Способ выбора поддиапазона измерений в универсальных экстремальных мостах переменного тока

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может .быть использовано три построении автоматических универсальных цифровых мостов переменного тока с экстремальнБгм уравновешиванием. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности выбора поддиапазона измерений - достигается за счет того, что устанавливают конфигурацию мостовой цепи,реализующей данный способ, при . которой чувствительность по активному и реактивному параметрам зависит только от напряжения питания моста и не зависит от импеданса объекта измерения , а в каждом рабочем такте одновременно с замыканием ранее разомкнутой ветви моста размыкают его вторую ветвь. Изобретение позв.оляет повысить по сравнению с прототипом быстродействие универсальных мостов переменного тока при неизвестном характере объекта измерения. При этом в зависимости от параметров объекта измерения и конкретной реализации системы уравновешивания прибора быстродействие может быть увеличено до 2-3 раз. 2 з.п, ф-лы, 2 ил. а $ (Л

СИЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (IBID(ll) ll 42

-К

«p i С 01 R 17/12

ОПИСАН! Е ИЗОБГЕТЕМИЛ гссудАРственкый ксмитет сссР

Оо ДЕЛА1Л ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Й АВТОРСКОМУ ВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 41 96968/24-21 (22) !,8.02.87 (46) 07,10.88. Бюл. Р 37 (72) Ф.Б.Гриневич, A.Ä.Âàñèëåíêo, Б.А.Кромпляс, В.Г.Мельник, М.Н.Сурду и Р.Д.Тучин (53) 621 317.733(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 312207, кл, G 01 К 17/ О., 1970.

Авторское свидетельство СССР

У 945801, кл. С О! К 17/00, !980. (54) СПОСОБ ВЫБОРА ПОДД1АПАЗОНА ИЗМЕРЕНИЙ В УНИВЕРСАЛЬНЫХ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ МОСТАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при построении автоматических универсальных цифровых мостов переменного тока с экстремальншм уравновешиванием. Цель изобретения ." повышение быстродействия и точности выбора подциапаэона измерений — дсстигается sa счет того, что устанавливают конфигурацию мостовой цепи,,реализующей данный способ, при которой чувствительность по активному и реактивному параметрам зависит только о; напряжения питания моста и не заьисит от импеданса объекта измерения, а в каждом .рабочем такте одновременно с замыканием ранее разомкнутой ветви моста размыкают его вторую ветвь. Изобретение позволяет повысить по сравнению с прототипом быстродействие универсальных мостов переменного тока при неизвестном характере объекта измерения. При этом в зависимости от параметров объекта измерения и конкретной реализации системы уравновешивания прибора быстродействие может быть увеличено до 2-3 раз. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1429044

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении автоматических универсальных цифррвых мостов пере5 менного тока с экстремальным уравновешиванием.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности выбора под. диапазона измерений за счет возможности достижения рабочего поддиапазо на при любых сочетаниях основного параметра объекта измерения и основного уравновешивающего параметра моста. 15

На фиг ° 1 изображена функциональ ная схема универсального экстремального моста переменного тока; на фиг. 2 - векторная диаграмма принципа выбора поддиапазона, 20

В начале работы устройства такую конфигурацию мостовой цепи (фиг. 2), I при которой ее чувствительность по активному (S ) и реактивному (S, или

S ) параметрам зависит только от нап-25

1, ряжения, приложенного к мосту от генератора питания, и не зависит от импеданса объекта измерения. Если мостовая цепь собрана по схеме сравнения токов, то для обеспечения такого О режима уравновешивающие элементы ! (УЭ о ° и УЭр ) моста включаются в ветвь, не .сцдержащую объект измерения (образцовую ветвь), Поддиапазон .измерений моста определяется коэффициентом передачи делителя напряжения (ДН„) и значениями образцовых мер

Р,„) и (Z,1,). В исходном состоянии коэффициент передачи ДН„ и величины

Z, Z 1, м иHнHнHм а л ьblнlbыl, что обеспечивает О минимальное энергетическое воздействие на объект измерения. Перед началом измерения характер основного параметра объекта измерения неизвестен, поэтому предварительный выбор подци" апазона измерений проводят по модулю его комплексного сопротивления при произвольно установленном основном уравновешивающем параметре моста.

Пусть таким параметром является активный. В этом случае уравновешивающий элемент (УЭ устанавливается в состояние единицы дискретности по его старшему разряду, а уравновешивающий элемент (УЭ ) — в нулевое состояние.

