Способ измерения параметров четырехэлементных двухполюсников мостом переменнного тока

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерений параметров четырехэлементных CGRC=двухполюсников по шести схемам замещения, в которых один из элементов включен либо параллельно остальной части схемы, либо образуют с ней последовательное соединение. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения влияния высших гармоник напряжения питания моста-достигается доуравновешиванием моста на двух заданных частотах регулировкой двух параметров плеча сравнения при значениях двух других параметров плеча сравнения, полученных в конце уравновешивания по четырем парметрам, после чего по значениям параметров плеча сравнения вычисляют значения активной и реактивной составляющих комплексной проводимости плеча измерения на первой заданной частоте, а также значение активной составляющей проводимости на второй заданной частоте и проводят повторное уравновешивание моста по четырем параметрам с использованием этих значений для определения значений регулируемых параметров. Способ позволяет проводить измерения параметров по четырехэлементной, а также трехи двухэлементной схемам замещения. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,>>,» г., > >p

1;2

1 - i» Igloo

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (61) 13207 61 (21) 4395330/24-21 (22) 18, 03.88 (46) 15, 12.89, Бюл. 11 46 (71) Ульяновский политехнический институт (72) А.А, Тюкавин (53) 621.317.733(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 1320761, кл, С 01 R 17/10, 1985. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЧЕТЫРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ МОСТОМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерений параметров четырехэлементных CGRC-двухполюсников по шести схемам замещения, в которых один из элементов включен либо параллельно остальной части схемы, либо образует с ней последовательное соединение, Цель изобретения — повышение точности измерения за счет исклюИзобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к способам измерений параметров сложных двухполюсников.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет исключения влияния высших гармоник напряжения питания, На фиг, 1 представлена схема моста переменного тока, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2, 3 — варианты схем замещения четырехзлементных двухполюсников °

„„SU„1529132 А 2 (51) 4 С 01 R 17/10 чения влияния высших гармоник напряжения питания моста — достигается до уравновешиванием моста на двух заданных частотах регулировками двух параметров плеча сравнения при значениях двух других параметров плеча сравнения, полученных в конце уравно,вешивания по четырем параметрам, после чего по значениям параметров плеча сравнения вычисляют значения активной и реактивной составляющих комплексной проводимости плеча измерения на первой заданной частоте, а также значение активной составляющей проводимости на второй заданной частоте и проводят повторное уравновешивание ф моста по четырем параметрам с использованием этих значений для определения значений регулируемых параметров.

Способ позволяет проводить измерения параметров по четырехэлементнои, а также трех- и двухэлементной схемам замещения. 3 ил. Сд

К)

CO

Iasak

На фиг. 1 обозначены плечо 1 срав- . QQ кения, первый конденсатор 2, емкость Я

С которого является первым регулируемым параметром плеча сравнения, первый резистор 3 (G,) переменной проводимости, ключ 4, второй резистор 5 (R ) переменного сопротивления, второй конденсатор 6 (С ) пе- «> ю ременной емкости, плечо 7 измерения, элементы 8 (С„„), 9 (G,„), 10 (R „) и 11 (С ) схемы замещения объекта гх измерения, соответственно первый конденсатор, первый резистор, второй ре> зистор и второй конденсатор, избира1529132

1,„()Ь1,C +

Re(G „+

45

55 тельный по частоте фаэочувствительный нуль-индикатор 12 с малым входным сопротивлением, к измерительному входу 13 которого подходит ток разбалан5 са моста й?Т,-I а на опорный вход

14 подается опорное напряжение U ä, сдвинутое при уравновешивании моста по четырем параметрам на 90 относио тельно напряжения питания 1J2, зажимы

15-20, вершины 21 и 22 измерительной иагонали моста, I, I z — токи плеча

1 сравнения и плеча 7 измерения.

На фиг ° 2 и 3 обозначены конденсатор 23 (С „), параллельно включен- 15 ный смешанному соединению резистора

24 (R „„), резистора 25 (G„ „,), конденсатора 26 (С 2,„), резистор 27 (С 2, „), параллельно включенный смешанному соединению конденсатора 28 (С 2 „, рез стора 29 (G 2 „), конденсатора 30 (С, „) .

