RU2150709C1 - All-pass multiple-arm alternating current transformer bridge for measuring parameters of three-piece dipoles using serial rlc circuit and method for its balancing - Google Patents
All-pass multiple-arm alternating current transformer bridge for measuring parameters of three-piece dipoles using serial rlc circuit and method for its balancing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2150709C1 RU2150709C1 RU99105102A RU99105102A RU2150709C1 RU 2150709 C1 RU2150709 C1 RU 2150709C1 RU 99105102 A RU99105102 A RU 99105102A RU 99105102 A RU99105102 A RU 99105102A RU 2150709 C1 RU2150709 C1 RU 2150709C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bridge
- parameters
- balancing
- frequency
- parameter
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области электроизмерительной техники, а конкретно к мостовым методам измерения на переменном токе параметров трехэлементных двухполюсников по последовательной RLC-схеме, не зависящих от частоты. The invention relates to the field of electrical engineering, and in particular to bridge methods for measuring alternating current parameters of three-element bipolar circuits according to a serial RLC-scheme, independent of frequency.
Известен наиболее близкий к заявленному устройству в группе изобретений по совокупности признаков того же назначения и потому выбранный за прототип частотно-независимый четырехплечий мост переменного тока для измерения параметров последовательного колебательного контура (а.с. 413430 (СССР), МКИ2 G 01 R 17/10. Б.И., 1974, N 4, см. также книгу Кнеллера В.Ю., Боровских Л.П. "Определение параметров многоэлементных двухполюсников".- Москва: Энергоатомиздат, 1986, стр. 104, рис. 2.54), снабженный амплитудным нуль-индикатором. Недостатком, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, прототипа к заявленному устройству в группе изобретений является использование в плече сравнения регулируемых двух элементов R, C и последовательно включенной с ними образцовой катушки индуктивности L, а в одном из плеч отношения также регулируемого элемента R, вследствие чего возникает существенная погрешность измерения из-за наличия шунтирующих емкостей элементов коммутации, с помощью которых изменяются параметры упомянутых регулируемых элементов, из-за емкостей утечки и из-за остаточных параметров катушки индуктивности L, являющихся значительными и к тому же частотно- зависимыми. Кроме того, у прототипа к заявленному устройству отсутствует раздельный отсчет измеряемых параметров, а регулировки двух разнородных параметров трехэлементного его плеча сравнения для достижения частотно-независимого равновесия моста по фазе являются сильно зависящими друг от друга, что обуславливает в целом чрезвычайно плохую сходимость процесса уравновешивания по трем параметрам первого прототипа, то есть указанного прототипа к заявленному устройству в группе изобретений.Known closest to the claimed device in the group of inventions for a combination of features of the same purpose and therefore selected as a prototype frequency-independent four-arm AC bridge for measuring the parameters of a series oscillatory circuit (AS 413430 (USSR), MKI 2 G 01 R 17 / 10. B.I., 1974, N 4, see also the book of Kneller V.Yu., Borovskikh LP "Determination of the parameters of multi-element two-terminal networks. - Moscow: Energoatomizdat, 1986, p. 104, Fig. 2.54) equipped with an amplitude null indicator. The disadvantage that prevents the achievement of the technical result indicated below, of the prototype of the claimed device in the group of inventions, is the use of two adjustable elements R, C and a series inductance coil L in series with them in the comparison arm, and the ratio of the adjustable element R in one of the arms, as a result a significant measurement error occurs due to the presence of shunt capacitances of the switching elements, with which the parameters of the said adjustable elements are changed, due to and leakage capacitances and due to the residual parameters of the inductor L, which are significant and also frequency-dependent. In addition, the prototype of the claimed device does not have a separate readout of the measured parameters, and the adjustment of two heterogeneous parameters of its three-element comparison arm to achieve frequency-independent phase equilibrium of the bridge are strongly dependent on each other, which leads to an extremely poor convergence of the balancing process in three the parameters of the first prototype, that is, the specified prototype of the claimed device in the group of inventions.
От указанного второго недостатка отмеченного первого прототипа свободен способ уравновешивания по трем параметрам, выбранный за прототип способа в заявленной группе изобретений, по а.с. N 849100 (СССР), G 01 R 27/02, Б.И., 1981, N 27, с. 168 (см. также книгу Тюкавина А.А. "Измерение параметров трех- и четырехэлементных двухполюсников мостами переменного тока", изд-во Сарат. ун-та, 1988, с. 55-58), обеспечивающий удовлетворительную сходимость по трем параметрам процесса уравновешивания частотно-независимых мостов переменного тока и в случае измерения параметров трехэлементных двухполюсников по последовательной RCL-схеме. Этот способ состоит из N операций уравновешивания моста по двум параметрам на первой частоте при задаваемых значениях третьего параметра плеча сравнения по знаку фазы сигнала разбаланса, появляющегося после перевода уравновешенного моста на вторую частоту измерения. Недостаток второго прототипа, то есть прототипа способа в заявленной группе изобретений, также препятствующий достижению указанного ниже технического результата, заключается в использовании на второй частоте фазочувствительного нуль-индикатора, значительно уступающего по чувствительности амплитудному нуль-индикатору, вследствие чего не достигается наивысшая по мостовому методу точность измерения параметров последовательных RLC-двухполюсников. Кроме того, необходимость в проведении N операций уравновешивания по двум параметрам (N равно числу двоичных разрядов третьего параметра плеча сравнения) хотя и при направленно задаваемых значениях третьего параметра цепи сравнения затягивает процесс уравновешивания по трем параметрам, что является вторым недостатком второго прототипа. From the second drawback of the noted first prototype, the method of balancing in three parameters is selected, selected as the prototype of the method in the claimed group of inventions, as N 849100 (USSR), G 01 R 27/02, B.I., 1981, N 27, p. 168 (see also the book by A. A. Tyukavin "Measurement of the parameters of three- and four-element bipolar AC bridges", Sarat. Univ., 1988, pp. 55-58), providing satisfactory convergence in three parameters of the balancing process frequency-independent bridges of alternating current and in the case of measuring the parameters of three-element two-terminal networks according to a serial RCL-scheme. This method consists of N operations of balancing the bridge in two parameters at the first frequency with the given values of the third parameter of the comparison arm in terms of the phase sign of the unbalance signal that appears after the balanced bridge is transferred to the second measurement frequency. The disadvantage of the second prototype, that is, the prototype of the method in the claimed group of inventions, also hindering the achievement of the technical result indicated below, lies in the use of a phase-sensitive null indicator on the second frequency, which is significantly inferior in sensitivity to the amplitude null indicator, as a result of which the highest bridge accuracy is not achieved measuring parameters of sequential RLC two-terminal devices. In addition, the need for N balancing operations in two parameters (N is equal to the number of binary bits of the third parameter of the comparison arm), although with directionally set values of the third parameter of the comparison circuit, it drags out the balancing process in three parameters, which is the second disadvantage of the second prototype.
