Компенсационно-мостовая измерительная цепь

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 100380 (21) 2911414/18-21 (51) М. КЛ. с присоединением заявки ¹ а 01 В 17/10

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15.0282, Бюллетень ¹ 6

Дата опубликования описания 150282 (53) УДК б21. 317. . 733 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Г.И. Шаронов и А.Ф. Прокунцев

Пензенский завод-ВТУЗ при заводе В3М, фйзйТатг-----. — ...

Пенэенского политехнического института (71) Заявитель (54) КОМПЕНСАЦИОННО-МОСТОВАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения составляющих комплексного сопротивления двухполюсника.

Известна мостовая измерительная цепь, содержащая ветвь, составленную из последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника и образцового сопротивления двухполюсника, однородного одной иэ составляющих измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, вторую ветвь, составленную из трех последовательно соединенных образцовых сопротивлений двухполюсников, два из которых, расположенные в разных плечах ветвей, однородны одной составляющей, а третье — другой составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, причем оба образцовых сопротивления двухполюсников, однородных одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, включены в смежные плечи ветвей, содержащей и не содержащей измеряемое комплексное сопротивление двухполюсника, выполненного, например, по последовательной схеме замещения, соединены между собой и образуют одну из вершин диагонали питания мостовой измерительной цепи, а соединение образцового сопротивления двухполюсника второй ветви, однородного другой составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, с измеряемым комплексным сопротивлением двухполюсника образуют вторую вершину диагонали питания мостовой измерительной цепи (1).

Недостатком данной мостовой измерительной цепи является низкая точность, обусловленная изменением значений образцовых сопротивлений двухполюсников (резисторов, конденсаторов) от температуры и с течением времени. Кроме того, при использовании уравновешивающих мер сопротивления (резисторов, конденсаторов) линии уравновешивания представляют собой окружности. Это приводит к розникновению связи между контурами уравновешивания, которая ухудшает процесс уравновешивания.

Известна компенсационно-мостовая измерительная цепь, обладающая по, вышенной точностью, в которой уравновешивание внутри выбранного предела осуществляется коммутацией витков

ЗО трансформатора питания (т.е. линией

905868 к со((А

) с саСJ

65 уравновешивания является прямая), содержащая генератор синусоидального напряжения, выход которого подсоединен к первичной обмотке трансформатора питания, мостовую измерительную цепь, одна ветвь которой составлена из последовательно соединенных измерительного комплексного сопротивления двухполюсника и образцового сопротивления двухполюсника, однородного измеряемой составляющей комплексного сопротивления двухполюсника, а вторая ветвь составлена из последовательно включенных образцовых сопротивлений двухполюсников: одного, однородного измеряемой составляющей комплексного сопротивления днухполюс- 15 ника, а другого — однородного по характеру неизмеряемой составляющей комплексного сопротивления днухполюсннка, причем оба образцовых сопротивления двухполюсников, однород- 2О ных измеряемой составляющей комплексного сопротивления двухполюсника, включены, например, при последовательной схеме замещения измеряемого комплексного сопротивления днухполюсника в смежные плечи мостовой измерительной цепи и одними своими выводами подключены к началу нерегулируемой вторичной обмотки трансформатора питания, второй конец ветви; не содержащей измеряемого комплексного сопро- 30 тивления двухнолюсника, подключен k концу указанной вторичной обмотки трансформатора питания и к началу регулируемой вторичной обмотки, конец которой соединен с другим концом вет- 35 ви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление двухполюсника (21 °

Недостатком данной измерительной цепи является низкая точность измерения составляющих комплексного сопротивления двухпалюсника, обусловленная изменением значений образцовых элементов ветви, ие содержащей измеряемое комплексное сопротивление двухполюсника, от температуры и с течением времени. кроме того, данная иэ- 45 мерительная цепь характеризуется невозможностью одновременного измерения обеих составляющих комплексного сопротивления двухполюсника из-эа отсутствия раздельного отсчета по сос- 50 тавляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, неоднородной образцовому сопротивлению двухполюсника, расположенному в ветви, содержащей измеряемое комплексное 55 сопротивление двухполюсника. Так,со- ставляющая измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, однородная образцовому сопротивлению двухполюсника, расположенного в ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление двухполюсника, определяется по формуле

