых или амплитудных соотношений между сигналами) выдает сигналы в тай или иной форме на вход АЦП 10. Блок 11 сопряжения производит перевод сигналов АЦП на язык микропроцессора 12, который производит математическую обработку сигналов по соответствующей программе и выдачу результата на цифровой индикатор 13, Сигналы с первого и второго информационных выходов блока предварительной обработки по фиг. 6 поступают через блоки 15.1 и t5.2 согласования на выходы блока предваритель-30 най обработки и одновременно на входы блока t6 деления. При поступлении на его управляемый вход первого тактового импульса происходит деление сигналов и результат заносится в блок 17 памяти. По второму тактовому импульсу блок деления не работает, сигнал с блока памяти поступает на второй выход блока предварительной обработки. Блок функционального преобразования по фиг. 7 работает следующим образам. На первый, второй и третий входы блока функцнональнога преобразования поступают соответственно сигналы 45 снимаемые с образцового элемента 1 через блок 15 согласования блока 8 предварительной обработки k-уровень, пропорциональный коэффициенту отношений элементов 1 и 3 иэ- 50 мерительной цепи 7, и сигнал О с измеряемого двухпалюсника (фиг. 2). Блок 18 умножения работает при воздействии второго тактового импульса на ега управляющем входе. Сигнал 0 пропорциональный произведению К (1, с выхода блока 18 умножения поступает на один из входов разностнай схемы 19, на второй вход которой поступает сигнал О . Разнастный сигнал 114 повернутый фаэовращателем 20 нг +7/2> и сам раэностный сигяал являют<.я опорными сигналами соответственна для первого и второго фаэочувствительных выпрямителей. На инфор- . мационные входы фазачувствительных выпрямителей поступает сигнал 0,, С выхода первого фаэочувствительнаго выпрямителя 21.1 на первый выход блока функционального преобразования поступает сигнал, величина которого пропорциональна U Cob ñ, а с выхода второго фазачувствительного выпрямителя на второй выход блока функционального преобразования — сигнал, пропорциональный 0, г, n(p. Одновременно с этим сигнал (14 выпрямляется амплитудным преобразователем 22 и поступает на третий выход блока функционального преобразования. Таким образом, на выходе блока 9 присутствуют в ана-логовой форме три сигнала, которые в дальнейшем преобразуются АЦП 10 в цифровой код и блоком 11 сопряжения переводятся в форму, удобную для ввода в микропроцессор 12. Сам микропроцессор 12 может выполнять согласно введенной программе ряд преобразований с целью получения необходимых результатов преобразований с выводом их на цифровой индикатор. Блок функционального преобразования по фиг. 8 работает следующим образом. По второму тактовому импульсу с выходов первого 18. 1 и второго 18.2 блоков умножения сигналы пропорциональны произведению 0 к и О К соответственно. Сигнал с выхода второга блока 18,2, умножения поступает на информационные входы обоих фазочувствительных выпрямителей. Опорные напряжения на фазочувствительные выпрямители и сигнал на вход амплитудного преобразователя, а также сигналы с выходов указанных блоков на вь ходы блока функционального преобразования поступают аналогично сигналам в блоке функционального преобразования па фиг. 7. Блок функционального преобразования па фиг. 9 работает следующим абваэом. 1250984 На первый, второй, третий и четвертый входы блока функционального преобразования поступают соответственно сигналы UI с образцового двухполюсника, к -уровень, пропор- 5 циональный отношению элементов 1 и 3 измерительной цепи 7, сигнал б < с измеряемого трехэлементного двухполюсника и напряжение питания 6„. Блок 18 умножения работает во время действия второго тактового импульса на его управляющем входе. С выхода блока умножения сигнал, пропорциональный произведению 0,К = "5 поступает на один из входов раз15 ностной схемы 19, на второй вход которой поступает сигнал 1), а с ее выхода результирующий сигнал 0 0 — 0 подается на информационф 3 20 ный вход второго фазовременного преобразователя 23.2. На информационный вход первого фазовременного преобразователя поступает сигнал 5„ а на опорные входы обоих фазовре25 менных преобразователей подается напряжение питания измерительной цепи 0„ . Сигналы с выходов первого и второго фазовременных преобразователей, пропорциональные фазовым сдвигам сигналов (1, и Ц относительно 0 „ поступают на первый и второй и 1 выходы блока