Квазиуравновешенный мост переменного тока
367388
О П ИСАНЭГЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
Зависимое от авт. свидетельства №
Заявлено 22.1.1971 (№ 1612621/18-10) с присоединением заявки №
Приоритет
Опубликовано 23Л.1973. Бюллетень № 8
Дата опубликования описания 28.III.1973
М. Кл. 6 01г 17/14
Комитет пс делам иасбретеиий и открытий при Совете Министров
СССР
УДК 621.317.733.025 (088.8) Автор изобретения
В. Ю. К нел л ер
Институт проблем управления (автоматики и телемеханики) Заявитель
КВАЗИУРАВНОВЕШЕННЫЙ МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
К„= —, где
25
Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к области измерения составляющих комплексных величин переменного тока, и может быть использовано для построения автоматических измерителей относительного приращения одной составляющей и отношения составляющих комплексной велич ины и для построения 1преобразователей этих велич ни в .активные скалярные величины.
Известны квазиуравновешенные мосты, содержащие источник питания, подсоединенные к,нему ветвь измеряемой величины, состоящую из звена с изменяемым коэффициентом передачи и включенного на его выходе объекта измерения, и ветвь образцовой величины, усилитель с высоким коэффициентом усиления и звеном обратно связи, на вход которого подается алгебраическая сумма выходных величин этих ветвей и выходной величины звена обратной связи, включенный на выходе усилителя индикатор равновесия, 6lo выходному сигналу которого регулируется коэффициент передачи звена в ветви измеряемой величины, измеритель напряжения,,пропорционального отношению ооставляющих измеряемой комплексной величины, на выходе уоилителя.
В таких мостах звено с изменяемым коэффициентом 1передачи выполнено в виде регулируемого делителя на|пряжепия с коэффициентом передачи
К вЂ” постоянный коэффициент;
5 Р— регулируемая величина, значение которой при квазиравновеси и пропорционально ооставляющей измеряемого объекта.
Цель изобретения — обеспечение измерения
10 относительного отклонения составляющей измеряемой величины от ее установленного значения.
Это достигается тем, что коэффициент передачи звена с регулируемым коэффициентом
15 передачи равен
Y (1 - RP) Ух — установленное значение составляющей;
1(—,постоянный,по величине коэффициент, знак которого определяется знаком отклонения измеряемой составляющей от ее установленного значения;
P — регулируемая величина, значени которой после установления квази равновесия пропорционально измеряемому относительному отклонению.
367388 откуда
ReU, у„— О
JmU, ó„— О, получим
К
У=К, У (КР + 1) Для получения активной величины, пропорциональной относительному отклонению емкости емкостното коиплексного сопротивлен ия от ее установленного значения, звено с регулируемым коэффициентом передачи выполнено из усилителя с высоким коэффициентом усиления с образцовым сопротивлением на входе и образцовым конденсатором в цепи обратной связи и вспомогательното четырехплечето моста, образованного нерегулируемыми и у правляемыми сопротивлениями. Выхо дная диагональ этого моста через дополнительный образцовый конденсатор подсоединена к входу усилителя, а диагональ питания через трансформатор — к,выходу усилителя:и к дополнительному источнику напряжения, частота которого отлична от частоты основного источника питания.
На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого моста.
Мост содержит источник 1 питания, подсоединенные к нему ветвь измеряемой величины, содержащую звено 2 с регулируемым коэффициентом передачи и объект 8 измерения (например, комплексную проводимость, четырехполюсник и т. д.), и ветвь образцовой величины с образцовым двух- .или четырех полюсником 4, выходные величины когорых суммируются в узле 5, усилитель 5 с высоким коэффициентом усиления и ветвью 7 обратной связи.