В образцовой ветви при этом протекает ток I (фиг. 2), численно равный чувствительности S моста по старшему разряду, В каждом рабочем такте вы бора поддиапазона оценивают с помощью указателя (экстремум-детектора) равновесия амплитуду тока на выходе моста сначала при,разрыве ветви образцовой меры, а затем при разрыве ветви объекта измерения, после чего производится сопоставление результатов оценок. Если импеданс объекта

Ех на один или несколько порядков„ соответствующих дискретности переключения подциапазонов измерения, превышает значение, соответствующее началу включенного поддиапазона, Фо амплитуда тока I существенно меньше о амплитуды тока I . При этом производится рабочий шаг переключения подциапазонов - увеличение коэффициента передачи ДНд или значений

Z и Е . Повторение рабочих такое тов продолжается до тех пор, пока на некотором i-м подциапазоне ампли-. туда тока I не превысит амплитуду х тока Х, т.е. Т" ) - Х (фиг. 2).

Если комплексное сопротивление объекта имеет емкостный характер, ток его

«е ветви изображается вектором I,, ес- ли в. объекте преобладающей является активная составляющая — вектором

Х, если преобладающей является

«1 ийдуктивная составляющая, то ток

« той ветви изображается век7ором Х

В первом из этих случаев i-й поддиапазон является рабочим, поскольку при любом характере образцового;тоо о ка — активном Хц или емкостном Тс—

его модуль меньше модуля тока I" .

Так как образцовый ток соответствует одному шагу дискретности старшего разряда уравновешивающего параметра, то при этом результат уравновешивания будет превышать единицу старшего разряда, что соответствует общепринятому критерию правильности определения поддиапазона измерения., Во втором случае амплитуда тока

Х1 о

Х меньше, чем образцовый ток Т„, соответствующий одному шагу дискретности старшего разряда индуктивного уравновешивающего параметра. В этом случае рабочим поддиапазоном является i + 1 диапазон, в связи с чем необходимо выполнить еще один такт переключения подциапазона измерений.

После этого такта вектор тока объек"

ra измерения занимает положение при КоТороМ выполняется Не» равенство jI (> J Х,, .

14 2904.4

Для того, чтобы создать условия выполнения этого шага необходимо установить конфигурацию измерений цепи с учетом преобладающего парамет5 ра объекта измерения, Для этого после предварительного, грубого определения поддиапаэона измерений или произвольно выбранном оеновным уранновешивающем параметре выполняют 10 модуляционное воздействие на мост цо реактивному уравновешивающему параметру при нулевых начальных состояниях УЭ и УЭ . На фиг. 2 показана модуляция емкостного тока в по- 15 ложительном направлении (вектор Т, ), Если приращение модуля вектора выходного сигнала моста Q I при этом оказывается меньше критической величины, численно равной 0,7 чувстви- 20 тельности моста по модулировавшемуся параметру, то означает, что в импедансе объекта превалирует активная составляющая. Нри этом уточнение диапазона измерения не требуется: и мож- 25 но переходить к поразрядному уравновешиванию,моста.

Если же приращение модуля вектора выходного сигнала превышает указанную величину, то в качестве „основ- 80 ного уравновешивающего параметра выбирают реактивный, для чего УЭ переводят в нулевое состояние, а

УЗ вЂ” в состояние оцного шага дискретности. .При этом, когда знак приращения соответствует направлению модуляции, когда в случае суммирования векторов Т и I из.меняют ранее установленный реактивный уравновешивающий параметр, для чего 40 фазу выходного напряжения УЗ изменяют на противоположную. На фиг. 2 такое изменение иллюстрируется эквивалентным перемещением вектора из положения I"" в положение Т . ь После этого переключения условие достижения рабочего подциапазона .может не выполняться, как в случае, показанном на фиг. 2, поэтому производится дополнительный такт, в результате которого включается поддиапазон с номером i + 1 и вектор сигнала в ветви объекта измех; рения занимает положение Т, при котором I" / о (I.,, Если мостовая цепь работает .в режиме сравнения напряжений, выбор поддиапазона измерения согласно данному способу производится аналогично изложенному„с у-tåToY тех обстоятельств, что наименьшему энергетическому воздейс."в-я;i на объект соответствует макс..мальнов значение Z и Е, характерр чув ствительнос тей по реак тивным уравновешивающим параметрам вза Но 5= H H 3TH чувствительности постоянны при включении уравновешивающих элементов в ветвь объекта изме" рения.