Единая сущность заявленной группы изобретений заключается в обеспечении высокой точности и малой продолжительности измерения параметров трехэлементных двухполюсников по последовательной RLC-схеме. The single essence of the claimed group of inventions is to ensure high accuracy and short duration of measurement of the parameters of three-element two-terminal devices according to a sequential RLC-scheme.
Этот единый технический результат при осуществлении группы изобретений достигается в частотно-независимом многоплечем трансформаторном мосте переменного тока для измерения параметров трехэлементных двухполюсников по последовательной RLC-схеме, состоящем из основного трансформатора напряжения, подключенного первичной обмоткой к генератору перестраиваемой частоты, первая из четырех заземленных вторичных обмоток которого через постоянную меру сопротивления подсоединена к незаземленной вершине измерительной диагонали моста, в которую включен избирательный амплитудный нуль-индикатор, а также состоящем из прецизионных сумматора напряжений, дифференциатора и интегратора, операционные усилители которых имеют заземленные источники питания, вспомогательного трансформатора напряжения с заземленными двумя обмотками, к выходной обмотке которого своим входом подключен отмеченный интегратор. This single technical result in the implementation of the group of inventions is achieved in a frequency-independent multi-arm transformer AC bridge for measuring the parameters of three-element bipolar circuits using a serial RLC circuit consisting of a main voltage transformer connected by a primary winding to a tunable frequency generator, the first of four of which are grounded secondary windings through a constant measure of resistance it is connected to the ungrounded top of the measuring diagonal of the bridge, in which A selective amplitude zero indicator is turned on, as well as consisting of a precision voltage combiner, a differentiator and an integrator, the operational amplifiers of which have grounded power supplies, an auxiliary voltage transformer with grounded two windings, the marked integrator connected to its output winding.
Особенность заявленного устройства заключается в том, что вторая вторичная обмотка основного трансформатора напряжения подсоединена к первичной обмотке вспомогательного трансформатора напряжения, третья вторичная обмотка подсоединена к входу дифференциатора, четвертая же его вторичная обмотка подсоединена к одному из входов сумматора напряжений, к остальным двум входам которого подключены порознь своими выходными зажимами упомянутые дифференциатор и интегратор, а между незаземленной вершиной измерительной диагонали и выходным зажимом сумматора напряжений включен измеряемый двухполюсник, причем третья и четвертая вторичные обмотки основного трансформатора напряжения и первичная обмотка вспомогательного трансформатора напряжения выполнены регулируемыми. A feature of the claimed device is that the second secondary winding of the main voltage transformer is connected to the primary winding of the auxiliary voltage transformer, the third secondary winding is connected to the input of the differentiator, and its fourth secondary winding is connected to one of the inputs of the voltage adder, to the other two inputs of which are connected separately with its output clamps the mentioned differentiator and integrator, and between the ungrounded top of the measuring diagonal and the output The measured voltage is switched on by the pressure adder, and the third and fourth secondary windings of the main voltage transformer and the primary winding of the auxiliary voltage transformer are adjustable.
Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту-способу достигается в способе уравновешивания по трем параметрам, содержащем операции уравновешивания на частотах измерения путем регулировки двух параметров и путем регулировки одного параметра. The specified single technical result in the implementation of the group of inventions according to the object-method is achieved in the method of balancing in three parameters, containing the operation of balancing at the measurement frequencies by adjusting two parameters and by adjusting one parameter.
Особенностью заявленного способа в этой группе, в соответствии с которой сначала на частоте, большей заданной частоты отсчета измеряемых параметров, проводят операции уравновешивания моста по двум параметрам при угле сходимости по ним, равном 90o, а затем на частотах, меньших и больших указанной частоты отсчета, поочередно проводят операции уравновешивания моста соответственно по параметру для отсчета измеряемой емкости и по параметру для отсчета измеряемой индуктивности.A feature of the claimed method in this group, according to which, first, at a frequency greater than a given reference frequency of the measured parameters, the bridge is balanced by two parameters at a convergence angle of 90 o , and then at frequencies lower and higher than the specified reference frequency , alternately carry out the operations of balancing the bridge, respectively, according to the parameter for reading the measured capacitance and the parameter for reading the measured inductance.
Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку группа разнообъектных изобретений образует единый изобретательский замысел, причем один из заявленных объектов группы - способ предназначен для осуществления другого объекта группы - устройства. При этом оба объекта группы изобретений направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результата. The claimed group of inventions meets the requirement of unity of invention, since the group of diverse inventions forms a single inventive concept, moreover, one of the claimed objects of the group - the method is designed to implement another object of the group - the device. In this case, both objects of the group of inventions are aimed at solving the same problem with obtaining a single technical result.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, содержащих сведения об аналогах заявленной группы изобретений как для объекта-устройства, так и для объекта-способа, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналоги как для способа, так и для устройства заявленной группы, характеризующиеся признаками, тождественными всем существенным признакам так устройства, так и способа заявленной группы изобретений. Определение из перечня выявленных аналогов-прототипов как для устройства, так и для способа заявленной группы изобретений, как наиболее близких по совокупности признаков аналогов, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков для каждого из заявленных объектов группы, изложенных в формуле изобретения. The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information containing information about analogues of the claimed group of inventions for both the device object and the method object, allowed to establish that the applicant did not find analogues for both the method and and for the device of the claimed group, characterized by features identical to all the essential features of both the device and the method of the claimed group of inventions. The determination from the list of identified prototype analogues for both the device and the method of the claimed group of inventions, which are the closest in the totality of the characteristics of the analogues, made it possible to identify the set of distinguishing features essential for the applicant's technical result for each of the declared objects of the group set forth in the formula inventions.
Следовательно, каждый из объектов группы изобретений соответствует условию "новизна". Therefore, each of the objects of the group of inventions meets the condition of "novelty."
Для проверки соответствия каждого объекта заявленной группы изобретений условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от выбранных прототипов признаками для каждого объекта заявленной группы изобретений. Результаты поиска показали, что каждый объект заявленной группы изобретений не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками каждого из объектов заявленной группы изобретений преобразований на достижение технического результата, в частности, в каждом из объектов заявленной группы изобретений не предусматриваются следующие преобразования:
дополнение известного средства какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такого дополнения;
создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществляется на основе известных правил, рекомендаций и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.To verify the compliance of each object of the claimed group of inventions with the condition "inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify features that match the distinctive features of the selected prototypes for each object of the claimed group of inventions. The search results showed that each object of the claimed group of inventions does not follow explicitly from the prior art for the specialist, since the influence of the transformations provided for by the essential features of each of the objects of the claimed group of inventions on the achievement of the technical result is not revealed from the prior art, in particular the following transformations are not provided for in each of the objects of the claimed group of inventions:
the addition of a known means by any known part, attached to it according to known rules, to achieve a technical result, in respect of which the effect of such an addition is established;
the creation of a tool consisting of known parts, the choice of which and the connection between them is based on known rules, recommendations, and the technical result achieved in this case is determined only by the known properties of the parts of this tool and the connections between them.
Описываемая группа изобретений не основана на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении ее вида, имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей. The described group of inventions is not based on a change in the quantitative characteristic (s), the presentation of such signs in the relationship or a change in its type, we mean the case when the fact of the influence of each of these signs on the technical result is known, and new values of these signs or their relationship could be obtained based on known dependencies, patterns.
Следовательно, каждый из объектов заявленной группы изобретений соответствует условию "изобретательский уровень". Therefore, each of the objects of the claimed group of inventions meets the condition of "inventive step".
На чертеже показана схема устройства в заявленной группе изобретений. Устройство представляет собой частотно-независимый многоплечий трансформаторный мост переменного тока, содержащий: основной трансформатор напряжения 1 с тесной индуктивной связью с четырьмя заземленными вторичными обмотками w1 - w4, подсоединенный зажимами 2, 3 своей первичной обмотки W0 к генератору 4 синусоидального напряжения перестраиваемой частоты; подключенный к вторичной обмотке w3 основного трансформатора 1 прецизионный дифференциатор 5 на операционном усилителе ОУЗ и образцовых элементах C3, R3; 6, 7, 8 - входные зажимы прецизионного сумматора напряжений 9, выполненного на операционном усилителе ОУ1 и четырех образцовых резисторах r; измеряемый двухполюсник 10, подключенный к выходному зажиму 11 сумматора напряжений 9 и к незаземленной вершине 12 измерительной диагонали 12-13 моста, в которую включен избирательный амплитудный нуль-индикатор 14; прецизионный интегратор 15 на операционном усилителе ОУ2 и образцовых элементах R2, C2; вспомогательный трансформатор напряжения 16 с тесной индуктивной связью, первичная заземленная обмотка m1 которого подсоединена накоротко к вторичной обмотке w2 основного трансформатора 1, а вторичная заземленная обмотка m2 которого подсоединена к входу интегратора 15; выходной зажим 17 вторичной обмотки w1 основного трансформатора 1, между которым и вершиной 12 измерительной диагонали находится плечо сравнения с включенной в него постоянной мерой сопротивления R1; 18 - ключ. Входные зажимы 6, 7, 8 сумматора 9 подсоединены соответственно к выходам интегратора 15, дифференциатора 5, к вторичной обмотке w4 основного трансформатора 1.The drawing shows a diagram of a device in the claimed group of inventions. The device is a frequency-independent multi-arm transformer bridge of alternating current, comprising: a main voltage transformer 1 with close inductive coupling with four grounded secondary windings w 1 - w 4 connected by terminals 2, 3 of its primary winding W 0 to a sinusoidal voltage generator 4 tunable frequency; connected to the secondary winding w 3 of the main transformer 1, a precision differentiator 5 on the operational amplifier OUZ and model elements C 3 , R 3 ; 6, 7, 8 - input terminals of a precision voltage adder 9, made on the operational amplifier OU1 and four reference resistors r; a measured two-terminal 10 connected to the output terminal 11 of the voltage adder 9 and to the ungrounded top 12 of the measuring diagonal 12-13 of the bridge, which includes a selective amplitude zero indicator 14; precision integrator 15 on an operational amplifier ОУ2 and reference elements R 2 , C 2 ; auxiliary voltage transformer 16 with a close inductive coupling, the primary grounded winding m 1 of which is connected shortly to the secondary winding w 2 of the main transformer 1, and the secondary grounded winding m 2 of which is connected to the input of the integrator 15; the output terminal 17 of the secondary winding w 1 of the main transformer 1, between which and the top 12 of the measuring diagonal there is a comparison arm with a constant measure of resistance R 1 included in it; 18 is the key. The input terminals 6, 7, 8 of the adder 9 are connected respectively to the outputs of the integrator 15, the differentiator 5, to the secondary winding w 4 of the main transformer 1.