На выходе усилителя 5 включен индикатор 8 равновесия (фазочувствительный или экстремальный). По сигналу на выходе индикатора осуществляется изменен не регулируемой величины Р, от которой зависит коэффициент передачи К, звена 2, до установления состояния равновесия. При этом существенно, чтобы зависимость коэффициента передачи звена от регулируемой величины имела вид
К и — 1(i где К1 — коэф|фициент пропорциональности (величины К, Y>, P о пределены выше),,Если обозначить |измеряемую комплексную величину В„=х+jу, напряжение питания ветвей — Ug, коэф ф ициент передачи звена (4)— (— 1К ), коэффициент:передачи звена обратной связи — К,, а выходную величину усилителя — Ui, то при достаточно высоком коэффициенте усиления усилителя 5 имеем равенство сигнала в узле 5
I (+is) — W * >. = U,1(YN(KP+ 1)
После установления оостоян ия квазиравновесия
Y 1, л К
К Ка
N K
К, т. е. при — =1 ве,тичина P пропорциональна
К, относительному отклонению реактивной составляющей у от ее значения YN
При этом напряжение на выходе усилителя
5, измеряемое прибором 9, К1х К, х
Возможность измерения как положительных, так и отрицательных отклонений составляющей;при положительной величине Р обеспечивается за счет изменения знака коэф фициента
К, а возможность отсчета величины относительного отклонения в процентах — благодаря соответствующему выбору величины этого коэф фициента.
Если коэффициент передачи ветви образцовой величины — действительная величина (— К ), то после установления состояния квазиравновесия получим х — Х
P—rN (здесь установленное значение составляющей обозначено Х вместо YN) и U> Q.
Возможный вариант выполнения моста для измерения tg 6 и относительного отклонения емкости сопротивления от ее установленного значения (С.ч) показан на фиг. 2.
Ветви моста питаются напряжениями на вторичных обмотках m, и m трансформатора 10, первичная обмотка то которого подключена к генератору. Ветвь измеряемой величины содержит дополнительный усилитель 11 с высоким коэффициентом усиления, на входе которого включено образцовое активное сопротивление 12 (R>), а в цепи обратной связи — образцовый конденсатор 18 (С ).
К выходу усилителя подключено измеряемое комплексное сопротивление с параметрами
С<, Р„а также трансформатор 14 напряжения с коэффициентом трансформатора К2. Вторичная обмотка трансформатора питает четырехплечий мост 15, образованный постоянными по вели ч ине сопротивлениями,и сопротивлением,изменяющим евою величину под воздействием выходного сигнала индикатора 8 равновесия (например,,квадратурного фазочувствительного индикатора, опорным .напряжением,которого служит напряжение питания
:моста U ). К выходной диагонали моста подсоед инен дополнительный образцовый конденсатор 15, второй конец которого подключен к входу усилителя Л. В диагональ питания моста 15 включен источник 17 постоянно367388 го напряжения известной, величины (U=) . Для тото, чтобы этот, источник не шунтировал цепь,по переменному току, последовательно с ним может быть включена индуктивность, а чтобы постоянный:ток .не подмагнич ивал сердечн ик трансформатора 14, в его 1вторичную обмотку, может быть .включен конденсатор (эти эле менты,на,фиг. 2 не показаны).
Ветвь образцовой величины содержит образцовое сопроти1вление 1хз. Выходные токи ветвей суммируются на входе усилителя 6 с высоким коэффициентом усиления, в цепи обратной связи Kо торого включено сопротивление R>. Суммирование можно осуществлять .и с помощью;индуктивного ком паратора то.ков. К выходной диагонали моста 15 1подклю,чают прибор 18, измеряющий 1псстояпное напряжение, пропорциональное относительному отклонению емкости С, а к выходу усилителя б — прибор 9, измеряющий амплитуду переменного на1пряжения UI,:ïðo ïoðöèoíàëbíóIo
tg б (или 1преобразователь переменного на пряжения в постоянное). Выходное напряжение индикатора 8 равновесия, воздействуя па величину управляемого резистора в плече моста 15, изменяет величину и знак коэффиц:1ента передачи моста РК до достижения состояния квазиравновесия
ReU, U„—— О.
