Способ поразрядного уравновешивания автоматических экстремальных мостов переменного тока

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для применения в цифровых мостах переменного тока, измеряющих комплексные сопротивления. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности уравновешивания мостов переменного тока за счет регулирования порога срабатывания детектора равновесия и использования информации о знаке приращений модуля выходного сигнала, величина которых меньше порога срабатывания детектора равновесия - достигается тем, что после каждого уравновешивающего воздействия определяют наличие и знак приращения модуля выходного сигнала моста, при отсутствии отрицательных приращений изменяют направление следующего уравновешивающего воздействия, а при наличии положительных приращений фиксируют частный экстремум. После каждого воздействия на мост определяют величину модуля выходного сигнала в единицах чувствительности моста, изменяют порог срабатывания детектора равновесия в зависимости от этой величины, а промежуточное состояние моста при фиксации частного экстремума получают путем дополнительного уравновешивающего воздействия на следующем разряде уравновешивания. Способ позволяет в два раза точнее фиксировать частный экстремум. Это приводит к двукратному сокращению числа рабочих воздействий на каждом разряде уравновешивания. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (504G Ol p 17/!0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 регулирования порога срабатывания де. тектора равновесия и использования информации о знаке приращений модуля выходного сигнала, величина которых меньше порога срабатывания детектора равновесия.

На фиг. l предсгавлены векторные диаграммы процесса уравновешивания моста; на фиг. 2 — диа раммы измене-»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П<НТ СССР (21) 4370316!24-2i (22) 25. 01 .88 (46) 23.i 0.89 ° Бюл. М 39 (71) Институт электродинамики АН УССР ,(72) Ф.Б.Гриневич, Б.А.Кромпляс, В.Г.Мельник и А.А.Михаль (53) 621.317 ° 733 (088.8) (56) Проблемы технической электродинамики. — Киев: Наукова думка, 1978, вып. 67.

Авторское свидетельство СССР

Р 1026063, кл. С 01 R 17/10, 1982. (54) СПОСОБ ПОРАЗРЯДНОГО УРАВНОВЕШИВАНИЯ ЦИФРОВЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ hOCTOB ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для применения в цифровых мостах пе ременного тока, измеряющих комплексные сопротивления. Цель изобретения повышение быстродействия и точности уравновешивания мостов переменного тока за счет регулирования порога срабатывания детектора равновесия и использования информации о знаке при,ращений модуля выходного сигнала, веИзобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для применения в цифровых мостах переменного тока, измеряющих комплексные сопротивления и проводимос ти.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности уравновешивания мостов переменного тока за счет личина которых меньше порога срабатывания детектора равновесия, — достигается тем, что после каждого уравновешивающего воздействия определяют наличие и знак приращения модуля выходного сигнала моста, при отсутствии отрицательных приращений изменяют направление следующего уравновешивающего воздействия, а при наличии положительных приращений фиксируют частный экстремум. После каждого воздействия на мост определяют величину модуля выходного сигнала в единицах чувствительности моста, изменяют порог срабатывания детектора равновесия в зависимости от этой величины, а промежуточное состояние моста при фиксации частного экстремума получают путем дополнительного уравновешивающего воздействия на следующем разряде уравновешивания.

Способ позволяет в два раза точнее фиксировать частный экстремум. Это приводит к двукратному сокращению числа рабочих воздействий на каждом разряде уравновешивания. 2 з.п. ф-лы

15) 6987 ния модуля lV,.» I выходного сигнала моста; на фиг.3 — структурная схема автоматического экстремального моста переменного тока; на фиг. 4 — схема операционного усилителя экстремумдетектора.

Процесс уравновешивания осуществляется за счет выполнения рабочих воздействий на уравновешивающие элементы параметров р и q моста с чередованием последних от такта к такту.

Регулирование уравновешивающих элементов начинается с их старших разрядов (декад) и продолжается до достижения частных экстремумов по обоим уравновешиваемым параметрам, после чего приходят к регулированию следующих разрядов уравновешивающих элементов °

Рассмотрим процесс уравновешивания моста на одном из разрядов по векторной диаграмме на фиг. 1. В исходном состоянии начало вектора U »x выходного сигнала измерительной цепи находится в точке ее равновесия С, конец в точке du (фиг.l,à). В результате поочередных единичных дискретных воздействий на уравновешивающие элементы точка d по линиям уравновешивания перемещается последовательно в положении 1, 2, 3 и г д. При этом достигаются приращения (U,„ некотог рой величины Ь . В каждом такте из— меряют величину I U 8 » . Посредством аналогового или цифрового делительного устройства полученную величину

I „, U ы„! соотносят с чувствительностью

S I, моста по регулировавшемуся параметру р (q) а з

P(% )

27 по формулам

lU выл ( и P(51

»1+ 1

45 (2) где и — значение I U 11ö» ) в единицах чувствительности моста; S0 тп — величина уравновешивающего воздействия в единицах дискретности текущего разряда уравновешивания.

