Способ определения параметров комплексных двухполюсников и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и служит для повьшения точности определения параметров комплексных двухполюсников. Устройство,реализующее способ, содержит неуравновешенный мост, ветви которого включают исследуемый двухполюсник 1,переключатель 2.1, образцовый двухпоЛосник 3 и вольтметр 4, а также образцовые двухполюсники 5 и 6, переключатель 2.2. Кроме того, устройство содержит генератор 7 синусоидального напряжения и фазометр 10. Введение амперметра 8, преобразователя 9 ток-напряжение и образование новых функциональных связей исключают влияние на результат измерения ненулевых значений внутренних сопротивлений генератора 7 синусоидального напряжения, амперметра 8, преобразователя 9 ток-напряжение и конечного значения сопротивлений вольтметра. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. сл

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ()9) (П) А1 (5)) 4 GOI R 17/10

ВСР ж;(q g

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ВНв к ) - г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4104762/24-21 (22) 11. 08. 86 (46) 30.01.88. Бюл. М 4 (71) Пензенский сельскохозяйственный институт (72) А.Ф.Прокунцев, P.М.Юмаев и В.М.Хорьков (53) 621.317.733 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 808945, кл. С 01 R 17/10, 1977.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1198434, кл. G 01 R 17/10, 1983. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

КОМПЛЕКСНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и служит для повышения точности определения параметров комплексных двухполюсников.

Устройство,реализующее способ, содержит неуравновешенный мост, ветви которого включают исследуемый двухполюсник 1,переключатель 2.1, образцовый двухпол)осник 3 и вольтметр 4, а также образцовые двухполюсники 5 и 6, переключатель 2.2. Кроме того, устройство содержит генератор 7 синусоидального напряжения и фазометр

10. Введение амперметра 8, преобразователя 9 ток-напряжение и образование новых функциональных связей исключают влияние на результат измерения ненулевых значений внутренних сопротивлений генератора 7 синусоидального напряжения, амперметра 8, преобразователя 9 ток-напряжение и конечного значения сопротивлений вольтметра.

2 с.п. ф-лы, 3 ил.

137057

Изобретение относится к электроиэмерительной технике, а именно к измерению параметров комплексных двухполюсников

Цель изобретения — повышение точности определения параметров комплек-. сных двухполюсников за счет исключения влияния на результат измерения ненулевых значений внутренних сопро- 10 тивлений генератора сигнала, амперметра, преобразователя ток-напряжение и конечного значения сопротивления вольтметра.

На фиг. 1 изображена структурная 1 схема устройства, реализующего способ измерения; на фиг. 2 и 3 — эквивалентные схемы устройства в первом и втором тактах измерения соответственно ° 20

Устройство реализукицее способ измерения, содержит неуравновешенный мост, одна иэ ветвей которого состоит

;из последовательно соединенных исследуемого двухполюсника 1 Z „ ($„ ), 25 переключателя 2.1 и образцового двухйолюсника 3 (R,), а также вольтметра

4, вторая ветвь неуравновешенного моста состоит из последовательно соединенных образцового двухполюсника 30

5 (К,}, переключателя 2.2 и образцового двухполюсника 6 (R ), последовательно соединенные генератор 7 синусоидального напряжения, амперметр

8, преобразователь 9 ток — напряжение и фазометр 10.

На фиг. 2 и 3 приняты следующие обозначения: внутреннее сопротивление 11 вольтметра 4 (Е, ), внутренI R, 0i

+Z„+R,)

+ Х,,(Е„+

Iio (Z>

+ IsoÅ÷

Ro К1) «I R =0;

Х К + Х (К, + К + Е„ + Е + Е„) Е. — io R1

I„Zx 0t

+ Е „+ а„+ ZA + Е„) m E. (2) Так как направления обхода контурных токов Х, и I не совладают, то в первом и третьем уравнениях появляется знак минус.

Во втором такте измерения контакты переключателей находятся в

Х„ (Е„ + „ + К,) + Х,Zy

Х„Zy + Х„(Е„+ Ro + R )

-Х„Е„+ «Х„К, + Х„(К, 7 2 нее сопротивление 12 генератора 7 (Z ), внутреннее сопротивление 13 амперметра 8 (Z„), внутреннее сопротивление 14 преобразователя 9 ток-напряжение (Е„).

Процесс измерения осуществляется эа два такта.

Ф

В первом такте измерения контакты переключателей 2.1, 2.2 находятся в положении Х. Измеряют напряжение в измерительной диагонали Цс 4 и ток

О 0

Х в диагонали питания. Для того, чтобы измерить комплексные напряжения и ток, в устройстве используются вольтметр 4 и амперметр 8 для измерения модулей Пс,1 и Х, а также преобразователь 9 ток — напряжение с фаэометром .10 для измерения фазового сдвига (g,) Ц,1 относительно

Е, . Преобразователь 9 ток - напряжение (в качестве которого может быть использован обычный трансформатор тока, у которого сопротивление первичной обмотки Zä = О), предназначен для формирования выходного напряжения пропорционального и синфаэного с током в диагонали питания.

