Компенсационный мост переменного тока
Союз Советских
Социалистических
Республик
<ц789766 (61) Дополнительное k авт. саид-ву (22) Заявлено 310778 (23) 2652084/18-21 с присоединением заявки М (23) Приоритет
Опубликовано 231280, Бизллетеиь Hо 47
Дата опубликования описания 23. 12. 80 (51)PA Кп 3
G 01 R 17/10
Государственный номнтет
СССР ао делам изобретений и отнрытнй (53) УДК 621. 317. .733(088.8) I
А.Ф. Прокунцев, Г.И. Шаронов, И.Н. Захарова и Р.М. Юмаев (72) Авторы изобретения
Пензенский завод- ВТУЗ при заводе ВЭМ, филиал
Пензенского политехнического института (71} Заявитель (54) КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения составляющих комплексного сопротивления с помощью мостов переменного тока.
Известно устройство, содержащее генератор, трансформатор питаиия, мостовую измерительную цепь, согласующее устройство, логические элементы, блок уравновешивания и формирователь импульсов, в котором сформировано регулирующее воздействие для раздельного уравновешивания по измеряемой составляющей комплексного сопротивления при использовании лишь напряжения питания и напряжения небаланса (1).
Данное устройство обладает существенными недостатком - узким диапазоном измерения составляющей комплексного сопротивления, обусловленный тем, что в качестве уравновешивающего элемента используется образованный элемент, расположенный в ветви, содержащий измеряемое комплексное сопротивление.
Известен компенсационный мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, выход которого соединен с первичной
2 обмоткой трансформатора питания,мостовую измерительную схему, одна ветвь которой составлена из последовательно соединенных комплексного сопротив-.
5 ленин и образцового элемента, однородного измеряемой составляющей комплексного сопротивления, а вторая ветвь составлена из последовательно включеннътх образцовых элементов,одЮ ного однородного измеряемой составляющей комплексного сопротивления, а другого — однородного по характеру не измеряемой составляющей комплексного сопротивления, причем оба образцовых элемента, однородных измеряемой составляющей комплексного сопротивления, включенные в смежные плечи
:ветвей мостовой измерительной цепи, образуют одну из вершин диагоналей
2О питания ветвей, содержащей и не содержащей измеряемое комплексное сс— противление, подключенную к началу нерегулируемой вторичной обмотки и ко второму выходу второго согласующе25 го устройства, вторая вершина диаго нали питания ветви, не содержащей asмеряемое комплексное сопротивление, подключена к концу указанной вторичной обмотки и к первому входу второ3Q го согласующего устройства, вторая
789766 вершина диагонали питания, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, подключена к концу вторичной регулир с мой обмотки, начало которой соединено с концом нерегулируемой вторичной обмотки, вершина измеряемой диагонали, непримыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, соединена с общей шиной, вершина измерительной диагонали, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подключена через первое согласующее устройство параллельно к первому входу формирователя импульсов и к первым входам обоих фазовременных преобразователей, выход второго согласующе го устройства параллельно соединен 1$ со вторыми входами обоих фазовременных преобразователей и формирователя импульсов, выход которого подключен параллельно к запрешающему входу первого элемента "Запрет" и к прямому, ф входу второго элемента "Запрет", выходы первого и второго фазовременных преобразователей соединены с прямым и инверсным входами элементов "Запрет" соответственно, выходы элементов "Запрет" йодключены ко входам элемента
ИЛИ соответственно, выход которого через блок уравновешивания соединен со входом блока индикации (21.
Недостатком данного цифрового моста переменного тока является низкое быстродействие, обусловленное последовательностью во времени операцией выбора, предела и уравновешивания по измеряемой составляющей, а также невысокая точность измерения составляющей за счет достижения лишь состояния квазиравновесия.
Цель изобретения — повышение точности и быстродействия.
Поставленная цель достигается 46 тем, что в известном компенсационном мосте переменного тока, содержащем генератор синусоидального напряжения, выход которого соединен с первичной обмоткой параметрического трансформа- 45 тора, мостовую измерительную цепь, одна ветвь которой составлена иэ последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления и образцового элемента, однородного одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления, а вторая ветвь составлена из последовательно включенных образцовых элементов, один из которых однороден одной составляющей измеряемого комплексного 5з сопротивления, а второй — другой его составляющей, причем оба образцовых элемента, однородные одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления, расположенные в смеж- щ ных плечах ветвей мостовой измерительной цепи, соединены между собой и образуют одну иэ вершин диагоналей питания ветвей, содержащей и не содержащей измеряемое комплексное
1сопротивление,подключенную к началу нерегулируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора и параллельно к первым входам второго и третьего согласующих устройств, вторая вершина диагонали питания ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, подключена к концу нерегулируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора, к концу коммутируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора, которая расположена на керне,повернутом на + 90О относительно керна, на котором расположена некоммутируемая вторичная обмотка, и ко второму входу второго согласующего устройства, выход которого подключен к первому входу фазочувствительного выпрямителя, вторая вершина диагонали питания ветви, не содержащей измеряемое комплексное сопротивление, подключена к началу коммутируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора и ко второму входу третьего согласующего устройства, вершина измерительной диагонали, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, соединена с общей шиной, вторая вершина измерительной диагонали соединена через первое согласующее устройство со вторым входом фазочувствительного выпрямителя и через формирователь импульсов с управляющими входами обоих блоков сравнения, первый вход первого блока сравнения соединен с выходом фазочунствительного выпрямителя, а выход — c первым блоком уравновешивания, выход второго блока сравнения через второй блок уравновешивания -подключен ко входу блока индикации, введен амплитудный преобразователь, причем выход первого согласующего устройства подключен через амплитудный преобразователь к перному входу второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом третьего согласующего устройства, выход второго согласующего устройства подключен ко второму входу первого блока сравнения.
