Способ измерения комплексных параметров двухполюсника

 

Изобретение касается электрических измерений и может быть использовано для Определения комплекс ных параметров двухполюсников без измерения фазовых углов . Цель изобретения - повышение точности измерения. Для этого, подавая гармоническое напряжение на вход вспомогательного Т-звена, образуемого из двух одинаковых известных резисторов в продольных ветвях и измеряемого двухполюсника в поперечной ветви, измеряют напряжение и ток на его входных зажимах и напряжение на выходнУх в режимах холостого хода и короткого замыкания и рассчитывают параметры двухполюсника. Способ позволяет также упростить математическую обработку и снизить аппаратурные затраты при его реализации. 3 ил. сл с . y-lt

5U 1756832 А1 (I:

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЬ|ТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (sf)s 6 01 R 27/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС ВУ

1 .:. ::::: .. 2 . (21) 4884222/21 " : : ". . (54) СПОСОБ ИЗМЕРЁНИЯ КОМПЛЕКС(22) 19.11.90 - " НЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВУХПОЛ)ОСНИКА (46) 23.08,92. Бюл, ¹ 31::..::. (57) Изобретение касается электрических (71) Всесоюзный научно-исследовательский измерений и может быть использовано для институт электроиэмерительных приборов " . определенйя комплексных параметров

{72) 3.Г.Каганов. А.А,Котунов, 8,М.Màøåè-: двухполюсниковбезизмеренияфазовыхуг. ков, А.С.Соколовский, Н.И.Яковлев и лов. Цель изобретенная — повышениеточноE.M.ßñòðåáîé : . : . :.;. сти измерения. Для этого, подавая (56) Электротехнический справочнйк, т.1,: гармоническое напряжение на вход вспомоМ.; Энергоатомиэдат, 1987, с.85.. гательного Т-звена, образуемого иэ двух

Измерения вэлектронике: Справочник.. одинаковых известных резисторов в ïðîМ., Энергоатомиэдат, 1987, с,230; . . дольных ветвях и измерМмого двухполюс- .

Бессонов Л,А, Теоретические основы: ника в поперечной ветви, измеряют электротехники. Т.1, Электрические цепи.:., напряжениеиток-наегогвхбдныхзажимахи

М„1984, с.143;:: :: ::::::: .". напряжение на выходкнг "ыхкг в режи .лах холоАвторское свидетельство СССР—: стого хода и короткого замыкания и рассчиЬ 1552123, кл. G 01 R 27/26, 1986.: ":;:: тывают параметры двухполюсника. Способ погзволяет также упросгтить математическую обработку и снизить аппаратурные затраты

: при его реализации. 3 ил.

Ф

Ъ» е» у и (Л о

Изобретение относится к электриче-. ники предкполагаюктся подключенными к . ским-измерениями можетбытьиспользова- внешним источникам. гармонического нано для определения комплексных пряжения или тока. Прис этом они характепарамеутров двухполаснкиков без измерения .. ризуются. полныМ (комплекснйм) входным фееоемк углов. ": — . " сойрогиелеиием Z или л аллое (комллексДвухполюсниками могут быть представ- ной) входной проводимбстью У, .д левы любые электрические устройства где энергетийескогео или информационного назначения, у -котооых выведены только два " - ? р-ке f1) точки присоединения к внешней электриче- z- ad(z) -4 " > t Re(z)- э ; ской цепи (два полюса). Ниже рассматрива- . — д) ются линейнйе in пассивные двухполюснйки с произвольной, сколь угодно сложной внут- Y - .c-> ь- е-. < ренней структурой. Подобные двухполюс 1756832

q ода.Д| ° б*; где(у)- сов ф;

I@i (М

q*ar) (y)*orc4g — > a Im(Y) «i)s>n() (; ) где р — угол сдвига фаэ между напряжением и током в двухполюснике.

Таким образом, полные входные сопротивления или проводимости двухполюсников характеризуются комплексными величинами, которые задаются либо действительными (r, G) и мнимыми (x, В) составляющими, либо модулями (Z, у) и аргументами (Ф

Известны способы определения комплексных входных сопротивлений или проводимостей двухполюсников с помощью группы следующих приборбв: ваттметра или фазометра, вольтметра и амперметра.