Как видно иэ эквивалентной .схемы на фиг. 2, устройство содержит три независимых контура. Выберем произвольно положительные направления обхода контуров и будем считать эти направления тают положительными направлениями кОнтУРных тОков Х 1О у го р о °

Составим систему линейных уравнений для каждого из контуров: положении П . Измеряют Ц

Хэ Чг ° «

Согласно эквивалентной схеме на фиг. 3, система уравнений для конруров имеет вид:

ХМ Rg 09

1. з

1370577 4

Решая две системы линейных урав- в диагонали питания в первом и втонений (1) и (2) и используя отноше- ром тактах измерения, полуния напряжений небалансов к токам чим.

Zy(R Ro 2 x — c,d

Iso (3) Z — 1 (Z Zy + R ) (Zv z) Zv

1 (Zx Ro

c,d, - Ъ|

I (4) Z (Zy 2у + R>) (Zy + R + R<) Zy

Из (3) и (4) выражение для Zy èìååò (R0 + Rã) (Z „+

Z — Z R1) 2 (Ro + Rz+ Zx+ Re) (s) 2т (2»+ Ri) (о R ) (6) Zy (2 R> R Rz) 2г(2 к q Rz

Приравняв уравнения (5), (6) и разрешив их относительно Z „ получим: напряжения: питания, так как Z, и

Zz представляют собой отношения напряжений и токов.

ZZ,R,+ZR (7) ZХ R1

ZR +ZR

- со 1о

U — Эо

U <о о — — — --(cos (p, + j sin q, Iso

) = Z, (cos ср, + jsin ср, ); (8) U

-с d, "с,d, — (cos cpz + j sin z) = 2 z (cos Lf + jsin pz); (9) 40 (9), имеем:

Подставив в (7) выражения (8) и

R-jx RzZ (cosg, + jsinp ) + Z (созЧг+ jsin fz)

Z,R (созср, + jsinCp,) + Z (cosVz + 3s nV,) (10) Проведем преобразования, освобождаясь от иррациональности в знаменателе и группируя отдельные члены выRo R (Z< + Zz ) + 2 Ztcos (4z Р ) (Ro + Rz ) Z 1 Ко + 2 z Rz + 22(Z R Rccos (cpz

R, Z,Zz sin (Ч, - q, ) (R — R, ). (12) 2, К, + 2 К + 22,2 КК соз (,-4,) причем Ro Ф Rz

Как видно из уравнения (7), резуль-ЗО тат измерения Z не зависит от

«Z» Z ; g, Z „ и нестабильности

Для получения информации о параметрах Z „, например для последовательной емкости схемы замещения двухполюсника, выделим вещественные части напряжений небалансов относительно токов в каждом из тактов измерения .

1 ражения (10), получим уравнение для определения параметров комплексных двухполюсников:

1370577 б и (12)можно переписать:

Обоэначив ——

= К, выражения (11) 1 (Z, + Z, ) К + Е,Е,cos (у,- Ч,) (1 + К ) (13) + Zz K+ 2Е Zã К сов (Pг 4) R<

Z< Zzsin (Cf z — Ц< ) (1 — К )

Я+ Z . K + 2Z,Z К сов (gz — СР<) (14) запишем следукицие соотношения:

1 (R-1х) . R X

= — — —.- -- = j — — + — — — = g + jb

R (-jх) RX RX

1 < х (15) откуда

Р, а+1b

R< g+jb

4 к

R, (16) R, 6+ jb (Z,R,cos÷, + Е2К2совЧ.) + 1 (Z R, + Е КАв1пч*) (К,Е< сов<.1<, + R,Z,cosy,) + 3 (R Z sin<4 + Ro,Zzsin(4) R«Rz(Z + Е ) + Е

При условии что R<, = KR получим:

К (Z< + Е) + ЕЕ (1+К) cos (9z — с ) 6

g< (20) Z К + Е + 2Z,Z, К cos (<р,— P, ) Z, Zz s in (gz — <Р<) (K

Z, К + Е, + 2Z, ZzK сов (9z -<Р<) (21) 50

При параллельной схеме замещения

Проведем преобразования аналогичные вышеизложенным, а именно освободимся от иррациональности в знамеПри индуктивном характере двухполюсника уравнения преобразования идентичны с той лишь разницей, что в уравнениях (12),(14) знак "-" отсутствует, а в уравнениях (19), (21) знак "-" перед дробью присутствует.

