Устройство для измерения сдвига фазы между напряжением и током

 

(22) Авторы изобретения

Я.Я, Руллис и В.А. Поляков (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗЫ

МЕЖДУ НАПРЯЖЕНИЕМ И ТОКОМ

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано при создании приборов для измерения сдвига фазы между напряжением и током.

По основному авт.св. 11 - 331339 известно устройство для измерения сдвига фазы между напряжением и током, содержащее индикатор, два ре10 зистора, транзистор, стабилитрои и два полупроводниковых диода, соединенных: встречно-параллельно и последовательно .с,нагрузкой, причем параллельно диодам подключен пере15 ход эмиттер-.база транзистора, а параллельно источнику переменного напряжения присоединены последовательно соединенные резистор и ста- .билитрон, катод которого через второй резистор подсоединен к коллектору транзистора, а индикатор соединен с коллектором транзистора и катодом стабилитрона Г1 .

Недостатком известного устройства является невозможность определения характера нагрузки (емкостный или индуктивный), так как это устройство определяет только абсолютное значение угла сдвига фазы.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства путем определения характера нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения сдвига фазы между напряжением и током, содержащее индикатор, два резистора,. транзистор, стабилитрон и два полупро" водниковых диода, соединенных встречно-параллельно и последовательно с нагрузкой, причем параллельно: циодам подключен переход эмиттербаэа транзистора, а параллельно;источнику переменного напряжения присоединены последовательно соединенные резистор и стабилитрон, катод. которого через второй резистор под885922 4 соединен к коллектору транзистора, а индикатор соединен с коллектором транзистора и катодом стабилитрона, введены второй транзистор с коллекторным нагруэочным резистором, линия задержки, элемент И и расшири- тель импульсов, причем эмиттер и база второго транзистора соединены

< соответственно с базой и эмиттером первого транзистора, а коллектор второго транзистора — через коллекторный нагрузочный резистор с катодом стабилитрона, и с элементом И, первый вход которого соединен с коллектором первого транзистора, второй вход - через линию задержки с коллек"

7ором второго транзистора, а выход— через расширитель импульсов с инди-., катором.

На фиг.! изображена схема устройства; на фиг.2 - осциллограммы иапря. жений, при индуктивном характере нагрузки на фиг.3 - то же, при емкостном характере нагрузки.

Устройство для.измерения сдвига фазы между напряжением и током содержит последовательно соединенные стабилитрон 1 и резистор 2, резистор 3, первый транзистор 4, два встречно-параллельно соединенных диода 5 и 6, параллельно которым подключен переход эмиттер-база первого транзистора 4, а к коллектору первого транзистора 4 и точке соединения резистора 2 и стабилитрона 1 подключен резистор 3, параллельно которому подсоединен индикатор 7.

Коллекторный нагрузочный резистор

8 одним концом соединен с катодом стабилитрона 1, а другим - с коллектором второго транзистора 9. К эмиттеру первого транзистора 4 подсоединена. база второго транзистора 9, к баэе первого транзистора 4 - эмиттер второго транзистора 9. Коллектор второго транзистора 9 через линию

)О задержки подключен ко второму входу элемента И 1) а коллектор первого транзистора 4 — к первому входу элемента И II. Выход элемента И 11 через расширитель 12 импульсов йодсоединен к индикатору 7, который может быть выполнен в виде стрелочного прибора (вольтметра) со средней. точкой шкалы или в виде вольтметра и светового индикатора (лампа, световод и т.п.) . Последовательно соединенные стабилитрон 1 и резистор

2 подсоединены параллельно клеммам источника 13 переменного напряжения, которые,в свою очередь, соединены с клеммами комплексного нагрузочного резистора 14.

На фиг.2 и.3 изображены осциллограммы напряжения источника И, тока нагрузки 1, напряжеНия 0„ на стабилитроне 1, напряжения 0 > на диодах

5 и 6, напряжения и З на резисторе 3, 10 напряжения UI) на резисторе 8, напряжения 01 на выходе линии 10 задержки, напряжения U на выходе элемента И ll и напряжения U g на выходе расширителя 12 импульсов.

15 Осциллогр ммы напряжений U< 0

"q,0 и 0„ приведены относительно точки соединения стабилитрона 1 и резистора 2, осциллограмма напряжения Оуб — относительно эмиттера тран-! зистора 9.

Устройство работает следуюцим образом.

В течение одного полупериода напряжения источника питания(0; 37 )ra стабилитроне 1 формируется импульс напряжения трапецеидальной формы, близкой к прямоугольной, с амплитудой, равной напряжению стабилизации стабилитрона 1, а в течение вто30 рого полупериода 3 —:2 7) — импульс прямоугольной формы обратной полярности с амплитудой, равной падению напряжения на стабилитроне 1 в прямом направлении 0 фиг.2 и 3). Это .-импульсное напряжение используется

" для питания коллекторных цепей транзисторов 4 и 9.. При прохождении то:ка от источника 13 в цепь резистора

1 4 на диодах 5 и 6 формируются двухполярные импульсы практически прямоугольной формы, цо фазе совпадающие с фазой тока нагрузки(фь, фиг.2 и 3), I

Эти импульсы поступают на переходы база-эмиттер транзисторов 4 и 9.