По предлагаемому способу при установке значений R 2., ;, G,, одновременно со значением С„. на частотах

4) и сд2 всегда выполняются равенства

ke(G ) -С, ; (1) — 7 — у), ;Я)

2> 30

=С," . (3) 2

В соответствии с равенствами (1) и (2) мост в конце каждой i. — îé операции .при выставленных значениях С,;, Р.2;, С 2;, G, находится на частоте . (d в том же состоянии равновесия, 1 что и в конце предварительного уравновешивания его на частоте 111, т ° е. в конце каждой i-ой операции имеет место на частоте 1,1, равенсTBc 1 вг (" ) ° (4) где dI (ы ) — ток разбаланса моста в

1 конце д-ой операции уравновешивания моста по четырем параметрам, ток Разбаланса d I e,(11,) соответствУет минимальным показаниям нуль-индикатора в конце предварительного уравновешивания моста на частоте ы1 при последней регулировке G,=vàr и последней регулировке С,=var.

Аналогично, благодаря Bûïðïíåéèþ равенства (3) мост в конце каждой

i-ой операции при выставленных значениях С;, R2;, С2,, С „на частоте <А1 находится в том же состоянии

2 равновесия пО активной составляющей тока раэбаланса d I; (< ), что и в конце предварительного уравновешивания моста на частоте у, т.е. в кон2 це каждой -ой операции выполняетс я равенство

Кель; (у )-Redier (11 ), (5) где ReAI (ы ) — активная составляющая, с оотв етств ующая минимальному показанию нуль-индикатора 12 при регулировке G,=vàr в конце предваритель ного уравновешивания моста на частоте о.1

Процесс уравновешивания по четырем параметрам заканчивают при достижении неравенства 411 (У2)- 11? (Ы2) 1 (6) где 1 4ТВ (w ) — реактивная составляющая тока разбаI ланса I (i ), coо тв е тс тв ующа я минимал-: ному nok аэ анию нуль-индикатора 12 при регулировке

С,=var в конце предварительного уравновешивания моста на частоте (, .

В соответствии с равенствами (4) и (5) неравенством (6) по окончании, роцесса уравновешивания по четырем параметрам мост при выставленных .качениях С „, R2Ä, С2я, С 1П параметров плеча сравнения (индекс "и" соответствует последней операции этого

1 процесса) является неполностью уран,новешенным и на частоте ы„и на частоте ы2, вследствие чего значения

С1,1 2п С 2111 G1я отличаются от зна чений С,,К „С „С1„, при которых уравнение равновесия моста на частотах 111 и 1,1 выполняется при токе разбаланса моста, меньшем порога чувствительности нуль-индикатора. 12. Значения С „и, R2» С2„, G,» таким образом, не свободны от погрешности из-за влияния высших гармоник на состояние равновесия в конце предварительных уравновешиваний моста.

После получения неравенства (6) отсчитывают и запоминают значения сопротивления резистора 5 и емкости онденсатора 6 соответственно R u

211

С2„и проводят доуравновешивания моста на частотах 1,1,, о 2 при эамкнутсу ,ключе 4 при значениях 12=12, С2=C,2я

1529132 6 опорное напряжение ll „=6 т, а при

С var подается U,„=jL 2. уст- Таким образом, равенства (7) и кото5 (8) не содержат остаточного тока разбаланса Д1 т (с,у,) и д1 т(С1 ), обусловуст- ленного высшими гармониками в напря) is жении питания моста. (13) (15) регулировками C, var, С, var, нающихся со значений С,„, С,„, При этих доуравновешиваниях

1 раняется ток разбаланса моста, рый имеет место при выставленных чениях С1„1,R2„1 С2 1 1 С111 ° т. е. раняются токи разбаланса В I; (у

Ьс; (с ), определяемые выражениями (4)-(6) . Указанное возможно потому, что схема плеча сравнения четырехэлементная, а значения ее параметров мало отличаются от отсчитываемых в конце измерения значений С,, R2,, С, С „, т.е. потому, что мост находится в состояние равновесия, близком к частотно-независимому, при котором влияние высших гармоник на показания избирательного по частоте нуль-индикатора 12 исчезающе мало при максимальной чувствительности нульиндикатора.

В конце доуравновешивания на частоте td с погрешностью, меньшей порога чувствительности нуль-индикатора

12, выполняется равенство

6, (G, „s1è,с, „+, ) 1211+ °

3 со1С 2о 4 LReY1«)+з Т,Гт (с1)7 ° (7) где С,„ и С,„ - значения параметров

G С, в конце доуравновешивания, т.е. при нулевых показаниях нуль-индикатора 12 при последних регулировках G

ZY — комплексная проводимость плеча 7 измерения.