После этс го изменяют порог срабатывания детектора равновесия в соответетвпi е найденным значением Ь

Ьеличппп 5 найденная по формулам (1) ri (2), пример»о равна половине приращения 1Б,»1, получаемого при регулировании соответствующего уранновешивающего параметра вне области его равновесного значения.

При перемещении конца вектора cd

l от точки 4я до точки 4 величина h превосходит а и имеет отрицательный знак, поэтому направление последующих воздействий на мост по обоим параметрам не меняется. При попадании точки d в область экстремума моста по одному из параметров исчезают отрицательные приращения b превышаю1 щие порог ар для этого параметра. Изменения Uöb,» вблизи частного экстремума моста по параметру q который достигается после перемещения точки

d в положение 5, показаны на фиг. 2, а.

В пятом такте фиксируется положительное приращение (U>», не превышающее Ь . При этом изменяют направлен ние последующего регулирования уравновешивающего элемента параметра q, выполняют дополнительное воздействие на мост по следующему разряду этого уравновешивающего элемента и фиксируют достижение частного экстремума по параметру q в точке 6. При декадной структуре уравновешивающих элементов дополнительное воздействие равно 7 единиц дискретности следующего разряда.

В ходе дальнейшего уравновешивания моста (точки 7-12) достигаются приращения У,», превышающие h причем они положительные для параметра q и отрицательные для параметра р. Изменения IUet>xl вблизи частного экстремуМа по параметру р, достигаемого после перемещения точки d в положение 13, показаны на фиг.2,б.

При переходе конца вектора У,» из точки 12 в точку 13 получается отрицательное приращение 6, меньшее, ( чем Л . Поэтому изменяется направление последующего регулирования параметра р, выполняется дополнительное уравновешивающее воздействие (для декадной структуры оно равно три единицы дискретности следующего разряда), и фиксируют второй частный экстремум в точке d, совпадающей с точкой равновесия С °

В представленном на фиг. 1,а случае последнее рабочее воздействие по параметру р выполняется при отклонении от равновесия по параметру а на

5 15 од<п< рабсч ий <паг. На ф: г, 2, б t<3<

t посдедиий рабочий шаг приводит к положительному приращению (U пы„(, чревьппаю<пему Ь и за равновесное положе-.

«Ф ние. конца вектора cd принимается точка d k.

Рассмотрим более подробно, каким образом обеспечивается высокая точность фиксации частных экстремумов моста, пользуясь диаграммой, представленной на фиг. 2,в. Эта диаграмма изображает изменение U((g(y(моста при регулировании одного иэ ег о уравновешивающих параметров вблизи своего равновесного значения при отсутствии неравновесия по квадратному параметру, С помощью выражений (l ) и (2) аг<проксимируется зависимость от различных влияющих величин значений приращений Ь > получаемых в результате выполнения рабочего воздействия при исходном неравновесии по данно(<у параметру, рав:-<ом 1/4 или 3/4 m (переходы I u II на фиг. 2,н). Эти значения выбраны н качестве пороговых значений L

У и d » являются границами этих эон.

Ъ

Если н результате выполненной регулировки точка d к заняла положение левее точки aк,,то приращение (имеет от< рицательный знак и превышает b> по абсолютной величине, если находится в интервале dк d к то отрицательное < 2 приращение Ь становится меньше Ь если d» попадает в интервал Йк д„

У то Д также меньше Ь „но имеет положительньп знак, а если d

З0 шается яр<с.<ерно обратно пропорционально уровню V,„(выходного сигнала моста н точке частного экстремума (фиг. I, а, б). Для того, чтобы сохранить деление области экстремума на укаэанные эонь<, а следовательно, 35 . сохранить в этих условиях высокую точность фиксации равновесия моста, значение Ь, опредсляемое выражениями (1) и (2) корректируется в эанисимости от величины IV „„ . Реализация предлагаемого способа уравновешинания возможна в микропроцессорных

t0 l5

pat<

D (l ) и (2) . Аналогично уч«ывается зависимость Ь от величины уравнове(<пинающего воздействия ш. Величина может составлять I, 2, 3 lt более един<(ц дискретности текущего разряда уравновешивания. При больном m ноэ— растают быстродействие и помехоустой. чивосгь моста. Однако одновременно снижается точность измерения . Оптимальное значение ш определяется назначением и условиями работы прибора.

