Автоматический мост переменного тока

 

Союз Советск их

Социалистнческик ресттублни

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 30,11.79 (2! )2847759/18-21 с присоединением заявки М— (23 ) П риоритет

Опубликовано 07.08.81. Бюллетень Рй 29

Дата опубликования описания 10.08.81 (5! )М. Кл.

G 01 R 17/12

Гооударстаенный комитет

СССР ао делам изобретений и открытий (53) УДК 621.З17..733 (088.8) (72) Авторы изобретения

M. Н. Сурду, О. А. Орнатский и В. Г. Мельн (7!) Заявитель

Институт электродинамики АН Украинской CCP (54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к приборам для измере ния параметров комплексного сопротивления.

Известны автоматические мосты переменного тока, в которых для выработки сигнала управления используются квадратурные детекторы (1). Одним из существенных недостатков автоматических мостов с квадратурными детекторами является чувствительность системы уравновешнва ния к фазовым набегам в усилителе сигнала неравновесия. Так как усилитель сигнала неравновесия обычно желают избирательным, фазовые набеги:в нем значительны и очень нестабильны. Наличие фазовых набегов в усилителе сигнала неравновесия приводит к появлению взаимосвязи контуров уравновешивания, вследствие чего удлиняется время уравновешивания.

Способ раздельного уравновешивания мостов с квадратурными детекторами позволяет исключить влияние фазовых набегов: в усилителе сигнала неравновесяя. Извест2 ный автоматический мост переменного тока, реализующий этот способ, содержит трансформатор напряжения с первичной. и двумя регулируемыми вторичными обмотками, усилитель сигнала неравновесия, к

5 выходу которого подключены два квадратурных детектора, потенциальный и токовый режим для подключения объекта измерения, а также образцовое сопротивление, включенные между вторичнымк обмоткамк трансформатора напряжения и входом усилителя сигнала неравновесия, блок управления, подключенный к выходам квадратурных детекторов, а также к регулируемым вторичным обмоткам трансформатора напряжения, модулятор, включенный между . допопнительным отводом вторичной обмотки трансформатора напряжения, соединенной с образцовым сопротивлением и входом усилителя сигнала неравновесия и соединенный с блоком управления f2).

Недостатком этого устройства-прото-! типа является низкое быстродействие, свя3 8535 занное с большой длительностью операции подстройки фаз.

«у,: Жуя"

Целью изобретения является п6вйпение быстродействия известного автоматическьго моста переменного тока.

Поставленная цель достигается тем, . что автоматический мост переменного тэка, содержащий генератор, трансформатор напряжения с первичной и двумя регулируемыми вторичными обмотками, усили- 1О тель сигнала неравновесия, к выходу которого подключены два квадратурных детектора, потенциальный и токовый зажимы для подключения объекта измерения,а также образцовое сопротивление, включенные между вторичными обмотками трансформатора напряжения и входом усилителя сигнала неравновесия, блок управления, подключенный к выходам квадратурных детекторов и к регулируемым вторичным об- 2р моткам трансформатора напряжения, модулятор, включенный между дополнительным отводом вторичной обмотки трансформатора напряжения, соединенной с образцовым сопротивлением и входом усилителя сиг- 25 нала неравновесия, и соединенный с блоком управления, снабжен двумя делителями частот, формирователем, синусоидального напряжения, двумя элементами совпадения, фазорасщенителем и триггером, причем re- 30 нератор соединен с последовательно соединенными первым делителем частоты и формирователемм синусоидального напряжения, выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора напряжения, при этом 35 последовательно соединены первый элемент совпадения, второй делитель частоты и фазорасщепитель, выходы которого подключены к опорным входам квадратурных детекторов, а первый вход первого элемента Ю совпадения подключен к генератору, входы второго элемента совпадения подключены к блоку управления и к одному из выходов фазорасщепителя, установочные входы триггера подключены к выходам усилителя сиг-45 нала неравновесия и второго элемента совпадения, а выход — ко второму входу первого элемента совпадения.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого автоматического моста; на фиг. 2 - 5О

60 4 обьекта измерения, резистор (образцовое сопротивление) 11, модулятор 12, усилитель сигнала неравновесия 13, квадратурные детекторы 14 и 15, блок управления

16, цифровой фазорасщепитель 17, элемент 18 совпадения, триггер 19.

