RU2260809C2 - Method for determination of two-terminal network parameters - Google Patents

Method for determination of two-terminal network parameters Download PDF

Info

Publication number
RU2260809C2
RU2260809C2 RU2003129113/28A RU2003129113A RU2260809C2 RU 2260809 C2 RU2260809 C2 RU 2260809C2 RU 2003129113/28 A RU2003129113/28 A RU 2003129113/28A RU 2003129113 A RU2003129113 A RU 2003129113A RU 2260809 C2 RU2260809 C2 RU 2260809C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
parameters
terminal network
measuring
terminal
frequencies
Prior art date
Application number
RU2003129113/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003129113A (en
Inventor
Б.К. Долгов (RU)
Б.К. Долгов
С.В. Балакин (RU)
С.В. Балакин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Priority to RU2003129113/28A priority Critical patent/RU2260809C2/en
Publication of RU2003129113A publication Critical patent/RU2003129113A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2260809C2 publication Critical patent/RU2260809C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measuring the parameters of produced electric and radio articles (resistors, capacitors, inductances), and also the parameters of the transducers of physical processes (temperature, pressure and level of liquid and granular media) at industrial installations and transport vehicles.
SUBSTANCE: proposed method consists in shaping the sinusoidal voltage in a measurable two-terminal network at n frequencies, where n is the number of elements of the two-terminal network in its equivalent circuit. The values of complex currents through the two-terminal network and standard are measured at each of n frequencies. The two-terminal network parameters are determined by its equivalent circuit and by fixed results of measuring the complex currents through the two-terminal network and standard at each of n frequencies.
EFFECT: possibility of measuring the parameters of a two-terminal network, remote from measurement means; simplification of the design of measurement means when conserving their high metrological qualities owing to simplification of action sequence.
1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к измерению электрических параметров двухполюсников, что представляет существенный практический интерес для контроля широкой гаммы выпускаемых электрорадиоизделий (резисторов, конденсаторов, индуктивностей), а также двухполюсников, используемых в качестве датчиков физических процессов (температуры, давления, уровня жидких и сыпучих сред и др.) на промышленных объектах и транспортных средствах.The invention relates to electrical engineering, and in particular to the measurement of electrical parameters of two-terminal devices, which is of significant practical interest for monitoring a wide range of manufactured radio products (resistors, capacitors, inductors), as well as two-terminal devices used as sensors of physical processes (temperature, pressure, liquid level and bulk media, etc.) at industrial facilities and vehicles.

Известен способ определения параметров двухполюсника, описанный в патенте № 2144196, кл. G 01 R 17/10, 27/02, заключающийся в уравновешивании моста на первой частоте с использованием знака информационной проекции сигнала разбаланса на второй частоте, задающий размер регулируемых воздействий по изменению одного из трех регулируемых параметров плеча сравнения в определении по модулю сигнала разбаланса на второй частоте, а их направление выбирают по знаку приращения этого модуля при пробном измерении третьего параметра плеча сравнения относительно установленного его значения.A known method for determining the parameters of a two-terminal device described in patent No. 2144196, class. G 01 R 17/10, 27/02, which consists in balancing the bridge at the first frequency using the sign of the information projection of the unbalance signal at the second frequency, specifying the size of the controlled effects by changing one of the three adjustable parameters of the comparison arm in the definition of the unbalance signal modulus to the second frequency, and their direction is selected by the sign of the increment of this module during the test measurement of the third parameter of the comparison arm relative to its established value.

К недостаткам аналога относится низкая точность определения параметров удаленного на некоторое расстояние двухполюсника (например, емкостного датчика уровня), низкое быстродействие в ряде случаев его использования, например, в устройствах сигнализации прохождения уровнем неэлектропроводной жидкости заданных высот бака.The disadvantages of the analogue include the low accuracy of determining the parameters of a two-terminal terminal remote for some distance (for example, a capacitive level sensor), low speed in some cases of its use, for example, in signaling devices when a level of a non-conductive liquid passes a given tank height.