На фиг. 1 изображена типографическая диаграмма процесса уравновешивания компенсационного моста переменного тока; на фиг. 2 — схема моста переменного тока.
На чертеже приняты следующие обозначения: д — угол, тангенс которого несет информацию о соотношении активной и реактивной составляющих измеряемого комплексного сопротивления; о Ь вЂ” напряжение питания ветви компенсационно-мостовой измерительной цепи, содержащей измеряемое комплексное сопротивление;
789766
tg d
Wg л (8) cd - af sin Ч 0 (2) cd - af sin f>0
af — напряжение питания ветви компенсационно-мостовой измерительной цепи, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления; — фазовый угол между векторами напряжения питания ветвей, содержащей и не содержащей измеряемое комплексное сопротивление; с do — исходные положения потенциальных точек c,d (вершин компенсационно-мостовой измерительной цепи),соответствующие состоянию недоуравновешивания компенсационно-мостовой цепи по обеим составЛяющим измеряемого комплексного сопротивления; с, d — положение потенциальНых точек с и d,ñîîòâeTñòâóþщее состоянию полного равновесия компенсационно-мостовой измерительной цепи;
cd — напряжение небаланса компенсационно-мостовой измерительной цепи;
dЬ вЂ” прямая, по которой перемещается потенциальная точка d при уравновешивании компенсационно-мостовой измерительной цепи по
tg I (Cj);
d.d, Хс — окружности уравновешивания ветвей„ содержащей и не содержащей измеряемое комплексное сопротивление.
Процесс уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи по tg g(Q) заключается в изменении напряжения питания ветвей,не содержащей измеряемого комплексного сопротивления, путем коммутации витков вторичной обмотки параметрического трансформатора, расположенной на керне, повернутом на + 90оотносительно керна, на котором расположена первичная и некоммутированная вторичная обмотка.
Момент кваэиравновесия компенсационно-мостовой измерительной цепи по tg g(Q) можно зафиксировать, добиваясь выполнения следующего равенства:
Блокируя (сбрасывая) все изменения регулируемого элемента, витки коммутируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора,при" водящие к неравенству и сбрасывая (блокируя), например, все изменения регулируемого элемента,витки коммутируемой вторичной обмотки параметри cd - af sin f <0 (3) Благодаря этому можно добиться квазиравновесия компенсационно-мос.товой измерительной цепи по 9 О (Q). При сближении точек с и d, т.е. при приближении к состоянию полного равновесия, повышается точность измерения с9о(0) и момент выхода точки с на линию переключения db можно зафиксировать, добиваясь выпоУ. ения следующего равенства аЬ sin Ч - аЬ соя Ч 0 (4) 15 Блокируя (сбрасывая), например, все изменения регулируемого элемента (R ), приводящие к неравенству аЬ sin Ö - аЬ cos 9 < 0 (5) и сбрасывая (блокируя), например, все изменения регулируемого элемента 2 (R ), приводящие к неравенству аЬ sin f - ab cos% 70, (6) 25 можно добиться выхода точки с на линию переключения db. Кроме того, при достижении полного равновесия компенсационно-мостовой измерительной цепи можно произвести отсчет и по ЗО реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления. Отсчет тангенса угла потерь измеряемого комплексного сопротивления можно получить следующим образом. "9 О = "9 V = (7) bf аЬ Соотношение (7) можно выразить через соотношение витков во вторичной обмотке параметрического транс,форматора Таким образом, зная †„, можно onWg Чл ,ределить значения tg д (О.). устройство содержит компенсационно-мостовую измерительную цепь 1,образцовый элемент 2 (сопротивлением и ), служащий для выбора пределов измерения, активный элемент 3 (c сопротивлением К.() и реактивный элемент 4 (с емкостью С ) измеряемого комплексного сопротивления,кон. денсатор 5, резистор б, генератор синусоидального напряжения 7, трансформатор 8 питания, первичная обмотка 9 трансформатора питания с числом витков Мо, вторичная некоммутируемая, расположенная на одном кер60 не с первичной обмоткой, обмотка 10 трансформатора питания с числом ,витков Wq,дополнительная вторичная:: коммутируемая обмотка 11 трансформатора питания, расположенная на керне, 6$ повернутом на "" 90 относительно кер789766 Формула изобретения ьа, на котором расположена первичная обмотка, с числом витков Wg,согласующие устройства 12,13 и 14, фазочувствительный выпрямитель 15, формирователь 16 импульсов, амплитудный преобразователь 17, блоки 18 и 19 сравнения, блоки 20 и 21 уравновешивания,блок 22 индикации. Устройство работает следующим образом. Напряжение небаланса Vc „ снимаемое непосредственно с диагонали измерительной цепи 1, через согласующее устройство 12 поступает одновременно на опорный вход фазочувствительного выпрямителя 15, на вход формирователя 16 импульсов и амплитудного преобразователя 17.