W с= <с

11 где W„= сопя, à W< = var, à составляющая измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, неоднородная образцовому сопротивлению двухполюсника, расположенному в ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление двухполюсннка, определяется по формуле с<с 3 д (4 а GC d О т.е. данное ныражение зависит не только от своего уравновешивающего элемента, например Pd, но и от величины первой составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, что снижает в дна раза быстродействие измерения составляющих комплексного сопротивления днухполюсника (нторую составляющую можно измерить только после смены обраэцоного сопротивления двухполюсника).

Цель изобретения — повышение точности при одновременном измерении обеих составляющих измеряемого комплексного сопротивления днухполюсника.

Поставленная цель достигается тем, что в известную компенсационно-мостовую измерительную цепь, содержащую источник питания, выход которого подсоединен к первичной обмотке трансформатора питания, ветвь, составленную из последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления днухполюсника и образцового сопротивления днухполюсника, однородного одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления двухполюсыика, одним иэ своих выводов подключенную к началу первой вторичной обмотки трансформатора питания, конец которой соединен с началом второй вторичной обмотки трансформатора питания, введен фазовращающий блок, первый, второй и третий зажимы которого соединены с концом второй, с общим местОм соединения начала второй и конца первой вторичных обмоток, трансформатора питания, с началом перной вторичной обмотки трансформатора питания соответственно, а четнертый зажим соединен со вторым выводом указанной ветви.

При этом при последонательной схеме замещения измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника вывод ветни, соединенный с четвертым зажимом фазовращающего блока, подключен к измеряемому комплексному сопротивлению двухполюсника, а при параллельной схеме замещения измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника вывод ветви, соединенный с четвертым зажимом фазовращающего блока, подключен к образцовому сопротивлению двухполюсника.

Предпочтительным является выполнение фаэовращающего блока таким обра905868 зом, чтобы вектор напряжения на его первом-четвертом зажимах был ориентирован относительно вектора напряжения на его третьем-первом (третьем-ВТо ром) зажимах так, что ранен + при — У(V 4 22, 3

2 при 0

g ф

2 2 вешивания, а использование н качестве уравновешивающих элементов витков вторичных обмоток трансформаторов позволяет существенно повысить точность измерения составляющих сопротивления двухполюсника.

На фиг. 1 показана компенсационномостовая измерительная цепь; на фиг. 2 и 3 — варианты выполнения Фазовращающего блока;на фиг.4 — ветвь где V — фазовый сдвиг вектора падения

4р ком пенсационно-мостовой измерительнапряжения, снимаемого с плеча ветви,, ой цепи, составленная из последоваподключенной к началу первой вторич- тельно соединенных измеряемого комной Обмотки ТРансфоРматоРа питаниЯ плексного сопротивления двухполюсника, относительно вектора напряжения пита- выполненного по последовательной схения ветви, снимаемого с третьегоме замещения (резистор и конденсатор), четвертого зажимов фазовРаЩаюшего 15 и образцового сопротивления двухполюсблока. ника, однородного по характеру активЦелесообразно при одновременном ной составляющей измеряемого комплекизмеРении Обеих составлЯЮЩих измеРЯ- ного сопротивления двухполюсника на фиг. 5 — ее кр говая двухполюсника УРавновешивающим элемен 2О (исходное состояние); на фиг. 6-8 и oUpcc ураннОвешиВания IIo cocTaBJIR характеру образцовому сопротивлен о нию пр ющей измеряемого комплексного сопродвухполюсника, использовать вторую тивления днухполюсника, неоднородной втоРичнУю обмоткУ тРансфоРматоРа образцовому сопротивлению двухполюс 5 ника причем фиг. 6 соответствует