Специфика эксплуатации изделий ракетно-космической техники для проведения измерения параметров двухполюсников выставляет свои требования, способствующие поиску новых технических решений в области измерений. Обозначим наиболее характерные из них:The specifics of the operation of rocket and space technology products for measuring the parameters of bipolar sets its own requirements, contributing to the search for new technical solutions in the field of measurements. Denote the most characteristic of them:

- удаленность до 500 метров объекта измерения от средства измерения. Примером тому может служить процесс определения параметров комплексного сопротивления емкостного датчика контроля уровня заправки, вмонтированного в бак ракеты, которая находится в испытательном корпусе или на стартовом комплексе во время ее заправки компонентами топлива;- remoteness up to 500 meters of the measuring object from the measuring instrument. An example of this is the process of determining the parameters of the complex resistance of a capacitive refueling level sensor mounted in a rocket tank, which is located in the test building or on the launch complex during refueling with fuel components;

- высокая точность измерения параметров удаленного двухполюсника, коим является емкостной датчик уровня. Очевидно, что точность измерения напрямую связана с объемом гарантийных запасов топлива на борту ракеты. Чем выше точность, тем меньше гарантийные запасы топлива, тем выше эффективность ракеты, позволяющей вывести большую полезную нагрузку;- high accuracy in measuring the parameters of a remote two-terminal device, which is a capacitive level sensor. Obviously, the accuracy of the measurement is directly related to the volume of guaranteed fuel reserves on board the rocket. The higher the accuracy, the lower the guaranteed fuel reserves, the higher the efficiency of the rocket, allowing to bring a large payload;

- требование высокой технологичности подготовки ракеты, исключающее процедуру предварительной настройки аппаратуры измерения человеком-оператором;- the requirement of high technology rocket preparation, excluding the procedure for pre-setting the measurement equipment by a human operator;

- высокое быстродействие определения параметров двухполюсника, позволяющее расширить функциональные возможности способа измерения и использовать его аналогичным образом в уровнемере бортовой терминальной системы автоматического управления, которой является система управления расходом топлива ракеты.- high speed of determining the parameters of the two-terminal network, which allows to expand the functionality of the measurement method and use it in a similar way in the level gauge of the on-board terminal automatic control system, which is the rocket fuel consumption control system.

Вышеперечисленные требования являются предпосылками для поиска более эффективных способов определения параметров двухполюсников.The above requirements are prerequisites for finding more effective ways to determine the parameters of two-terminal devices.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявленному способу является способ, описанный в статье авторов Ю.Р.Агамалова, Д.А.Бобылева, В.Ю.Кнеллера \Измеритель-анализатор параметров комплексных сопротивлений на основе персональной ЭВМ\ в журнале \Измерительная техника\, 1996, №6, выбранный в качестве прототипа или в литературе [1].The closest in technical essence and the achieved positive effect to the claimed method is the method described in the article by Yu.R. Agamalov, D.A. Bobylev, V.Yu. Kneller \ Measuring instrument-analyzer of complex resistance parameters based on personal computer \ in the journal \ Measuring technique \, 1996, No. 6, selected as a prototype or in the literature [1].

Способ определения параметров двухполюсника, заключающийся в формировании синусоидального напряжения на двухполюснике, измерении комплексного тока через эталон с последующим определением параметров двухполюсника с учетом схемы его замещения.A method for determining the parameters of a two-terminal device, which consists in generating a sinusoidal voltage on a two-terminal device, measuring the complex current through a standard, and then determining the parameters of the two-terminal device, taking into account its equivalent circuit.

В основу способа положен один из методов косвенного измерения параметров иммитанса при формировании напряжения синусоидального воздействия на объект измерения, нашедший применение благодаря инвариантности по отношению к характеру объекта измерения и его схеме замещения. Согласно этому способу измеряются два комплексных тока, которые преобразуются в пропорциональные напряжения, напряжение на объекте измерения и на резистивной мере. Чтобы получить измерительную информацию, необходимую при вычислении комплексного сопротивления или проводимости, циклически по сигналам с ПЭВМ производится подключение измерительной цепи сначала к объекту измерения, а затем к резистивной мере с соответствующими переключениями фазы опорного напряжения с дискретностью

