MD943Z

MD943Z - Metodă de măsurare a componentelor impedanţei

Info

Publication number: MD943Z
Application number: MDS20150012A
Authority: MD
Inventors: Виталие НАСТАС
Original assignee: Технический университет Молдовы
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2016-03-31
Also published as: MD943Y

Abstract

Invenţia se referă la domeniul măsurărilor electrice şi poate fi utilizată pentru măsurarea componentelor impedanţei.Metoda de măsurare a componentelor impedanţei constă în formarea unui circuit de măsurare rezonant în serie din obiectul măsurat şi bornele de ieşire ale unui convertor de impedanţă cu reglare independentă şi cu valori preinstalate ale modulului şi fazei impedanţei reproduse, egale cu valoarea maximă a benzii de reglare şi cu 180°, respectiv, alimentarea circuitului de măsurare rezonant cu un semnal de măsurare, formarea unor semnale de dezechilibru şi de referinţă din căderile de tensiune pe circuitul rezonant şi pe impedanţa reprodusă de convertor, respectiv, echilibrarea circuitului de măsurare prin reglarea modulului până la obţinerea valorii zero a semnalului de dezechilibru şi reglarea concomitentă a fazei impedanţei reproduse de convertor până la atingerea valorii defazajului între semnalele de dezechilibru şi de referinţă egale cu 0° sau 180°, precum şi în determinarea componentelor impedanţei măsurate din dependenţa lor cunoscută de mărimile de intrare ale convertorului. În dependenţă de caracterul impedanţei obiectului măsurat, reglarea fazei impedanţei reproduse de convertor se efectuează în benzile de valori: 180…270° - pentru impedanţe cu caracter inductiv, 90…180° - pentru impedanţe cu caracter capacitiv şi 180° - pentru impedanţe cu caracter activ.

Description

Invenţia se referă la domeniul măsurărilor electrice şi poate fi utilizată pentru măsurarea componentelor impedanţei.

Este cunoscută metoda de măsurare a componentelor impedanţei, care include formarea unui circuit de măsurare rezonant din obiectul măsurat şi bornele de ieşire ale unui convertor de impedanţă cu valori iniţiale preinstalate ale componentelor, alimentarea circuitului de măsurare cu un semnal de măsurare, formarea semnalului de dezechilibru şi a două semnale de referinţă. Echilibrarea circuitului de măsurare se efectuează prin reglarea concomitentă a fazei în banda de valori 90…270° şi a modulului impedanţei reproduse de convertor. Metoda asigură determinarea modulului şi a fazei impedanţei necunoscute din dependenţa lor cunoscută de valorile de intrare ale convertorului în stare de echilibru al circuitului de măsurare [1].

Dezavantajele acestei metode constau în timpul mare de măsurare, cauzat de banda largă de reglare a fazei impedanţei reproduse de convertor, precum şi structura complicată la implementarea practică, deoarece necesită formarea a două semnale de referinţă.

Problemele pe care le rezolvă invenţia constau în micşorarea timpului de măsurare şi simplificarea implementării practice.

Metoda, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că include formarea unui circuit de măsurare rezonant în serie din obiectul măsurat şi bornele de ieşire ale unui convertor de impedanţă cu reglare independentă şi cu valori preinstalate ale modulului şi fazei impedanţei reproduse, egale cu valoarea maximă a benzii de reglare şi cu 180°, respectiv, alimentarea circuitului de măsurare rezonant cu un semnal de măsurare, formarea unor semnale de dezechilibru şi de referinţă din căderile de tensiune pe circuitul rezonant şi pe impedanţa reprodusă de convertor, respectiv, echilibrarea circuitului de măsurare prin reglarea modulului până la obţinerea valorii zero a semnalului de dezechilibru şi reglarea concomitentă a fazei impedanţei reproduse de convertor până la atingerea valorii defazajului între semnalele de dezechilibru şi de referinţă egale cu 0° sau 180°, precum şi în determinarea componentelor impedanţei măsurate din dependenţa lor cunoscută de mărimile de intrare ale convertorului. În dependenţă de caracterul impedanţei obiectului măsurat, reglarea fazei impedanţei reproduse de convertor se efectuează în benzile de valori: 180…270° - pentru impedanţe cu caracter inductiv, 90…180° - pentru impedanţe cu caracter capacitiv şi 180° - pentru impedanţe cu caracter activ.

Rezultatul tehnic al invenţiei constă în micşorarea timpului de măsurare cu precizie înaltă a componentelor impedanţei în coordonate polare şi în simplificarea implementării practice.

Invenţia se explică prin desenele din fig. 1-3, care reprezintă:

- fig. 1, diagrama vectorială, care ilustrează procesul de măsurare pentru impedanţe cu caracter inductiv;

- fig. 2, diagrama vectorială, care ilustrează procesul de măsurare pentru impedanţe cu caracter capacitiv;

- fig. 3, diagrama vectorială, care ilustrează procesul de măsurare pentru impedanţe cu caracter activ.