11ост (фиг. 1) содержит измерительную цепь 1, усилитель 2 сигнала неравновесия (УСН), экстремум-детектор 3 равновесия (ЭД}, генератор 4 с тактовых импульсов (ГТИ), счетчики

5 и 6 реверсивные активного и реактивного уравновешивающих параметров (СР и CP ), уравновешивающие элементы 7 и 8 активного и реакт жного параметров (УЭ и УЗ ), переключатель 9 (П), триггер 10 переключения параметров (ТПП), счетчик 11 реверсивный поддиапазонов (СР„), делитель

12 напряжения (ДН„), образцовую меру 13 (R„), переключатель !4 конфигурации измерительной цепи (ПКИЦ), пусковое устройство 15 (ПУ), триггеры 16 и 17 выбора и уточнения поддиапазона, сумматоры 18 и 19 (и

2 :„), логические элементы ИЛИ 20, И 21-29, ИЛИ 30, И 31, одновибратор

32 (ОВ) и дифференцирующую цепочку 33 (ДЦ). Выходной сигнал мостовой измерительной цепи 1 усиливается с помощью усилителя 2 сигнала неравновесия (УСН), а затем анализируется при помощи экстремум-детектора 3 (ЭД), который тактируется импульсами генератора 4 тактовых импульсов ГТИ. При отрицательных приращениях амплитуды выходного сигнала моста на первом выходе ЗД 3 вырабатываются импульсы, которые при поразрядном уравновешива" нии моста переключают счетчики 5 и 6 активного и реактивного уравновешивающих параметров, которые, в свою

I оч ередь, управляют уравнов ешивающими элементами 7 и 8 моста. Импульсы подаются поочередно íà CP„5 и СР 6 с помощью переключателя 9, который управляется триггером 10 переключения параметров (ТПП), реверсивный счетчик 11 (CP,) поддиапазонов управляет коэффициентом передачи делителя 12 напряжет ия (ПН а} и сопротивлением образцовой меры 13 (К ), а также коэффициентом передачи УСН 2 ° Изменение конфигурации измерительной

1429044 6 триггер ТгВП. При этом закрываются логические элементы И 23 и 24, ветви моста замыкаются, срабатывает логический элемент И 26, который открыва" ет по одному входу логические элементы И 27-29. Очередной тактовый импульс через логический элемент И 27 и сумматор 2 проходит на УЭ и модулирует мост по реактивному уравновешенному параметру. Если полученное модуляционное приращение выходного сигнала превышает критический уровень, на выходе 41 ЭД вырабатывается импульс, который через элемент И8 проходит на ПКИЦ и изменяет его выходной сигнал ajP переключения основного параметра. Если же это приращение имело положительный знак, что импульс с выхода 40 ЭД через элемент

И 9 проходит на ПКИЦ и изменяет его выходной сигнал Ь/С переключения реактивного параметра. В том случае, когда в результате изменения основного уравновешивающего параметра установлен реактивный параметр, запускается одновибратор 32 (ОВ), вырабатывающий импульс с длительностью, немного превьппающей длительность двух тактов. Передним фронтом этого импульса через дифференцирующую цепь

33 {ДЦ) и логический элемент

ИЛИ 30 ТгВП вновь устанавливается в нулевое состояние, чем разрешается выполнение одного или двух дополнительных тактов выбора поддиапазона.

Если диапазон выбран правильно, то очередной импульс с выхода 40 ЭД установит в единичное состояние триггер ТгВП и .через логический элемент

И 31 триггер ТгУП, если же потребуется дополнительное переключение поддиапазона, то в первом такте импульс с выхода 39 ЭД переключит на один шаг счетчик СР„, а переключение триггеров произойдет во втором такте. После переключения обоих триггеров снимаются сигналы, удер" живающие в нулевых состояниях GP> 5 и СР 6 и начинается поразрядное уравйовешивание моста. цепи осуществляется при помощи элементов. блока переключателей 14 (ПКИЦ) .

Система выбора рабочего поддиапаэона функционирует следующим образом.

