Способ определения параметров комплексных двухполюсников и устройство для его осуществления

 

Изобретение служит для повьшения точности определения параметров комплексных двухполюсников. Устройство , реализующее способ, содержит пятиплечий мост, включающий образцовые двухполюсники 1, 3, 5 и 7, вольтметр 4, генератор 8 синусоидального напряжения . Дпя осуществления процесса измерения параметров комплексных двухполюсников за три такта в устройство введены переключатели (П) 2.1, 2.2 и 2.3, амперметр 9, преобразователь 10 ток - напряжение и фазометр П. В процессе каждого такта измеряют напряжение в измерительной диагонали, ток в диагонали питания с помощью вольтметра 4 и амперметра 3 и фазовый сдвиг между ними с помощью преобразователя 10 ток - напряжение и фазометра 1J. При этом в первом такте измерения все П 2.1 - 2.3 находятся в положении I, во втором такте П 2.1 и 2.2 - в положении II, а П 2.3 - в положении I. В третьем такте все П 2.1 - 2.3 находятся в положении II. Использование предпожения исключает погрешности конечного значения входного импеданса вольтметра 4 при работе с выcoкooмны ш датчиками. Кроме того, исключается погрешность от ненулевого значения внутреннего сопротивления генератора гармонического сигнала при работе с низкоомными датчиками . 2 с.п. ф-лы, 4 ил. U (Л 00 -ч1 сд

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU „„)I 377752 дд 4 G 01 R 17/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2!) 4127059/24-21 (22) 25.06.86 (46) 29.02.88. Бюл. Р 8 (71) Пензенский сельскохозяйственный институт (72) А. Ф. Прокунцев и P. М. !Омаев (53) 62!.317.733(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 1198434, кл. G 01 R 17/10, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1205033, кл. G 01 R 17/10, 1984. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

КОМПЛЕКСНЫХ ДВУХЛОЛЮСНИКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение служит для повышения точности определения параметров комплексных двухполюсников. Устройство, реализующее способ, содержит пятиплечий мост, включающий образцовые двухполюсники 1, 3, 5 и .7, вольтметр 4, генератор 8 синусоидального напряжения. Для осуществления процесса измерения параметров комплексных двухполюсников эа три такта в устройство введены переключатели (П) 2.1, 2.2 и 2.3, амперметр 9, преобразователь 10 ток - напряжение и фазометр 11. В процессе каждого такта измеряют налряжение в измери" тельной диагонали, ток в диагонали питания с помощью вольтметра 4 и амперметра 3 и фазовый сдвиг между ними с помощью преобразователя 10 ток - напряжение и фазометра 1l. При этом в первом такте измерения все П 2.1 - 2.3 находятся в положении I, во втором такте П 2.1 и 2.2 - в положении II а П 2.3 - в положении

В третьем такте все П 2.1 - 2.3 находятся в положении II. Использование предложения исключает погрешности конечного значения входного импеданса вольтметра 4 при работе с высокоомными датчиками. Кроме того, исключается погрешность от ненулевого значения внутреннего сопротивления генератора гармонического сигнала при работе с низкоомными датчиками. 2 с.п. ф"лы. 4 ил.

1377752 1 ® 1+В о+Е „) +Т aZ ч-Т зло=О;

I.Z +I (Е „+К,+Е„-)Х.)+1,(Е,-1Х.) =О;

-I,R +Х (Е -)Х,)+I (К +Е „-)Х +Z „+Z,+Z,) = Е.

Так как направления обхода контурных токов I, и I не совпадают, то в первом и третьем уравнениях появляется знак

Во втором такте измерения контак- 55 ты переключателей 2.1 и 2.2 переводятся в положение II, a контакт пе" реключателя 2.3 остается в положе" нии I измеряют напряжение в измеИзобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к измерениям параметров комплексных двухполюсников.

Цель изобретения - повышение точ" ности определения параметров комплексных двухполюсников за счет исключения погрешности от конечного значения входного импеданса вольтметра при работе с высокоомными датчиками и за счет исключения погрешности от ненулевого значения внутреннего со" противления генератора гармонического сигнала при работе с низкоомными датчиками.

На фиг. 1 схематически изображено устройство для реализации способа определения параметров комплексных двухполюсников; на фиг. 2 - 4 - эквивалентные схемы устройства в 1-ом, 2"ом и 3-ем тактах измерения соот" ветственно.