В тех случаях, когда мост еще недоураннонешен по квадратурному параметру или на измерительную цепь ноэ— действуют помехи, величина Ь уменьмостах переменного тока, в которых в качестве экстремума-детектора используется аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Например, мост Р5084 не требует изменения их конструкции. Определение модуля выходного сигнала моста осуществляется АШ1, а вычисление и установка значений Ь, сопоставление Ь и Ь и ныполнсиие дополl нительных воздейств«й производятся микропроцессорным контроллером.

В мостах переменного тока с системой автоматического ураниовешинайия на дискретных лог<гческих элементах предлагаемый способ ур;<ви веп(и" вания может быть реализовал с и мottts

) JI6987 устройства, схема которого приведена на фиг. 3.

Устройство работает следующим образом.

Синусоидальное напряжение с выхода генератора 14 поступает на мостовую и. измерительную цепь (НИЦ) 15, которая содержит многоразрядные уравновешивающие элементы параметров р и q. Уп- 10 равляют ими с помощью вь»кодных кодов многоразрядных реверсивных счетчиков

16 и 17. Уравновешивание моста осу1 цествляется импульсами, кот9рые выра- батываются тактовым генератором 18, а затем разделяются на импульсы воздействий по параметрам р и q с помо.щью селектора, состоящего из счетного триггера 19 переключения параметра и логических схем И 20 и 2). По- 20 даются импульсы воздействий на счетчики 16 и 17 через формирователи 22 или 23 величины m уравновешивающих воздействий, представляющие собой, генераторы пачек из m импульсов, и 25 распредег»ители импульсов 24 или 25.

Последние управляются счетчиком 26 разрядов уравновешивания. Выходной сигнал КЩ через усилитель 27 сигнала неравновесия и амплитуднь»»» детек- 30 тор 28 поступает на входы двух эксгремум-детекторов 29 и 30. Порог срабатывания экстремум-детектора 30 выбран несколько выше уровня помех на его входе (на практике этот уровень соответствует 0,02...0,05S). Порог срабатывания экстремум-детектора

29 регулируется в зависимости от модуля сигнала неравновесия. Такая регулировка может осуществляться с помощью включенного в цепь обратной связи операционного усилителя этого экстрему м-детектора какого-либо элемента Rц с регулируемым сопротивлением» полевого транзистора, оптрона 45 и т.п. (фиг. 4). При увеличении модуля выходного сигнала моста указанное сопротивление увеличивается и чувствительность Ь экстремум-детек33 тора 29 повышается. Соответствие изменения Q р*ормулам (1) и (2) достигается за счет регулирования сигнала управления элементом R!, с помощью управляемого делителя напряжения, коэффициент передачи Которого зависит от чувсгнительности S и величины урав»»овею!и!ающего воздействия моста.

В остальном работа экстремум-детектора ничем не отличается от известных экстремум-детекторов экстремальных мостов переменного тока.

В зависимости от результата определения знака приращения модуля выходного сигнала моста, на выходах

I! I !! II

+ и — экстремум-детекторов 29 и

30 в каждом такте формируются соответствующие логические сигналы. Например, если получено значительное отрицательное приращение, логические единицы устанавливаются на выходах

II !! обоих экстремум -де тект о ро в, если получено малое положит ельное п риращение, то логическая ед иница устан авл ив ае т ся на выходе " + " только экстремум -детектора 3 0 и т . д . Эти сиг палы с помощью дешифр ато ра 3 1 п реобразуются в сигналы управления п роце с сом уравновешивания .

Логика работы дешифр ато ра следую" щая . При наличии логического сигнала на выходе " -" экстремум-детектора 2 9, I сигналы на выходах дешифратора 31 отсутствуют. Уравновешивание моста происходит в направлениях изменения параметров р и q, определяемых соСтоя-. ниями триггеров 32 и 33 реверса, которь!е управляют направлением счета многоразрядных реверсивных счетчиков

16 и 17. При попадании моста в область рановесия по одному из парамет" ров исчезает сигнал на выходе экстремум-детектора 29 и появляются сигналы на выходе "- или "+" э»»стремум-детектора 30 или одновременно на выходах "+" экстремум-детекторов 29 и 30. При этом появляется логический сигнал на выходах 1 и 1! (в зависиР мости от состояния ТПП) а также на одном из выходов 2г (2 ); Зр (3 );

4 (4!1) соответственно ° Сигналом с выхода Ip (1! ) опрокидывается один из триггеров реверса, а сигналами с выходов 2 (2- ) - 4-„(4 ) устанавливаP ется величина дополнительного уравновешивающего воздействия. формируемого блоков формирователей. Для декадной структуры уравновешивающих элементов она равна соответственно 3m, 7m или m импульсов, причем в первых двух случаях логическими схемами

