Цифровой автоматический мост переменного тока

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения одной из составляющих комплексного сопротивления или проводимости. Цифровой автоматический мост (ЦАИ ) - 1еременного тока содержит генератор I питания, трансформатор 2 напряжения с первичной и вторичными обмотками 3 и 4,5 соответственно, общую шину компаратор 7 токов с индикаторной и вспомогательными обмотками 8 и 9-11 соответственно , блок 14 управления, образцовую меру 13 емкости, преобразователь 16 код - проводимость, объект 12 измерения, дискретный функциональный преобразователь 15. ЦАМ имеет повьшенную точность измерения за счет повышения точности компенсации неизмеряемого параметра. 1 з.п, ф-лы, 2 ил. i (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

S1) 4 0 01 R 17/1О

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4150117/24-21 (22) 19.11.86 (46) 30.07.88. Бюл. М 28 (71) Краснодарский филиал Научно-исследовательского института морской геофизики Всесоюзного морского научно-производственного геолого-геофизического объединения по разведке нефти и газа "Союэморгео". (72) А.И.Новик, А.А.Амиров и Н.Д.Пустовалов (53) 621.317.733(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

К 481847, кл. G 01 R 17/10, 1973.

Авторское свидетельство СССР

У 1234773, кл. G 01 R 17/10, 1984. (54) ЦИФРОВОЙ АВТОМАТИЧЕСКИЙ МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электро„„SU„„1413536 А1 измерительной технике и может быть использовано для измерения одной из составляющих комплексного сопротивления или проводимости. Цифровой автоматический мост (ЦАП) -йеременного тока содержит генератор 1 питания, трансформатор 2 напряжения с первичной и вторичными обмотками 3 и 4,5 соответственно, общую шину, компаратор 7 токов с индикаторной и вспомогательными обмотками 8 и 9-11 соответственно,блок 14 управления, образцовую меру 13 емкости, преобразователь 16 код — проводимость, объект

12 измерения, дискретный функциональный преобразователь 15, ЦАМ имеет по- Я вышенную точность измерения за счет повышения точности компенсации неизмеряемого параметра. 1 з,п. ф-лы, С

2 ил.

1413536

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения одной из составляющих комплексного сопротивления или проводимости.

Цель изобретения — повьппение точности измерения за счет повышения точности компенсации неизмеряемого параметра. 10

На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового автоматического моста переменного тока; на фиг. 2 — векторная диаграмма, поясняющая процесс уравновешивания, 15

Цифровой автоматический мост переменного тока содержиТ генератор 1 питания, трансформатор 2 напряжения с первичной 3 и вторичными 4 и 5 обмотками, блок 6 уравновешивания, ком- 20 паратор 7 токов с индикаторной 8 и вспомогательными .9-11 обмотками, объект 12 измерения, образцовую меру 13 емкости, блок 14 управления (преобразователь фаза — код), дискретный функциональный преобразователь 15 и преобразователь 16 — код — проводи-мость, Генератор 1 подключен к первичной обмотке 3 трансформатора 2 напряжения 30 и питает мостовую измерительную схему. Вторичные обмотки 4 и 5 трансформатора 2 напряжения подключены к соответствующим элементам 12, 13 и 16, Токи через эти элементы сравниваются 35 в компараторе 7 токов. По сигналам, снимаемым с индикаторной .обмотки 8, блок 6 уравновешивания осуществляет изменение числа витков регулируемой вторичной обмотки 5 трансформатора 2 40 напряжения и уравновешивание мостовой измерительной схемы по измеряемой составляющей (по емкости С ) комплексной проводимости объекта 12 измерения.

Цифровой автоматический мост пере- 45 менного тока работает следующим образом.

В момент равновесия мостовой измерительной схемы между измеряемой

50 составляющей С проводимости объекта х

12 и числом витков m регулируемой вторичной обмотки 5 существует следующая зависимость:

m5 n1o

С= — — -- С,, х ш .и о где m — число витков вторичной обмотки 4; и> ип - числа витков вспомогательных обмоток 9 и 10 соответственно;

С, — значение емкости образцовой меры 13.

Ток I через объект 12 измерения х складывается из двух компонент — емкостной (1измеряемой) 1, направлен» о

Ск т ной под углом 90 к вектору напряжения Ur генератора 1 питания, и активной (неизмеряемой) Т „, синфазной с

U (фиг. 2), Наличие неизмеряемой компоненты Х „ будет мешать уравновеши» ванию мостовой измерительной цепи по измеряемому, параметру С„. Для компенсации тока I неизмеряемой состав" ляющей ц„ служит цепь, состоящая из блока 14, дискретного функционального преобразователя 15, преобразователя

16 и вспомогательной обмотки 11 компаратора 7 токов.

Ток Т,, протекающий через объект х

12 измерения, поступает на вход блока

14 управления, в котором происходит преобразование сдвига фазы к этого тока относительно фазы Ч) напряжения

r генератора 1 в код N„:

И =К,(4 х- Ч,)=К,Ч, (2) где К вЂ” коэффициент пропорциональ1 ности.