Обмотки трансформаторов напряжения 1, 16 имеют пренебрежимо малые комплексные сопротивления, обусловленные их индуктивностями рассеяния и активными сопротивлениями. (Для выполнения этого условия напряжения с обмоток w1, m2, w3, w4 могут сниматься через точные повторители напряжения с достаточно малым выходным сопротивлением).The windings of voltage transformers 1, 16 have negligible complex resistances due to their scattering inductances and active resistances. (To fulfill this voltage condition windings w 1 , m 2 , w 3 , w 4 can be removed through precise voltage followers with a sufficiently small output resistance).
Генератор синусоидального напряжения 4 имеет пренебрежимо малое выходное сопротивление. The sinusoidal voltage generator 4 has a negligible output impedance.
Постоянная мера сопротивления R1 в плече сопротивления 12-17 рассматривается как идеальная, то есть "чистая", так как ее остаточные реактивные параметры в многоплечем трансформаторном мосте легко компенсируются.A constant measure of resistance R 1 in the arm of resistance 12-17 is considered ideal, that is, “pure”, since its residual reactive parameters in a multi-arm transformer bridge are easily compensated.
Входное сопротивление амплитудного нуль-индикатора 14 достаточно велико, благодаря чему и в режиме неравновесия моста выполняется равенство между током , проходящим через измеряемый двухполюсник 10, и током , протекающим по ветви с мерой сопротивления R1, являющейся плечом сравнения.The input resistance of the amplitude null indicator 14 is large enough, due to which, in the bridge disequilibrium mode, the equality between the current passing through the measured two-terminal 10, and current flowing along a branch with a measure of resistance R 1 , which is the shoulder of comparison.
Дифференциатор 5, сумматор 9, интегратор 15 рассматриваются как идеальные (этому способствует применение избирательного нуль-индикатора 14), то есть имеющие идеальную передаточную функцию и нулевые выходные сопротивления. Операционные усилители ОУ1, ОУ2, ОУЗ имеют заземленные источники питания. Differentiator 5, adder 9, integrator 15 are considered ideal (this is facilitated by the use of selective zero indicator 14), that is, having an ideal transfer function and zero output resistances. Operational amplifiers ОУ1, ОУ2, ОУЗ have grounded power sources.
В состоянии равновесия моста потенциалы вершин 12, 13 измерительной диагонали равны друг другу и поэтому выполняется строгое равенство:
где
а в свою очередь, напряжение , снимаемое с обмотки w1, напряжение на выходе сумматора 9 (при замкнутом ключе 18) выражаются как:
Подставляя выражения (2) - (5) в равенство (1), имеем следующее уравнение равновесия моста (при замкнутом ключе 18):
Если уравнение равновесия (6) выполняется при любом значении частоты, мост находится в измерительном состоянии и производится отсчет измеряемых параметров по формулам:
Rx=(R1/w1)w4,0, (7)
Lx(R1C3R3/w1)w3,0, (8)
Cx=(w1C2R2/m2w2R1)m1,0, (9)
где w4,0, w3,0, m1,0 - отсчеты чисел витков регулируемых обмоток w4, w3, m1.In the equilibrium state of the bridge, the potentials of the vertices 12, 13 of the measuring diagonal are equal to each other, and therefore strict equality holds:
Where
and in turn voltage removed from the winding w 1 voltage at the output of the adder 9 (with the key 18 closed) are expressed as:
Substituting expressions (2) - (5) into equality (1), we have the following equation of equilibrium of the bridge (with closed key 18):
If the equilibrium equation (6) is performed at any value of the frequency, the bridge is in the measuring state and the measured parameters are counted by the formulas:
R x = (R 1 / w 1 ) w 4.0 , (7)
L x (R 1 C 3 R 3 / w 1 ) w 3.0 , (8)
C x = (w 1 C 2 R 2 / m 2 w 2 R 1 ) m 1,0 , (9)
where w 4.0 , w 3.0 , m 1.0 are the samples of the number of turns of the adjustable windings w 4 , w 3 , m 1 .
Как следует из выражений (7) - (9) и схемы на чертеже, заявленный мост характеризуется раздельным отсчетом измеряемых параметров Rx, Lx, Cx по числам витков регулируемых заземленных обмоток w4, w3, m1 при использовании в плече сравнения постоянной меры сопротивления R1, которая является "чистой". Поэтому заявленный мост в отличие от первого прототипа свободен от шунтирующего влияния емкостей элементов коммутации, емкостей утечки, а также от влияния паразитных параметров образцовой меры сопротивления в плече сравнения и в нем по сравнению с первым прототипом обеспечивается существенное повышение точности измерения параметров трехэлементных двухполюсников по последовательной RLC-схеме.As follows from expressions (7) - (9) and the diagram in the drawing, the claimed bridge is characterized by a separate readout of the measured parameters R x , L x , C x according to the number of turns of the regulated grounded windings w 4 , w 3 , m 1 when used in the comparison arm a constant measure of resistance R 1 , which is “pure”. Therefore, the claimed bridge, unlike the first prototype, is free from the shunting effect of capacitance of switching elements, leakage capacitance, as well as from the influence of spurious parameters of an exemplary measure of resistance in the shoulder of comparison and in it, compared with the first prototype, a significant increase in the accuracy of measurement of the parameters of three-element two-terminal devices using serial RLC diagram.