ИЛИ 34 и 35 одновременно вырабатывается сигнал логической единицы, который поступает на сумматор 36, где суммируется с кодом счетчика 26, Таким образом; в этих двух случа-! х дополнительное уравновешивающее

1516987 цоэдействие лодаегся на следующую младшую декаду cчетчикон 16 и 17, Сигналами с выходов 2р(2q) 4 (4 ) е дешифратора через элементы ИЛИ Зч-38 . также нзнодятся триггеры 39 и 40 фик5 сации ранновесия ° Если достигнуты оба частных экстремума моста, то взведенными оказываются оба эти триггера, открывается схема И 41 совпаде- 1ð ния и очередной тактовый импульс уве.— личивает код счетчика 26 на единицу и сбрасывает н исходное состояние триггеры. Далее уравновешивание моста продолжается на следующем разряде 15 аналогично.

Преимущества предлагаемого способа уравновешивания ло сравнению с известным обусловлены более точной фиксацией частных экстремумов моста 2(1 за счет использования информации как о знаке, так и о величине приращений

I U b,l, (, полученных в результате воздействий на мост, и за счет регулирования порога чувствительности детек- 25 тора равновесия. При использовании известного способа погрешность уравновешивания моста составляет примерЮ

m m но — — — †; †. Предлагаемый способ

3 2

1 . Способ поразрядного уравновешивания цифровых автоматических экстремальных мостов переменного тока, saключ ающий с я и том, ч то но эдейс твуют на ураннонешиваемые параметры моста с чередованием от такта к такту, определяют после каждого воздействия наличие и знак вызванных им приращений модуля выходного сигнала моста, лревьппающих по величине порог срабатывания детектора равновесия, изменяют направление следующего воздействия по тому же уранновешинаемому параметру лри отсутствии приращений с отрицательным знаком, при этом фиксируют достижение частного экстремума по соответствующему уравновешиваемому параметру, принимая за равновесное предпоследнее состояние моста лри получении приращения с положительным знаком ипи промежуточное между предпоследним и последним состоянием моста, если полученное приращение не превысило порога срабатывания детектора равновесия, переходят к уравноверинанию моста на следующем разряде после достижения частных экстремумов по обоим уранновешинаемым параметрам„ отличающий с ятем,что,с целью повышения быстродействия и точности уравновешивания, после каждого воздействия определяют величину мо дуля выходного сигнала моста в единицах чувствительности моста по регулировавшему параметру, изменяют порог срабатывания детектора равновесия в зависимости от этой величины и фиксипозволяет достичь погрешности, не

m превышающей ††. На практике из-за

8 влияния помех и упрощенной аппроксимации зависимости р выражениями (1) 35

m и (2) эта погрешность составляет

m т.е. в дна раза меньше, чем в известном способе. Это приводит к двукратному повышению точности измерения и двукратному сокращению числа ноздействий на каждом последующем разряде уравновешивания. Кроме того, сокращается число шагов на текущем 45 разряде эа счет более точного фиксирования первого частного экстремума, что исключает необходимость доуравновешивания измерительной цепы после достижения второго частного экстре- 5 мума. В итоге быстродействие прибора увеличивается в 2 раза. При использовании предлагаемого способа относительно свободен выбор величины m (в известном способе всегда равно 2), благодаря чему можно оптимизировать соотношение между точностью и быстродействием прибора в зависимости от

его назначения и условий работы.

Ф о р м у л а и э о б р е т е и и я руют промежуточное состояние моста при достижении частного экстремума путем дополнительного воздействия иа уравновешиваемые параметры моста в следующем разряде с учетом знака последнего приращения модуля выходного сигнала моста.

2. Способ ло л. 1, о т л и ч а юшийся тем, что для определения величины и модуля выходного сигнала н единицах чувствительности моста измеряют амплитуду U его выходного сиг-, нала и вычисляют отношение последней к чувствительности S моста ло рсгулировавшемуся параметру ло формуле

n

Э а порог 1 срабатывания детектора

D равновесия определяют ло формул»! 5! 6987!

6ф фра.!

S-m зв

Р и+1 1 где m — величина воздействия на уравновешиваемый параметр в шагах дискретности.

Э. Способ ло пп. и 2, о т л и— ч а ю шийся тем, что дополниЬ тельное воздействие на уравновешиваемый параметр моста составляет по величине I/3 величины воздействия текущего разряда уравновешивания при отрицательном знаке приращения амплитуды выходного сигнала моста и 2/3 этой величины, если этот знак полол ителен.

1516987

h ГТИ

4ьг. Ф

Составитель В. Семенчук

Редактор И.Горная Техред Л.Сердюкова Корректор О. Дипле

Заказ 6387/49 Тираж 714 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ (ССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,t >