Figure 00000002
, где n - целое число. В результате каждого измерительного цикла получается напряжение, которое соответствует проекции вектора измеряемого напряжения на вектор фазосдвигающего опорного напряжения (симметричный прямоугольный меандр). Коды, несущие информацию о проекциях вектора измеряемого напряжения на вектор опорного напряжения, поступают в персональную электронную вычислительную машину (ПЭВМ) для вычисления действительной и мнимой составляющих напряжений на объекте измерения и резистивной мере. Из описания видно, что способ измерения, использованный в прототипе, требует фазовых измерений и четырехпроводной схемы подключения измеряемого двухполюсника.The method is based on one of the methods of indirectly measuring the parameters of the immitance during the formation of the voltage of a sinusoidal effect on the measurement object, which has found application due to the invariance with respect to the nature of the measurement object and its equivalent circuit. According to this method, two complex currents are measured, which are converted into proportional voltages, the voltage at the measurement object and at the resistive measure. In order to obtain the measurement information necessary for calculating the complex resistance or conductivity, the measurement circuit is connected cyclically from PC signals to the measurement object first and then to the resistive measure with the corresponding phase switching of the reference voltage with discreteness
Figure 00000002
where n is an integer. As a result of each measurement cycle, a voltage is obtained that corresponds to the projection of the measured voltage vector onto the phase-shifting reference voltage vector (symmetrical rectangular meander). Codes that carry information about the projections of the measured voltage vector onto the reference voltage vector are sent to a personal electronic computer (PC) for calculating the real and imaginary voltage components at the measurement object and resistive measure. It can be seen from the description that the measurement method used in the prototype requires phase measurements and a four-wire connection circuit for the measured two-terminal network.

При использовании прототипа для измерения параметров удаленного объекта измерения получается результат с большой погрешностью измерения. Это объясняется тем, что синусоидальное воздействие на удаленном объекте измерения получит неоднозначный фазовый сдвиг за счет влияния длинной линии, и поэтому по отношению к циклически фазосдвигающему опорному меандру синусоидальное воздействие будет иметь неопределенный фазовый сдвиг, что приведет к появлению значительной погрешности измерения.When using the prototype for measuring the parameters of a remote measurement object, a result is obtained with a large measurement error. This is because the sinusoidal effect on the remote measurement object will receive an ambiguous phase shift due to the influence of a long line, and therefore, with respect to the cyclically phase-shifting reference meander, the sinusoidal effect will have an indefinite phase shift, which will lead to a significant measurement error.

Таким образом, недостатком прототипа является низкая точность измерения на достаточно удаленном от измерительной цепи объекте измерения.Thus, the disadvantage of the prototype is the low accuracy of the measurement at a sufficiently remote from the measuring circuit measurement object.

В связи со сказанным выше, задачей предлагаемого способа определения параметров двухполюсника является расширение функциональных возможностей, заключающееся в возможности определения параметров двухполюсника, удаленного с помощью длинной линии от средства измерения. Причем создаваемые на его основе средства измерения при сохранении высоких метрологических качеств с одновременным упрощением последовательности действий, связанных с определением параметров, достаточно просты.In connection with the foregoing, the objective of the proposed method for determining the parameters of a two-terminal network is to expand the functionality, which consists in the possibility of determining the parameters of a two-terminal network, removed using a long line from the measuring instrument. Moreover, the measuring instruments created on its basis while maintaining high metrological qualities while simplifying the sequence of actions associated with the determination of parameters are quite simple.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе определения параметров двухполюсника, заключающемся в формировании синусоидального напряжения на двухполюснике, измерении комплексного тока через эталон с последующим определением параметров двухполюсника с учетом схемы его замещения, в отличие от прототипа, производят формирование синусоидальных напряжений на n-заданных частотах, где n - число элементов двухполюсника, производят последовательно измерение величин комплексных токов через двухполюсник и эталон на каждой из n-частот, причем, после каждого измерения производят фиксацию их результатов, определение параметров двухполюсника производят по схеме его замещения и по фиксированным результатам измерения на каждой из заданных частот комплексных токов через двухполюсник и эталон.The solution of this problem is achieved by the fact that in the method for determining the parameters of a two-terminal network, which consists in generating a sinusoidal voltage on a two-terminal network, measuring the complex current through a standard, followed by determining the parameters of a two-terminal network, taking into account its equivalent circuit, in contrast to the prototype, sinusoidal voltages are generated at n-given frequencies, where n is the number of elements of a two-terminal network, sequentially measure the values of complex currents through a two-terminal network and a reference at each n-h Moreover, after each measurement, their results are recorded, the parameters of the two-terminal are determined by the equivalent circuit and by the fixed measurement results at each of the given frequencies of the complex currents through the two-terminal and the standard.