В течение одного полупериода тока на переход база-эмиттер транзистора

4 поступает открывающий сигнал, а на переход база-эмиттер транзистора

9 - запирающий сигнал. В течение второго полупериода тока — наоборот.

- Так как коллекторные цепи транзисторов 4 и 9 питаются импульсным напряжением, поступающим со стабилигрона 1 в течение только одного полупериода напряжения, то на резисторах

55 3 и 8 импульсы напряжения могут формироваться только в это время (О -, 5)

При индуктивном характере нагрузки ток отстает ко фаЗе от напряжения

5Ф

5 8 (на угол Ч (и,, фиг.2) . В начале полупериода напряжения на стабилитроне I появляется импульс напряжения, В этот же момент времени появляется напряжение на резисторе 8, так как

plB переход база-эмиттер транзистора 9 поступает открывающее напряжение с диодов 5 и 6. На резисторе 3 напряжения нет, так как на переход база-. эмиттер транзистора 4 с диода 5 н 6 поступает запирающее напряжение.

При угле 4 ток .нагрузочного резистора 14 меняет направление, соответственно меняется полярность напряжения на диодах 5 и 6, транзистор 4 открывается, а транзистор 9 запирается. В этот момент пропадает напряжение на резисторе 8 и появляется напряжение на резисторе 3, т.е. формируется задний фронт импульса на резисторе 8 и передний фронт импульса на резисторе 3(V g Ug фиг.2) .

В конце полупериода напряжения формируется задний фронт импульса на стабилитроне 1 и соответственно задний фронт импульса на резисторе 3.

При емкостном характере нагрузки ток опережает по фазе напряжение на угол Ц (U, 1, фиг.3). В начале полупериода напряжения на стабилитроне 1 появляется импульс напряжения.

В этот же момент времени появляется напряжение на резисторе 3, так как на переход база-эмиттер транзистора

4 поступает открывающее напряжение с диодов 5 и 6. На резисторе 8 напряжения нет, так как на переход базаэмиттер транзистора 9 с диодов 5 и 6 поступает запирающее напряжение.

При угле Ti - Ч ток нагрузочного резистора 14 меняет направление, соответственно меняется полярность напряжения на диодах 5 и 6, транзистор 9 открывается, а транзистор 4 запирается. В этот момент пропадает напряжение на резисторе 3 и появляется напряжение на резисторе 9, т.е. формируется задний фронт импульса на резисторе 3 и передний фронт импульса на резисторе 8(Uy, Ug, фиг.3) . В конце полупериода напряжения формируется задний фронт импульса на стабилитроне 1 и соответственно задний фронт импульса на резисторе 8.

Параллельно резистору 3 подключен индикатор 7 среднего значения напряжения, который показывает напряжение на резисторе 3. Икала индикатора 7 проградуирована в значениях

85922 4 угла сдвига фазы, так как напряжение на резисторе 3 пропорционально углу сдвига фазы Ч и меняется по прямолинейной характеристике при изменении угла

Импульс напряжения с резистора 3 подается на первый вход элемента

И 11 а с резистора 8 через линию задержки 10 — на второй вход зле ° мента И 11. Как видно по осциллограммамфз, U>, фиг.2 и 3), при индуктивном характере нагрузки сначала импульс напряжения появляется на резисторе 8, а потом на резисторе

1$ 3, а при емкостном характере нагрузки — наоборот. Так как импульс, снимаемый с резистора 8 при помощи линии 10 задержки, сдвигается по фазе, то при индуктивном характере © нагрузки на выходе элемента ll появ-. ляются короткие импульсы, частота повторения которых равна частоте переменного напряжения, а при емкостном характере нагрузки импульсы напряжения на выходе элемента И 11 .отсутствуют ц Ъ, О, U

Формула изобретения

Устройство для измерения сдвига фазы между напряжением и током по авт.св. В 331339, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены второй транзистор с коллекторным нагрузочным резистором, линия задержки, элемент И и расширитель импульсов, причем эмиттер и база второго транзистора соединены соответственно с базой и эмиттером первого транзистора, а коллектор второго транзистора — через коллекторный нагрузочный резистор с катодом стабилитрона и с элементом И, первый вход которого соединен с коллектором первого транзистора, второй вход — через линию задержки с кол-. лектором второго транзистора, а выход - через расширитель импульсоь с индикатором.

885922

Источники информации, принятые во внимание прн зкспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

В 331339, кл. G 01 R 25/04, 1970.

885922

О,с

Фиг.2

Составитель Н. Агеева

Редактор Л. Горбунова Техред Е,Харитрнчик Корректор A.. Дзятко

Заказ 10536 бб Тираж 735

ВНЙ!ПИ . ос дарственного комитета ССР по. делам изобретений и открытий

I!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4