Рассмотрим, как работает предлагаемое устройство.

Высокочастотный генерагор 1 вырабатывает колебания с частотой, во много раз превышающей рабочую частоту моста.

Эта частота делится с помощью делителя частоты 2 во столько раз, сколько необходимо для получения на ег выходе частоты, равной рабочей. Формирователь 5 формирует из этого колебания синусоидаль ное напряжение, которое подается на пер- вичную обмотку трансформатора напряжения 6. Кроме этого, сигнал высокочастотного генератора 1 поступает через элемент совпадения 4 на вход делителя частоты

3. Триггер 19 первоначально находится в состоянии, при котором на вход элемента совпадения подается разрешающий потенциал. !

Коэффициент деления делителя частоты

3 выбран таким, чтобы с учетом коэффици ента деления цифрового фазорасщепителя

17, который может быть выполнен, например, в виде кольцевого счетчика с коэффициентом пересчета, равным четырем, - обеспечивать частоты сигналов на выходе цифрового фазорасшепителя 17, равной рабочей частоте моста.

Процесс измерения и предлагаемом устройстве состоит из двух этапов: подстройки фаз опорных напряжений и уравновешивания.

Перед подстройкой фаз по сигналам из блока управления 16 с помощью коммутаторов регулируемых вторичных обмоток 7 и 8, зажим для подключения обьекта измерения и образцовое сопротивление подключаются к обшей точке моста. По сигналу из блока управления включается моЮ дулятор 12, включение которого эквива. лентно включению между дополнительным отводом обмотки 8 и.входом усилителя

13 сигнала неравновесия резистора.

SS временные диаграммы, поясняющие его ра боту.

Предлагаемый автоматический мост . содержит генератор 1 высокочастотный, % делители частоты 2 и 3, элемент совпадения -4, формирователь синусоидального напряжения 5, трансформатор напряжения

6 с регулируемыми вторичными обмотками

7 и 8, зажимы 9 и 10 для подключения

Следует заметить, что вместо резистара может быть применен конденсатор.

При этом поменяется лишь выход цифрового фазорасшепителя 17, который подключается ко входу элемента совпадения 18, Подстройка фаз преследует цель обеспечения синфазности опорного напряжения одного из квадратурных детекторов (и квад853560 ратурности другого) выходному напряжению частоты моста к частоте генератора моста при включенном модуляторе 12. Так как частота опорного генератора мо1(ля пояснения того, как осуществляет- жет быть взята во много раз большей чем б ся подстройка фаз, воспользуемся времен- рабочая (например, соответственно 10 Ийс ными диаграммами, приведенными на и 1 кГц), am погрешность будет невелика фиг. 2. Эти диаграммы соответствуют следу- и составит доли процента т и доцента, что вполне доющим точкам схемы фиг. 1; диаграмма а- статочно. напряжение на выходе усилителя сигнала Время же затрачиваемое а рачиваемое на указанную неравновесия 13, диаграммы б и в — опор- операцию в предлагаемом устройстве, соные напряжения, подаваемые соответствен- 10 ставляет приблизител н 1 6 и е ьно период ра очей но на квадратурные детекторы 14 и 15, частоты моста, что во много раэ меньше

