Амплитудно-фазовый способ раздельного уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной схемы

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Сощиалистическик

Республик (61) Дополнительное к авт. санд-ву (22) Заявлено 19.1076 (21I } 2412441/18-21 с присоединением заявки Ио (23) Приоритет

Опубликовано 0 1079. Бюллетень NP 37

Дата опубликования описания 05.1079 (S1)М. Кл.

g 01 9 17/10

Государственный комитет

СССР по делан изобретений и открытий (53) УДК б21 317 733 (088. 8) (72) Авторы изобретения

A.Ô. Прокунцев, Г, И. Шаронов, P.Ì.Н3маев и В.И. Колесников (71) Заявитель

Пензенский завод-ВТУЗ при заводе ВЭМ, филиал Пензенского

Политехнического института (54 ) АМПЛИТУДНО-ФАЗОВЫЙ СПОСОБ РАЗДЕЛЬНОГО

УРАВНОВЕШИВАЧИ Я КОМПЕНСАЦИОЧНΠ— МОСТОВОЙ

ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ CXEMbI

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и предназначено для измерения составляющих комплексного сопротивления.

Известен амплитудно-фазовый способ раздельного уравновешивания моста переменного тока, согласно которому в мостовой цепи устайавливаются сначала определенные фазовые соот- 1 ношения, а затем амплитудные, в результате чего достигается полное равновесие (1) .

Недостатком этого способа является невозможность получения раздельного отсчета одной из составляющих комплексного сопротивления, так как ни одно иэ промежуточных состояний мостовой схемы не является состоянием квазиравновесия.

Известен способ раздельного урав- 2О новешивания моста переменного тока по амплитудно-фаэовым соотношениям, в котором регулирующее воздействие, необходимое для приведения мостовой измерительной схемы в состояние квазиравновесия по преобладающей составляющей комплексного сопротивления, определяют по результатам сравнения взаимного рас положения двух моментов времени — 30 момента достижения экстремума напряжением в измерительной диагонали моста и момента равенства мгновенных значений напряжения в измерительной диагонали моста и удвоенного напряжения вершины измерительной диагонали относительно искусственной потенциальной точки, расположенной в центре окружности уравновешивания (2 j.

Однако данный способ раздельного уравновешивания моста переменного тока по амплитудно-фаэовым соотношениям имеет существенный недостаток, присущий всем методам раздельного уравновешивания, а именно необходимость шунтирования плеч мостовой схемы, что снижает точность измерения составляющих комплексного сопротивления. Кроме того, такой способ имеет узкий диапазон измерения составляющих комплексного сопротивления, так как уравновешивание моста осуществляется элементом, расположенным в плече ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление

Целью изобретения является повышение точности измерения и расшире90398 нне диапазона измерения составляющих комплексного сопротивления, Поставленная цель достигается тем, что в известном амплитуднофазовом способе раздельного уравновешивания моста переменного тока, ooíîâàííîì на установлении определенных амплитудно-фазовых соотно.шений между сигналами, снимаемыми с измерительной схемы, причем один иэ сигналов сформирован пропорционально амплитудному значению напряжения небаланса, а второй — пропорционально проекции вектора напряжения питания ветви, несодержащей измеряемого комплексного сопротивлеиия, на вышеупомянутый вектор небаЛанса, формируют сигнал, пропорциОнальный проекции вектора напряжейия питания ветви, несодержащей измеряемого комплексного сопротивления на вышеуказанный вектор небаланса, сдвинутый на + 0Ã/2, формиру.ют четвертый сигнал, пропорциональный разности второго и третьего сигнала, формируют пятый сигнал, прОпорциональный разности первого из вышеуказанных сигналов, пропорционального амплитудному значению напряжения небаланса, и третьего, при этом регулирующее воздействие„. необходимое для выбора предела измерения по измеряемой составляющей комплексного со — ротивления, форми-. руют по знаку четвертого сигнала, а регулирующее воздействие, необхо-. димое для уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной схе-, мы по измеряемой составляющей ком- . плексного сопротивления, формируют по знаку пятого сигнала.

Принципиальное отличие предлагаемогo амплитудно-фазового способа раздельного уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной схемы.от известного заключается в том, что уменьшена погрешность от шунтирования плеч моста и расширен диапазон измерения оцной из составляющих комплексного сопротивления.

