Устройство для измерения комплексных параметров двухполюсника

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения комплексных параметров двухполюсника: входного сопротивления и потребляемой мощности в цепях переменного тока в широком частотном диапазоне . Целью изобретения является повышение точности измерения в расширенном диапазоне частот. Устройство для измерения комплексных параметров двухполюсника содержит источник переменного тока, измеритель тока и напряжения и две клеммы для подключения двухполюсника. Введение в устройство калиброванного четырехполюсника, трех ключей , двух коммутаторов и вычислительного блока позволило исключить -из устройства ваттметра или другого фазоизмерительного прибора и повысить точность измерения с одновременным расширением частотного диапазона.1 ил. v Ё

СОЮЗ СОВЕ ГСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (н)5 G 01 К 2?/02

ГОСУДАР СТ В Е ННЫ И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4627591/21 (22) 27.12.88 (46) 30.06.91, Бюл. (Ф 24 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофизики (72) Л.Е. Виноградов, 3.Г. Каганов и Е.А.

Ястребов (53) 681.327,6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1190279, кл. G 01 R 21/06, 1984.

Бессонов Л.А., Теоретические основы электротехники, M.: Высшая школа, 1978, с.

84-85, рис. 3.24. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВУХПОЛЮСНИ КА (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использоИзобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения комплексных параметров двухполюсников, а именно входного сопротивления и потребляемой мощности в цепях переменного тока в широком частотном диапазоне.

Целью изобретения является повышение точности измерения в расширенном диапазоне частоты.

На чертеже представлена блок-схема устройства.. Устройство содержит источник 1 переменного тока, первый, второй и третий ключи 2, 3, 4, калиброванный четырехполюсник

5, первый и второй коммутаторы 6 и 7, изме.ритель 8 тока и напряжения, выходные

„„!Ж ÄÄ 1659900 А1 вано для измерения комплексных параметров двухполюсника: входного сопротивления и потребляемой мощности в цепях переменного тока в широком частотном диапазоне. Целью изобретения является повышение точности измерения в расширенном диапазоне частот. Устройство для измерения комплексных параметров двухполюсника содержит источник переменного тока, измеритель тока и напряжения и две клеммы для подключения двухполюсника. Введение в устройство калиброванного четырехполюсника, трех ключей, двух коммутаторов и вычислительного блока позволило исключить из устройства ваттметра или другого фаэоиэмерительного а прибора и повысить точность измерения с одновременным расширением частотного диапазона. 1 ил. ей клеммы 9 и 10, вычислительный блок 11, 0с, исследуемый двухполюсник 12. (Л

Устройство работает следующим обра- О зом.

После включения устройства на пульте управления (отдельно не показано) вычислительного блока 11 набирается код, соот- O ветствующий выбираемой частоте переменного тока. По шине управления от вычислительного блока 11 на управлящий д вход источника 1 переменного тока подается сигнал, по которому последний вырабатывает переменный ток требуемой частоты.

Калиброванный четырехполюсник 5 представляет из себя статическое устройство, например Т-образный четырехполюсник, все элементы и связи которого известны и измерены с высокой точностью образцовы1659900 ми приборами, Поэтому одновременно в вычислительном блОке 11 происходит вычисление величин: Т=п1ас((ФГ), С = erg(tgl(), Zñ=-m0dZc И Pс =. argZñ, ГДŠà — КазффИЦИЕНт распространения; р - аргумент характеристического сопротивления; 7с — характеристическое сопротивление калиброванного четырехполюсника 5, соответствующих Bhlбранной частоте, которые также вычисляются с высокой точностью. Далее следует пять тактов измерений необходимых величин, которые формирук)тся Вычислительным блоком 11 и который управляет работой ключей 2 — 4, коммутаторов 6 и 7, измерителя

Я тока и напряжения и источника 1 переменного тока в следующей паследавательнссти.