При этом т, 1 с/ 1 — tg j> tg i>
mo 1Мз
Так, на1пример, при — — =СУ, р=
mi Рз К C>V
Таким об разом, коэффициент передачи Р моста 15 пропорционален относительному отклонению емкости С„от ее установленного значения С. . Этой же величине пропорционально напряжение постоянного тока Ug на выходе моста, пропорциональное его коэффициенту передачи РК
U,=У РК
С
Полярность напряжения Уг указывает знак относительного отклонения. Различные значения С1ч удобно задавать с помощью соответствующих значений сопротивления RI — эта величина не влияет на величину UI, про1порциональную tg6. Величина RI должна быть пропорциональна Cv, а коэффициент пропорСгиг циональности может выбираться по жеи1лз ланию. При 10, 100 и т. д.-.кратном изменении
С можно сохранить выбранные значения RI, но изменить в такое же число раз величину т1 (число витков вторичной обмотки трансформатора 10).
С помощью этого же моста можно 1при желании измерять наряду с tg6,,- и абсолютное
5 значение емкости C . Для этото необходимо разорвать цепь обратной связи усилителя 11, в которой включен конденсатор С, а вместо сопротивления 12, величина которо1го пропорциональна Сх, включить активное со против10 ление постоянной величины, соопветствующей желаемому коэффициенту связи U= и С.„. При этом У=С, Этот мост позволяет построить относительно
С,— Сл .простые приборы для измерения ",tg б
Crv и С,- с ручным или автоматическим уравновешиванием одним регулирующим органом, С,— Сл а также преобразователи и tg о,, в уни20 Crv фицированные с11гналы.
Предлагаемый мост может быть использован и для измерения относптельното отклонения индуктивпости индуI TEIBHQI о комп ICNcHo25 го сопротивления. Для этого нухкно в цепи образцовой величины на:выходе усилителя 11 вкл1очить еще один усилитель с высоким коэффициентом усиления с резистором в прямой цепи и измерясмой ш1дуктпвнсстью в цепи его
30 oopHTIIOII связи.
Предмет изобретения
1. Квазиуравновешенный мост переменного
35 тока, содержащий источник питания, подсоединенные к нему ветвь измеряемой величины, составленную нз звена с регулируемым коэффициентом передачи и включенного на его выходе объекта измерения, и ветвь образцо40 вой величины, усилитель с высоким коэффициентом усиления и ветвью обратной связи, вход которого подсоединен к узлу алгебраического суммирования выходных величин упомянутых ветвей, включенные на выходе у илителя ин45 дикатор, выход которого соединен с )111pа вляемы;I входом ззена с регулируемым коэффициентом передачи, и измеритель (1преобразователь) напряжения, пропорционального 0THQшенпю составляющих измеряемой ком плекс50 ной величины, отличающийся тем, что, с целью измерения относительного отклонения составляющей измеряемой величины от ее установленного значения, в нем коэффициент 1передачи звена с регулируемым коэффициентом пе55 редачи равен
),, (1+ KP) где Ух — установленное значение составляю60 щей;
К вЂ” постоянный по величине коэффициент, знак которого о1пределяется знаком отклонения измеряемой составляющей от установлен ного зна65 чения;
367388
Чиг f
Риг. г
Составитель Л. Айрапетова
Редактор И, Грузова Техред Л. Грачева Корректор О, Усова
Заказ 546/8 Изд. № 1!67 Тираж 755 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2
P — регулируемая величина, значение которой после установления квазиравновесия проаорционально измеряемому относительному отклонению.
2. Мост по п. 1, отличающийся тем, что, с целью получения активной величины, пропорциональной относительному отклонению емкости емкостното комплексного сопротивления от ее установленного значен ия, в нем звено с регулируемым коэффициентом атередачи выполнено из усилителя с высоким коэффициентом усиления с образцовым сопротивлением на входе и об разцовым конденсатором в цепи обратной связи и вспомогательного четырехплечего моста, образованного нерегулируемы5 ми и управляемым со противлениями, выходная диагональ которого через дополнительный образцовый конденсатор подсоединена к входу усилителя, а диагональ, питания через трансформатор — к .выходу усилителя и к до10 полнительному .источнику напряжения, частота,которого отлична от частоты основного .источника пита ния.