В неравновесном состоянии моста напряжение разбаланса в режиме холостого хода в измерительной диагонали 12-13 представляется в виде (при замкнутом ключе 18):
где
Zx = Rx+jωLx+1/jωCx.
Относительные чувствительности моста по регулируемым параметрам w3, m1 на основе (10) выражаются как:
Поэтому их отношение равно:
Согласно соотношению (13) относительная чувствительность моста по параметру w3 по сравнению с относительной чувствительностью по параметру m1 растет в функции квадрата частоты при изменении последней.In the nonequilibrium state of the bridge, the unbalance voltage in the idle mode in the measuring diagonal 12-13 is presented in the form (with the key 18 closed):
Where
Z x = R x + jωL x + 1 / jωC x .
The relative sensitivity of the bridge by adjustable parameters w 3 , m 1 based on (10) are expressed as:
Therefore, their ratio is:
According to relation (13), the relative sensitivity of the bridge with respect to the parameter w 3 in comparison with the relative sensitivity with respect to the parameter m 1 grows as a function of the square of the frequency when the latter changes.
Заявленный способ уравновешивания моста осуществляется по параметрам w3, m1 для отсчета реактивных параметров Lx, Cx (см. формулы (8), (9)) и состоит из следующих операций, проводимых в полосе частот относительно заданной частоты ω0 отсчета измеряемых параметров.The claimed method of balancing the bridge is carried out according to the parameters w 3 , m 1 for counting the reactive parameters L x , C x (see formulas (8), (9)) and consists of the following operations carried out in the frequency band relative to a given frequency ω 0 of the measured parameters.
Первую операцию заявленного способа, то есть первое уравновешивание моста, проводят на частоте , где k1 > 1, регулировками двух параметров w3, w4. Угол сходимости по ним равен 90o при прямых линиях уравновешивания, как это следует из выражения (10). Ключ 18 при первой операции разомкнут. По окончании уравновешивания моста уравнение (6) записывается в виде:
В соответствии с (14) в конце первого уравновешивания значения параметров w3, w4 получают равными:
w4,1=(w1/R1)Rx, (15)
w3,1 = Lxα(1-1/βk
где
α = w1/R1C3R3, (17)
β = ω
Из формул (15), (7) следует, что в конце первого уравновешивания получают равенство:
w4,1 = w4,0. (19)
то есть в конце первой операции получают значение параметра w4, по которому производят отсчет измеряемого активного сопротивления Rx по формуле (7).The first operation of the claimed method, that is, the first balancing of the bridge, is carried out at a frequency , where k 1 > 1, by adjusting two parameters w 3 , w 4 . The angle of convergence along them is 90 o with straight lines of equilibrium, as follows from expression (10). Key 18 during the first operation is open. At the end of the balancing of the bridge, equation (6) is written as:
In accordance with (14) at the end of the first balancing, the values of the parameters w 3 , w 4 are equal to:
w 4.1 = (w 1 / R 1 ) R x , (15)
w 3.1 = L x α (1-1 / βk
Where
α = w 1 / R 1 C 3 R 3 , (17)
β = ω
From the formulas (15), (7) it follows that at the end of the first balancing get the equality:
w 4.1 = w 4.0 . (19)
that is, at the end of the first operation, the value of the parameter w 4 is obtained, according to which the measured active resistance R x is counted according to the formula (7).
Вторую операцию заявленного способа (то есть второе уравновешивание моста) проводят на частоте ω2 = k2ω0 , где k2 < 1, регулировкой параметра m1 при найденных в конце первой операции значениях параметра w4 = w4,1 и параметра w3 = w3,1 (ключ 18 при второй и следующих операциях замкнут). В конце второй операции уравнение равновесия (6) записывается как:
При учете (15) - (18) на основе уравнения равновесия (20) значение регулируемого параметра m1 в конце второй операции получают равным:
m1,2 = γCx/(1-k
где
γ = m2w2R1/w1R2C2. (22)
Третью операцию (то есть третье уравновешивание моста) проводят на частоте ω3 = k3ω0 , где k3 > 1, регулировкой параметра w3 при w4 = w4,1 и при m1 = m1,2, определяемом по (21), (22). По достижении нулевого показания нуль-индикатора 14 в конце третьей операции на основе (6) значение параметра w3 получают равным:
w3,3 = αLx(1-k
Четвертую операцию (то есть четвертое уравновешивание моста) проводят на частоте ω4 = k4ω0, где k4 < 1, регулировкой параметра m1 при w4 = w4,1 и при w3 = w3,3 определяемом по (23), (17). В конце четвертой операции получают значение:
m1,4 = γCx/(1-k
Аналогично проводят пятое и следующие уравновешивания моста.The second operation of the claimed method (i.e., the second balancing of the bridge) is carried out at the frequency ω 2 = k 2 ω 0 , where k 2 <1, by adjusting the parameter m 1 with the values of the parameter w 4 = w 4.1 and the parameter w found at the end of the first operation 3 = w 3,1 (key 18 is closed during the second and next operations). At the end of the second operation, the equilibrium equation (6) is written as:
When taking into account (15) - (18) based on the equilibrium equation (20), the value of the adjustable parameter m 1 at the end of the second operation is equal to:
m 1,2 = γC x / (1-k
Where
γ = m 2 w 2 R 1 / w 1 R 2 C 2 . (22)
The third operation (that is, the third balancing of the bridge) is carried out at the frequency ω 3 = k 3 ω 0 , where k 3 > 1, by adjusting the parameter w 3 when w 4 = w 4,1 and when m 1 = m 1,2 , determined by (21), (22). Upon reaching the zero reading of the zero indicator 14 at the end of the third operation based on (6), the value of the parameter w 3 is equal to:
w 3,3 = αL x (1-k
The fourth operation (i.e., the fourth balancing of the bridge) is carried out at a frequency of ω 4 = k 4 ω 0 , where k 4 <1, by adjusting the parameter m 1 with w 4 = w 4.1 and with w 3 = w 3.3 determined by ( 23), (17). At the end of the fourth operation get the value:
m 1.4 = γC x / (1-k
Similarly spend the fifth and next balancing of the bridge.