1-й такт: первый клепач 2 разомкнут, второй ключ 3 разомкнут, третий ключ 4 замкнут, у коммутаторов 6 и 7 подключены первые входы, происходит измерение входного тока 11 калиброванного четырехполюсника 5, нагруженного на исследуемый двухполюсник 12. Код, соответствующий измеренной величине, с измеритедя 8 тока и напряжения поступает в вычислительный блок 11, где запоминается.

2-й такт: первыи ключ 2 замкнут, второй ключ 3 разомкнут, третий ключ 4 замкнут, у первого коммутатора 6 ".lîäêëþ÷åí первый вход, у второ-о коммутатора 7 — второй. П роисходит измерение входного напряжения

U1 калиброванного четырехполюсника 5, 3-Й TBKT: первый клк)ч 2 Замкнут, второй ключ 3 разомкнут, третий кл оч 4 разомкнут, у первого коммутатора 6 подключен второй вход, у второго каммутатopB 7- третий. Происходитт измерение вы).одного така 12 калиброванного четырехпалюсника 5, нагруженного на сследуемый двухполюсник 12.

4-Й такт . первый ключ 2 замкнут, втароЙ ключ 3 разомкнут, третий ключ 4 замкнут, у первого коммутатора 6 подключен второй вход, у второго коммутатора 7 — 4етверть й, Происходит измерение выходного напря)кения 112, 5-й такт; измерение может быть двух типов, в зависимости от того, при каком определенном значении напряжения или тока необходимо узнать потребляемую двухпалюсником мощность.

Если необходима измерить мощность при определенном значении напряжения

U3, набираемом на пульте вычислительного блока 1 1, то последний формирует сигнал, при котором в источнике 1 устанавливается требуемое напряжение, первый ключ 2 разомкнут, второй ключ 3 разомкнут, третий ключ 4 разомкнут, у первого коммутатора 6 подключен первый вход, у второго коммутатора 7 — третий. В результате к источнику 1 переменного така происходит подключение

5 исследуемого двухполюсника 12 через измеритель 8, и измеряется потребляемый ток

13.

Если необходимо измерить мощнос гь при определенном значении тока 13, набира10 емам на пульте вычислительного блока 11, то последний формирует сигнал, который устанавливает требуемый ток 13 в источнике

1 переменного тока, первый ключ 2 разомкнут, второй ключ 3 замкнут, третий ключ

15 4 разомкнут, у первого коммутатора 6 подключен первый вход, у второго коммутатора

7 — второй. Происходит измерение напряжения U3 на исследуемом двухполюснике 12.

Следует еще раэ особо подчеркнуть, что

20 измеряются только действующие (или амплитудные) значения таков и напряжений и отсутствует измерение непосредственно мощности или фазовых углов между ними, однако и по измеренным данным в вычисли25 тельном блоке 11 происходит вычисление комплексных параметров двухполюсника па следующему алгоритму: входное сопротивление: Z

7 = глог17= U2/12:

<; any < = c(resin (1 х +аРЙ1 м, где а- модуль комплексного сопротивления;

Z — аргумент комплексного сопротивле45 ния

Z — входное сап ративление.

z.,"coo (e-l-I ñ.)- z ñ .со5 (В Чс)

2 < 5|п (g Цс1+2с бм (В44 с1

z,(zñ+z т 1-zñ (z + 2, т .)

2Zc ZòfZ, (8-VcI+Z< (В+с,Д

Z1 = U1/11, где U1 — входное напряжение калиброванного четырехполюсника; 11 — входной ток калиброванного четырехполюсника.

45 Также вычисляются активная P и реактивная Q потребляемые мощности, соответствующие выбранным значениям тока 13 или напряжения Бз;

P = U I. C05 Сб )

Q =(,) 1 и о .

Па этим значениям легко находится полная мощность «ßS:, 5-, 5=P+jg=5 Е

jF где: или S = P+ Q, д = агстц Q/Р.

S — модуль полной мощности; д- аругмент полной мощности, 1659900

Эти формулы получаются из следующих соображений. Для четырехполюсника можно написать уравнения в гиперболической ф рме j = с «Г g, + Z, qg Г, 1

I U +colà I, -с где Ip — выходной ток калиброванного четырехполюсника.

