Способ раздельного уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи и устройство для его осуществления

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

<111970239

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6i) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено06. 04. 81 (21) 3272030/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 30 10.82. Бюллетень № 40

Дата опубликования описания 30.10.82

РЦ м. Nn.

С 01 и 17/10

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (531 УДК 621.317. .733(088.8) (72) Авторы изобретения

А. C Прокунцев и В. В. Заморский

Пензенский завод-втуз. при заводе ВЭМ (филиал Чензенского политехнического института) (71) Заявитель (54) СПОСОБ РАЗДЕЛЬНОГО УРАВНОВЕШИВАНИЯ

КОМПЕНСАЦИОННО-МОСТОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ

ЦЕПИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ El 0 ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

3 2 Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть использовано в цифровых мостах переменного тока.

Известен способ раздельного урав новешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи, основанный на сравнении дополнительных сигналов, один из которых сформирован пропорциональным вектору напряжения небаланса, второй дополнительный сигнал сформирован пропорциональным вектору напряжения питания, третий дополнительный сигнал сформирован пропорциональным вектору, сдвинутому на четверть периода относительно векто-. ра напряжения питания, четвертый дополнительный сигнал сформирован пропорциональным проекции первого дополнительного сигнала на второй, по знаку четвертого дополнительного сигнала определяют направление коммутации элементов уравновешивания измерительной цепи, по активной состав- . ляющей комплексного сопротивления, формируют пятый дополнительный сигнал, пропорциональный проекции первого дополнительного сигнала на третий, по знаку пятого дополнительного сигнала определяют направление коммутации элементов уравновешивания измерительной цепи по реактивной составляющей комплексного сопротивления (1 J.

Недостатком данного способа. является низкое быстродействие, обусловленное необходимостью ожидания окончания переходных процессов после коммутации образцовых элементов в измерительной цепи для формирования регулирующих воздействий.

Известен более быстродействующий способ раздельного уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи, основанный на сравнении дополнительных сигналов, один из которых сформирован пропорциональным временному интервалу, начало которого сов20.. падает с точкой перехода через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус) напряжения небаланса, а конец - с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень с плюса на минус (с минуса на плюс) вышеуказанного напряжения небаланса, второй дополнительный сигнал сформирован пропорциональньи временному интервалу, начало которого совпадает с точкой перехода через нулевой уровень с 0 .минуса на плюс (с плюса на минус) 970239

60 напряжения питания, а конец - с ближайшей точкой перехода через нулевой уровень с плюса на минус (с минуса иа плюс)вышеуказанного напряжения питания, формируют третий дополнительный сигнал - короткий импульс в момент перехода через нулевой уровень с плюса на минус (с минуса на плюс) напряжения питания, формируют четвертый дополнительный сигнал, длительность которого пропорциональйа вре- 10 менному интервалу совпадения первого дополнительного сигнала со вторым, формируют пятый дополнительный сигнал, длительность которого пропорциональна временному интервалу несов- 15 ,падения второго дополнительного сигнала с первым, формируют шестой дополнительный сигнал„ пропорциональный разности четвертого и пятого дополнительных сигналов, по 20 знаку которого определяют направление комчутации очередных разрядов элементов уравновешивания измерительной цепи по активной составляющей комплексного сопротивления, а по вре-25 менному расположению первого и третьего дополнительных сигналов определяют направление коммутации очередных разрядов элементов уравновешивания измерительной цепи по реактивной составляющей комплексного сопротивления, коммутацию элементов уравновешивания производят в момент отрицательного. (положитель ного ) экстремума напряжения питания (21.

Недостатком этого способа уравновешивания является низкое быстродейст вие, обусловленное последовательной коммутацией всех элементов очередной декады (тетрады ) элементов уравно.вешивания, так как сформированные ре-40 гулирующие воздействия не пропорцио,— нальны величине разбаланса и поэтому не позволяют определять веса очередных разрядов элементов уравновешивания.

Известно устройство, реализующее способ, содержащее генератор синусоидального напряжения, один из выходов которого соединен с входом одного из усилителей-ограничителей и с входом измерительной цепи, выход которой подключен к входу второго усилителя-ограничителя, выход которого о подсоединен к одному из входов элемента И, к одному из входов триггера и к одному из входов элемента

ЗАПРЕТ, выход которого соединен с одним из входов интегратора, а второй вход - с выходом первого усилителя-ограничителя, с входом формирователя импульсов и с вторым входом элемента И, выход которого подключен к второму входу интегратора, выход которого подсоединен к одному из входов первого блока уравновешивания, второй вход которого соединен с вто- 65 рым выходом. генератора, с треть м входом интегратора, с одним из входов второго блока уравновешивания и с вторьм входом триггера, третий вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, а выход к второму входу блока уравновешивания, выходы первого и второго блоков уравновешивания подсоединены к входам соответственно первого и второго цифровых индикаторов (2j.