По проведении l уравновешиваний (l нечетное) получают значение параметра w3, равное:
а при четном l получают значение параметра m1, равное:
В формулах (25), (26) все kj < 1 (что соответствует частотам измерения ωj < ω0) и все ki > 1 (что соответствует частотам измерения ωi > ω0). Значения kj и ki при первых 2 - 4 операциях заявленного способа берут существенно отличающимися от 1, а затем берут в соответствии с границами полосы частот, в которой определяются параметры Rx, Lx, Cx (эта полоса содержит частоту ω0).By conducting l balancing (l odd) get the value of the parameter w 3 equal to:
and when even l get the value of the parameter m 1 equal to:
In formulas (25), (26), all k j <1 (which corresponds to the measurement frequencies ω j <ω 0 ) and all k i > 1 (which corresponds to the measurement frequencies ω i > ω 0 ). The values of k j and k i in the first 2 to 4 operations of the claimed method are taken significantly different from 1, and then taken in accordance with the boundaries of the frequency band in which the parameters R x , L x , C x are determined (this band contains the frequency ω 0 ) .
Выражение в квадратных скобках в формулах (25), (26) с ростом l стремится к 1. Поэтому по проведении l уравновешиваний моста (или операций способа) на основе формул (25), (26) и (8), (9) с учетом выражений (17), (22) получают равенства:
w3,l = w3,0 (27)
m1,l = m1,0, (28)
то есть получают отсчитываемые значения параметров w3, m1 в частотно-независимом состоянии равновесия моста.The expression in square brackets in formulas (25), (26) tends to 1 with increasing l. Therefore, after l balancing the bridge (or method operations), based on formulas (25), (26) and (8), (9) with taking into account expressions (17), (22) we obtain the equalities:
w 3, l = w 3.0 (27)
m 1, l = m 1,0 , (28)
that is, the measured values of the parameters w 3 , m 1 are obtained in the frequency-independent equilibrium state of the bridge.
Итак, по проведении l уравновешиваний по заявленному способу на частотах ωj < ω0 и ωi > ω0 мост находится в частотно-независимом состоянии равновесия, являющемся измерительным, и производят отсчет измеряемых параметров по формулам (7), (8), (9).So, after l balancing according to the claimed method at frequencies ω j <ω 0 and ω i > ω 0, the bridge is in a frequency-independent equilibrium state, which is a measuring state, and the measured parameters are counted by formulas (7), (8), ( nine).
Необходимое число l уравновешиваний по заявленному способу находится из выражения:
где - допустимая относительная погрешность отсчета параметра w3, или находится из выражения:
где - допустимая относительная погрешность отсчета параметра m1.The required number l of balances according to the claimed method is found from the expression:
Where - the permissible relative error in the reading of the parameter w 3 , or is found from the expression:
Where - permissible relative error of the reading of the parameter m 1 .
Если, например, все ki = 2, а все kj =0,5, то при β = 1 и при допустимой погрешности имеем необходимое число операций l=5.If, for example, all k i = 2, and all k j = 0.5, then for β = 1 and for an allowable error we have the required number of operations l = 5.
Как следует из описания l операций заявленного способа, каждая из них заканчивается установкой равновесия моста по амплитуде. Благодаря этому по заявленному способу достаточно использовать в процессе уравновешивания по трем параметрам информацию только о модуле сигнала разбаланса, то есть достаточно применять в отличие от второго прототипа для установки частотно-независимого состояния равновесия моста только избирательный амплитудный нуль-индикатор, что обеспечивает достижение максимальной точности измерения параметров последовательных RLC-двухполюсников с помощью заявленного моста. As follows from the description of l operations of the claimed method, each of them ends with the installation of the equilibrium of the bridge in amplitude. Due to this, according to the claimed method, it is sufficient to use only the unbalance signal module information in the balancing process in three parameters, that is, it is sufficient to use, in contrast to the second prototype, only a selective amplitude zero indicator to set the bridge-independent equilibrium state of the bridge, which ensures maximum measurement accuracy parameters of serial RLC bipolar using the declared bridge.
Из описания l операций заявленного способа следует, что по нему только одно (первое) уравновешивание моста проводится по двум параметрам по w3 и w4, причем при оптимальной сходимости по ним. Остальные (l-1) уравновешиваний моста на частотах измерения ωj, ωi проводятся по одному параметру (либо m1, либо w3).From the description of l operations of the claimed method, it follows that only one (first) balancing of the bridge is carried out according to two parameters with respect to w 3 and w 4 , and with optimal convergence along them. The remaining (l-1) equilibria of the bridge at the measurement frequencies ω j , ω i are carried out according to one parameter (either m 1 or w 3 ).