На частоте с.12 в конце доуравновешивания также с погрешностью, меньшей порога чувствительности нуль-индикатора 12, имеет место равенство

U, (G,"„sj sC, +, )1 2п+

j сд2С 2п

U2 pReY1(ы )+j I Y (w<)7 (8) где С,„ и C1F — значения параметров

С„, С, в конце доуравновешивания, т.е. при нулевом показании нуль-индикатора 12 как при последней регулировке С,=var, так и регулировке С =var, При регулировке G,=vàr на опорный вход 14 нуль-индикатора подается

Значения G, G "i,„, С,„отсчитывают и используют вместе со значениями

С1„, R2 для уточнения значений С„, G,, d G, используемых в процессе уравновешивания по четырем парамет15 рам. Вычисления проводят по формулам !

1 Ут 11 R (l yQ 2 (10)

2п о дС С" -С

"""" * " Т о.1 еУГ "" где Q„ l /И, C«R2n добротность ветви иэ резистора 5 и конденсатора 6 на

25 частоте 4 при

С2Сйа и R2 Егер

К " ы /с1 - отношение частот измерения.

С учетом равенств (9) и (10) урав3р нение (7) в конце доуравновешивания на частоте w, может быть записано как

U, (С, +j (d,С, „7 U (Иет (с.11)+.11„„71 (см,)). (12)

Аналогично уравнение (8) может быть записано как

U, (G, +ju2C,„,7 =U2 (ReY (со,)+

++a» ()7 ° где к

Ц f(* " Г,,Я Ъ; (14)

С С +

4 R (К1+ 2) Как следует из (12) и (13) уточ45 ненные значения С 1 т, С, С точ1Vò 1 тут 1Ут но соответствуют, значениям составляющих проводимости Ут на частоте и1, а также активной составляющей этой проводимости на частоте с4 2

После вычисления значений С

1 ю) 1 Ут1

С1ут 1 С ут С 1ут С 1ут пРовоДЯт торный процесс уравновешивания по четырем параметрам. Повторный процесс осуществляют по известному способу. Однако, вместо значений С (1, 1

G, 4 G используют уточненные значе ия Сту,, G,„,, ЙСут, а вместо н

I значения С 1„,используют значение

C1ì.ê.-С 1 чт -С2К С ут/1411(K -l)), (16) .

1529132

В конце каждой i-ой операции повторного процесса уравновешивания после установки значений С ... Rä, С ; »

G справедливы равенства

1i 5 — + — 1. „: <о>

I,с.1ы,С6+ (18) 10

)-,„,» () Re (G

I di, ((di) E, (22) где Š— порог чувствительности нуль50 индикатора 12.

Таким образом, после завершения повторного процесса уравновешивания по четырем параметрам мост с погрешностью, меньшей порога чувствительности Е, полностью уравновешен .и на частоте и,, и на частоте

После получения неравенства (22) отсчитывают значения С„; =Cto„» Rg,= аналогичные равенствам (1)-(3) .

Благодаря выполнению равенств (17)— (19) в конце каждой i-ой операции выполняется равенство (12), а следовательно, и равенство (7),которые не содержат тока разбаланса d I »р (о ), 1 обусловленного влиянием высших гармоник. Поэтому в конце каждой i""oé операции повторного процесса уравновешивания моста на частоте ц полностью

1 уравновешен при наибольшей чувствительности нуль-индикатора 12, т.е. имеет место равенство

4йт (4) ) О, (20)

Аналогично, благодаря выполнению равенства (19) в конце каждой ф-ой операции при выставленных значениях

С „, Rq С „, G f справедливо равенство

1),G,т "Ре М ) (21) (см.. равенства (8) и (13) ), в отсутствии активной составляющей тока разбаланса Кеа? (g ), обусловленной влиянием высших гармоник.

Поскольку равенства (7) и (8), а следовательно, и равенства (12) и (13), выполняются с погрешностью, меньшей порога чувствительности нульиндикатора, то и равенства (20) и (21) выполняются с погрешностью, меньшей порога чувствительности нульиндикатора 12 °

Повторный процесс уравновешивания заканчивают при достижении неравенства

=Rao» С, С1, G „=G „, где i — номер операции, при которой выполняется неравенство (22), и определяют по формулам значения измеряемых параметров С1, » Бlx C1»» Сfx °

Продолжительность измерения по предлагаемому способу примерно вдвое больше, чем по известному способу, поскольку мост дважды уравновешивается по четырем параметрам. Необходимое число операций повторного процесса уравновешивания по четырем параметрам оценивается как

И-log у, (23) где у — относительная погрешность отсчета параметра Ср» если параметр С, регулируют по методу взвешивания, Для улучшения сходимости при пов- .

