Квазиуравновешенный мост переменного тока

 

О П И С А Н И Е 374544

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 05Л.1971 (№ 1609588/18-10) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 20Л!1.1973. Бюллетень № 15

Дата опубликования описания 28.IV.1973

М. Кл. G OIr 17/l4

Комитет по делам изобретений и открытий прй Совете Министров

СССР

УДК 621.317.733.025 (088.8) Автор изобретения

В. Ю. Кнеллер

Институт проблем управления (автоматики и телемеханики) Заявитель

КВАЗИУРАВНОВЕШЕННЫЙ МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к электроизмерительной техничке, а именно к области измерения составляющих комплексных величин переменного тока, и может быть использовано для из мерения обеих составляющих таких величин и их отношения и для построения измерительных преобразователей этих величин в активные скалярные величины.

Известны квазиуравновешенные мосты для измерения одной составляющей комплексной величины и их отношения, содержащие источи и к питания, питаемое им образцовое звено с комплексным коэффициентом передачи, одна из составляющих которого регулируется по сигналу на выходе индикатора равновесия, включенный на выходе объекта измерения усилитель с высоиим коэффициентом усиления, охваченный обратной связью, и два измерителя напряжения, включенные на выходах усилителя и регулируемого элемента образцового звена. В таких мостах после регулировки одной составляющей комплексного коэффициента передачи образцового звена до получения нулевого сигнала на выходе индикатора равновесия, включенного на выходе усилителя, регулируемая пассивная величина пропорциональна отношению составляющих из|меряемой комплексной величины, а выходной сигнал усилителя пропорционален одной из составляющих этой величины.

Одна ко в известных устройствах входная величина объекта измерения изменяется в п роцессе измерения, так как объект измерения подключен к выходу образцового з|веHB с

5 регулируемым коэффициентом передачи, что исключает режим измерения при неизменной входной величине.

Предлагаемый мост обеспечивает возможность измерения при неизменной входной ве10 личине (в режиме неизменного входного напряжения или тока), а кроме того, позволяет без дополнительных регулировок получить еще одну активную величину, пропорциональную второй составляющей измеряемой ком15 плексной величины. Это обеспечивается за счет того, что вход объекта измерения подключен к источнику питания, а образцовое звено включено в цепь обратной связи усилителя. Образцовое звено цепи для измерения

20 емкости проводимости и относительного параметра (tg6, Q или т) емкостного сопротивления содержит д ва некомплеисных образцовых сопротивления и регулируемый делитель напряжен ия, причем нервные концы этих сопро25 тивлений подключены к входу усилителя, второй конец одного из сопротивлени и — к выходу усилителя, а второй конец другого — к выходу делителя напряжения, включенного на выход усилителя. Для измерения индуктивно30 сти, сопротивлен|ия и относительного параме374544

4 .включено образцовое э вено 5. На выходе усилителя включен индикатор равновесия 4, второй вход которого питается от генератора 1.

В качестве индикатора равновесия MQMHO uc5 пользовать синфазный фазочувспвительный индикатор или квадратурный фазочувствигельный индикатор, в одной из входных цепей которого включено звено, обеспечивающее сдвиг на 90 (например, интегрирукмций уси10 литель). Образцовое звена 5 состоит из образцового кондевсатора 6 (С ), образцового сопротивления 7 (R>) и делителя напряжения

8 с регулируемым коэффициентом передачи

К. Напряжения на выходе усилителя переменного тока (У ) и на выходе делителя (С4) измеряются .приборами 9 и 10 соответственно.

Напряжение U при достаточно высоком коэффициенте усилителя 8 определяется выражением

3 тра индуктивного сопротивления первые концы образцовых сопротивлений подключены ко входу" дополнительного усилителя с емкостной обратной связью по току, выход которого включен последовательно с первичной обмоткой входного трансформатора усилителя сигнала разбаланса.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого, моста; на фиг. 2 — возможный вариант выполнения моста для измерения емкости проводимости и тантенса угла потерь емкостного сопротивления с параллельной схемой замещения; на фиг. 3 — возможный вариант исполнения моста для измерения индуктивности, сопротивления и добротности индуктивного сопротивления при последовательной схеме замещения.

Измерительная цепь содержит генератор 1 (источник напряжения или тока), объект измерения 2 (комплексное сопротивление, проводимость или четырехполюсник с комплексным коэффициенто м передачи), усилитель 8 с высоким коэффициентом усиления, индикатор равновесия 4 (фазочувствительный или квадратурный), образцовое э вено 5. Последнее содержит две параллельные, ветви, соответствующие действительной и мнимой частям его .комплексного коэффициента передачи. Одна из этих ветвей содержит звено б с нерегулируемым коэффициентом передачи, а другая— в общем случае два последовательно включенных звена: звено 7 с нерегулируемым коэффициентом передачи и звено 8 с регулируемым коэффициенто м передач и. К выходам усилителя 8 и звена 8 подключаются звенья

9 и 10, которыми могут быть вольтметры переменного напряжения для измерения величин, пропорциональных составляющим объекта измерения, преобразователи величин переменного тока в постоянный, например фазочу вствительные выпрямители и т, д.

После регулировки коэффициента передачи звена 8 до получения нулевого сигнала на выходе индикатора равновесия (после приведения цепи в состояние квазиравновесия регулирав кой одного параметра) MlocT обеспечивает получение трех величин: активной величины на выходе усилителя 7, которая п ропорциональна одноЙ составляющей измеряемой комплексной велич ин ы, активной величины на выходе звена 8, которая пропорциональна второй составляющей этой величины, и пассивной величины —,переменного коэффициента передачи звена 8, который пропорционален отношению составляющих комплексной величины.