Предлагаемый амплитудно-фазовый способ раздельного уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной схемы можно пояснить с помощью

Фиг.1, фиг.2 и Фиг.3.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующего данный способ, где:

1 — мостовая измерительная цепЫ

2 — образцовый элемент, служащий для выбора пределов измерения:

3, 4 — измеряемое комплексное сопротивление;

5, 6 — образцовые некоммутируемые элементы, причем R,Æ)=рр †(б)

7 — генератор питания;

8 — трансформатор питания;

9, 10, 11 — обмотки::рансформатора питания 8;

12, 13 — согласующие устройства;

14 — фазосдвигаюшее устройство;

15 .- амплитудный преобразователь;

16, 17 — фаэочувствительные выпрямители;

18 19 — схемы сравнения;

20 — блок выбора пределов;

1О 21 — блок уравновешивания;

?2 — блок индикации.

На фиг. 2 изображена топографическая диаграмма процесса уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной схемы для случая„ когда Ж /4 - (= Я., а на

4 фиг. 3 для случая, кс гда О (ср 2 Р; и < Ч < 2с. на фиг. 2, ", пряф няты следующие обозначения: ср — фазовый угол м жду векторами напряжения небаланса и напряжения питания; напряжение питания ветви компенсационно-мостовой измерительной схемы, несодер25 жащей и змеряемогo комплексного сопротив лени я;

af. — напряжение питания ветви компенсационно-мостовой измерительной схемы, содержащей измеряемое комплексное с оп ро f; в лен ие; а,p — - окружности уравновешивания компенсацчонно-MocTQвои измерительной схемы

35 переменного тока в обобщенных обозначениях (Нестеренко А.Д. Основы расчета электроиэмерительных схем уравновешивания. Иэд-во AH Укра4О инской ССР, 1960); положение потенциальной точки С, соответствующее сосToRHHB недоуравновешивания компенсационно-мостовой измерительной схемы;

С, — положение потенциальной точки С, соответствующее состоянию кваэиравновесия компенсационно-мс стовой измерительной схемы;

С - положение потенциальной точки С, соответствующее состоянию переуравновешивания компенсационнс-мостовой измерительной схемы;

55 d — положение потенциальной точки вершины ветви компенсационно-мостовой измерительной схемы, несодержащей измеряемого комплексного сопротивления; сд — напряжение небаланса компенсационно-мо товой измерительной схемы; ас — прямая, по которой переме ф щается потенциальная точка

690398

С при уравновешивании компенсационно-мостовой измерительной схемы.

Процесс уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной схемы ro активной (реактивной) составляющей комплексного сопротивления осущестнляют за счет изменения нап,ряжения питания ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, путем коммутации витков дополнительной вторичной обмотки трансфор. матора питания.

Момент квазиравновесия компенсационно-мостовой измерительной схемы по активной составляющей комплексного сопротивления можно зафиксировать, добиваясь выполнения следующего равенства:

cd — а Ь &in cp =о (1)

Блокируя (сбрасывая), например, все изменения регулируемого элемента (витки дополнительной вторичной обмотки трансформатора питания), приводящие к неравенству:

Сд — аЬ s n ар < О; (2) и сбрасывая (блокируя) все измене- 25 ния регулируемого элемента, приводящие к неравенству: сс(— з б Ы п < T 0 ° (3 ) можно добиться кнаэиравновесия компенсационно-мостовой измерительной Щ схемы, например, по активной составляющей измеряемого комплексного сопротивления (фиг, 2, 3).

Процесс уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной схе- З5 мы по реактивной составляющей комплексного сопротивления осущестнляют аналогичным образом с той лишь разницей, что вместо образцового сопротивления 2 (Яг), служащего для,Е выбора предела измерения, включают образцовую емкость (С ) при соответствующей смене .элементов нижней ветви. Отсчет составляющих комплексного сопротивления можно получить следующим образом: из (Нестеренко A,Ä. Основы расчета электро.— измерительных схем уравнонешивания.

Изд-во AH Украинской ССР, 1960) известно, что

2 R = -Я вЂ”

F c 2 (aE s p) где R, и % с - радиусы окружностей уравновешивания.