Напряжение питания ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление Нц1,, через согласующее устройство 13 поступает на информационный вход фазочувствительного выпрямителя 15 и на один иэ входов блока 18 сравне ния. A напряжение питания ветви, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления Vg g, через согласующее устройство 14 поступает на один иэ входов блока 19 сравнения. Сигнал с выхода фазочувствительного выпрямителя 15, равный по .величине V>g cos 9,подается на второй вход блока 18 сравнения.С выхода формирователя 16 импульсов узкий импульс, сформированный в момент перехода напряжения Ucg через нуль подается на управляющие входы блоков 18 и 19 сравнения. Сигнал с выхода амплитудного преобразователя 17, равный Vzg, поступает на первый вход блока 19 сравнения.В зависимости от знака уровня напряжения на выходе блока 18 сравнения блок 20 . уравновешивания производит блокировку или сброс всех изменений образцового элемента 2 (К2). В зависимости от знака сигнала на выходе блока 19 сравнения блок 21 уравновешивания производит сброс или блоки ровку изменений регулируемого элемента 11, а блок 22 индикации высвечивает значения измеряемого параметра. Использование предлагаемого компенсационного моста переменного тока позволяет увеличить быстродействие и точность измерения составляющих комплексного сопротивления ACTII,â которых об изменении технологических про цессов судят по изменениям параметро комплексных сопротивлений. Введение амплитудного преобразователя и новых связей позволяет провести операцию выбора предела и уравновешивания по измеряемой составляющей одновременно, вследствие чего увеличивается б стродействие, а также точность измерения за счет достижения состояния полного равновесия. Компенсационный мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, выход которого соединен с первичной обмоткой параметрического трансформатора, мостовую измерительную цепь, одна ветвь которой составлена иэ последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления и образцового элемента, однородного одной иэ составляющих измеряемого комплексного сопротивления, а вторая ветвь составлена из последовательно включенных .образцовых элементов, один иэ котоl5 рых одной составляющей измеряемого комплексного сопротивления, а второй — другой его составляющей, причем оба образцовых элемента, однородные одной из составляющих измеряемого 2О комплексного сопротивления, расположенные в смежных плечах ветвей мостовой измерительной цепи, соединены между собой и образуют одну из вершин диагоналей питания ветвей, содержащей и не содержащей измеряемое комплексное сопротивление, подключенную к началу нерегулируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора и параллельно к первым входам второго и третьего согласующих устройств, вторая вершина диагонали питания ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, подключена к концу нерегулируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора, к концу коммутируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора, которая расположена на керне, повернутом на 90 относительно керна, на котором расположена 40 некоммутируемая вторичная обмотка,и ко второму входу второго согласующего устройства, выход которого подключен к первому входу фазочувствительного выпрямителя, вторая вершина диагонали питания ветви, не содержащей измеряемое комплексное сопротивление, подключена к началу коммутируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора и ко второму входу третьего согласующего устройО ства, вершина измерительной диагонали, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, соединена с об щей шиной, вторая вершина измерительной диагонали соединена через — Ю первое согласующее устройство со в вторым входом фазочувствительного выпрямителя и через формирователь импульсов с управляющими входами обоих блоков сравнения, первый вход перщ вого блока сравнения соединен с выходом фазочувствительного выпрямителя, ы- а выход — с первым блоком уравновешивания, выход второго блока сравнения через второй блок уравновеши вания подключен ко входу блока инди789766 10 кации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введен амплитудный преобразователь, причем выход первого согласующего устройства подключен через амплитудный преобразователь к первому входу второго блока .сравнения, второй вход которого соединен с выходом третьего согласующего устройства, выход второго согласующего устройства подключен ко второму входу первого блока сравнения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР В 491285, кл. G 01 R 17/10, 16 ° 01.73. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке У 2385167/21, 15.08.76. 789766 Тираж 1019 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 9026/39 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 Составитель И. Бахтина Редактор Е. Лучанинова Техред А. Ач Корректор 3I. Иван