Устройство для реализации спасо" ба определения содержит пятиплечий мост, в одну из ветвей которого входит образцовый двухполюсник 1 (К „), переключатели 2.1, 2.2 и 2.3, один из 98ЕНМоВ образцового двухполюсника

1 через первый контакт переключателя

2.1 соединен с однородным образцовым двухполюсником 3 (R ), вольтметр 4, один из зажимов которого соединен с образцовым двухполюсником 5 (R ), однородным двухполюснику 3 (Е ) и с зажимом исследуемого двухполюсника 6 t Z „(Y „)), другой зажим которого через контакт переключателя

2.2 соединен с первым зажимом образцового двухполюсника 7 (Х о), после" довательно соединенные генератор 8 синусоидального напряжения, ампер,метр 9, преобразователь 10 ток " напряжение и фазометр 11, при этам один из выходов преобразователя 10

45 через контакты переключателя 2.3 соединен с вторым зажимом образцового двухполюсника 7, На фиг. 2 - 4 приняты следующие обозначения: внутреннее сопротивление 12 (Z„) вольтметра 4, внутренее сопротивление 13 (Z ) генератора 8, внутреннее сопротивление 14 (Z „) амперМетра 9 и внутреннее сопротивление 15 (Z „) преобразователя 10 токнапряжение.

Процесс измерения параметров комплексных двухполюсников осуществляется за три такта. Расчеты осуществимы для комплексного двухполюсника, имеющего, например, емкостный характер сопротивления, и, соответственно, для емкостного образцового двухполюсника 7.

В первом такте измерения контакты переключателей 2.1 - 2.3 находят" ся в положении I - измеряют напряжение в измерительной диагонали Б д и ток Iq в диагонали питания. Модули

U, < и I > измеряют вольтметром 4 и

1 амперметром 9, а фазовый сдвиг (Ч,)0 относительно I — с помощью преобразователя 10 ток — напряжение и фазометра 11, В качестве преобразователя ток - напряжение может быть использован трансформатор тока, на выходе которого формируется напряжение, пропорциональное и синфазное току.

Как видно из эквивалентной схе" мы на фиг. 2, устройство содержит три независимых контура. Выберем произвольно положительные направления обхода контуров и будем считать эти направления также положительными направлениями контурных токов I„ I, I ..

Составим систему линейных уравнений для каждого иэ контуров в комплексной форме:

1 рительной диагонали U z и ток I I с 4 — Зо в диагонали питания с помощью вольтметра 4 и амперметра 9 и фазовый сдвиг между ними с помощью фазометра 11.

Согласно эквивалентной схеме на фиг, 3 система уравнений для контуров будет иметь следующий вид:

1377752

I „(В. „+Ro+Z „)+т„Е.-т„К.=О;

5 (2) I ц®, + о+Е v)+ I2tR =0

Решая системы уравнений (1), (2) и (3) и взяв отношение напряжений небалансов к токам в диагонали питания в каждом из тактов измерения получим:

Ro R 2 -3 q (Z g Д Хо ) (R,R,+Å,) (Z +R +Z „-)Х,)-g „„

Цс,4, (R,+R.+Å )(Е +К. +Е „-jX,)-Z

Цс 4 Ко (2 3 о) R1Zx (6)

I (К +Ro+Z „) (Е „+R2+Z„jXo) "Z ÷„

RoR2 -R (Z ) Х о)

2 Д о

-R, (Z„+R )-)Х R (7) (8) 35

RoR2 2 (Ек 3Х о) Ro (Rg ЗЯ-R, Z„

К -R,ß +11, У -) ХoR, Кь Ro(R2=jQ= 11 Ек

Для получения частотно-независимого результата измерения по каждому из измеряемых параметров выбираем

R,=R,, à R2 выражаем через Х и подставляем для Е „, тоГда: 45

ŠR — — -

Q+ Q (lO) ! 9

K K< K2 К2

+ "- — cos (у — V ) -(— cos y +

Кз Кь . Кз

R К1 К

2 — - " 2 -1"cos y,+ 1

К5

«co8 Q )

Kf

Кь (15)

14 К К2 + --со8 y )- -1.- cos(y -v )