В момент квазиранновесия

Я =р чд кс

Приравняв выражения (4) и (5), получим:

Р= ).(— -1)

Ча

Чо6

Полагая 1Ч а1 ч будем иметь: =w(Х->) н то же время К можно выразить через соотношение витков во вторичной обмотке трансформатора питания:

wg

Полагая

w> (<0) м, (9) и подставив (10) в (11), получим:

W (<0)

W (9)

При

Л,(i0) = Ч

Wl(9) - COnSt с учетом (11)

Таким образом, зная значения д можно определить значения активной составляющей измеряемого комплексного сопротивления:

w (ia)

2 Ч(9) а при смене образцового элемента

Р на С получим значение реактивной составляющей комплексного сопротивления:

Работа компенсационного моста переменного тока осуществляется следующим образом: напряжение небаланса Yc<, снимаемое непосредственно с измерительной схемы, поступает через согласующее устройство 12 однонременно на вход амплитудного преобразователя 15 и на опорный вход фазочувствительного выпрямителя 17 и через фазосдвигающее устройство на опорный вход фазочунстнительного выпрямителя 16, а напряжение питания Чдб через согласующее устройство 13 поступает íà cv,гнальные входы фазочувствительных выпрямителей. Сигнал с выхода амплитудного преобразователя 15, равный по вели- чине Ч )V <, поступает на первый вход схемы сравнения 18, а сигнал с выхода фазочувствительного выпрямителя 16 равный по величине

Vàü SkllLP подается на второй вход схемы сравнения 18.и на первый вход схемы сравнения 19, на второй вход которой поступает сигнал с выхода фазочунствительного выпрямителя 17, равный по неличине Чд coscp

В случае недоуравнов шинания компенсационно-мостовой измерительной

690398!

3 схемы на выходе схемы сравнения 18 пОявляется отрицательный уровень напряжения, а в случае переуравновешивания — положительный уровень напряжения. При — 8t )cp ) — на вы3 и

Ф ф хОде схемы сравнения 19 появляется положительный уровень напряжения, а при 04 ср c — и -x арс2йг появ4 4 ляется отрицательный уровень напряжения.

Наличие положительного (отрицательного) уровня напряжения на выходе схемы сравнения свидетельствует о направлении изменения обраэцОвого элемента, служащего для выбора предела измерения, который осущЕствляется блоком выбора пределов .

Использование предлагаемого амплитудно-фазового способа раздельнбго уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной схемы обеспечивает по сравнению с существующими способами раздельного уравновешивания повышение точности измерения и расширение диапазона измерения составляющих комплексного сопротивления.

Формула изобретения

Амплитудно-фазовый способ раздельнОгo уравновешивания компенсационномостовой измерительной схемы, основанный на установлении амплитуднофазовых соотношений между сигналами, снимаемыми с компенсационно-мостовой измерительной схемы, причем один из сигналов сформирован пропорционально амплитудному значению напряжения небаланса, а второй — пропорционально проекции вектора напряжения питания ветви, несодержащей и меряемого комплексного сопротивления, на вышеупомянутый вектор небаланса, отличающийся тем, что, 5 с целью повышения точности измерения путем уменьшения погрешности от шунтирования плеч моста и расширения диапазона измерения составляющих комплексного сопротивления, формируют сигнал, пропорциональный проекции вектора напряжения питания ветви, несодержащей измеряемого комплексного сопротивления, на вышеуказанный вектор небаланса, сдвинутый на «й 2/2, формируют четвертый сигнал, пропорциональный разности второго и третьего сигнала, формируют пятый сигнал, пропорциональный разности первого из вышеуказанных сигналов, пропорционального амплитудному значению напряжения небаланса, и третьего, при этом регулирующее воздействие, необходимое для выбора предела измерения по измеряемой составляющей комплексного

25 сопротивления, формируют по знаку четвертого сигнала, а регулирующее воздействие, необходимое для уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной схемы IIQ измеряемой

3Q составляющей комплексного сопротивления, формирую по знаку пятого сигнала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

35 1. Карандеев К.Б. Специальные методы электрических измерений. Энергия, Москва, 1963, с. 87.

2. Авторское свидетельство СССР

9 44761 8, кл. (01 7с 17/10, 4О 10.07.72 (прототип).

690398

Фиа. Я

У! У2

Составитель И.Бахтина

Техред R,Áàáóâêà Корректор A.Ãpèöåíêo

Реда к тор Д. Ме пуришв или

Тираж 1090 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Т-35, Раушская наб., д.4/5

Заказ 5956/42

Филиал ППП Патент, r.ужгород, Ул ° Проектная,4