функционального реобразования. В этом случае на выходахблока 9 функционального преобразования присутствуют сигналы, длитель- 35 ность которых пропорциональна фазовым сдвигам между исследуемыми напряжениями Q и р (фиг. 2). Эти сигIIBJlb1 проходят через АЦП 10, блок 11 сопряжения и микропро- 40 цессор 12 на цифровой индикатор 13. Как и в предыдущих устройствах, микропроцессор выполняет ряд преобразований согласно введенной программе, необходимых для получения эна- 45 чений f t f Ьр, 5g 5, t< . В начале происходит перевод значений g, p u p + p в значения э п и coS этих углов, затем для получения, к примеру, значения /3 необходи-50 мо в начале подать на входы блока 18 умножения значения sin и сакэ(1 р),, B результат — HB один из входов блока 16 деления, на другой его вход подается значение Ып(/ . 55 На выходе блока получают результат, пропорциональный значению /3 . Умножив его значение ос,(1+ k), получают само значение (5, а цифровой индикатор отображает его значение. В блоке функционального преобразования па фиг. 10 в качестве опорного сигнала первого фаэовременного преобразователя 23.1 используется вектор напряжения tJ< в качестве опорного сигнала второго фаэовременного преобразователя — вектор напряжения 0, а в качестве информационного сигнала — в обоих фазовременных преобра:.ователях вектор напряжения () . При этом на выходе первого фа2 эовременного преобразователя сигнал пропорционален сдвигу вектора напряжения 5 относительно вектора напряжения 9 (4) а на выходе второго — сдвигу фазы вектора напряжения 6 относительно вектора напряжения П,(Э). Эти же сигналы поступают на первый, второй выходы блока функционального преобразования соот ветственно, с которых поступают АЦП 10 и блок 11 сопряжения на микропроцессор 12. После обработки сигналов в микропроцессоре по заранее введенной программе необходимая информация выводится на цифровой индикатор. В блоке функционального преобразования по фиг. 11 блок 18 умножения также работает во время второго тактового импульса, при этом на его выходе формируется сигнал йэ = k Ц,, который поступает на один иэ входов разностной схемы 19>на второй вход которой подается сигнал 4, а на выходе формируется разностный сигнал 4„=аи -О Все сигналы, а именно U, О5. 1/4 и 1/ поступают на входы первого-четвертого амплитудных преобразователей соответственно, на выходах которых формируются постоянные уровни, пропорциональные входным сигналам и присутствующие одновременно на соответствующих выходах самого блока функционального преобразования. Далее этн сигналы АЦП 10 и блок 11 сопряжения поступают в микропроцессор 12. Согласно введенной программе микропроцессор выполняет ряд преобразований, позволяющих получить сигналы, пропорциональные по величине измеряемым параметрам трехэлемент-. ного двухполюснпка. К примеру, для определения необходимо / 0>/ и /6 / подать на входы блока 18 умном. ння с коэффициентом усиления 1250984 20 (5 При построении реальной векторной диаграммы распределения токов и напряжений в измерительной цени, необ2, а результат умножения — на один из входов блока 1б деления. 0дновременно на разностную схему 19.1 (лодаются два сигнала /О,!2 и !6 результат вычитания поступает на 5 один из входов второй схемы 19.2, на второй вход которой поступает сигнал/Oi /2. С выхода второй раэностной схе(ы сигнал поступает на один из входов блока 18 умножения, иа (О второй вход которого поступает сигнал ф,/, а результат умножения подается на другой вход блока деления, на выходе которого появится сигнал, пропорциональный ° Аналогично можно получить и другие параметры. В блоке фунционального преобразования по фиг. 12 на вход блока 18 умножения поступают сигналы с первого и второго входов блока функцио- 10 нального преобразования. В момент действия второго тактового импульса результат с выхода блока умножения U = 5, k поступает на один из входов первой раэностной схемы 19.1, на другой ее вход подается сигнал с третьего входа блока функционального преобразования U2 . С первой схемы 19.1 сигнал О и сигнал 62 поступают на вторую раэностную схе- 30 му 19.2, на выходе которой получают сигнал tlз, На входы первого, второго и третьего амплитудных греобраэователей 22.!, 22.2, 23.3 поступают сооТВеТсТВеНН0 сигналы 14, 0 5 и Огг 35 а преобразованные преобразователями в постоянные уровни — соответственно на первый, второй и третий выходы блока функционального преобразования. С выходов блока 9 