На фиг. 2 — возможный вариант выполнения моста для измерения ем кости пповодимости и тангенса угла потерь емкостного сопротивления с параллельной схемой замещения.

После регулировки коэффициента передачи К делителя 8 до получения нулевого сигнала на выходе индикатора равновесия 4, т. е. до

1 Ul -0„

30 т д имеем

СR, tg х> Сх1 х

U,= U„— — С„;

С, С, U =KU =U — ——

R, 1 з — — и

Rx x

Измеряемое емкостное сопротивление 2 с параметрами С, R „питаемое генератором напряжения (U ) 1, подключено к входу усилителя 8, в цепь обратной связи которого

На фиг. 3 — возможный вариант исполнения моста для измерения индуктивности, сопротивления и добротности индуктивного сопротивления при последовательной схеме за45 мещения.

Объект измерения 2 (см.;фиг. 3) с параметрами L„, Я„питается от генератора тока (1 )

1. На вход усилителя 8 с высоким,коэффицчентом усиления включен трансформатор ll, на

s0 первичную обмотку которого подается разность, падения напряжения на объекте измерения и,выходного напряжения дополнительного усилителя 12 с .высоким коэффициентом усиления, охваченного цепью обратной связки

ss с образцовой емкостью 18 (C ), Узел соединения образцовых сопротивления (R>) и емкости 7 (С ) подключен к входу этого усилителя 12.

Напряжение U> при достаточно высоком коэффициенте у силения усилителя 8 определяется выражением

U, = 1„ (R„+ 1 х) 1 Се

1 — +i,CssK

65 R, 374544 у х

RlclRx а"

З5

5

После регулировки коэффициента передачи делителя 8 до,получения нулевого сигнала на выходе квадратурного фазочувствительното индикатора 4, опорное напряжение которого сов|падает по фазе с током 1п, т. е. до получения ReU =0, имеем л

Для того чтобы дополнительно получить еще одну активную величину, пропорциональную отношению составляющих измеряемой комплексной величины, через часть регулируемого делителя необходимо пропустить известный lIIo величине постоянны и ток iH измерить падение на1пряжения на этой части делителя. Эта величина будет пропорциональна

К, а следовательно, и скомому отношению составляющих.

На основе предлагаемого моста могут быть построены простые преобразователи параметров комплексных величин в а ктивные величи ны (например, в унифицированные сигналы), уравновешиваемые одним параметром, ивазиуравновешенные измерители добротности с до полн ительными сигналами, пропорциональными обоим составляющим, и другие приборы.

В тех случаях, когда можно отказаться от использования регулируемого делителя и заменить его регулируемым сопротивлением, для измерения Ь, R,„H Q можно использовать более простой мост, в котором, в отличие от моста фиг. 3, отсутствуют дополн ительный усилитель и делитель, а на выходе усилителя сигнала раэбаланса включен трансформатор напряжения, во вторичной обмотке которого включена цепочка, составленная из образцового конденсатора, регулируемого активного сопротивления и добавочного активного сопротивления достаточно большой величины. Падение напряжения на образцовом конденсаторе и регулируемом сопротивлении уравновешивает падение напряжения на измеряемой индукти вно1сти. Точку соединения регулируемого и дополнительного сопротивлений заземляют, а падение напряжения на этих сопротивлениях измеряют приборами 9 и 10.

Предмет изобретения

1. Квазиуравновешенный мост переменного тока для измерения составляющей комплексной величины и отношения ее составляющих или пропорциональных им величин, содержащий источник питания, объект измерения, подключенный к его:выходу усилитель с высоким коэффициентом усиления, охваченный цепью обратной связи, образцовое звено с комплексным коэффициентом передачи, индикатор ра вновесия, выход которого соединен с регулируемым элементом образцового звена, и два измерителя (преобразователя), включенных на выходах усилителя и упомянутого регулируемого элемента, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности измерения при неизменной входно|й величине объекта измерения и получения дополнительной активной величины, пропорциональной второй составляющей измеряемой комплексной величины, в нем вход объекта измерения подсоединен,к источнику питания, а образцовое звено включено .в цепь обратной связи усилителя.

2. К|вазиуравновешенный мост по п. 1, отличающийся тем, что, с целью измерения емкости, проводимости и относительного параметра емкостного сопротивления, в нем образцовое звено выполнено из двух некомплексных образцовых со|противлений и регулируемого делителя напряжения, вход которого подключен к выходу усилителя, одни концы упомянутых сопротивлений подсоединены ко входу усилителя, а другие — к выходу усилителя и,к выходу делителя напряжения соответственно.

3. Квазиуравновешенный мост по п. 1, отличающийся тем, что, с целью измерения индуктивности, сопротивления и относительного параметра индуктивного комплексного сопротивления, в нем образцовое звено выполнено из вспомогательного усилителя с высоким .коэффициентом усиления и емкостной обратной связью,по току, выход, которого включен последовательно с первичной обмоткой входного трансформатора основного усилителя, подсоединенного к выходу последнего делителя напряжения, и двух некомплексных образцовых со противлений, одни концы которых соединены со входом вспомогательного усилителя, а вторые концы с выходом основного усилителя и с выходом делителя напряжения соответственно.

3 "/4544

Фиг. f

?va. Я

Составитель Л. Айрапетова

Техред Т, Курилко Корректоры: Т. Журавлева и 3. Тарасова

Редактор T. Иванова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1136/14 Изд. № 347 Тираж 755 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5