6 диаграммы r — сигнал, поступающий из времени затрачиваемого на эту же опер-алока управления 16 на элемент совпаде- ItBIo в устройстве-прототипе (более чем ния 18. в 100 раз). Если же учесть, что этап, После того, как выполнены описанные уравновешивания занимает приблизительно выше операции, связанные с включением 100 периодов рабочей частоты, то выигмодулятора, из блока управления 16 на рыш в быстродействии предлагаемого мосвход элемента совпадения 18 поступает та будет около двух раз. Йонолнительные сигнал (фиг. 2г), разрешающий прохожде- аппаратурные затраты, необходимые для ние опорного напряжения (фиг.26) с вы- о Реализации предлагаемого устройства, нехода цифрового фазорасщепителя 17 на ус- значительны и связаны с использованием тановочный вход триггера 19. Передним цифровых .микросхем. фронтом импульсов опорного напряжения (импульсы типа "меандр ) триггер 19 устанавливается в состояние, при котором на Р м У л а и з о 6 Р -е т е н и я его выходе, соединенном с элементом совпадения 4, появляется потенциал, запреща- Автоматический мост переменного тоющий прохождение сигнала с выхода, вы- ка содержащий генератор тр сф ор, трансформатор сокочастотного генератора 1 на делитель напряжения с первичной и дву вумя .регул иручастоты 3. При этом фазорасщепитель 17 зо емыми вторичными обмотк мотками, усилитель фиксируется в состоянии, соответствующем сигнала неравновесия к вых ду переднему фронту опорного напряжения, по- подключены два квадратурных д атурных детектора, даваемого на квацэатурный детектор 15. потенциальный и токов токовыи, зажимы для

Так будет продолжаться до момента вре- подключении объекта измере а измерения, а также мени, соответствующего переднему фрон у З5 образцовое сопротивле и вление, включенные мевыходного напряжения усилителя сигнала жду вторичными обмотка о мотками трансформатонеравновесия 13. В этот момент времени Ра напряжения и входом одом усилителя сигнапередним фронтом выходного напряжения

Г ла неравновесия блок у ок управления, подкл эусилителя сигнала неравновесия 13 ченный к выходам квадрат м квадратурных детекто(4,„2a) триггер 19 установится в первона ров и к регулируемым втоР мым вторичным обмотчальное состояние. Начиная с этого мо- кам трансформатора напряж напряжения, модулятор, мента, опорное напряжение, подаваемое на включенный между дополнитель олнительным отвоквадратурный детектор 15, будет синфаэ- дом вторичной обмотки тр ки трансформатора нано с выходным напряжением усилителя пряжения, соединенной с образц с образцовым сопсигнала неравновесия 13 моста, что сви- 4 Ротивлением и входом усили ом усилителя неравнодетельствует о завершении этапа, связан- весия, и соединенный с блок с локом Управления, ного с подстройкой фаз опорных напряже- отличающийся т с я тем, что, с цений. После завершения этапа подстройки лью.повышения быстродейст и е ствия, он снабжен фаэ опорных напряжений модулятор выклю- двумя делителями частоты ф оты, формирователем чается, затем мост перейдет к уравнове- о синусоидальногоо напряжения дв я ения, двумя эле-. шиванию. Уравновешивание также, как и в ментами совпадения фазора, фазорасщепителем и устройстве-прототипе, осуществляется при . триггером, причем генератор соединен с помощи регулирования. числа витков обмо- последовательно соедин сое иненными первым де -. ток 7 и 8 по сигналам из блока управ- лителем частоты и форм и формирователем синуления 16. соидального напряжения, выход которого

Очевидно, что погрешность подстройки соединен с первичной об и о мотко трансфррфаз опорных напряжений будет определять- . матора напряжения при ения, при этом последоваcs в первую очередь отношением рабочей тельно соединены п ый ены перв элемент совпа8535

7 дения, второй делитель частоты и фазорасщепитель, выходы которого подключены к опорным входам квадратурных детекторов, а первый вход первого элемента совпаде ния подключен к генератору, входы второго элемента совпадения подключены к блоку управления и к одному из выходов фазовращателя, установочные входы триггера подключены к выходам усилителя сигнала неравновесия и второго элемента >о совпадения, а выход — ко второму входу первого элемента совпадения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Кнеллер В. Ю. Автоматическое измерение составляющих комплексного соп ротивления, М., Энергия", 1967, с. 137.

2. Авторское свидетельство СССР

Ио 198414 кл. G 01 R 17/00, 1966 (прототип),