1 К1 2 К К 2 1 .Ю Л « .К2

-; - " 2 -icos .+ 1

K „К

К2

К

К2

x» « ««K> (--cos хо (16) В третьем такте измерения контакты переключателей 2.1 и 2.2 остаются в положении II а контакт переключателя 2.3 переводится в положение II измеряют U z, I, и фазовый сдвиг

Чз °

Е5 З

Согласно эквивалентной схеме на фиг. 4 система уравнений для контуров будет иметь следующий вид:

Отношения уравнений (4), (5) и (6) будут зависеть только от Е „, при постоянстве параметров образцовых элементов:

С+  — х 01 - В

Z 1х (! 1) Для тоГо, чтобы получить информацию о параметрах g,„, например, для последовательной схемы замещения двухполюсника с емкостным характе-, ром сопротивления, выделим вещественные и мнимые части напряжений небалансов относительно токов:

К Касоа% +csin Ч )

К2 К2 (cos q<+j sin Ц,)

К icos V +jsin V g

К K>(cosy>+)sin Ч )

К2 К2 со8 Ч + 81п 4)

К К (со9 ф. +) 810 Vy )

Подставив в уравнения (10) и (11) выражения (12), (13) н (14), выраженные через К2, К2, К с учетом фазовых соотношений, получим:

1377752

Uc 4, э

ЦС2 d2

К2 =

I, Ц с,т„

К = —— э З Т ° э

G (K /K ) - 2 — сов тт + 1

2 Кт . 1

K йЗ (17) К2 Кт К, Kt К. (— созтт + — совy )- — - — сов(у -у )- — К К 2 К К з з

К2 ф

Для параллельной схемы замещения двухполюсника запишем следующие отно" шения:

1.У- X . !

7 = — * - -т"-; - "g-+ jb (18)

Z» - R(ЗХ) где R, Х, g, Ь - измеряемые параметры комплексного со" противления и проводимости соответст" венно,.откуда

Z» 1Ъ, Ю Щ «

j X. g+ jb. (20) 1

i >Ь а (!9)

К + b

Я 3

1 х

1

К2 К (Q тт1 ) (-«соз т,!т+ соа Q ) т

К2 Кт К2

+ «« ««соз

К Кь К2

1 «

К! К.

« + «+

К

3 з (21) 2 — — сов(с -ю,)

Kz K

К К

Кт К2 К, 2

SV2) «COS(V -II ) Къ Кь 2 К2

К2 Кт (-созтт + — со

Кь К (22) bo

К2 Кт Kz К1

+ "2 + 2 — . — Соз (т2- ттт )

Кь Къ К3 Кз

При индуктивном характере сопро" тивления двухполюсника уравнения .преобразований 1 будут аналогичными 4п с той лишь разницей, что в уравнениях (16) и (17) знак "-.". перед дробью будет отсутствовать, а в уравнении (22) присутствовать.

Уравнения для измерений параметров комплексных двухполюсников (15), (16), (17), (21) и (22) не зависят от ненулевых значений Z „ Z„ Z д и конечного значения Z„, а также от нестабильности амплитуды и частоты питания измерительной цепи, что соэ5О дает возможность повышения точности измерения в диапазоне частот как при работе с высокоомными, так и с низкоомными датчиками.

На основе предлагаемого способа определения параметров и устройства для его осуществления могут быть раз" работаны высокоточные измерительные где 41, = Lf 42 - 4т, = (т К

Так как Х = -", то уравнение (16) шС можно переписать в следующем виде: где К, g - опротивление и провоz димость четвертого образцового двухполюсника1 где Х„ Ь, - сопротивление и проводимость второго образцовоro двухполюсника.

Запишем уравнения преобразователей для параметров комплексной проводимости исследуемого двухполюсника: устройства для систем контроля и измерения физических величин с помо" щью параметрических датчиков, Формула изобретения

1. Способ определения параметров комплексных двухполюсников с помощью неуравновешенного пятиплечего моста, заключающийся в том, что подают на измерительную цепь напряжение питания, измеряют, действующее значение напряжения небаланса в измерительной диагонали, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности определения параметров, измеряют действующее значение тока в диагонали питания неуравновешенного пятиплечего моста, измеря" ют фазовый сдвиг напряжения небаланса относительно тока в диагонали пи» тания, измеряют действующие значения