Совокупность признаков, позволяющая в заявленном способе использовать амплитудные измерения на n - частотах, в отличие от прототипа, где использованы фазовые измерения, дает возможность расширить функциональные возможности способа и при создании реальных средств измерения получить существенные технические преимущества, а именно:The set of features that allows the claimed method to use amplitude measurements at n - frequencies, in contrast to the prototype, where phase measurements are used, makes it possible to expand the functionality of the method and to create significant technical advantages when creating real measuring instruments, namely:

- производить через длинную линию определение параметров двухполюсника без заметного снижения метрологических характеристик (в ряде практических случаев длина соединительной линии может достигать 100-500 метров);- through a long line to determine the parameters of the two-terminal without a noticeable decrease in metrological characteristics (in some practical cases, the length of the connecting line can reach 100-500 meters);

- существенно упростить структурную схему средства измерения и, соответственно, его схемотехнику и стоимость.- significantly simplify the structural diagram of the measuring instrument and, accordingly, its circuitry and cost.

Для практической реализации заявленного способа авторами использована технология автоматизированного проектирования электронных схем, построенная на применении программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) разработки фирмы Xilinx. При этом используется программное обеспечение Foundation Series. Данный пакет проектирования включает в себя комплекс средств, позволяющих осуществить разработку ПЛИС фирмы Xilinx, начиная от описания внутреннего содержимого устройства до загрузки конфигурации ПЛИС и отладки непосредственно на печатной плате. Программное обеспечение Foundation Series позволяет реализовать все необходимые функции, включая реализацию численных методов вычисления значений.For the practical implementation of the claimed method, the authors used the technology of computer-aided design of electronic circuits, built on the use of programmable logic integrated circuits (FPGAs) developed by Xilinx. It uses Foundation Series software. This design package includes a set of tools that allow the development of Xilinx FPGAs, from describing the internal contents of the device to loading the FPGA configuration and debugging directly on the circuit board. Foundation Series software allows you to implement all the necessary functions, including the implementation of numerical methods for calculating values.

На фиг.1 представлена схема замещения двухэлементного двухполюсника, элементы которого - индуктивность и резистор - соединены последовательно.Figure 1 presents the equivalent circuit of a two-element bipolar, the elements of which - inductance and resistor - are connected in series.

На фиг.2 представлена схема замещения двухэлементного двухполюсника, элементы которого, являющиеся емкостью и индуктивностью, соединены параллельно.Figure 2 presents the equivalent circuit of a two-element bipolar, the elements of which, being the capacitance and inductance, are connected in parallel.

На фиг.3 представлена схема замещения четырехэлементного двухполюсника.Figure 3 presents the equivalent circuit of the four-element bipolar.

На фиг.4 представлена векторная диаграмма схемы замещения двухполюсника согласно фиг.3.Figure 4 presents a vector diagram of the equivalent circuit of the two-terminal network according to figure 3.

На фиг.5 представлена схема замещения емкостного датчика уровня заправки.Figure 5 presents the equivalent circuit of a capacitive refueling level sensor.

Осуществление способа рассмотрим на следующих примерах. На фиг.1 представлена схема замещения двухэлементного двухполюсника, элементы которого являются резистором и индуктивностью, соединенными последовательно. Представленный двухполюсник, параметры которого нужно определить, может быть подключен к средству измерения через длинную линию.The implementation of the method will consider the following examples. Figure 1 presents the equivalent circuit of a two-element bipolar, the elements of which are a resistor and inductance connected in series. The presented bipolar, the parameters of which must be determined, can be connected to the measuring instrument through a long line.