Недостатком данного устройства является .низкое быстродействие, обусловленное йоследовательной коммутацией всех элементов очередной декады (тетрады.) элементов уравновеши вания, так как сформированные регулирующие воздействия не пропорциональны величине разбаланса и поэтому не позволяют определять веса очередных разрядов элементов уравновешивания.

Цель изобретения . — повышение быстродействия раздельного уравновешивания компенсационно-мостовых измерительных цепей путем формиро-; вания регулирующих воздействий в течение половины периода напряжения питания пропорциональнььчи как направлению, так и величине отклонения измерительной цепи QT состояния рав †. новесия.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе раздельного уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи, основанном на сравнении дополнительных сигналов, один из которых сформирован пропорциональным вектору небаланса, в котором коммутацию элементов уравновешивания производят в момент отрицательного (положительного) экстремума на- пряжения питания, второй дополнительный сигнал формируют пропорциональным среднему значению первого дополнительного сигнала за временной интервал от момента перехода опорного напряжения через нулевой уровень с минуса на плюс (c плюса на

1 минус) до момента ближайшего положительного (отрицательногo) экстремума, третий дополнительный сигнал формируют пропорциональны среднему значению первого дополнительного сигнала за временной интервал от момента перехода опорного напряжения через положительный (отрицательный) экстремум до момента перехода его через нулевой уровень с плюса на минус (с минуса на плюс ), четвертый и пятый дополнительные сигналы формируют пропорциональными соответственно сумме и разности второго и третьего дополнительных сигналов, по знакам и величинам четвертого и пятого дополнительных сигналов определяют соответственно направления коммутации и веса очередных разрядов урав970239 новешивания измерительной цепи соответственно активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления.

В устройство, содержащее генератор синусоидального напряжения, один из выходов которого соединен с входом измерительной цепи, выход которой через согласующий блок подключен к первому входу первого интегратора, второй вход которого подсоединен к второму выходу генератора, третий выход которого соединен с третьим входом первого интегратора и с первым входсм блока уравновешивания с цифровым индикатором, введены вто-. рой интегратор и арифметический блок, причем четвертый выход генератора соединен с однюл иэ входов второго интегратора, второй вход которого подключен к выходу согласующего блока, третий вход — к третьему выходу генератора, а выход — к одному из ( входов арифметического блока, вто-, рой вход которого подсоединен к выходу первого интегратора, а первый и второй выходы соединены соответственно с первым и вторым входами общего блока уравновешивания с цифровым индикатором, выход которого подсоединен к второму входу согласующего блока.

Одновременное формирование регулирующих воздействий в течение, например, положительной половины периодов опорного напряжения, пропорциональными как направлению, так и величине отклонения измерительной. цепи от состояния равновесия, позволяет повысить быстродействие. уравновешивания за счет сокращения количества комлутаций элементов уравновешивания.

На фиг. 1 приведена временная диаграмма работы устройства, ноясняющая сущность способа, на фиг. 2 — структурная схема одного из возможных вариантов устройства, реализующего способ.

На временной диаграмме показан процесс формирования регулирующих воздействий для уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи на примере четырех тактов, где первый и третий такты соответствуют недоуравновешиванию измерительной цепи по обею составляющим комплексного сопротивления. Второй такт соответствует недоуравновешиванию по реактивной и переуравновешиванию по активной составляющим комплексного сопротивления. Четвертый такт соответствует переуравновешиванию по реактивной и недоуравновешиванию по активной составляющим комплексного сопротивления.

В исходном состоянии измерительная цепь находится в состоянии недоуравновешивания по обеим составляющим, таким образом первый дополнительный сигнал (фиг. 1Ь) формируют пропорциональным напряжению небаланса.

Второй дополнительный сигнал (фиг. 2Щормируют пропорциональным среднему значению напряжения небаланса за временной интервал от момента перехода опорного напряжения, например напряжения питания, через нулевой уровень с минуса на плюс до

1р момента ближайшего положительного экстремума.

Третий дополнительный сигнал (фиг. 1d) формируют пропорциональным среднему значению напряжения небаланt5 са эа временной интервал от момента перехода опорного. напряжения, например напряжения питания, через положительный экстремум до момента перехода его через нулевой уровень с

2р плюса на минус.

Четвертый и пятый дополнительные сигналы (фиг. 1 е и g1 формируют пропорциональными соответственно сумме и разности второго и третьего доg5 полнительных сигналов.

При недоуравновешеннсм состоянии измерительной цепи.по обеим составляющим комплексного сопротивления, о чем .судят по знакам четвертого и пя-"

Зр того дополнительных сигналов, оценивают величину разбаланса для соответствующих составляющих комплексного сопротивления по величинам тех же дополнительных сигналов раздельно и одновременно. Причем, учитывая, что

35 такая оценка ;держит погрешность, формируют лишь вес старшего разряда величин разбаланса, не перебирая все необходимые дискретные элементы,составляющие декаду (тетраду) разряда, 4О а сразу путем, например, преобразования величин напряжений, пропорциональных соответственно четвертому .и пятому дополнительным сигналам, в код.