Недостатки известного способа заключаются в следующем: при использовании вэттметра остается неизвестным знак фазавого угла р .0, т.е. не определяется характер самого двухполюсника — индуктивный или емкостный; преодоление указанного недостатка требует дополнительных опытов и измерений.

При использовании фазометра знак фазового угла становится известным, но точность его определения невелика, что приводит к существенным погрешностям в определении компонент полных сопротивлений или проводимостей; при необходимости измерения Z или g на частотах, превышающих 50 Гц, возникают существенные трудности, ибо ваттметры и фазометры на частоты звукового и радио-диапазона крайне дефицитны, очень дороги, а их точность тоже невелика; погрешности аппаратурного определения фазовых углов не только весьма значительны, но и существенно зависят от частоты напряжения, на котором производятся измерения.

Наиболее близким к заявляемому является способ измерения параметров комплексного двухполюсника, заключающийся в том, что измеряемый двухполюсник подключается к выходу калиброванного четырехполюсника, комплексные параметры которого заданы во всем дйапазоне используемых частот. Затем производят измерение действующих значений напряжений и токов на выходе нагруженного калиброванного четырехполюсникэ и вычисляются модуль с и аргумент рисследуемого двухполюсника по алгоритму.

Известному способу свойственны следующие недостатки.

Калиброванный четырехполюсник должен быть задан двумя комплексными параметрами: . характеристическим сопротивлением

5 Zc =Zce (5) где Zc = mod(Zc); p< = erg(Zc); постоянной передачи

Г=a+Jb, (6) где а и Ь вЂ” постоянные затухания и фазы, 10 соответственно.

Все эти параметры зависят от частоты, Следовательно, для измерений различных частот должны быть заданы четыре частотных характеристики калиброванного четы15 рехполюсника

Zc=Z(e), р =pcu(),а =а(в), Ь=Ь(в).

При их практическом использовании возможны дополнительные погрешности, влияющие на конечные результаты.

Формулы для определения p = arg(ZJ

20 достаточно сложны и громоздки, что осложняет их использование в измерительном процессе.

Цель изобретения —.повышение точности определения измеряемых параметров, 25 Указанная цель достигается тем, что согласно способу измерения комплексных параметров двухполюсников, включающему подачу гармонического напряжения на вход четырехполюсника, измерение действую30 щих значений напряжения и тока на его зажимах, расчет комплексных параметров двухполюсников, образуют вспомогательный четырехполюсник в виде симметричного Т-звена из двух одинаковых известных

35 резисторов в продольных ветвях и измеряемого двухполюсника в его поперечной ветви. Подавая гармоническое напряжение на вход Т-звена, в режиме холостого хода(ХХ) измеряют напряжение и ток на его входных

40 зажимах и напряжение на выходных; в режиме короткого замыкания (K3) измеряют напряжение и ток нэ входных зажимах.

Определение комплексных параметров измеряемого двухполюсника производят по

45 формулам(3) и (4), а также

М-{

-б= — р т

55 где

Ох а ulk r4x

;т = — °вЂ” 4х "<х <к

1756832

25 резистора, сопротивление которых известно, Y — измеряемый комплексный двухпо- 30 люсник (фиг.1).

Подключают к входу обобщенного четырехпол юсника (Xj источник гармонического напряжения, а к выходу — ключ К, с помощью которого можно переводить Т-звено s режи- 35 мы холостого хода (ХХ) или короткого замыкания (K3). значений напряжение и ток на входе обобщенного четырехполюсника (g 01, iq и 40 напряжение на его выходе U2x (фиг.2), измеряют в режиме КЗ действующие значения напряжения и тока на входе обобщенного четырехполюсника U«, l «3).

Вычисляют согласно формулам (10) двух 45 вспомогательных параметров

В выражениях (7)-(10) — U>x, 01к, 11x, l« — действующие значения напряжения и тока на входе Т-звена в режимах ХХ и К3 соответственно; Ugx — напряжение на выходе

Т-звена в режиме ХХ; R — сопротивление каждого иэ двух резисторов, образующих продольные ветви Т-звена. Величина R, в .омах, известна. Относительные погрешности сопротивлений каждого из этих резисторов не должны превышать гарантированно погрешности измерительных приборов.