При этом уравновешивающим элемен- неуравновешенному состоянию для пертом по составлЯюшей, неоДноРоДной по ного (фиг. 2) и второго (фиг. 3) нахаРактеРУ обРазцовомУ сопРотивлению Фазовр ающего блока, фиг. 7двухполюсника, является фазовращаюпереуравновешенному состоянию для первого варианта фазовращающего блока и рого изменяется. сОстОянию КВазираВнОВесия,цля ВТОРО

ВОЗ ОЖ О ВЫ О Е ф Р Щ Щ О Ва иант фазОВрашаю е О б Ока го блока из трансформатора и Фазовра- Ф 8 — состоянию ква.„иравновесия

ЩаЮЩЕГО УЗЛа, ПЕРВОЙ И ВтОРОй ЗажИМЫ для первого варианта фазовр аю1его блока и cocTQHHHIO недоураннОвешиваемУ зажимам фазовРащающего блока со- 15 я для второго вариан а фазовращаответственно, а третий зажим Фазовра- a Ha ФB 9 H 10 про щающего узла подсоединен через первич- цесс уравновешивания по составляющей измеряемого комплексного сопротивлеемУ зажимУ фазовРащающего блока, пер- н я двухполюсника, однородной образ40 цовому сопротивлению двухполюсника, динены чеРез втоРичнУю обмоткУ тРа причем фиг. 9 соответствует состоянию сформатора ме11 цу собой. недоуравновешинания, а фиг„ 10 — соКроме того, фазовращающий блок стоянию переуравновешивания по измеможет содержать трансформатор и Фа Ряемой составляющей для Обоих варианзовращающее устройство, первы Втоо 45 и 12 — процесс одновременного уравновешивания по обеим составляющим изющего блока соответственно. а третий меряемого комплексного сопротивления зажим фазовращающего устройства под- ричем фиг. 11 соответствует состоясоединен через первичную обмотку трансформатора к третьему зажиму фаи ления однородной образцовому сопроти лению двухполюсника для обоих вариантов фазовращающего блока и между собой. состоянию недоуравновешивания и кваПредпочтительно коммутировать нит- зб зиравновесия по составл щ авляющей измеряеки вторичной обмотки трансформатора, мого комплексного сопротивления, невходящего в фазовращающий блок. це- Однородной образцовому р соп отивлению лесообразно выполнять переменными двухполюсника соответственно для перкоэффициент передачи фазовращающего ного и второго вариантов ф р иантов 1 азовращаюУ вхоДЯщего в фазовРащающий блок. g) щего блока, а фиг. 12 — состоянию

ВвеДение фазовращаюшего блока переуравновешивания по я по обеим составляпозволяет перейти от линий уравнове- ющим измеряемого комплексного сонрошивания в виде окружностей к линиям тивления. равновешивания в виде прямых, что Компенсац а ионно-мостовая измериу епь содержит источник питауменьшает взаимосвязь контуров уравно-у тельная ц

905868 ния 1, трансформатор 2, первичная и вторичная обмотки которого соответственно 3,4 и 5, фазовращающий блок 6, первый, нторой, третий и четвертый зажимы которого соответственно 7,8,9 и 10, комплексные сопротивления двухполюсника 11 и образцовое сопротивление 12 при посЛедовательной схеме замещения измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, образцовое сопротивление двухполюсника 11 и измеряемое комплексное сопротивление двухполюсника 12 при параллельной схеме замещения измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, фаэовращающее устройство 13, трансформатор 14, первичная W и вторичная W>

35 обмотки которого 15 и 16 соответственно.

