Устройство для измерения сдвига фаз между двумя напряжениями

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем расширения диапазона измеряемых сдвигов фаз при повьшении точности измерения и автоматизации процесса измерения. Поставленная цель достигается за счет введения в устройство регулятора сигнала по фазе, компенсирующего сдвиги на входе измерительно

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (58 4 G 01 R 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

1 gВ 9

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЫКЬ.л

И АВТОРСКОМУ СвйДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3899226/24-21 (22) 23.05.85 (46) 23.10.86. Бюл..У 39 (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) В.П. Бабак и А.И. Ванюрихин (53) 621.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 226026, кл. G 01 К 25/00, 1967.

Авторское свидетельство СССР

У 1030743, кл. G 01 R 25/00, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА

ФАЗ МЕЖДУ ДВУМЯ НАПРЯЖЕНИЯМИ (5Z) Изобретение относится к электроизмерительной технике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем расширения диапазона измеряемых сдвигов фаз при повышении точности измерения и автоматизации процесса измерения, Поставленная цель достигает я за счет введения в устройство регулятора сигнала по фазе, компенсирующего сдвиги на входе измерительно1265646

ro моста и измеряющего сигнал раэба- частоты, элемент И 19, регистр .20 и ланса на его выходе. Устройство со цифровой счетный блок 2 1. Устройство держит металлические подогреваемые обладает высокой чувствительностью, резисторы 1 и 2 с косвенным подогре- производит измерение сдвигов фаз во вом, резисторы 3-8, источник 9 пита- всем диапазоне измерения с высокой триггер 10 формирователь сину- точностью за счет высокой точности соидального сигнала, переключатели задания фазового сдвига и использог

В

1 -14, умножитель 15 частоты, по- вания нагревателей с малой остаточ- роговый элемент 16, делители 1?.и 18 ной реактивностью.. 1 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной техникеи может быть использовано для измерения сдвигов фаз двух переменных напряжений.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, заключаюЩееся в расширении диапазона измеряемых сдвигов фаз при повышении точности измерения и автоматизации измерений, что достигается за 10 счет введения в устройство регулятора сигнала по фазе, компенсирующего фазовые сдвиги на входе измерительного моста и измеряющего сигнал разбаланса на его же входе.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит металлические подогреваемые резисторы 1 и 2. с косвеиньнч подогревом, резисторы 3 — 8 (с первого по шестой соответственно), источник 9 питания, триггер 10, формирователь 11 синусоидального сигнала, переключатели 12-14, умножитель

15 частоты и пороговый блок 16, де- 25 лители 17 и 18 частоты, элемейт И 19, регистр 20 и цифровой отсчетный блок 2 1. Чувствительные элементы металлических подогреваемых резисторов

1 и 2 и резисторы 7 и 8 образуют измерительный мост.

Источник 9 постоянного тока напряженйем 0» включен в диагональ моста, а в измерительную диагональ этого моста включены входы порогового блока З5, 16. Сопротивления резисторов 3-8 и нагревателей подогреваемых резисторов 1 и 2 равны между собой т.е, б В p R c

Входы автоматического переключателя 12 являются входами устройства, а выход подключен к входу умножителя

15 частоты, одному из выводов нагревателя металлического подогреваемого резистора 1 и одному из выводов резисторов 3 и 6 одновременно. Другой вывод нагревателя металлического подогреваемого резистора 1 связан с другим выводом резистора 3 и одним из выводов резистора 4 одновременно.

Другой вывод резистора 4 соединен с одним из выводов резистора 5 и выходом формирователя 11 синусоидальных сигналов одновременно., а вывод резистора 5 связан с другим выводом резистора 6 и одним из выводов нагревателя металлического подогреваемого резистора 2 однорвеменно, второй вывод которого подключен к общей точке.

Один из входов триггера 10 является управляющим входом устройства.