Таким образом, предлагаемый способ и измерительное устройство для

20 С учетом (30) выражение (21) перепишем в следукицем виде: нателе и сгруппируем отдельные члены, тогда получим окончательные выражеЗ0 ния для определения параметров: его осуществления позволяют повысить точность определения параметров комплексных двухполюсников за счет исключения влияния на результат измерения ненулевых значений внутренних сопротивлений генератора сигнала, амперметра, преобразователя ток — напря< жение и конечного значения сопротивления вольтметра.

370577

К (Е 22 ) К+ Е 22 соз (Ч.-М) (1+ К ) 7

2, + 2 К + 2Е,Е К соз (Cf М()

R, — к) 2 ((g - q, ) (1

+ Ег К + 22(ЕгK

cos (cP — (Р, ) формулам

К (Z(+ Z ) + Z,Å (1 + K ) соя (С/ — Cp,) Б

К + Е + 22,Е К соз (Ц>, Ч ) Е (2 81П. (С/2 (р> ) (К вЂ” 1) Z К +Z +2ZZÊ соз (Ча — Ч,) где следуемый двухпол((>сник соответственно;

К = R,/К

Со(> о

Z1 зо

Uc,(1, R,Х,g,Ь

z„

4(R, 50

7 1

На основе предлагаемого изобретения могут быть разработаны высокоточные измерительные устройства дяя систем контроля и измерения физических величин с помощью параметрических датчиков, как высокоомных, так и низкоомньм °

Формула изобретения

1. Способ определения параметров комплексных двухполюсников с помощью неуравновешенного моста, заключающийся в том, что измеряют действующее значение напряжения небаланса до и после коммутации образцового и а параметры параллельной схемы замещения двухполюсника определяют по при индуктивном или емкостном характере сопротивления двухполюсника; измеряемые активное и реактивное сопротивления и активная и реактивная проводимости соответственно; сопротивление образцового двухполюсника, расположенного в ветви, не содержащей исследуемый двухполюсник, и имеющего с ним общую вершину соединения; сопротивления образцовых двухполюсников, расположенные в ветви, не содержащей, и в ветви, содержащей исисследуемого двухполюсников, о т л ич а ю шийся тем,что, с целью повьппения точности определения параметров измеряют действующее значение тока в диагонали питания, измеряют фазовый сдвиг напряжения небаланса относительно тока, измеряют действующее значение тока и фазовый сдвиг

1р напряжения небаланса относительно тока после взаимной коммутации образцового и исследуемого двухполюсников, расположенных в разных ветвях моста, а параметры последовательной схемы

15 замещения двухполюсника определяют по формулам

45 U d,,U d — действующие значения оо » напр яже ний не б ала нсов до и после коммутации соответственно;

Хщ, I „ — дейстсующие значения токов до и после коммутации;

Ч, Юо — фазовые сдвиги напряжений небалансов относительно токов до и после коммутации соответственно.

2. Устройство для осуществления способа определения параметров компС, д

Составитель В.Семенчук

Техред A.Кравчук Корректор О.Кундрик

Редактор И.Рыбченко

Заказ 415/45

Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.ужгород, ул.Проектная, 4

9. 1370577 10 лексных двухполюсников содержащее т тактом первого переключателя, о т— генератор синусоидального напряжения, л и ч а ю щ е е о я тем, что, с первый зажим которого соединен с целью повышения точности определения первым зажимом первого образцового параметров, в него введены амперметр, двухполюсника, расположенного в пер- преобразователь ток — напряжение, 5 вой ветви, и с первой вершиной диаго- причем второй зажим генератора синунали питания неуравновешенного мос- соидаль ного напряжения через послета, при этом первый зажим второго довательно соединенные амперметр, образцового двухполюсника, однород- 10 преобразователь ток — напряжение соного первому, соединен с первой вер- единен с второй вершиной диагонали шиной измерительной диагонали неурав- питания неуравновешенного моста и с новешенного моста и с общей шиной, вторым зажимом третьего образцового первый зажим третьего образцового двухполюсника, подвижные контакты двухполюсника, расположенного во вто- 1r первого и второго переключателей сорой ветви моста, соединен с второй ответственно соединены с вершинами вершиной измерительной диагонали, измерительной диагонали неуравновепервым входом фазометра и первым шенного моста, нри этом второй конвходом вольтметра, второй вХод кото- такт первого переключателя соединен рого соединен с общей шиной, два пе- 2g с вторым зажимом первого двухполюсниреключателя, первый контакт первого ка, второй зажим для подключения испереключателя соединен с первым эа- следуемого двухполюсника соединен с жимом для подключения исследуемого первой вершиной диагонали питания двухполюсника и с первым контактом неуравновешенного моста, второй вход второго переключателя, второй кон- 2В фазометра соединен с выходом преобтакт которого соединен с вторым кон- разователя ток — напряжение.