Способ цифрового измерения электрических величин



Способ цифрового измерения электрических величин

 


Владельцы патента RU 2567441:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к измерительной технике. Способ включает преобразование измеряемой электрической величины и отсчет измеренной электрической величины. При этом возбуждают открытый резонатор электромагнитными колебаниями, воздействуют преобразованной электрической величиной на открытый резонатор, измеряют резонансную частоту открытого резонатора и по измеренной частоте открытого резонатора, производят отсчет величины измеряемой электрической величины. Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение точности измерения электрической величины. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.

Известен способ дистанционного измерения емкости на высоких частотах с определением резонансной частоты высокочастотного резонатора (см. RU 2168730 С1, 10.06.2001). На колебательную систему этого способа, выполненную в виде линии с распределенными параметрами, подают высокочастотный сигнал с частотой, равной резонансной частоте высокочастотного резонанса в конце линии с распределенными параметрами, подключают к колебательной системе минимальную Ckmin и максимальную Ckmax калибровочные емкости, определяют соответствующие им резонансные частоты fp1 и fp2, получают калибровочную характеристику, подключают к колебательной системе измеряемую емкость и определяют соответствующие ей резонансную частоту fpe3x, при условии fp2<fpe3x<fp1 о величине измеряемой емкости судят по частоте высокочастотного резонанса и по калибровочной характеристике.

Недостатком этого известного технического решения является сложность процедуры подключения калибровочных и измеряемой емкостей к колебательной системе.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип электромагнитный способ измерения тока (см. Информационно-измерительная техника и электроника, учебник: под ред. Г.Г. Раннева, М.: Издательский центр «Академия», 2007, стр. 298). Для перемещения подвижной части измерительного механизма в этом случае используется энергия системы, состоящей из плоской катушки (неподвижная часть) и сердечника (подвижная часть). Измеряемый ток подают в цепь плоской катушки, и в результате этого сердечник, выполненный из пермаллоя, втягивается в зазор плоской катушки. Все это приводит к тому, что стрелка, жестко связанная с осью сердечника, отклоняется и в отсчетном устройстве измеряется величина тока.

Недостатком этого устройства можно считать низкую точность измерения, связанную со стрелочным отсчетом и эффектом параллакса.

Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение точности измерения электрической величины.

Технический результат достигается тем, что в способе цифрового измерения электрических величин, включающем преобразование измеряемой электрической величины и отсчет измеренной электрической величины, возбуждают открытый резонатор электромагнитными колебаниями, воздействуют преобразованной электрической величиной на открытый резонатор, измеряют резонансную частоту открытого резонатора и по измеренной частоте открытого резонатора, производят отсчет величины измеряемой электрической величины.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что изменение резонансной частоты открытого резонатора, обусловленное перемещением плоского отражателя открытого резонатора относительно вогнутого при воздействии на него подвижной части измерительного механизма, дает возможность измерить величину электрической величины в цифровом виде.

Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить задачу цифрового измерения электрических величин на основе резонансной частоты открытого резонатора при воздействии на его плоский отражатель подвижной части измерительного механизма, повышением точности измерения.

На чертеже представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ цифрового измерения электрических величин.

Устройство, реализующее данный способ, содержит неподвижной элемент 1, подвижной элемент 2, плоскую пластину 3, вогнутую пластину 4, элемент ввода электромагнитных колебаний 5, соединенный с выходом микроволнового генератора 6, элемент вывода электромагнитных колебаний 7, подключенный к входу детектора 8 и измеритель амплитудно-частотных характеристик 9.

Предлагаемый способ основывается на использовании свойств электромагнитных систем и колебательных характеристик открытых резонаторов и работает следующим образом. Согласно этому способу сначала измеряемую электрическую величину с помощью электромагнитной системой преобразовывают и потом этим преобразованным сигналом перестраивают резонансную частоту открытого резонатора. После этого, измерением резонансной частоты перестроенного по частоте открытого резонатора, осуществляют отсчет электрического сигнала в цифровом виде.

Электромагнитная система данного способа включает в себя неподвижную часть - катушку и сердечник - подвижную часть, а открытый резонатор - вогнутую пластину (неподвижная) и плоскую пластину с возможностью перемещения относительно вогнутой неподвижной пластины.