В результате формирования на двухполюснике синусоидального напряжения через него протекает ток, значение которого определяется средством измерения. Так как двухполюсник двухзвенный, то в соответствии с признаком формулы изобретения необходимо измерение комплексного тока IР осуществлять на двух частотах ω1 и ω2. В этом случае справедливы следующие соотношения:As a result of the formation of a sinusoidal voltage on the bipolar, a current flows through it, the value of which is determined by the measuring means. Since the two-terminal network is two-link, in accordance with the feature of the claims, it is necessary to measure the complex current I P at two frequencies ω 1 and ω 2 . In this case, the following relations are true:

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Для определения значения напряжений Vω1, Vω2 на двухполюснике, согласно предлагаемому изобретению производят измерение значений комплексных токов через эталон, например, резистор сопротивлением RЭТ. Результаты измерений фиксируют, то есть заносят в память вычислительного устройства.To determine the voltage values V ω1 , V ω2 at the two-terminal network, according to the invention, the complex currents are measured through a standard, for example, a resistor with resistance R ET . The measurement results are recorded, that is, recorded in the memory of the computing device.

Значения токов через эталон соответствуют выражениям:The values of the currents through the standard correspond to the expressions:

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Итак, в соответствии с вышеописанными признаками формулы изобретения величины Iω1, Iω2,

Figure 00000007
,
Figure 00000008
измерены и зафиксированы. В конечном счете, получаем два уравнения (1), (2) и два неизвестных параметра R, C.So, in accordance with the above features of the claims, the quantities I ω1 , I ω2 ,
Figure 00000007
,
Figure 00000008
measured and recorded. Ultimately, we obtain two equations (1), (2) and two unknown parameters R, C.

Решая эти уравнения согласно схеме замещения двухполюсника, представленной на фиг.1, имеем следующие выражения для определения его параметров:Solving these equations according to the equivalent circuit of the two-terminal network shown in figure 1, we have the following expressions for determining its parameters:

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

В качестве средства измерения, как вариант, может быть использовано устройство, включающее генератор синусоидального напряжения, управляемый по частоте, запитывающий измеряемую цепь, а также преобразователь ток-напряжение, последовательно соединенный с аналогово-цифровым преобразователем. Последний соединен с вычислительным устройством, которое фиксирует результаты измерений токов через двухполюсник и эталон и в соответствии с выражениями (5) и (6) определяет параметры двухполюсника.As a means of measurement, as an option, a device may be used, including a frequency-controlled sinusoidal voltage generator, energizing the measured circuit, as well as a current-voltage converter connected in series with an analog-to-digital converter. The latter is connected to a computing device that records the results of measurements of currents through a two-terminal device and a standard and, in accordance with expressions (5) and (6), determines the parameters of the two-terminal device.

В выражениях (5) и (6) величины Iω1, Iω2,

Figure 00000011
,
Figure 00000012
измерены и зафиксированы, RЭТ, ω1, ω2 заданы. Поэтому значения параметров R, L определяются зависимостями (5) и (6) при использовании фиксированных и заданных параметров. При необходимости могут быть определены тангенс угла сдвига между током и напряжением, то есть могут быть определены все параметры двухполюсника.In expressions (5) and (6), the quantities I ω1 , I ω2 ,
Figure 00000011
,
Figure 00000012
measured and recorded, R ET , ω 1 , ω 2 are set. Therefore, the values of the parameters R, L are determined by dependencies (5) and (6) when using fixed and specified parameters. If necessary, the tangent of the shear angle between the current and voltage can be determined, that is, all parameters of the two-terminal can be determined.

Рассмотрим другой пример реализации способа. На фиг.2 представлена схема замещения двухэлементного двухполюсника, элементами которого являются индуктивность и электрическая емкость и которые соединены параллельно.Consider another example of the implementation of the method. Figure 2 presents the equivalent circuit of a two-element bipolar, the elements of which are inductance and electric capacitance and which are connected in parallel.