45 Если при формировании очередного веса разряда погрешность составляет единицу дискретности, то переуравновешивание после коммутации образцовых мер не может быть больше, чем

50 на единицу дискретности разряда. Следовательно, при переуравновешивании, что определяют по знакам четвертого и пятого. дополнительных сигналов, можно автоматически произвести изменение (уменьшение или увеличение), сформированного веса разряда на единицу дискретности. Напряжение неба— ланса после коммутации образцовых элементов увеличивают на порядок .

Очевидно, что после проведения указанных операций измерительная цепь будет находиться в состоянии недоуравновешивания по обеим составляющим . Далее аналогично формируют веса следующих разрядов величин раз65 баланса измерительной цепи. Ксммутитем, что, сЬ целью повышения быстродействия, в торой дополни тель ный сигнал формируют пропорциональньи среднему эанчению первого дополнительного сигнала за временной интервал от момента перехода опорного напряжения через нулевой уровень с минуса на плюс (с плюса на минус ) до момента ближайшего положительного (отрицательного) экстремума, третий дополнительный сигнал формируют пропорциональным среднему значению первого дополнительного сигнала эа временной интервал от момента перехода опорного напряжения через положительный (отрицательный ) экстремум до момента перехода его через нулевой уровень с плюса на минус (c минуса на плюс), четвертый и пятый дополнительные сигналы формируют пропорциональными соответственно сумме и разности второго и третьего дополнительных сигналов, по знакам и величинам четвертого и пятого дополнительных сигналов определяют соответственно направления коммутации и веса очередных разрядов элементов уравновешивания измерительной цепи соответственно активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления.

2. Устройство для осуществления способа раздельного уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи, содержащее генератор синусоидального напряжения, один из. выходов которого соединен с входом: измерительной цепи, выход которой через согласующий блок подключен к первому входу первого интегратора, второй вход которого подсоединен к второму выходу генератора, третий выход которого соединен с третью входом первого интегратора и с первым входом блока уравновешивания с цифровым индикатором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, в него введены второй интегратор и арифметический блок, причем четвертый выход генератора соединен с одним из входсь второго интегратора, второй вход ко торого подключен к выходу согласуюtqего блока, третий вход - к третьему выходу генератора, а выход †;к одному из входов арифметического блока, вто» рой вход которого подсоединен к выходу первого инТегратора, а первый и второй выходы соединены соответственно с первым и вторым входами блока уравновешивания с цифровыч индикатором, выход которого, подсоединен к второму входу согласующего блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 3663955,кл.324/57 972. .2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2999974/18-21, кл.,6 01к 17/10 04.03.80, 55

7 970239 руя образцовые меры, приводят измерительную цепь в состояний равновесия, а по включенным образцовым мерам отсчитывают измеряемые величины комплексного сопротивления. . Формирование регулирующих воздейст- 5 вий заканчивается в течение половины периода От точки перехода напряжения питания через нулевой уровень а временной интервал между концом формирования регулирующих воздействий и 0 ближайшим переходом через экстремум напряжения питания (моментом коммутации образцовых мер) используется для подготовки к коммутации образцовых мер.

Устройство содержит генератор 1, )5 компенсационно-мостовую измерительную цепь 2, согласующий блок 3, интеграторы 4 и 5, арифметический блок

6, блок 7 уравновешивания с цифровым индикатором . 20

Устройство работает следующим образом.

Напряжение питания с первого выхода генератора 1 (фиг. 1а ) поступает на вход компенсационно-мостовой измерительной цепи 2, возбуждая на выходе ее напряжение небаланса (фиг.1в), которое через согласующий блок поступает на первые входы интеграторов 4 и 5, на вторые входы которых поступают управляющие сигналы (фиг . 1с, h), задающие соответствующие пределы интегрирования. С выходов интеграторов 4 и S сигналы (фиг. 1с и 3) поступают на входы арифметического блока б, с первого и второго выходов которого сигналы (фиг . 1е и g ), соответствующие сумме и разности сигналов с выходов интеграторов 4 и 5, поступают на первый и второй входы блока уравновешивания 7, в котором осуществляется определение направления коммутации, формирование веоов элементов уравновешивания, коммутация образцовых мер в момент времени, задающегося импульсом (фиг. 1с), 45 поступающим с четвертого выхода генератора 1, управление коэффициентом передачи согласующего блока и инди. кация результата измерения.

Использование предлагаемого.спо- 5О соба и реализующего его устройства позволяет существенно повысить быстродействие измерения, что имеет большое значение при разработке приборов для АСУТП.

Формула изобретения

1. Способ раздельного уравновешивания компенсационно-мостовой изме рительной цепи, основанный на сравненчи дополнительных сигналов, один иэ которых сформирован пропорциональным вектору небаланса, в котором коммутацию элементов уравновешивания производят в момент отрицательного (положительного)экстремума напряжения питания, о т л и ч а в шийся "65

970239 авиа /

Составитель В. Семенчук

Редактор М. Янович Техред И.Надь Корректор Н.Буряк

Заказ 8379/53 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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