С выхода блока,14 код N поступает на вход дискретного функционального преобразователя 15, в котором осуществляется преобразование кода N по формуле к,=к, ctgg,=ê, tg(g,(w<- Ю„)1 (3) где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

С выхода дискретного функционального преобразователя 15 код N посту2 пает на входы управления преобразователя 16 код — проводимость и регулирует величину проводимости преобразователя 16, а следовательно, ток

I протекающий через него. Ток I через преобразователь 16 также регулируется переключением числа витков обмотки 5 (изменением выходного напряжения U обмотки 5) трансформато5 ра 2 напряжения. При этом ток Ir через преобразователь 16 определяется выражением

l,=к,п» q к,=к, (».q к;ctg(K,(»)»1413536 (5) Значения коэффициентов К, К и 10 р

К выбраны такими, чтобы при равновесии мостовой схемы по измеряемой составляющей С так I был равен ток (у ку I „ неиэмеряемой составляющей q„.

Ток I протекает по вспомогательМ ной обмотке 1 I компаратора 7 токов, нанесенной на сердечник компаратора

7 встречно относительно обмотки 9, в результате чего магнитные потоки этих обмоток вычитаются (компенсиру- 20 ются) и наличие неизмеряемой составляющей (1„ комплексной проводимости объекта 12 (наличие компоненты I „ в обмотке 9 компаратора 7} не будет мешать уравновешиванию мостовой схемы (не будет уменьшать чувствительность мостовой схемы около точки равновесия) по измеряемому параметру С,, Процесс уравновешивания мостовой схемы можно пояснить векторной диа- 30 граммой (фиг, 2) в комплексной плоскости W. Точкой С обозначен конец век. тора I, неподвижный в процессе х .

I уравновешивания, точкой С вЂ” конец уравновешивающего вектора I, +I<. При 35 регулировании длины вектора То, кол линеарного вектору I „, и выполнении равенства (4) конец вектора I +Х„

/ о (точка С } будет перемещаться по век. тору I Линией уравновешивания моста 40 будет прямая р= аг. Как видно из диаграммы, в момент равновесия мостовой схемы по измеряемому параметру

С (I =I ) компенсирующий ток I будет к о х равен току I неизмеряемой составляю-45 щей а, 1. Цифровой автоматический мост переменного тока, содержащий генератор питания, трансформатор напряжения, один вывод первичной обмотки которого соединен с первым выходом генератора питания, а другой — с общей шиной, концы регулируемой и нерегулируемой вторичных обмоток трансформатора напряжения подключены к общей шине, компаратор токов, индикаторная обмотка которого подключена к соответствующим входам блока уравновеши" вания, начала нерегулируемай вторичной обмотки трансформатора напряжения через клеммы для подключения объекта измерения соединено с началом первой вспомогательной обмотки компаратора токов, конец которой соединен с первым входом блока управения, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора питания, начала второй и третьей вспомогательных обмоток компаратора токов подключены к общей шине, конец второй вспомогательной обмотки компаратора токов через образцовую меру емкости соединен с управляющим входом переключения числа . витков регулируемой вторичной обмотгде К вЂ” коэффициент пропорциональности; — дискрет изменения проводи(( мости преобразователя 16, В свою очередь, ток через образцовую меру 13 емкости

В компараторе 7 токов эти токи (11 и 1 ) иычитеются (компеисируют 12 ся

Блок 14 управления может быть построен на основе счета счетчиком квантующих импульсов за промежуток времени между моментами прохождения передних или задних фронтов синусоид тока

Х„ и напряжения 11„ в пределах одного периода.

Погрешность блока 14 при таком преобразовании может составлять не более десятых долей процента. Погрешность преобразователя 15 определяется отклонением используемого аппроксимирующего полинома (аппроксимирующей функции) ат реальной функции Nz=ctgN„ a практически может быть сведена до де-, сятых и сотых долей процента, Погреш-: ность преобразователя 16 код — прово- димость — цифроаналогового преобразователя (ЦАП) складывается из погрешностей нелинейности и коэффициента преобразования, которые составляют не более сотых долей процента для ЦАП с резистивными делителями и не более тысячных долей процента дпя ЦАП с индуктивными делителями, и методической погрешности †погрешности квантова-ния выходного сигнала ЦАП (погрешности квантования значения активной проводимости преобразователя 16), размер дискрета которого можно устанав- . ливать в зависимости от требуемой точности (дискретности) регулирования выходного сигнала ЦАП (т.е. в saвисимости от точности регулирования активной проводимости преобразователя 16).

Формула из о бр ет ения

1413536

ljx рие.Р

Составитель В,Семенчук

ТехРед Л.Олийнык КоРРектоР B.сутяга

Редактор А.Огар

Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3778/47

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ки трансформатора напряжения и с выходом блока уравновешивания, а конец третьей вспомогательной обмотки компаратора токов соединен с первым вы5 ходоМ преобразователя код — проводимость, о т л и ч а ю щ и и с. я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен дискретный функциональный преобразователь, входы 10 которого соединены с соответствующими выходами блока управления, а выходы — с соответствующими входами управления преобразователя код — проводимость, второй выход которого соединен с управляющим входом переключения числа витков регулируемой вторичной обмотки трансформатора напряжения.

2. Устройство по и, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления выполнен в виде преобразователя фаза — код.