В результате формирования на двухполюснике синусоидального напряжения через него протекает комплексный ток, который является суммой двух токов, имеющих следующий вид:As a result of the formation of a sinusoidal voltage at the two-terminal network, a complex current flows through it, which is the sum of two currents, having the following form:

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

Так как двухполюсник двухзвенный, то в соответствии с признаком формулы изобретения измерение комплексного тока необходимо проводить на двух частотах ω1 и ω2. В этом случае для суммы токов справедливы следующие выражения:Since the two-terminal network is two-link, in accordance with the feature of the claims, measurement of the complex current must be carried out at two frequencies ω 1 and ω 2 . In this case, the following expressions are valid for the sum of currents:

Figure 00000015
Figure 00000015

Figure 00000016
Figure 00000016

Далее согласно признаку формулы изобретения последовательно производят измерение значений комплексных токов через двухполюсник и эталон. Значения токов через эталон соответствуют выражениям (3) и (4).Further, according to the feature of the claims, the complex currents are measured sequentially through a two-terminal network and a standard. The values of the currents through the standard correspond to expressions (3) and (4).

Согласно заданной схеме замещения двухполюсника, представленной на фиг.2, имеем следующие выражения для определения его параметров:According to the given equivalent circuit of the two-terminal network shown in figure 2, we have the following expressions for determining its parameters:

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

В выражениях (11) и (12) величины Iω1, Iω2,

Figure 00000019
,
Figure 00000020
измерены и зафиксированы, RЭТ, ω1, ω2 заданы. Поэтому параметры С и L определяются по зависимостям однозначно.In expressions (11) and (12), the quantities I ω1 , I ω2 ,
Figure 00000019
,
Figure 00000020
measured and recorded, R ET , ω 1 , ω 2 are set. Therefore, the parameters C and L are determined by the dependencies uniquely.

Рассмотрим более общий случай использования способа.Consider a more general case of using the method.

На фиг.3 представлена схема замещения четырехзвенного двухполюсника, а на фиг.4 - его векторная диаграмма.Figure 3 presents the equivalent circuit of the four-link bipolar, and figure 4 is its vector diagram.

В результате формирования на двухполюснике синусоидального напряжения через него протекает комплексный ток.As a result of the formation of a sinusoidal voltage on the bipolar, a complex current flows through it.

Активные составляющие токов по цепям двухполюсника соответствуют выражениям:The active components of the currents along the circuits of the two-terminal network correspond to the expressions:

Figure 00000021
Figure 00000021

Figure 00000022
Figure 00000022

Активную составляющую тока в цепи полного тока можно записать следующим выражениемThe active component of the current in the total current circuit can be written as follows

Figure 00000023
Figure 00000023

Реактивные составляющие токов по цепям двухполюсника описываются выражениями:The reactive components of the currents along the circuits of a two-terminal circuit are described by the expressions:

Figure 00000024
Figure 00000024

Figure 00000025
Figure 00000025

Тогда реактивная составляющая комплексного тока в цепи двухполюсника запишется соотношениемThen the reactive component of the complex current in the two-terminal circuit is written as

Figure 00000026
Figure 00000026

Из выражений (13)-(18) следует, что комплексный ток через двухполюсник зависит от параметров элементов (R1, R2, С, L) и параметров его питания (V, ω).From the expressions (13) - (18) it follows that the complex current through the two-terminal network depends on the parameters of the elements (R 1 , R 2 , C, L) and the parameters of its supply (V, ω).

Согласно признаку формулы изобретения последовательно производят измерения комплексных токов через двухполюсник и эталон на каждой из четырех заданных частот. Результаты измерений фиксируют. После чего, согласно заданной схеме замещения по четырем зависимостям рассчитывают четыре параметра двухполюсника, используя при этом зафиксированные и заданные величины.According to a feature of the claims, successive measurements of complex currents through a two-terminal device and a reference at each of the four specified frequencies are performed. The measurement results are recorded. Then, according to a given equivalent circuit, four parameters of a two-terminal device are calculated according to four dependencies, using fixed and given values.

В качестве прикладного примера осуществления способа рассмотрим измерение параметров емкостного датчика уровня заправки бака, заполняемого диэлектрической жидкостью (например, керосином).As an applied example of the method, we consider the measurement of the parameters of a capacitive level sensor of a tank filling filled with a dielectric fluid (for example, kerosene).