функционального преобразования сигналы подаются через АЦП 10 и 11 сопряжения на микропроцессор 12, выполняющий определенные программой операции. Результаты преобразований отражаются цифровым индикатором 13. See это справедливо при условии, что входное сопротивление блоков согласования, подключаемых к измерительной цепи, бесконечно большое и носит чисто активный характер в режиме заданных напряжений или бесконечно малое в режиме заданного тока. хадимо не только не учитывать влияние входного сопротивления блоков согласования на результат измерений, но и устранить это влияние. Это возможно при поочередном подключении блока согласования к измеряемому трехэлементному и образцовому двухполюснику. Из анализа векторных диаграмм фиг. 13 о, 8, 14 а о видно, что при поочередном подключении одного и того же блока согласования к образцовому элементу ос и исследуемому токи через К, - 1((в первом случае и через первый активный параметр (((— 1г во втором случае, равны как токи одной последовательной ветви, т.е. можно записать: ((22 /О,/ М о /" г 2z г если взять отношение токов, I «, получают /u,f р„к„ /О,/ с /О,/ /Й,//u / /0,//Б / тогда, и I(„ гг l(« I„2 т.е. ток I((= Iгг доказав, что токи г(, и 12 Равны по величине и направлению, строят совмещенную векторную диаграмму распределения токов и напряжений при поочередном подключении блока согласования к образцовому и исследуемому двухполюсникам (фиг. 15) и определяют параметры исследуемого трехэлементного двухполюсника. При определении величины первого активного параметра, как и во всех предыдущих случаях для такой схемы замещения, необходимо в измерительной цепи создать режим короткого замыкания в параллельной цепи. В этом режиме блок согласования, вернее его входное сопротивление, вначале подключается к образцовому двухполюсни-! ку и сигнал, снимаемый с него 1((необходимо запомнить. Затем, переключив блок согласования к исследуемому трехэлементному двухполюснику который в данный момент является параметром а6, снимается сигнал Ь г и одновременно делится на сигнал хранимый в памыти: 22 1250984 tJ,,ь М=: ) и, о т.е. с(К ю . При делении сигналов влияние вход- g ного сопротивления блока согласования на результат определения k исключается. При подаче на нход измерительной цепи сииусоидального воздействия 10 сигналы с образцового и измеряемого двухполюсников снимаются поочередно через один блок согласования, Сигнал 0 снимаемый с обраэцово9 15 го элемента, запоминается. Переключив блок согласования к исследуемому двухполюснику, получают сигнал lj . Таким образом, получают три сигнала 5,, 0 . g -= Г! к Ь „оперируя которыми получают выражения для определения P, f, hp, hg, g и аналогичные выражениям (2) — (8), однако из результата, но всех случаях исключено влияние входного сопро15 тивления блока согласования. При подаче тактовых импульсон ключи блока упранления (фиг. 17} замыкаются, годключая к информационному входу блока 8 предварительной обработкк сигналов соответстнуюиее напряжение с измерительной целя 7. Функцией дополнительного блока памяти по фкг, 18 является как запоминание, так и воспроизведение записанного вектора напряжения по импуль-35 сам с генератора тактоных кмпульсон. К примеру, по первому тактоному импульсу через блок 15 согласования 1 проходит сигнал 0, в блок памяти 17.2, другие блоки по первому, импульсу не работают„ по второму тактовому импульсу через блок 15 согласования проходит сигнал
Т I проходит сигнал ьь к опять записываf ется н блок 17.2 памяти. По четвертому тактовому импульсу через блок 15 согласования проходит на выход блока предварительной обработки сигналов U „с выхода блока 17 ° 1 памяти — сигнал К с выхода блока 17..1 .памяти — сигнал (1 Дальнейшая обработка сигналов производится аналогичными блоками функциональной обработки сигналон, АЦП, блоком сопряжения, микропроцес". ором и цифровым индикатором. Таким образом, достигается расширение функциональных возможностей . У так как измеряются параметры трех=.лементных двухполюсников., a также поньппенке точности измерения в результате исключения влияния на результаты кзмерения входного сопротивления блоков согласования. 1250984 1250984 Щие Ю! 250984 1250984 )250984 Щиг 15 1250984 Сос тавит ель H. Михалев Редактор Л.Пчелинская Texpep; Jj. Сердюкова Корректор Е.Сирохман Тираж 728 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5 Заказ 4405141 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