Вначале по сигналу пускового устройства 15 (ПУ) мост переводится в режим выбора поддиапазонов, для чего устанавливается в нулевое состояние триггер 16 {ТгВП) выбора поддиапазона и через него триггер 17 (ТГУП) уточнения поддиапазона, счетчик СРд 11 сбрасывается в нулевое состояние, соответствующее минимальному напряжению на объекте измерения, счетчики СРр 5 и СРр 6 через логический элемент ИЛИ 20 фиксируются в нулевом состоянии на все время вы- 20 бора подциапазона. На ПКИЦ 14 с инверсного выхода ТгВП 16 поступает сигнал, устанавливающий конфигурацию моста, при которой он имеет постоянную чувствительность, в данном 25 случае соответствующую параллельной схеме замещения объекта измерения (сигнал Р/S принимает уровень логической единицы). Сигналом логической единицы с инверсного выхода ТгВП через логические элементы И 21 или 22, сумматор ы 18 (2.„) или 19 (Е ) в зависимости от. того, какой из параметров принят за основной, один из уравновешивающих элементов переводится в состояние одного шага дискретности по его старшему разряду и удерживается в нем до окончания предварительного выбора поддиапазона. Тактовые импульсы с выходов 36 и щ

37 ГТИ через логические элементы

И 23, 24 поочередно разрывают ветви моста с помощью ключей 34 (К„) и 35 (К ). Если экстремум-детектор, который тактируется импульсами с выхода 38 ГТИ, фиксирует отрицательные приращения амплитуды выходного сигнала моста, то импульсы с его первого выхода 39 через логический элемент И 25 проходят на СР„ и переводят мост на следующий поддиапазон измерения, при котором увеличивается напряжение на объекте измерения или возрастает значение R0 и коэффициента усиления УСН. Когда сигнал в ветви объекта измерения превысит сигнал образцовой ветви, на втором вхо. де 40 ЭД вырабатывается импульс, ко- . торый переводит в единичное состояние

Использование предлагаемого способа выбора поддиапазонов измерений по сравнению с известным позволяет повысить быстродействие универсальных мостов переменного тока при неизвестном характере объекта измерения. Этот эффект достигается за счет более высокой точности выбора подl429044 диапазона и повышения степени автоматизации процесса измерения. В зази" симости от параметров объекта измерения и от конкретной реализации системъ1 уравновешивания прибора в быстродействии может составлять до

2-3 раэ.

Формула и з о б р е т е н и я

l. Способ выбора поддиапаэона измерений в универсальных экстремальных мостах переменного тока, заключающийся в том, что осуществляют пошаговое переключение подциапазонов измерений в мосте, при этом в каждом рабочем такте размыкают ту из двух ветвей моста, которая не содержит объекта измерения и в этом состо- 20 янин моста измеряют амплитудное значение выходного сигнала при минимальных значениях коэффициентов передачи .делителей напряжения питания и образцовых мер моста, замыкают разомкнутую ветвь моста и повторно измеряют амплитудное значение выходного сигнала, после чего сравнивают измеренные значения амплитуд и в том случае, когда первое из них меньше, переключают в мосте поддиапазон измерения, а в противоположном случае прекращают выполнение указанных рабочих тактов и переходят к поразрядному уравновешиванию моста, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия выбора поддиапазона измерений, устанавливают конфигурацию мостовой цепи, при которой ее чувствительность по активному и реактивному парамеграм зависит только от напряжения питания моста и не зависит от импеданса объекта измерения, а в каждом рабочем такте одновременно с замыканием ранее разомкнутой ветви моста размыкают его вторую ветвь.

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю m и и с я тем, что, с целью повышения точности выбора подднапазона измерения, перед переходом к поразрядному уравновешиванию изменяют скачком величину реактивного уравновешивающего параметра при нулевых исходных состояниях обоих уравновешивающих элементов моста, измеряют величину модуля вектора приращения выходного сигнала мос ra сравнивают ее с опорным значением, установленным на уровне 0,7 чувствительности моста по реактивному уравновешивающему параметру, по результату сравнения выбирают основной измеряемый параметр объекта измерения, определяют знак модуля вектора приращения выходного сигнала, по значению которого определяют фазу выходного сигнала уравновешивающего элемента, при этом выполняют рабочие такты до выполнения условия превышения величины амплитуды сигнала в ветви моста с объектом измерения над величиной амплитуды сигнала в ветви моста с образцовыми мерами.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что амплитуду сигнала в ветви моста, не содержащей объекта измерения, и величину скачка уравновешивающего параметра выбирают соответственно одному шагу дискретности старшего разряда основного уравновешивающего элемента моста.!

429044

I 429044

Составитель В. Семенчук

Техред Л. Олийнык Корректор М. Васильева .

Редактор С. Пекарь

Заказ 5120/42 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ 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