Invenţia se referă la domeniul măsurărilor electrice şi electronice şi poate fi utilizată pentru măsurarea cu precizie înaltă a componentelor impedanţei. The invention relates to the field of electrical and electronic measurements and can be used for high precision measurement of impedance components.
Cea mai apropiată soluţie este metoda de măsurare a componentelor impedanţei, care constă în formarea unui circuit de măsurare din obiectul măsurat şi contactele de ieşire ale unui convertor de impedanţă, alimentarea circuitului cu semnal de măsurare, controlul semnalului de dezechilibru, obţinut în urma interacţiunii circuitului rezonant cu semnalul de măsurare, echilibrarea circuitului de măsurare prin reglarea impedanţei reproduse de convertor şi determinarea componentelor impedanţei măsurate din dependenţa lor cunoscută de componentele impedanţei reproduse de convertor [1]. The closest solution is the method of measuring the impedance components, which consists of forming a measuring circuit from the measured object and the output contacts of an impedance converter, feeding the circuit with a measuring signal, controlling the imbalance signal, obtained as a result of the interaction of the circuit resonant with the measurement signal, balancing the measurement circuit by adjusting the impedance reproduced by the converter and determining the measured impedance components from their known dependence on the impedance components reproduced by the converter [1].
Dezavantajul acestei metode constă în prezenţa erorii de măsurare, cauzate de eroarea convertorului de impedanţă, apărută din cauza acţiunii factorilor externi şi interni, aşa ca variaţia temperaturii, degradarea şi erorile componentelor convertorului. The disadvantage of this method is the presence of the measurement error, caused by the error of the impedance converter, caused by the action of external and internal factors, such as temperature variation, degradation and errors of the converter components.
Problema pe care o rezolvă invenţia constă în mărirea preciziei de măsurare. The problem that the invention solves consists in increasing the measurement precision.
Metoda, conform invenţiei, înlătură dezavantajul menţionat mai sus prin aceea că constă în formarea unui circuit de măsurare în serie din obiectul măsurat, contactele de ieşire ale unui convertor de impedanţă de referinţă cu reglare independentă a componentelor activă şi reactivă şi un generator de semnal, formarea unui semnal de dezechilibru din căderea sumară de tensiune pe obiectul măsurat şi circuitul de ieşire al convertorului, controlul primului şi celui de-al doilea defazaje dintre semnalul de dezechilibru şi căderile de tensiune, respectiv, pe componentele reactivă şi activă ale impedanţei de referinţă, echilibrarea circuitului de măsurare prin reglarea componentelor activă şi reactivă ale impedanţei de referinţă până la atingerea primului şi celui de-al doilea defazaje de 180° sau 0°, şi determinarea componentelor impedanţei măsurate din dependenţa cunoscută a acestora de componentele impedanţei de referinţă în stare de echilibru. Metoda mai include calibrarea circuitului de măsurare, care constă în conectarea în locul obiectului măsurat a unui dipol cu valoare cunoscută a impedanţei, instalarea valorii impedanţei de referinţă egală cu valoarea calculată pentru starea de echilibru, ajustarea convertorului de impedanţă până la echilibrarea circuitului de măsurare şi utilizarea setărilor de ajustare obţinute la calibrare în procesul măsurării nemijlocite a impedanţei. Calibrarea circuitului de măsurare se efectuează înainte de măsurarea nemijlocită a impedanţei obiectului măsurat, înainte de un ciclu de măsurări sau în procesul deservirii tehnice. The method, according to the invention, removes the disadvantage mentioned above in that it consists in the formation of a series measurement circuit from the measured object, the output contacts of a reference impedance converter with independent adjustment of the active and reactive components and a signal generator, the formation of an imbalance signal from the summary voltage drop on the measured object and the output circuit of the converter, the control of the first and second phase shifts between the imbalance signal and the voltage drops, respectively, on the reactive and active components of the reference impedance, balancing the measurement circuit by adjusting the active and reactive components of the reference impedance until reaching the first and second phase shifts of 180° or 0°, and determining the measured impedance components from their known dependence on the reference impedance components in the state of balance. The method also includes calibrating the measuring circuit, which consists of connecting a dipole with a known impedance value instead of the measured object, setting the reference impedance value equal to the value calculated for the steady state, adjusting the impedance converter until the measuring circuit is balanced and using the adjustment settings obtained during calibration in the process of direct impedance measurement. The calibration of the measuring circuit is performed before the direct measurement of the impedance of the measured object, before a cycle of measurements or in the process of technical service.
Rezultatul tehnic al invenţiei constă în posibilitatea măsurării cu precizie înaltă a componentelor impedanţei în coordonate carteziene. The technical result of the invention consists in the possibility of high precision measurement of the impedance components in Cartesian coordinates.
Invenţia se explică prin desenele din fig. 1 şi 2, care reprezintă diagramele vectoriale ale procesului de măsurare. The invention is explained by the drawings in fig. 1 and 2, which represent the vector diagrams of the measurement process.