Емкостному датчику уровня соответствует схема замещения, приведенная на фиг.5, где: СР есть рабочая электрическая емкость датчика, которая несет полезную информацию об уровне заправки бака. СР при заправке бака является величиной переменной, так как изменение в значение электрической емкости вносит диэлектрическая проницаемость неэлектропроводной жидкости, заполняющей датчик в баке; R - сопротивление тока утечки через диэлектрик, которое зависит от сортности керосина и состояния сопротивления кабельной сети. В силу специфики эксплуатации изделий ракетно-космической техники емкостной датчик уровня может быть удален на расстояние до 500 метров от средства измерения. Как выше было показано, прототип в условиях наличия длиной линии произведет определение параметров емкостного датчика очень грубо. Поэтому с целью определения параметров удаленного датчика уровня заправки, применен заявленный способ.A capacitive level sensor corresponds to the equivalent circuit shown in Fig. 5, where: С Р is the working electric capacity of the sensor, which carries useful information about the level of the tank refueling. With P when refueling the tank is a variable, since a change in the value of the electric capacitance makes the dielectric constant of the non-conductive fluid filling the sensor in the tank; R is the leakage current resistance through the dielectric, which depends on the grade of kerosene and the resistance state of the cable network. Due to the specifics of the operation of rocket and space technology products, the capacitive level sensor can be removed up to 500 meters from the measuring instrument. As shown above, the prototype in the presence of a line length will determine the parameters of the capacitive sensor very roughly. Therefore, in order to determine the parameters of the remote fuel level sensor, the claimed method is applied.

В результате формирования синусоидального напряжения на двухполюснике, схема замещения которого представлена на фиг.5, для токов схемы справедливы следующие выражения:As a result of the formation of a sinusoidal voltage at the two-terminal network, the equivalent circuit of which is shown in Fig. 5, the following expressions are valid for the circuit currents:

IC=V·ω·C;I C = V · ω · C;

Figure 00000027
Figure 00000027

Согласно предлагаемому изобретению последовательно производят измерение значений комплексных токов через двухполюсник и эталон на двух частотах. Модули измеряемых полных токов через двухполюсник можно записать следующим выражением:According to the invention, the values of the complex currents are sequentially measured through a two-terminal network and a standard at two frequencies. The modules of the measured full currents through a two-terminal can be written as follows:

Figure 00000028
Figure 00000028

Figure 00000029
Figure 00000029

Значения токов через эталон соответствуют выражениям (3) и (4).The values of the currents through the standard correspond to expressions (3) and (4).

Согласно заданной схеме замещения двухполюсника имеем следующие выражения для определения его параметров:According to the given equivalent circuit of the two-terminal network, we have the following expressions for determining its parameters:

Figure 00000030
Figure 00000030

Figure 00000031
Figure 00000031

Очевидно, что способ определения параметров двухполюсника по отношению к прототипу позволяет расширить его функциональные возможности. Расширение функциональных возможностей заключается в определении параметров удаленного на расстояние двухполюсника. В примере конкретной реализации способа с высокой точностью определяются: емкостная составляющая полного сопротивления емкостного датчика, зависящая от степени заполнения его жидкостью; активная составляющая, которая характеризуется сортностью керосина и состоянием сопротивления изоляции кабельной сети. Учет активной составляющей диэлектрической жидкости, заполняющей датчик, при определении уровня существенным образом повышается точность измерения уровня заправки, соответственно повышается эффективность ракеты за счет снижения гарантийных запасов топлива.Obviously, the method for determining the parameters of a two-terminal device with respect to the prototype allows to expand its functionality. The expansion of functionality consists in determining the parameters of a remote two-terminal device. In an example of a specific implementation of the method, the following are determined with high accuracy: the capacitive component of the impedance of the capacitive sensor, depending on the degree of filling with liquid; active component, which is characterized by the grade of kerosene and the state of insulation resistance of the cable network. Taking into account the active component of the dielectric fluid filling the sensor, when determining the level, the accuracy of measuring the level of the charge increases significantly, and accordingly the efficiency of the rocket increases due to a decrease in guaranteed fuel reserves.

Используемая литератураUsed Books

1. Агамалов Ю.Р., Бобылев Д.А., Кнеллер В.Ю. Измеритель-анализатор параметров комплексных сопротивлений на основе персональной ЭВМ. Измерительная техника. 1996, №6, с.56-60.1. Agamalov Yu.R., Bobylev D.A., Kneller V.Yu. Measuring instrument-analyzer of complex resistance parameters based on a personal computer. Measuring technique. 1996, No. 6, p. 56-60.