На круговых диаграммах обозначено:

Cij — потенциальная точка, вершина ветни, содержащей измеряемое 20 комплексное сопротивление двухполюсника и образцовое сопротивление двухполюсника;

dij - потенциальная точка, место соединения KoHUa первой и на- 25 чала второй вторичных обмоток трансформатора;

bi - потенциальная точка, место соединения конца нторичной обмотки и первого зажима Фазовращающего блока;

fij — потенциальная точка, место соединения четвертого зажима фазонращающего блока и одного из зажимов ветви;

mij — потенциальная точка, место соединения активной и реактинной составляющих комплексного сопротивления двухполюсника;

Cijl — линия перемещения потенциаль- 40 ной точки Cij при уравновешивании по составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, однородной образцовому сопротивлению двухполюсника, для второго варианта фаэовращающего блока, причем линия Cijl параллельна вектору аСоо;

ami» - линия перемещения потенциальной точки при уравновешивании составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, однородной образцовому сопротивлению днухполюсника,цля перного варианта фазовращающего блока;

С1 Ki — линия перемещения потенциальной точки при уравновешивании по составляющей измеряемого комплексного сопротив- що .ления двух олю, неоднородной образцовому сопротивлению двухполюсника для обоих вариантов фазЬвращающего блока; С и — минимально возможная окружность кваэиравнонесия потенциальной точки Cij в обобщенных обозначениях; ай. j

bifij ()

gCi j, Cij PCij окружности квазиравнонесия потенциальной точки Cij в обобщенных обозначениях;

Mdi j, qadi j- окружность кваэираннонесия потенциальной точки в обобщенных обозначениях; окружность квазиранновесия мнимои точки nij, причем

2R P„ = afij;

acij вектор падения напряжения, снимаемого с образцового сопротивления днухполюсника; вектор напряжения, снимаемого с вторичной обмотки

5 трансформатора 2;

aijbi — вектор напряжения, снимаемого с вторичной обмотки

4 трансформатора 2;

Ч вЂ” фазовый сдвиг вектора напряжения dcij относительно вектора напряжения afij, вектор напряжения, снимаемого с вторичной обмотки

16 трансформатора 14;

Cijdij — вектор напряжения небаланса;

afij вектор напряжения питания ветви; угол, тангенс которого равен тан ген су угла потерь измеряемого комплексного сопротивления двухполюсникау фазовый сдвиг вектора наЪ

v пряжения adi j или нек тора напряжения abi относительно вектора напряжения небаланса Ci jdi j

Процесс уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи по составляющей комплексного сопротивления двухполюсника, однородной образцовому сопротивлению двухполюсника, заключается в измерении напряжения питания ветви, составленной.из последовательного соединения измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника и образцового сопротивления двухполюсника, путем коммутации витков вторичной обмотки W или W трансформатора питания. Момент кваэиравновесия по составляющей, однородной образцовому сопротивлению днухполюсника, характеризуется выводом точки

Cij .на одну окружность уранновешиваBH8 617g TIpH ATOM BO3MOXHO HCHOJIb эование любых известных способов формирования регулирующих воэдейстний.

Так в момент кваэиранновесия

n,, - я; С „, т,е. аида) а, afjj- Cc

> <+ Д с с>

905868

1О

Процесс уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи по составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, неоднородной образцовому сопротивлению двухполюсника, заключается в измерении напряжения питания ветви, составленной из последовательного соединения измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника и образцового сопротивления двухполюсника, путем коммутации витков вторичной обмотки Wq трансформатора фазовращающего блошка.

Момент квазиравновесия по составляющей, неоднородной образцовому сопротивлению двухполюсника, характеризуется выводом точки Cij на прямую

abi для первого варианта фазовращающего блока и на одну окружность уравновешивания ) dijon при этом также возможно использование любых известных способов формирования регулирующих воздействий. Так в момент полного равновесия для первого варианта фазовращающего блока и в момент квазиравновесия для второго варианта фаэовращающего блока В Ы =В С1)

a4ej а ) а1 j сс

2. k<

3 йй vu„cr5r м jad

Ь(- )= —. ad j (4)

4а 1.-) М, = а(— (5)

ad i j 4/

При одновременном измерении обеих составляющих измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника следует отдать предпочтение второму варианту фаэовращающего блока ввиду независимости отсчета по составляющей, неоднородной образцовому сопротивлению двухполюсника от величины составляющей, однородной образцовому сопротив"лению двухполюсника (уравнение 5).

