Способ автоматического уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока

 

Союз Советских

Социалистичвсиик

Рес ублмк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< 894580 (61) Дополнительное к аат. санд-ву (51)М. Кл. (22) Заявлено 05. 05. 80 (21) 2920479/18-23 с присоединением заявки М

G 01 R 17/10

3Ьвударствскквй кемнтет

СССР до делам изебретенкй н еткритвй (23) Приоритет

Опубликовано 30.12. 81. Бвллететть М 48

Дата опубликования описания 30. 12. 81 (53) УДК 621 317;.733(088.8) (72) Авторы изобретения

Г. И. Войченко, В. N. Могилевский и M. Í. Сурду

Институт электрсдинаиики АН Украинскаи (71) Заявитель (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УРАВНОВЕШИВАНИЯ

ЦИФРОВЬИ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ МОСТОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к электроиз. мерительной технике и может быть использовано при построении систем asтаиатического уравновешивания быстродействующих цифровых экстремальных мостов переменного тока.

Известен способ уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока, заключающийся в том, что величина регулирующего воздействия равна сразу нескольким шагам то уравновешивания, причем большему нарушению равновесия соответствует большее регулирующее воздействие.

Известный способ уравновешивания т5 основан на моделировании амплитуды сигнала неравновесия моста переменного тока некоторой упрощенной аппроксимирующей зависимостью и последующем предсказании (экстраполяции) величины неравновесия по уравновешиваемому параметру. Для выработки регулирующих воздействий при этом используют не только знак, но и величину модуляционпого приращения сигнала неравновесия, а также амплитуду самого сигнала неравновесия. Благодаря увеличению регулирующих воздействий при их формировании экстраполяционным способом сокращается число тактов уравновешивания, следовательно, повышается быстродействие мостовj.1).

Точность формирования регулирующих воздействий при экстраполяционном способе уравновешивания зависит от степени приближения аппроксимирующей зависимости к реальной функции.

В известном способе уравновешивания это приближение таково, что методическая погрешность оценки степени неравновесия может достигать 2-3 шагов уравновешивания при исходном неравновесии в 10 шагов (одна декада), Поэтому для доуравновешивания моста на данной декаде выделяют дополнительный такт уравновешивания. Таким образом, ограниченная точность

894580 формирования регулирующих воздействий согла -:: из;:естному экстраполяционному сг. с :;" ó,,-,.авновешивания принципиально огра г-:ивает быстродействие мостов переменного тока. 5

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является экстраполяционный способ автоматического уравновешивания цифровых квазиэкстремальных мостов переменного !о тока, при котором модулируют регулируемый параметр, детектируют сигнал неравновесия моста до и после модуляции, по знаку модуляционного приращения определяют направление регу- !5 лирования (2).

Цель изобретения — повышение быстродействия автоматического уравновешивания цифрового экстремального моста переменного тока с ортогональными линиями уравновешивания за счет ликвидации методической погрешности формирования регулирующих воздействий.

Поставленная цель достигается тем, что в способе автоматического уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока с ортогональными линиями уравновешивания, при котором модулируют регулируемый параметр, детектируют сигнал неравновесия моста до и после модуляции, по знаку модуляционного приращения определяют направление регулирования, полученный после детектирования сигнал возводят в квадрат, измеряют модуляционное прира35 щение квадрата продетектированного сигнала и изменяют регулируемый параметр на величину, пропорциональную этому приращению.

На фиг. 1 изображена векторная

4О диаграмма напряжений измерительной цепи цифрового модуляционного экстремального моста с ортогональными линиями уравновешивания; на фиг. 2 блок-схема цифрового экстремального

45 моста переменного тока.

Способ осуществляется следующим образом.

Поскольку линии уравновешивания

50 моста ортогональны, то из прямоугольного треугольника дсб! (фиг. 1) следует

dc =d d +Д"С, (1)

55 т ° е. з ((1J = Up J + ) u J = (S/bp) (Sqbq) ()(После модуляции, например, параметра

q модуль напряжения неравновесия удовлетворяет равенству

J< l =(p») -t (++<% )1., () где U u U — напряжения неравновесия, возникающие при нарушении равновесия только по параметру р либо только по параметру q соответственно;

S и S — чувствительности мостовой цепи;

Ар vbq — величины нарушения равновесия по параметрам р и q;

b(U(p - приращение модуля сигнала неравновесия моста, обусловленное модуляцией b Up по периметру р °

Иэ уравнений (2) и (3) непосредственно следует, что искомая величина нарушения равновесия по параметру q определяется равенством = —; — — = — q„, (о ) < (4)

2 с о 2 гдето(Н ) = lu i-/О / - модуляционное

2 zzо приращение квадрата амплитуды сигнала равновесия.

Разделив обе части равенства (4) на величину единичного шага уравновешивания р,б1, выразим неравновесие количеством дискретных шагов N q

И / — — а(О 11 <5) щ 1 О Ш

Аналогичное выражение может быть получено для определения степени неравновесия по второму ортогональному параметру Np. Р

Мр= P g Z р р Ь(ОР)- ) (б! tu р о ш где Ь (0 ) =(!! ) (U(— модуляционное

Р Р приращение квадрата амплитуды сигнала неравновесия при модуляции моста по параметру р.