Поскольку число l уравновешиваний моста в соответствии с формулами (29), (30) легко сделать меньшим, чем число N двоичных разрядов регулируемых параметров, необходимое для получения заданной точности отсчета измеряемых параметров, а (l-1) уравновешиваний проводятся по одному параметру, то есть существенно быстрее, чем по двум параметрам, то заявленный способ уравновешивания характеризуется при использовании информации только о модуле сигнала разбаланса лучшей сходимостью процесса уравновешивания по трем параметрам, чем второй прототип, по которому процесс уравновешивания по трем параметрам состоит из N операций уравновешивания моста по двум параметрам. Since the number l of equilibria of the bridge in accordance with formulas (29), (30) can easily be made smaller than the number N of binary digits of the adjustable parameters necessary to obtain a given accuracy of reading of the measured parameters, and (l-1) equilibrations are performed according to one parameter, then is significantly faster than in two parameters, the claimed balancing method is characterized by using information about the unbalance signal module only, the better convergence of the balancing process in three parameters than the second prototype, according to The third process of balancing in three parameters consists of N operations of balancing the bridge in two parameters.
Отметим, что в конце первой операции заявленного способа состояние равновесия моста далеко от частотно-независимого и на показания даже избирательного амплитудного нуль-индикатора 14 могут оказать заметное влияние высшие гармоники напряжения питания моста, по которым мост неуравновешен. Поэтому первая операция, проводимая по двум параметрам (w3 и w4), может закончиться не при максимальной чувствительности амплитудного нуль-индикатора 14 и найденное в конце первой операции значение параметра w4,1 может несколько отличаться от истинного отсчитываемого значения параметра w4 = w4,0. В этом случае возникает необходимость в коррекции значения w4,1. Поскольку вторая и последующие операции заканчиваются как и первая операция получением равновесия моста по амплитуде, то заявленный способ допускает доуравновешивание моста по параметру w4 (см. уравнение равновесия (20) с целью получения нулевого показания нуль-индикатора 14 на частотах ωi и ωj при его максимальной чувствительности, то есть допускает проведение коррекции значения параметра w4, полученного при проведении предыдущей операции способа. Угол сходимости моста по параметрам m1, w4 и параметрам w3, w4 на частотах соответственно ωj и ωi при проведении коррекций равен 90o при прямых линиях уравновешивания, как это следует из выражения (10) для напряжения разбаланса . Кроме того, за счет использования избирательного амплитудного нуль-индикатора 14 уже в конце первой операции способа значение w4,1 мало отличается от истинного значения w4,0 и коррекция при второй операции (и тем более следующих операциях) способа проводится в младших разрядах параметра w4. Размер коррекции с ростом номера операции l уменьшается. Поэтому указанные коррекции мало влияют на длительность каждой из (l-1) операций предложенного способа, проводимых, как это описывалось, по одному параметру. По мере приближения к частотно-независимому состоянию равновесия моста благодаря применению избирательного амплитудного нуль-индикатора необходимость в коррекции w4 = var отпадает и операции заявленного способа проводятся по одному параметру (либо m1, либо w3), как они выше и описывались. Необходимое число l операций заявленного способа остается таким же и в случае проведения коррекций параметра w4, то есть определяется по формулам (29), (30).Note that at the end of the first operation of the claimed method, the state of equilibrium of the bridge is far from frequency-independent and even the higher harmonics of the bridge supply voltage, along which the bridge is unbalanced, can have a noticeable effect on the readings of even the selective amplitude zero indicator 14. Therefore, the first operation, carried out according to two parameters (w 3 and w 4 ), may not end at the maximum sensitivity of the amplitude zero indicator 14, and the value of the parameter w 4.1 found at the end of the first operation may slightly differ from the true measured value of the parameter w 4 = w 4.0 . In this case, it becomes necessary to correct the value of w 4.1 . Since the second and subsequent operations end like the first operation by obtaining the bridge equilibrium in amplitude, the claimed method allows the bridge to be balanced by the parameter w 4 (see equilibrium equation (20) in order to obtain a zero indication of the null indicator 14 at frequencies ω i and ω j at its maximum sensitivity, that is, it allows the correction of the value of the parameter w 4 obtained during the previous operation of the method .. The angle of convergence of the bridge in parameters m 1 , w 4 and parameters w 3 , w 4 at frequencies respectively ω j and ω i when making corrections is equal to 90 o with straight lines of balancing, as follows from expression (10) for the unbalance voltage . In addition, due to the use of selective amplitude zero indicator 14, already at the end of the first operation of the method, the value of w 4.1 differs little from the true value of w 4.0 and the correction during the second operation (and especially the following operations) of the method is carried out in the lower bits of the parameter w 4 . The size of the correction decreases with increasing operation number l. Therefore, these corrections have little effect on the duration of each of the (l-1) operations of the proposed method, carried out, as described, by one parameter. As we approach the frequency-independent equilibrium state of the bridge due to the use of a selective amplitude null indicator, the need for correction w 4 = var disappears and the operations of the claimed method are carried out according to one parameter (either m 1 or w 3 ), as described above. The required number l of operations of the claimed method remains the same in the case of corrections of the parameter w 4 , that is, is determined by the formulas (29), (30).
Заметим также, что первая операция заявленного способа может проводиться при замкнутом ключе 18 и произвольном значении параметра m1 (а не при бесконечно большом, как было допущено при описании первой операции способа), поскольку параметр w4 определяет только вещественную часть выражений в фигурных скобках в уравнениях (6), (10). Число операций l при этом тоже определяется по формулам (29), (30).We also note that the first operation of the claimed method can be performed with the key 18 closed and an arbitrary value of the parameter m 1 (and not infinitely large, as was allowed in the description of the first operation of the method), since the parameter w 4 defines only the real part of the expressions in curly brackets in equations (6), (10). The number of operations l is also determined by formulas (29), (30).