1377752 напряжения небаланса, тока в диагонали питания и фазовый сдвиг напряжения небаланса относительно тока после взаимной коммутации смежных разнородных образцовых двухполюсников, измеряют действующее значение напряжения небаланса, тока в диагонали питания и фазовый сдвиг напряжения небаланса относительно тока после подключения однородного образцового двухполюсника последовательно к неоднородному образцовому двухполюснику в ветвь, не содержащую исследуемого двухполюсника, а измеряемые параметры последовательной схемы замещения двухполюсника определяют по следующим формулам:

R M Х М2

1 ° +

R2 Ni Хo где знак +" для индуктивного, а знак "-" для емкостного характера сопротивления исследуемого двухполюсника, а параллельной схемы замещения двухполюсника по формулам

M b M2

И 1 +

g, N3 bo 1, где знак "-" для индуктивного, а знак "+" для емкостного характера сопротивления исследуемого двухполюсника

К К1 К2

2 где М1 2 + — . — соз(- )

К К К3

К2 K1

»(— соа Q + — соз Q )

2 э

Кг К2

N = — -" 2 — соэ„.+ 1

К ь

К

К К1 Кг

И2 = — - + —. -- »(V — V)—

К, K3 Кз 2 1

К2 К1

-(— cos p + — cos 11 ), 3 К3

К, К1

N = — - - 2 — соз111+ 1

2 К2

Ъ

К 2 э

3 г

К2 К1 К2 К

Nq —,— + "-,- + 2 "---1соз(„-y )

Кг К . К3 К 12

Uс,ot, Ц С 12

К ° К gg» °

ЦС3 1

КЗ = ""1

М V3 "21 1 2 1 3 2 э где R, Х, g, Ь - измеряемые параметры комплексного сопротивления и проводимости соответственно;

- сопротивление и проводимость четвертого образцового двухполюсника соответственно;

Х,, Ь вЂ” сопротивление и проводимость второго образцового двухполюсника соответственно;

Цс,2,, Uc,Û, Цс322, э 3 за

31 действующие значения напряжений небалаисов и токов в диагонали питания в 1-ом, 2-ом и 3-ем тактах

l5 измерения соответст венно; фазовые сдвиги напряжений Uс,,г,, Сгd t C3ИЗ сительно токов I

I3ö I31 В 1 ому

2-ом и 3-ем тактах "2 V3

25 измерения соответ1 ственно.

2. Устройство для определения параметров комплексных двухполюсников, содержащее генератор синусоидального напряжения, первый зажим которого соединен с первой вершиной первой ветви пятиплечего моста, состоящей из последовательно соединенных первого образцового двухполюсннка, зажимов для подключения исследуемого двухполюсника и второго образцового двухполюсника, неоднородного пер40 вому, первый зажим для подключения исследуемого двухполюсника и второй зажим первого образцового двухполюсника образуют первую вершину измерительной диагонали, которая соединена с общей шиной и первым зажимом вольтметра, третий и четвертый однородные образцовые двухполюсники, расположенные во второй ветви, причем первый зажим третьего двухполюсника соединен с вторым зажимом вольтметра и образует вторую вершину измерительной диагонали, а второй - с первым зажимом генератора синусоидального напряжения, первый зажим четвертого образцового двухполюсника соединен с первым зажимом второго образцового двухполюсника и образует вторую вершину двух ветвей пятиплечего моста, о т л и1377752

Составитель В. Семенчук

Редактор Э. Слиган Техред N.Äèäûê Корректор А, Обручар

Заказ 867/41 Тираж 772, ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ч ающ е е с я тем, что, с.целью повышения точности измерения, в него введены три переключателя, амперметр, преобразователь ток - напряжение и фазоМетр, причем первый зажим третьего образцового двухполюсника через первый контакт первого переключателя соединен вторым зажимом четвертого образцового двухполюсника и непосредственно с первым контактом второго переключателя и первым входом фазометра, второй зажим для подключения исследуемого двухполюсника через второй контакт второго переключателя соединен с вторым зажимом второго образцового . двухполюсника и непосредственно вторым контактом первого и первым контактом третьего переключателей, второй зажим генератора сннусоидального напряжения через последовательно соединенные амперметр, преобразователь ток - напряжение и второй контакт третьего переключателя соединен с первым .зажимом второго образцового двухполюсника, а выход пре" образователя ток - напряжение соеди15 нен с вторым входом фазометра.