Входное сопротивление четырехполюника, нагруженного на двухполюсник Е(объект измерения 12), с учетом, что U2=t2 Е: + с

z -«z, с Z th .а-2О к

Z,=Z, е,2=2e" и11Г=Т е авлишем а zcr „z, .cr(rr а) Т.к

Преобразуем это выражение: найдем сначала вещественную и мнимую составляющие этого комплексного выражения, а затем его модуль

Окончательное вырржение о. =acg Z =жоисв n r acct М.

1,. Мв

Иа выражения видно, что автоматически определяется знак аргумента а.

Таким образом, измеряя только действующие (или амплитудные) значения токов и напряжений на входе и выходе калиброванного четырехполюсника 5, нагруженного на исследуемый двухполюсник, и не проводя никаких фазовых измерений, получают в результате вычислений по предложенному алгоритму значения комплексных параметров двухполюсника с очень высокой точностью, в расширенном диапазоне частот. Т.к. современные измерители тока и напряжения измеряют токи и напряжения с высокой точностью в широком частотном диапазоне, это позволило создать высокочастотное устройство с простой измерительной частью, а основная функциональная тяжесть легла на програмZ z Z.Т со5 (0+Ye-M) в с Z.ñ+Е Т +2Ес2 "со5 (9-Ч с+М j

Разрешив выражение относительно неизвестного аргумента а, получим: sin а- Мх

xcos, а= N. .т.к, а sin А+ Ь cos А = г sin (А+В),, ов, tg5=bfa, то

Д,авв, (cc-ar ctg М = N, N

„ли ;> (М -acct М1 + /Д мную часть вычислительного блока, что на современном этапе развития вычислительной техники является не только оправданным, но и необходимым, В данном устройстве используются стандартные элементы: ключи. коммутаторы, управляемый источник переменного тока, в качестве измерителя тока и напряжения можно применить вольтметр универсальный типа В7-34, который имеет плавающую общую точку и все необходимое для работы в вычислительном комплексе. В качестве вычислительного блока можно использовать микроЭВМ "Электроника 10025".

Технико-экономическая эффективность устройства состоит в повышении точности измерения комплексных параметров двухполюсников с одновременным расширением частотного диапазона за счет исключения из устройства ваттметра и каких-либо фазовых измерений, которые являются сложной технической задачей на высоких частотах.

Формула изобретения

30 .: Устройство для измерения комплексных параметров двухполюсника, содержащее источник переменного тока, измеритель тока и напряжения, две выходные клеммы для подключения двухполюсни35 ка, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения в расширенном диапазоне частот, в него введены калиброванный четырехполюсник, первый, второй и третий ключи, первый и второй

40 коммутаторы и вычислительный блок, причем первый вывод источника переменного тока соединен с первым входом первого коммутатора, через первый ключ — с первыми входами калиброванного четырехполюс45 ника и второго коммутатора, чзрез второй ключ — с первой выходной клеммой для подключения двухполюсника, третьим входом второго коммутатора и выходом третьего ключа, вход которого соединен с вторым

50 входом первого коммутатора и первым выходом калиброванного четырехполюсника, второй выход которого соединен с второй выходной клеммой для подключения двухполюсника и четвертым входом второго

55 коммутатора, второй вход которого соединен с вторым входом калиброванного четырехполюсника и вторым выводом источника переменного тока. управляющий вход которого соединен с управляющими входами первого, второго. третьего ключей, первого, второго коммутаторов, измерителя тока и

165990

Составитель В,Чеботова

Редактор Е,Зубиентова Техред M,Mîðãåíòàë Корректор С.Черни

Заказ 1841 Тираж 424 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН1 СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 напряжения и выходной шиной вычислительного блока, входная шина которого соединена с выходом измерителя тока и напряжения, первый и.второй входы которо го соединены соответственно с выходами первого и второго коммутаторов.