В этом способе измеряемую электрическую величину подают на неподвижной элемент 1. Пусть в рассматриваемом случае в качестве последнего используется индуктивная катушка и контролируемым электрическим параметритом является электрический ток. При протекании тока через катушку вокруг катушки образуется магнитное поле. Если предположить, что в магнитном поле находится сердечник, например, из пермаллоя, то сердечник, служащий подвижным элементом 2, будет втягиваться в зазор катушки. Согласно данному техническому решению ось сердечника жестко связывают с плоской пластиной 3 открытого резонатора. Открытый резонатор, как уже было показано выше, представляет собой плоскую пластину 3 (отражатель) и вогнутую пластину 4 (отражатель). Отражатели разнесены друг от друга на некотором расстоянии

Из теории резонансных систем известно определение резонансной частоты открытого резонатора по формуле:

,

где ω - резонансная частота открытого резонатора при отсутствии перемещения плоской пластины, q - целое число (практически q>3), с - скорость распространения электромагнитной волны между металлическим пластинами (свободное пространство), l - расстояние между вогнутой и плоской металлическими пластинами (отражателями) открытого резонатора.

Перемещение сердечника выше приведенной электромагнитной системы, ось которого жестко закреплена с плоской пластиной открытого резонатора, должно привести пропорциональное перемещение плоской пластины относительно вогнутой пластины открытого резонатора. В силу этого, как видно из приведенной формулы (изменение расстояние между отражателями), частота резонатора, возбужденного электромагнитными колебаниями, изменится, и для измененной частоты можно записать

,

ω1 - где резонансная частота резонатора после перемещения плоской пластины относительно вогнутой, l1 - величина перемещения плоской пластины. Последняя формула показывает, что уменьшение расстояния между пластинами (отражателями) обуславливает увеличение резонансной частоты и наоборот, увеличение расстояния - уменьшение частоты. Отсюда можно заключить, что втягивание сердечника в зазор катушки, зависящее от величины измеряемого электрического тока, прошедшего через цепь катушки, преобразуемое в перемещение плоской пластины открытого резонатора относительно его вогнутой пластины, дает возможность судить о величине измеряемого электрического тока резонансной частотой открытого резонатора, т.е. получить информацию об измеряемом токе в цифровом виде.

Для возбуждения открытого резонатора электромагнитными колебаниями с выхода микроволнового генератора 6 сигнал поступает на вход элемента ввода колебаний 5. Последний обеспечивает ввод колебаний в резонатор, образованный двумя металлическими пластинами. После этого изменением частоты выходного сигнала микроволнового генератора добиваются резонанса в данном резонаторе. Для наблюдения резонанса и оценивания его резонансной частоты, сигнал с полости резонатора с помощью элемента вывода колебаний 7 передают в детектор 8. Продетектированный сигнал с выхода этого детектора поступает на вход измерителя амплитудно-частотных характеристик 9. Посредством этого устройства фиксируется резонанс в рассматриваемом открытом резонаторе и оценивается резонансная частота, определяемая формулой (1). При перемещении плоской пластины открытого резонатора (воздействие сердечника на плоскую пластину) относительно вогнутой пластины, изменяют частоту выходного сигнала микроволнового генератора для того, чтобы снова найти резонанс, связанный с определенным положением плоской пластины. При этом измеренная резонансная частота должна соответствовать значению, вычисленному по формуле (2). Следовательно, измеряя резонансные частоты при отсутствии и наличии перемещения плоской пластины, по разности этих частот (ω1-ω) можно определить величину перемещения плоской пластины, связанную со значением измеряемого электрического тока. Отсюда вытекает, что величину измеряемого электрического тока можно выразить в цифровом виде, т.е. вместо стрелочного отсчета будем иметь цифровой отсчет.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении, использующем взаимодействие электромагнитной системы с колебательными характеристиками открытого резонатора, на основе измерения резонансной частоты открытого резонатора, содержащего плоскую и вогнутую металлические пластины, можно обеспечить повышение точности измерения электрических величин.

Предлагаемый способ успешно может быть использован для измерения электрических и радиотехнических параметров.

Способ цифрового измерения электрических величин, включающий преобразование измеряемой электрической величины и отсчет измеренной электрической величины, отличающийся тем, что возбуждают открытый резонатор электромагнитными колебаниями, воздействуют преобразованной электрической величиной на открытый резонатор, измеряют резонансную частоту открытого резонатора и по измеренной частоте открытого резонатора, производят отсчет величины измеряемой электрической величины.



 

Похожие патенты:

Способ определения параметров прибора СВЧ, включающий измерение в n точках рабочей полосы частот его комплексных параметров рассеяния, моделирование его в рабочей полосе частот в виде эквивалентной схемы, содержащей активные и реактивные элементы, каждый из которых описывают соответствующим параметром, не зависящим от частоты, определение собственно параметров посредством математической процедуры.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, емкости и напряжения. Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления, емкости и напряжения в двоичный код содержит четыре резистора, два генератора, управляемые напряжением и снабженные входами разрешения генерирования, и микроконтроллер; первые выводы резисторов подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам микроконтроллера, вторые выводы первого и второго резисторов подключены к входу управления напряжением первого генератора, вторые выводы третьего и четвертого резисторов подключены к входу управления напряжением второго генератора, выходы генераторов подключены к счетным входам встроенных в микроконтроллер первого и второго двоичных счетчиков.