1 торном уравновешивании после проведения 8 операций (i)8) может использоваться связь

С С, I„dI (ци) 2К/Ю1U1,(K -1)

}3 (А>/ ГА;-I )} (24) причем знак + (-) перед дробью в знаменателе ставится, если после первой операции фаза тока d i (a ) положительна (отрицательна). Значение А; находится по формуле

С 1у, -C»I

С1цц»с

При использовании выражения (24) последующее значение параметра С, определяют как

При использовании выражения (24) общее число операций повторного процесса уравновешивания равно 10-12.>

Первый из описанных процессов уравновешивания завершают sa меньшее число операций, поскольку его заканчивают при показании нуль-индикатора, большем порога чувствительности

Е (см, неравенство (6)).

При необходимости может быть проведено уточнение полученных значений (I

С,„, С„„, » 4G описанным путем, после которого осуществляют второе повторное уравновешивание моста по четырем параметрам, Преимуществом предлагаемого способа является также то, что значения I I

С,„, С, „,, d G определяются по эна(I чениям C, „, G «» R <„» C „, близким к отсчитываемым значениям С,, G

R<, С», . Тем самым устраняется влия9 1529 1 ние погрешности, с которой образцовые элементы плеча сравнения С и С воспроизводят значения С,, С,, отсчитываемые в конце предварительных уравновешиваний моста, на результаты изме5 рения параметров четырехэлементных двухполюсников, проводимого по известному способу.

Способ может использоваться для измерения параметров четырехэлементных двухполюсников (фиг. 2 и 3), которые при использовании моста (фиг.1) подключаются к зажимам 16 и 19 ° Схема плеча 1 сравнения при этом не ме15 няется. После нахождения значений

С,„, К „, С „, С,„описанным образомпроводят далее пересчет параметров схемы плеча 7 (фиг. 1) в параметры схем на фиг, 2 и 3. Используют сле- 20 дующие формулы (для схемы на фиг.2) кр (26)

R q„ Rex (1+G,„R x) (27)

С gsx=C дх (1+G х Rex) э (28)

Gasx G qx (1+Стх R я.х) (29) 25 либо формулы (для схемы на фиг. 3)

Gggx Сiх э (3o)

С„, -C,x+Ñ,„; (31)

С,„С,„(1+ " ) ф (32)

С 30

С - (1+() 3. (33) х

С йx

По предлагаемому способу возможно также измерение параметров четырехэлементных двухполюсников у ко- 35 торых один из элементов схемы замещения образует с остальной частью схемы замещения последовательное соединение.

Таким образом, предлагаемый спо- 40 соб позволяет проводить измерения параметров четырехэлементных ССКС двухполюсников по шести схемам заме- ° щения, в которых один из.элементов образует либо параллельное, либо по- 45

32 I0 следовательно соединение с остальной частью схемы, т ° е ° характеризуется той же областью применения, что и известный способ. Измерения по предлагаемому способу характеризуются большей точностью, благодаря устранению влияния высших гармоник на точность определения составляющих комплексной проводимости плеча измерения на двух заданных частотах. Предлагаемый способ может быть использован для разработки на его основе мостов переменного тока, предназначенных для достаточно точных измерений параметров объектов исследования в биологии, радиоэлектронике, электрохимии и в других областях науки и техники, где объект измерения имеет четырехэлементную схему замещения.

Формула из об рете ния

Способ измерения четырехэлементных двухполюсников мостом переменного тока по авт. св. В 1320761, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, проводят доуравновешивание моста на двух заданных частотах регулировкой двух параметров плеча сравнения при неизменных значениях двух других параметров плеча сравнения, вычисляют значения активной и реактивной составляющих комплексной проводимости плеча измерения на первой заданной частоте и значение активной составляющей проводимости на второй заданной частоте, проводят повторное уравновешивание моста по четырем параметрам с использованием этих значений, вычисляют значения измеряемых параметров по результатам значений регулируемых параметров при достижении частотно-независимого состояния райновесия моста.

1529!32

Vr рие 7

Pqz 2

Я7

Составитель В, Семен .ук

Техред А.Кравчук Корректор С, Щекмар

Редактор Т. Парфенова

Подписное

Тираж 714

Заказ 7636/40

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

-Ф

Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101