"*!3 формул (5) и (6) следует, что неравновесие моста с ортогональными линиями уравновешивания по каждому из регулируемых параметров пропорционально приращению квадрата амп894580

° 5

55 литуды сигнала неравновесия, которое обусловлено модуляцией этого параметра.

Следует особо подчеркнуть, что формулы (5) и (6), по которым производится расчет неравновесия моста, являются абсолютно точными. Таким образом, в предлагаемом способе уравновешивания в отличие от известного методическая погрешность в определении величины неравновесия принципиально отсутствует. Это дает возмож-ность использовать способ уравновешивания при построении быстродействующих мостов переменного тока с ортогональными линиями уравновешивания.

При использовании предлагаемого способа точность определения величины нарушения равновесия ограничена лишь инструментальными погрешностями элементов моста, а эти погрешности могут быть сведены к минимуму.

Расчеты показывают, что при заданной: погрешности измерения и инструментальной погрешности Д определения величины нарушения равновесия число п тактов уравновешива- ния по .предлагаемому способу определяется равенством 1 Х (pg) (7)

Р ер —

Например, если погрешность 1 определения состояния равновесия, характеризующая качество экстраполяционного устройства моста, составляет

1 (10 ), а погрешность измерения не должна превышать 0,01 (l &), то такая точность измерения достигается за 2 такта уравновешивания, поскольку

И гВ "O 4, (8) е о- Y.

Для сравнения отметим, что при уравновешивании моста по известному способу минимальное число тактов уравновешивания равно восьми, так как точность измерений 11" = 0,01% обеспечивается при уравновешивании на

4 декадах, а на каждой декаде необходимо два такта уравновешивания.

Таким образом, предлагаемый способ уравновешивания обеспечивает в

4 раза большее быстродействие, чем известный, Цифровой экстремальный мост переменного тока, уравнЬвешиваемый но предлагаемому способу, содержит

t0

4 генератор 1 синусоидального напряжения, мостовую измерительную схему 2, внутренняя структура которой удовлетворяет требованию ортогональности линий уравновешивания, амплитудНый детектор 3, квадратор 4, анализатор 5 приращений, преобразователь 6 напряжения в число импульсов, реверсивный счетчик 7, триггер 8 реверса, модулятор 9 и блок 10 управления, Мост работает следующим образом.

Сигнал неравновесия мостовой измерительной схемы 2 подвергается амплитудному детектированию, а затем возведению в квадрат. Эти функции выполняются детектором 3 и квадратоФ ром 4 моста. Его уравновешивание синхронизируется блоком 10 управления. При появлении разрешающего сигнала на одном выходе этого блока в анализаторе 5 приращений осуществляется запоминание текущего значения квадрата сигнала неравновесия моста, например напряжения постоянного тока.

При подаче разрешающего сигнала с другого выхода блока 10 управления на вход модулятора 9 последний осуществляет пробное изменение регулируемого параметра мостовой цепи, ее выходной сигнал получает определенное модуляционное приращение, содер" жащее информацию о состоянии мостовой цепи. Новое значение сигнала неравновесия также подвергается амплитудному детектированию, возведению в квадрат, а затем запоминается в анализаторе 5 приращений.

Одновременно в этом блоке производится определение величины и знака модуляционного приращения квадрата амплитуды сигнала неравновесия ° Если знак этого приращения положительный, то из анализатора 5 подается импульс на триггер 8 реверса, изменяющий направление счета реверсивного счетчика

7. Затеи приращение квадрата амплитуды преобразуется в преобразователе 6 напряжения в число импульсов.1Последовательность импульсов, поступаю щих с выхода преобразователя 6 на вход реверсивного счетчика 7, изменяет состояние как этого счетчика, так и коммутируемых элементов мосто» вой измерительной схемы 2, приближая ее к состоянию равновесия. Степень приближения зависит от инстру" ментальной погрешности определений состояния равновесия моста. При

894580 8 ми линиями уравновешивания,.при котором модулируют регулируемый параметр, детектируют сигнал неравновесия моста до и после модуляции, по знаку модуляционного приращения определяют направление регулирования, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, полученный после детектирования сиг10 нал возводят в квадрат, измеряют модуляционное приращение квадрата про-. детектированного сигнала и изменяют регулируемый параметр на величину, пропорциональную этому приращению. недостаточной точности описанной процедуры она может быть повторена.

По окончании уравновешивания моста цифровое значение выходного кода реверсивного счетчика 7 равно измеряемому параметру комплексного сопротивления.

Использование способа автоматического уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока позволяет повысить быстродействие этих приборов примерно в 4 раза по сравнению с известными наиболее быстродействующими приборами прн сохранении нх точности.

Формула изобретения

Способ автоматического уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока с ортогональныВНИИПИ Заказ 11478/72

Ти аж 735 Подписное

11 11

Филиал ППП " Патент г, Ужгород, ул, Проектная, 4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе,l. Авторское свидетельство СССР

N 756301, кл. G OI R 17/IO, 1978. рр 2. Авторское свидетельство СССР

Н 313163, кл, G 01 R 17/10, 1970 (поототип1