Второй вход. триггера 10 соединен с выходом порогового блока 16, одним из входов элемента И 19 и входом переключателя 13 одновременно, причем выходы переключателя 13 подключены к управляющим входам делителей 17 и

18 частоты. Выход триггера 10 подключен к управляющим входам переключателей 12 — 14 и второму входу элемента И 19 одновременно. Третий вход элемента И 19 соединен с выходом заполнения одного иэ делителей частоты, например 18. Выход, элемента И 19 подключен к управляющему входу регистра 20, входы которого соединены с выходами второго делителя частоты, например 1.7, а выходы

1265646 4 связаны с входами цифрового отсчетного блока 21. Выходы делителей 17 и 18 частоты через переключатель 14 соединены с входом формирователя синусоидального сигнала. 5

Схема работает следующим образом.

Если исследуемые напряжения

U, (t) Ug: sin (nt + ср,) и U (t)

U sдп (Q t + ) отсутствуют, мост г 2 сбалансирован. При подключении ис- 1О следуемых напряжений, с учетом того, что внутреннее сопротивление источника R 0, по нагревателю подогреваемого резистора 1 с сопротивлением

R = R протекает геометрическая 15 чр (векторная) разность токов У,/4-7 /4, а по наг ревателю подогреваемого резистора 2 с сопротивлением К = R— геометрическая сумма токов I,/4+I /4.

Мост находится в равновесии при . N условии выполнения баланса мощностей, выделяемых нагревателями металлических подогреваемых резисторов Р = Рс илй д д,z, q ы ()г+() сов R

4 4 8 ()г+(-)г+ — cosg

Тс о 4 о

4 4 8

После упрощения этого выражения ,I I cos q — 0 или P + 90

Таким образом, мост находится в равновесии, когда сдвиг фаз между сигналами, поступающими на мост, равен 90 35

Процесс измерения происходит следующим образом.

:По команде "Начало измерения" триггер 10 устанавливается в положение "1" и все переключатели 12-14 4О устанавливаются в верхнее положение, как изображено на чертеже. Входное напряжение U>(t) через переключатель

12 поступает на вход умножителя 15 частоты и цепь нагревателей метахцп - 45 ческих подогреваемых резисторов 1 и

2 моста в точке соединения резисторов

3 и 6 и нагревателя металлического подогреваемого резистора 1. При этом опорный сигнал с выхода формирователя 11 синусоидального сигнала поступает на цепь нагревателей .металлических подогреваемых резисторов 1 и

2 моста в точке соединения резисторов 4 и 5. 55

Умножитель 15 частоты используется для обеспечения автоматической настройки частоты опорного сигнала

\ на частоту входных сигналов, что позволяет устройству работать в диапазоне частот. Коэффициент умножения умножителя 15 частоты выбирается равным коэффициенту деления частоты м ф

На вход формирователя 11 синусоидального сигнала подаются выходные напряжения автоматических дискретных фазовращателей (в описываемом полоенин с делителя 17 частоты), пред-.— ставляющих собой делители частоты (кольцевые пересчетные схемы) . Коэффициент деления делителей 17 и 18 частоты

tl выбирается равным К =360 ° 10, где ив число из ряда О, 1, 2, 3,..., в зависимости от требуемой дискретности изменения уравновешивающего сдвига фаз.

При необходимости получения дискретности в 0,1 и = 2 (К = 3600).

Измерение угла сдвига фаз входных напряжений достигается путем

его уравновешивания сдвигом фаэ между выходными напряжениямч делителей 17 и 18 частоты. Сдвиг фаз выходных напряжений делитепей 17 и

18 частоты осуществляющих деление частоты выходного сигнала умножителя 15 частоты может быть установлен

Э о в пределах Π†360 с дискретностью

10 град изменением временного положения момента заполнения одного делителя частоты по отношению к другому.

Уравновешивание происходит следующим образом.