Conform metodei propuse, la etapa de calibrare (fig. 1) în circuitul de măsurare, realizat conform metodei cunoscute [1], în loc de obiectul măsurat se conectează un dipol de calibrare cu impedanţa cunoscută Zc=Rc+jXc şi se instalează valorile componentelor impedanţei de referinţă Zr=Rr+jXr, reproduse de convertor, egale cu valorile calculate pentru starea de echilibru Rr=-Rc, Xr=-Xc. Din cauza erorilor convertorului căderea de tensiune pe impedanţa de referinţă va avea valoarea, de exemplu, UZr1=URr1+jUXr1, cauzând semnalul de dezechilibru Ude1. Prin ajustarea convertorului de impedanţă se reglează valorile componentelor activă şi reactivă ale impedanţei de referinţă până la obţinerea stării de echilibru în circuitul de măsurare, căreia îi corespunde valoarea căderii de tensiune pe impedanţa de referinţă UZr0=URr0+jUXr0. Setările obţinute în procesul de calibrare exclud eroarea convertorului şi se utilizează ulterior pentru corecţia valorii impedanţei de referinţă în procesul măsurării. According to the proposed method, at the calibration stage (fig. 1) in the measurement circuit, made according to the known method [1], instead of the measured object, a calibration dipole with the known impedance Zc=Rc+jXc is connected and the values of the components are installed reference impedance Zr=Rr+jXr, reproduced by the converter, equal to the values calculated for the equilibrium state Rr=-Rc, Xr=-Xc. Due to converter errors the voltage drop on the reference impedance will have the value, for example, UZr1=URr1+jUXr1, causing the imbalance signal Ude1. By adjusting the impedance converter, the values of the active and reactive components of the reference impedance are adjusted until the equilibrium state is obtained in the measuring circuit, which corresponds to the value of the voltage drop on the reference impedance UZr0=URr0+jUXr0. The settings obtained in the calibration process exclude the error of the converter and are later used for the correction of the reference impedance value in the measurement process.
Procesul de măsurare nemijlocită a impedanţei necunoscute Zx se efectuează prin metoda cunoscută [1] (fig. 2), convertorul de impedanţă posedând setările de ajustare obţinute în procesul de calibrare. Echilibrarea circuitului de măsurare se efectuează prin reglarea componentelor impedanţei de referinţă Zr până la obţinerea stării de echilibru după ambele componente ale impedanţei măsurate Zx. În procesul echilibrării căderea de tensiune pe impedanţa de referinţă UZr=URr+jUXr poate căpăta valorile UZr1=URr1+jUXr1, UZr2=URr2+jUXr2, UZr0=URr0+jUXr0, ultima din ele corespunzând stării de echilibru. The process of direct measurement of the unknown impedance Zx is carried out by the known method [1] (fig. 2), the impedance converter possessing the adjustment settings obtained in the calibration process. The balancing of the measuring circuit is performed by adjusting the components of the reference impedance Zr until the equilibrium state is obtained after both components of the measured impedance Zx. In the balancing process, the voltage drop on the reference impedance UZr=URr+jUXr can acquire the values UZr1=URr1+jUXr1, UZr2=URr2+jUXr2, UZr0=URr0+jUXr0, the last of them corresponding to the equilibrium state.
Ca exemplu de implementare practică poate servi măsurarea componentelor impedanţei unei bobine de inductanţă, care conţine componenta reactivă Xx = 5 KΩ şi componenta activă Rx = 2 KΩ. La etapa de calibrare în circuit în loc de bobina măsurată se conectează un obiect cu impedanţa cunoscută, de exemplu Zc=(10+j5) KΩ, şi se instalează valoarea impedanţei de referinţă reproduse de convertor Zr=(-10-j5) KΩ. Din cauza erorilor convertorului valoarea reală a impedanţei de referinţă diferă de cea instalată, constituind, de exemplu, Zr=(-9-j4) KΩ, ceea ce duce la dezechilibru în circuitul de măsurare. Prin ajustarea convertorului se reglează valoarea impedanţei de referinţă până la obţinerea stării de echilibru. La etapa măsurării nemijlocite în circuit se conectează bobina măsurată şi se echilibrează circuitul de măsurare prin reglarea impedanţei de referinţă până la satisfacerea condiţiei de echilibru. Valoarea impedanţei măsurate constituie Zx=(5+j2) KΩ şi se determină după valorile de reglare ale componentelor impedanţei reproduse de convertor în starea de echilibru. An example of practical implementation can be the measurement of the impedance components of an inductance coil, which contains the reactive component Xx = 5 KΩ and the active component Rx = 2 KΩ. At the circuit calibration stage, instead of the measured coil, an object with known impedance is connected, for example Zc=(10+j5) KΩ, and the reference impedance value reproduced by the converter Zr=(-10-j5) KΩ is installed. Due to converter errors, the actual value of the reference impedance differs from the installed one, constituting, for example, Zr=(-9-j4) KΩ, which leads to imbalance in the measuring circuit. By adjusting the converter, the value of the reference impedance is adjusted until the equilibrium state is obtained. At the stage of direct measurement in the circuit, the measured coil is connected and the measuring circuit is balanced by adjusting the reference impedance until the equilibrium condition is satisfied. The measured impedance value is Zx=(5+j2) KΩ and is determined according to the adjustment values of the impedance components reproduced by the converter in the steady state.
1. MD 489 Z 2012.09.30 1. MD 489 Z 2012.09.30