Изобретение относится к области эксплуатации автомобильной техники и может быть использовано для диагностирования работоспособности электрической проводки автомобильной техники и поиска неисправностей при ремонте.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения неэлектрических величин резистивными датчиками.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения емкости и активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения и контроля неэлектрических величин емкостными и резистивными датчиками и передачи результата измерения по радиоканалу.

Техническое решение относится к технике резонансных радиотехнических измерений для вычисления и мониторинга комплексной диэлектрической проницаемости материалов.

Изобретение относится к технике СВЧ и предназначено для ответвления и регистрации прямой и отраженной микроволновой мощности в квазиоптическом зеркальном тракте большой мощности (1-500 кВт) при длительности импульса СВЧ 1-100 мс, в диапазоне частот 30-80 ГГц.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения емкости и активного сопротивления. Сущность изобретения заключается в снижении погрешности определения емкости и сопротивления за счет применения нескольких измерений с последующей их статистической обработкой.

Изобретение относится к устройствам для контроля процесса пропитки наполнителя полимерным связующим, в частности преформ, преимущественно в процессе инфузии, и может найти применение при изготовлении изделий из полимерных композиционных материалов как простой, так и сложной геометрической формы и различных размеров, в которых в качестве наполнителя могут быть использованы, например, преформы из стекло- или углеволокна.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании переносных устройств поиска присоединений с поврежденной изоляцией сетей постоянного оперативного тока.

Изобретение относится к области наноэлектроники и может быть использовано в различных областях наноиндустрии. Заявлен способ исследования температурной зависимости электрического сопротивления пленочных образцов при нагреве. Для нагрева пленочного образца и измерения его электрического сопротивления образец помещают в кварцевый реактор, содержащий корпус, на внешней поверхности которого бифилярно намотан резистивный нагреватель, а в стенке корпуса, в центральной его части, установлена термопара с возможностью измерения температуры упомянутого образца. Причем образец внутри корпуса устанавливают в С-образных зажимах с плоскими губками, которые выполняют из вольфрамовой проволоки. С-образные зажимы раскрепляют на растяжках, которые выполняют в виде пружин из вольфрамовой проволоки меньшего диаметра. После чего при помощи резистивного подогревателя, размещенного на поверхности корпуса, производят нагрев образца до заданной температуры. Через С-образные зажимы и растяжки на образец подают измерительный ток и определяют напряжение. Необходимое расстояние от поверхности образца до измерительного элемента термопары и его центрирование по отношению к термопаре осуществляют при помощи упомянутых растяжек. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 1 ил.

Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике. Заявленный кварцевый реактор для исследования температурной зависимости электрического сопротивления высокорезистивных объектов, преимущественно, пленочных образцов из нанокомпозиционных материалов, содержит корпус, на внешней поверхности которого бифилярно намотан резистивный нагреватель; внутри корпуса на растяжках, выполненных в виде пружин из вольфрамовой проволоки, установлены C-образные зажимы с плоскими губками для размещения исследуемого образца, выполненные из вольфрамовой проволоки, причем в стенке корпуса, в центральной его части, установлена термопара с возможностью измерения температуры упомянутого образца, размещаемого в C-образных зажимах. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических величин. Согласно способу возбуждают колебания в резонаторе на фиксированной частоте. При изменении начальной собственной частоты резонатора в фиксированных пределах [ f p 1 ,   f p 2 ] определяют его амплитудно-частотную характеристику, вычисляют площадь под ней, по которой судят о значении измеряемой физической величины. Причем в качестве резонатора применяют волноводный резонатор с оконечной нагрузкой с реактивным сопротивлением Хн, площадь под амплитудно-частотной характеристикой находят согласно соотношению , где - начальное, при номинальном значении измеряемой физической величины, значение Хн, [Хн1, Хн2] - фиксированные пределы изменения Хн0, соответствующие фиксированным пределам [ f p 1 ,   f p 2 ] , - амплитуда колебаний в волноводном резонаторе при величине Хн0 оконечной нагрузки. Технический результат заключается в упрощении процесса измерения. 2 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к строительству воздушных линий электропередачи и заземляющих устройств. Для проектирования и строительства линий электропередачи проводятся изыскательские работы, при этом исследуется местность, определяются характеристики грунта, в том числе электрическое сопротивление земли. Для измерений электрического сопротивления земли в котловане предложена упрощенная конструкция измерительного устройства, состоящего из двух симметрично изогнутых штанг, соединенных шарниром. На штангах закрепляются измерительные электроды, штепсельные разъемы и провода, соединяющие их. Для измерений устройство устанавливается в котлован, подключаются измерительные приборы, с помощью рукояток штанги разводятся к стенкам котлована, электроды внедряются в землю, производятся измерения. Техническим результатом является повышение точности измерений электрического сопротивления земли, снижение массы измерительного устройства и времени, затрачиваемого на измерения. При этом предлагается измерять электрическое сопротивление непосредственно в котловане перед установкой опоры, а результаты измерений использовать при монтаже заземляющего устройства. 2 ил.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для контроля и определения динамических метрологических характеристик при производстве и эксплуатации токовых шунтов. Устройство для определения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик токовых шунтов содержит источник импульсного тока, в котором к первому выводу вторичной обмотки повышающего сетевого трансформатора (СТ) подключен однополупериодный выпрямитель, к которому через резисторный ограничитель тока заряда подключен накопитель энергии, соединенный со вторым выводом вторичной обмотки повышающего СТ. К резисторному ограничителю тока заряда подключен первый электрод коммутатора. Первичная обмотка повышающего СТ подключена к источнику напряжения переменного тока. Через контактные клеммы тестируемый токовый шунт подключен ко второму электроду коммутатора и второму выводу вторичной обмотки повышающего СТ. Эталонный трансформатор тока размещен между тестируемым токовым шунтом и контактными клеммами. Блок регистрации и обработки сигнала содержит первый и второй АЦП, первый и второй блоки быстрого преобразования Фурье (ББПФ), блок функционального преобразования, вычислительное устройство, дисплей, которые подключены к общей цифровой шине данных. Первый АЦП подключен к потенциальному выходу тестируемого токового шунта и к первому ББПФ. Второй АЦП подключен к выходу эталонного трансформатора тока и к второму ББПФ, который соединен с блоком функционального преобразования. Блок регистрации и обработки сигнала дополнительно содержит блок формирования треугольного импульса и блок сравнения спектров, которые подключены к общей цифровой шине данных. Блок формирования треугольного импульса подключен к входам первого и второго АЦП, а блок сравнения спектров подключен к выходам первого и второго ББПФ. Технический результат заключается в снижении влияния искажения спектра преобразуемых сигналов на определяемые амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики тестируемого шунта и уменьшение погрешности численных преобразований над спектрами на частотах, соответствующих высоким гармоникам спектров. 2 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения сопротивления изоляции электрических сетей любого рода тока, находящихся под рабочим напряжением или обесточенных и изолированных от «земли». Согласно заявленному способу цикл измерения состоит из двух полуциклов. В начале первого полуцикла к контролируемой сети подключают источник регулируемого постоянного тока, по двум измеренным значениям напряжения вычисляют эквивалентную емкость и длительность интервала времени, необходимого для окончания переходного процесса. В соответствии с этим устанавливают временные интервалы процесса измерения. В конце первого полуцикла запоминают значения тока и среднего напряжения в точке подсоединения к контролируемой сети. В начале второго полуцикла изменяют направление тока источника регулируемого постоянного тока, производят аналогичные действия и обрабатывают результаты измерений по формуле, вычисляя величину сопротивления изоляции сети. Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей реализует указанный способ. Устройство содержит блок управления, первый блок управляемого тока, второй блок управляемого тока, блок подсоединения, регулируемый источник напряжения, блок фильтрации, блок измерения тока, блок измерения напряжения, блок вычисления емкости, блок формирования интервалов времени и выходное устройство. Технический результат заключается в уменьшении времени измерения сопротивления изоляции при наличии в контролируемой сети малых емкостей. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для оценки функционального состояния организма. Способ определения составляющих импеданса биологического объекта состоит в измерении напряжения на биообъекте на границах диапазона, при этом определяют активное сопротивление и эквивалентную емкость тканей биообъекта по информативным параметрам амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), а именно - предельному напряжению и резонансной частоте, которые определяют по двум значениям напряжений на двух фиксированных частотах, являющихся границами диапазона. Из отношения предельного напряжения к резонансной частоте находят предельный ток исследуемой АЧХ, информативные и искомые параметры которой нормируют относительно эталонной АЧХ за счет определения известных составляющих импеданса образцового биологического объекта. Использование изобретения позволяет повысить точности измерения составляющих комплексного сопротивления биообъекта. 4 ил., 1 табл.
Наверх