Таким образом, в заявленном мосте и заявленном способе обеспечена по сравнению с первым и вторым прототипом существенно более высокая точность и меньшая продолжительность измерения параметров трехэлементных двухполюсников по последовательной RLC-схеме, то есть достигнута единая сущность заявленной группы изобретений. Thus, in the claimed bridge and the claimed method, compared with the first and second prototype, significantly higher accuracy and shorter measurement time of the parameters of the three-element bipolar circuits according to the sequential RLC scheme are provided, that is, a single essence of the claimed group of inventions is achieved.
Реализация заявленной группы изобретений не вызывает принципиальных затруднений, так как в мосте используются высококачественные трансформаторные узлы с тесной индуктивной связью, прецизионные интегратор, сумматор напряжений, мера сопротивления, избирательный амплитудный (экстремальный) нуль-индикатор, являющиеся типовыми узлами известных многоплечих трансформаторных экстремальных мостов переменного тока для измерения параметров по двухэлементной схеме (например, цифровых мостов Р5016, Р5083). Реализация прецизионного дифференциатора на операционном усилителе также не вызывает затруднений в силу использования в заявленном мосте избирательного амплитудного нуль-индикатора, настраиваемого на каждую частоту измерения. The implementation of the claimed group of inventions does not cause fundamental difficulties, since the bridge uses high-quality transformer assemblies with close inductive coupling, a precision integrator, a voltage adder, a measure of resistance, a selective amplitude (extreme) zero indicator, which are typical units of known multi-arm transformer extreme AC bridges for measuring parameters using a two-element circuit (for example, digital bridges P5016, P5083). The implementation of a precision differentiator on an operational amplifier also does not cause difficulties due to the use of a selective amplitude zero indicator in the claimed bridge, which is tuned to each measurement frequency.
Реализация заявленного способа уравновешивания по трем параметрам заявленного моста также не вызывает затруднений, так как этот способ содержит одну легко автоматизируемую операцию уравновешивания по двум параметрам с углом сходимости по ним, равным 90o, и (l-1) операций уравновешивания по одному параметру, причем число (l-1) всегда невелико. Указанная же коррекция параметра w4 при проведении второй и следующих операций заявленного способа легко осуществима и мало влияет на продолжительность измерения.The implementation of the claimed method of balancing the three parameters of the claimed bridge also does not cause difficulties, since this method contains one easily automated balancing operation on two parameters with a convergence angle of 90 o and (l-1) balancing operations on one parameter, moreover the number (l-1) is always small. The indicated correction of the parameter w 4 during the second and subsequent operations of the claimed method is easily feasible and has little effect on the duration of the measurement.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99105102A RU2150709C1 (en) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | All-pass multiple-arm alternating current transformer bridge for measuring parameters of three-piece dipoles using serial rlc circuit and method for its balancing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99105102A RU2150709C1 (en) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | All-pass multiple-arm alternating current transformer bridge for measuring parameters of three-piece dipoles using serial rlc circuit and method for its balancing |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2150709C1 true RU2150709C1 (en) | 2000-06-10 |
Family
ID=20217114
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99105102A RU2150709C1 (en) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | All-pass multiple-arm alternating current transformer bridge for measuring parameters of three-piece dipoles using serial rlc circuit and method for its balancing |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2150709C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2499269C1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-11-20 | Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Metre of parameters of dipole rlc circuits |
RU2501025C1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Bridge meter of parameters of n-element dipoles |
-
1999
- 1999-03-16 RU RU99105102A patent/RU2150709C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КНЕЛЛЕР В.Ю. Определение параметров многоэлементных двухполюсников. - М.: Энергоатомиздат, 1986, с.104, рис.2.54. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2499269C1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-11-20 | Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Metre of parameters of dipole rlc circuits |
RU2501025C1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Bridge meter of parameters of n-element dipoles |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2399918C1 (en) | Bridge circuit for measuring parametres of passive two-terminal devices | |
RU2150709C1 (en) | All-pass multiple-arm alternating current transformer bridge for measuring parameters of three-piece dipoles using serial rlc circuit and method for its balancing | |
CN109752597B (en) | Inductance lead compensation device and method | |
RU2144196C1 (en) | Method measuring parameters of three-element two-terminal devices by a c frequency-independent bridges | |
RU2149413C1 (en) | Multiple-arm alternating current transformer bridge for measuring parameters of three-piece dipoles using parallel-serial glc circuit and method for its balancing using three parameters | |
RU2086996C1 (en) | Device for testing high-voltage measuring voltage transformers | |
US1397228A (en) | Electrical measuring apparatus | |
US3179880A (en) | Impedance measuring apparatus | |
RU2174688C1 (en) | Method for measuring separate parameters of n- element two-terminal networks by means of multiple-port transformer bridge | |
RU2168181C1 (en) | Method of separate measurement of parameters of n-element two-terminal networks by multiarm transformer bridge | |
SU1150557A1 (en) | Bridge-type meter of multicomponent passive two-terminal network parameters | |
RU2192020C1 (en) | Device for verifying current transformers | |
RU2161314C1 (en) | Frequency-independent multiarm ac transformer bride measuring parameters of three-element multiple-series rc two-terminal devices | |
SU945806A1 (en) | Method of measuring three-element passive two-terminal network parameters | |
Moore et al. | Direct reading ratio-error sets for the calibration of current transformers | |
US1176559A (en) | Method of and apparatus for electrical measurement. | |
US2680836A (en) | Apparatus for phase comparison and adjustment | |
RU2103695C1 (en) | Bridge-type meter of passive one-port parameters | |
Astbury et al. | The precision measurement of capacitance | |
US2733406A (en) | overby | |
Hill | The calibration of dc resistance standards by an ac method | |
SU1008679A1 (en) | Device for measuring material complex magnetic permeability components | |
US1329949A (en) | Electrical measuring apparatus | |
Behr et al. | The Campbell-Shackelton shielded ratio box | |
Romanowski et al. | An absolute determination of resistance |