Impedanţa masurată ZX şi impedanţa de referinţă Zr, reprodusă de convertor, pot fi reprezentate în coordonate polare:

ZX = ZX exp (jφX), (1)

Zr = Zr exp (jφr), (2)

unde: ZX, Zr , φX , φr - respectiv, modulele şi fazele impedanţelor măsurată şi de referinţă, j - unitate imaginară. Obiectul măsurat cu impedanţa (1) şi convertorul de impedanţă cu impedanţa de ieşire (2) formează un circuit rezonant în serie, alimentat cu semnalul de măsurare cu valoarea curentului I. Convertorul de impedanţă posedă valorile iniţiale preinstalate ale modulului impedanţei reproduse, egală cu valoarea maximă a benzii de reglare şi a fazei, egală cu 180º (poziţia Ur1 în fig. 1, 2, 3).

Suma căderilor de tensiune Ux pe impedanţa măsurată şi Ur pe impedanţa de referinţă constituie tensiunea Ude, utilizată în calitate de semnal de dezechilibru:

Ude = UX + Ur = I(ZX+Zr) = I[ZX exp (jφX) + Zr exp (jφr)] (3)

În calitate de semnal de referinţă se utilizează caderea de tensiune pe impedanţa reprodusă de convertor Ur.

Echilibrarea circuitului de măsurare se efectuează prin două operaţii concomitente:

- reglarea modulului Zr al impedanţei Zr reproduse de convertor până la obţinerea condiţiei de echilibru după modul Ude=0;

- reglarea fazei φr a acestei impedanţe până la obţinerea condiţiei de echilibru după fază δφ = φX - φr = 0°, sau 180°. Banda de reglare a fazei constituie 90° în cazul măsurării impedanţelor cu caracter inductiv sau capacitiv şi 0° în cazul măsurării rezistenţei active.

În procesul echilibrării căderea de tensiune Ur obţine consecutiv valorile Ur1, Ur2 , Ur0 , iar semnalul de dezechilibru - respectiv, valorile Ude1, Ude2, Ude0. În stare de echilibru valorile fazei şi modulului impedanţei măsurate constituie respectiv:

ZX = Zr0 , φX = 180° + φr0 (4)

După cum rezultă din relaţia (4), la finalizarea procesului de măsurare modulul şi faza impedanţei necunoscute se exprimă respectiv prin modulul şi faza impedanţei de referinţă, reproduse de convertor, ceea ce prezintă rezultatul măsurării.

Ca exemplu poate servi măsurarea componentelor unei impedanţe capacitive cu valoarea ZX = ZX exp(jφX) = 20·exp[j(-45º)] kΩ . Valoarea preinstalată a impedanţei reproduse de convertor constituie Zr = Zrexp(jφr) = 100·exp(j180º) kΩ. La echilibrarea circuitului de măsurare, conform fig. 2, se reglează faza φr până la atingerea valorii defazajului între semnalul Ude şi semnalul Ur de 0 sau 180º, ceea ce corespunde φr = 180º- 45º = 135º. Concomitent se reglează modulul Zr până la obţinerea valorii semnalului de dezechilibru Ude = 0. Componentele impedanţei măsurate, conform relaţiei (4), constituie: Zr = ZX = 20 kΩ, φX = 180º+135º = -45º, ceea ce prezintă rezultatul măsurării.

1. MD 628 Z 2013.11.30

Claims

Metodă de măsurare a componentelor impedanţei, care constă în formarea unui circuit de măsurare rezonant în serie din obiectul măsurat şi bornele de ieşire ale unui convertor de impedanţă cu reglare independentă şi cu valori preinstalate ale modulului şi fazei impedanţei reproduse, egale cu valoarea maximă a benzii de reglare şi cu 180°, respectiv; alimentarea circuitului de măsurare rezonant cu un semnal de măsurare; formarea unor semnale de dezechilibru şi de referinţă din căderile de tensiune pe circuitul rezonant şi pe impedanţa reprodusă de convertor, respectiv; echilibrarea circuitului de măsurare prin reglarea modulului până la obţinerea valorii zero a semnalului de dezechilibru şi reglarea concomitentă a fazei impedanţei reproduse de convertor până la atingerea valorii defazajului între semnalele de dezechilibru şi de referinţă egale cu 0° sau 180°, precum şi în determinarea componentelor impedanţei măsurate din dependenţa lor cunoscută de mărimile de intrare ale convertorului, caracterizată prin aceea că în dependenţă de caracterul impedanţei obiectului măsurat, reglarea fazei impedanţei reproduse de convertor se efectuează în benzile de valori: 180…270° - pentru impedanţe cu caracter inductiv, 90…180° - pentru impedanţe cu caracter capacitiv şi 180° - pentru impedanţe cu caracter activ.