На фиг.1 показана схема Т-звена тйпа

R-Y-- й; образующего обобщенный четырехполюсник (P на фиг.2 — четырехполюснйк («Я в режиме холостого хода и измеряемые при этом величины; на фиг,3 — четырехполюсник (Х) в режиме короткого замыкания и измеряемые при этом величины.

Предлагаемый способ измерения комплексных параметров двухполюсников сводится к выполнению следующей последовательности операций с помощью материальных объектов (вольтметра, амперметра, ключа) над другим материальным объектом (исследуемым двухполюсником).

Образуют обобщенный четырехполюсник (Zj, состоящий из симметричного Т-звена вида R-Y — R, где R — два одинаковых

Измеряют в режиме ХХ действующих

К= —; Т

«01х. г Фк Их

Огх 01х l«

По своему физическому смыслу это параметры-модули комплексных функций от комплексного аргумента, т.е.

К = mod(chÃ); Т = mod(thg, (11) где Г - а+ jb — постоянная передачи обобщенного четырехполюсника (Х) согласно выражению (6); а, Ь вЂ” постоянные затухания и фазы соответственно.

10

Вычисляют согласно формулам (8)-(9) двух расчетных параметров М и N, которые по своему физическому смыслу таковы:

M = cha cosb; N - sha slnb, (12)

Вычисляют согласно формулам (7) действительной и мнимой составляющих комплексной (полной) и роводимости измеряемого двухполюсника 6 и -В.

При этом расчетные значения G и В инвариантны к параметру R, т.е. при изменении R в (7) изменяются не только знаменатели, но и числители (М-1) или (-N), Физически это определяется тем, что при вариациях R соответственно изменяются напряжения и токи, измеряемые в режимах

ХХ и КЗ. От этого соответственно изменяются все промежуточные и расчетные параметры, Hî G и В остаются постоянными, определяемыми лишь внутренней структурой двухполюсника У, которая от R не зависит, Вычисляют согласно формулам (3)-(4) полную проводимость двухполюсника Y и, если требуется, его полное сопротивление

Z---=V+ Х = Е

{ jap, — -y— Г +х Ср= — =—

2 2,, х 1Ь

G 6 г- —, х1" 1 где

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа по сравнению с известным состоит в том, что повышается точность измерения, используется более дешевая элементная база (два одинаковых резистора вместо калиброванного четырехполюсника); значительно упрощается и ускоряется вычисление комплексных параметров измеряемого двухполюсника, что важно при автоматизации измерительного процесса и обработке результатов на

ЭВМ; при измерениях на частоте, отличающейся от промышленной, не нужен частотомер, без которого невозможно обратиться к частотным характеристикам калиброванного четы рехпол юсника.

Формула изобретения

Способ измерения комплексных параметров двухполюсника, .включающий подачу гармонического напряжения на вход четы рехполюсника, измерения действующих значений напряжения и тока на его зажимах, расчет комплексных параметров двухполюсника, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, образуют вспомогательный четырехполюсник в виде

1756832 симметричного Т-звена — из двух известных одинаковых резисторов в продольных ветвях - и измеряемого двухполюсника в его поперечной ветви, в режиме холостого хода измеряют действующие значения нап ряжения и тока на входных зажимах Т-saeva u напряжения на его выходных зажимах, в режиме короткого замыкания измеряют действующие значения напряжения и тока на выходных зажимах Т-звена, а определейие комплексных параметров двухполюсника производят по формулам

- м 1

Y =6 -JB =уе и, Qa ° - 3е —

М-- К (К (1-т Д i; .—, K t<<-K ((). a, e tl(), I()( к- —;т. Uk „xxUiix x I „kk где 01х, U1K — действующие значения напряжения на входных зажимах Т-звена в режи.. мах холостого хода и короткого замыкания соответственно;

5 Uz> — то же на конце Т-звена в режиме холостого хода;

l1x, l1K — действующйе значения токов на входе Т-звена в режимах холостого хода и короткого замыкания соответственно;

10 К, Т, М, И вЂ” промежуточные расчетные величины;

R — сопротивление каждого из резисторов, образующих два продольных плеча Тзвена;

15 Y — полная проводимость измеряемого двухполюсника;

6,  — активная и реактивная составляющие У;

Z полное сопротивление измеряемого

20 двухполюсника; у, р- модуль и аргумент Z,