При измерении только составляющей, однородной образцовому сопротивлению двухполюсника первый и второй варианты фазовращающего блока эквивалентны, но с целью упрощения раздельного формирования регулирующих воздействий для приведения компенсационно-мостовой измерительной цепи в состояние полного равновесия следует отдать предпочтение первому варианту фазовращающего блока.

Использование предлагаемой компенсационно-мостовой измерительной цепи

Формула изобретения

4. Цепь по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что при одновременном измерении обеих составляющих измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника уравновешивающим элементом по составляющей, однородной по хаРактеру образцовому сопротивлению двухполюсника, является вторая вторичная обмотка трансформатора питания, 50 витки которой коммутируются.

5. Цепь по и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что уравновешивающим элементом по составляющей, неоднородной по характеру образцовому соп45 ротивлению двухполюсника, является

50,позволяет повысить точность и быстродействие измерения составляющих комплексного сопротивления двухполюсника (различных емкостных и индуктивных датчиков), снизить аппаратурные затраты, что особенно важно при разработке АСУТП.

1. Компенсационно-мостовая измерительная цепь, содержащая источник питания, выход которого подсоединен к первичной обмотке трансформатора питания, ветвь, содержащую последовательно соединенные измеряемое комплексное сопротивление двухполюсника и образцовое сопротивление двухполюсника, однородноro одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, одним иэ своих выводов подключенную к началу первой вторичной обмотки трансформатора питания, конец которой соединен с началом второй обмотки трансформатора питания, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности, в нее введен фаэовращающий блок, первый, второй, третий зажимы которого соединены с концом второй, с общей точкой соединения начала второй и конца первой вторичных обмоток трансформатора питания и с началом первой вторичной обмотки трансформатора питания соответственно, а четвертый зажим соединен с вторым выводом указанной ветви.

2. Цепь по и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что при последовательной схеме замещения измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника вывод ветви, соединенный с четвертым зажимом фазовращающего блока, подключен к измеряемому комплексному сопротивлению двухполюсника.

3. Цепь по и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что при параллельной схеме замещения измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника вывод ветви, соединенный с четвертым зажимом фазовращающего блока, подключен к образцовому сопротивлению двухполюсника.

905868

g / и н н, Сн фиа4

o joo, do фазовращающий блок, коэффициент передачи которого изменяется.

6. Цепь по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что фазовращающий блок содержит трансформатор и фазовращающий узел первый и второй за кимы которого подключены к первому и третьему зажимам фаэовращающего блока соответственно, а третий зажим фазовращающего узла подсоединен через первичную обмотку трансформатора к третьему зажиму фазовращающего блока, первый и четвертый зажимы которого соединены через вторичную обмотку трансформатора между собой.

7. Цепь по п. 1, о т л и ч а ю щ а45 я с я тем, что фазовращающий блок содержит трансформатор и фаэовращающий

Г 8 узел, первый и второй зажимы которого подключены к второму и третьему зажимам фазовращающего блока соответственно, а третий зажим фазовращающего устройства подсоединен через первичную обмотку трансформатора к третьему зажиму фаэовращающего блока, первый и четвертый зажимы которого соединены через вторичную обмотку трансформатора между собой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Карандеев К.Б. Специальные методы электрических измерений. M. — Ë., Госэнергоиэдат, 1963, с. 163-165, табл. 61.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 672572, кл. С 01 P 17/10, 15.07.76 (прототип).

905868

Ф СРОК и

Ц7иг. f1

4f CNmi rr

Составитель В. Семенчук

Техред,М. Рейвес Корректор Е. Рошко

Редактор К. Волоцук

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

Заказ 377/67 Тираж 718 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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