Если сдвиг фаз между исследуемым о напряжением и опорным не равен 90 мост разбалансирован и на выходе порогового блока 16 устанавливается сигнал разбаланса, запрещающий прохождение четных или нечетных импульсов на делитель частоты. Сигнал разбаланса на выходе порогового блока 16 будет до тех пор, пока сдвиг фаз между исследуемыми опорными напряжениями станет равным 90 . Тогда мост сбалансирован и сигнал на выходе порогового блока,16 отсутст вует (нулевое положение). В этот момент триггер 10 переходит в положение "0". Это приводит к переключению всех автоматических переключателей 12-14 в нижнее положение и описанный процесс уравновешивания происходит для сигнала Ug(t) и сигнала с выхода делителя. 18 частоты.

По окончании процесса уравновешивания результирующий код, соот5 ветствующий измеряемому фазовому сдвигу, считывается с одного из делителей частоты, например 17, при полном заполнении другого. Индикатором заполнения делителя частоты, например 18, служит эЛемент И 19.

При достижении уравновешивания по обоим сигналам сигнал разбаланса на выходе порогового блока 16 отсутствует, а триггер устанавливается в ну- 10 левое положение и при полном заполнении делителя 18 частоты на выходе элемента И 19 появляется импульс, который, подается на регистр 20, осуществляя перепись в регистр кода, установленного в положения триггеров делителя 17 частоты. Этот код дешиф.руется и регистрируется цифровым отсчетным блоком 21, показания которого соответствуют значению иэмеряе- 20 мого сдвига фаз.в градусах.

Устройство позволяет проводить измерение сдвига фаз между двумя напря-. жениями в широком частотном диапазоне, так как нагреватели имеют малую д5 остаточную реактивность, кроме того имеет высокую чувствительность и позволяет проводить измерение сдвигов фаз во всем диапазоне их изменения с высокой точностью за счет высокой

30 точности задания фазового сдвига дискретными фазовращателями.

12656

Формула изобретения

Устройство для измерения сдвига фаз между двумя напряжения, содержащее идентичные металлические подогре.. ваемые резисторы, чувствитаельные элементы которых включены в два смежных

40 плеча моста, в другие плечи которого включены резисторы с равными сопротивлениями, источник питания., включенный в диагональ моста, а также четыре резистора, сопротивления которых равны сопротивлениям нагревателей

45 подогреваемых резисторов, при этом один из выводов нагревателя первого. подогреваемого резистора соединен с одним из источников сигнала и одним из выводов четвертого и первого ре50 зисторов, другой вывод которого сое46 d динен с одним из выводов второго резистора, соединенного вторым выводом с другим источником сигнала и одним из выводов третьего резистора,. другой вывод которого соединен с дру— гим выводом четвертого резистора и одним из выводов нагревателя второго подогреваемого резистора, второй вывод которого соединен с общей точкой источников сигнала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены пороговый блок, три переключателя, умножитель частоты, формирователь синусоидального сигнала, два делителя частоты, элемент И, регистр, цифровой отсчетный блок и триггер, выход которого связан с управляющими входами всех переключателей и с первым входом элемента И, один из входов триггера является управляющим входом устройства, а другой вход триггера соединен с выходом порогового блока, вторым входом элемента И и информационным входом вто,рого переключателя, выходы которого подключены к управляющим входам.делителей частоты, причем входы порогового блока включены в измерительную диагональ моста, первый и второй входы первого переключателя являются входами устройства, а выход соединен с первым выводом нагревателя первого подогреваемого резистора, с первым выводом четвертого и первого резисторов и Входом умножителя частоты, выход умножителя соединен с входами делителей частоты, выходы которых через третий переключатель соединены с входом формирователя синусоидальных сигналов, выход которого соединен с общим выводом второго и третьего резисторов, при этом выход заполнения первого из,делителя: частоты связан с третьим входом элемента И, а выходы второго делителя частоты соеди- нены с входами регистра, выходы которого подключены к входам цифрового отсчетного блока, причемавыход элемента И соединен с тактирующим входом регистра.

Подписное

BHHHIIR Заааа 5657/10 Тиааа 728

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгороф, ул. Проектная, 4