2. К.Б.Карандеев, Ф.Б.Гриневич, А.И.Новик. Емкостные самокомпенсированные уровнемеры. М., \Энергия\, 1966, c.135.2. K. B. Karandeyev, F. B. Grinevich, A. I. Novik. Capacitive self-compensated level gauges. M., \ Energy \, 1966, p. 135.

3. А.И.Новик. \Системы автоматического уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока\, Киев: Наукова Думка, 1983, с.9-10.3. A.I. Novik. \ Systems of automatic balancing of digital extreme bridges of alternating current \, Kiev: Naukova Dumka, 1983, pp. 9-10.

4. Патент РФ №2025666, кл. G 01 F 23/26, \Многоточечный сигнализатор уровня (его варианты)\.4. RF patent No. 2025666, cl. G 01 F 23/26, \ Multipoint level switch (its variants) \.

5. Патент №2144196, кл. G 01 R 17/10, 27/02, \Способ измерения параметров трехэлементных двухполюсников частотно-независимыми мостами переменного тока\.5. Patent No. 2144196, cl. G 01 R 17/10, 27/02, \ Method for measuring the parameters of three-element two-terminal networks with frequency-independent AC bridges \.

Claims (1)

Способ определения параметров двухполюсника, заключающийся в формировании синусоидального напряжения на двухполюснике, измерении комплексного тока через эталон с последующим определением параметров двухполюсника с учетом его схемы замещения, отличающийся тем, что производят формирование синусоидальных напряжений на n заданных частотах, где n - число элементов двухполюсника, производят последовательно измерение величин комплексных токов через двухполюсник и эталон на каждой из n частот, причем после каждого измерения производят фиксацию их результатов, определение параметров двухполюсника проводят по схеме его замещения и по фиксированным результатам измерения на каждой из заданных частот комплексных токов через двухполюсник и эталон.A method for determining the parameters of a two-terminal device, which consists in generating a sinusoidal voltage on a two-terminal device, measuring the complex current through a standard, followed by determining the parameters of the two-terminal device, taking into account its equivalent circuit, characterized in that sinusoidal voltages are generated at n given frequencies, where n is the number of elements of the two-terminal device, sequentially measuring the values of complex currents through a two-terminal network and a standard at each of n frequencies, and after each measurement Estimation of their results, determination of the parameters of a two-terminal device is carried out according to the scheme of its substitution and by the fixed measurement results at each of the given frequencies of complex currents through a two-terminal device and a standard.
RU2003129113/28A 2003-10-01 2003-10-01 Method for determination of two-terminal network parameters RU2260809C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003129113/28A RU2260809C2 (en) 2003-10-01 2003-10-01 Method for determination of two-terminal network parameters

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003129113/28A RU2260809C2 (en) 2003-10-01 2003-10-01 Method for determination of two-terminal network parameters

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003129113A RU2003129113A (en) 2005-03-27
RU2260809C2 true RU2260809C2 (en) 2005-09-20

Family

ID=35560189

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003129113/28A RU2260809C2 (en) 2003-10-01 2003-10-01 Method for determination of two-terminal network parameters

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2260809C2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449295C1 (en) * 2010-12-13 2012-04-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Method for bipole parameters determination
RU2488783C1 (en) * 2011-11-15 2013-07-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Method for determining level of dielectric substance
RU2561336C1 (en) * 2014-03-14 2015-08-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Method of measurement of parameters of elements of multielement non-resonant linear two-pole networks
RU2583879C2 (en) * 2014-10-08 2016-05-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Method for determination of bipole parameters
RU2770299C1 (en) * 2021-03-19 2022-04-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" Method for determining the parameters of a three-element resonant two-pole and a measuring circuit for its implementation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АГАЛАМОВ Ю.Р. и др. Измеритель-анализатор параметров комплексных сопротивлений на основе персональной ЭВМ // Измерительная техника, 1996, №6. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449295C1 (en) * 2010-12-13 2012-04-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Method for bipole parameters determination
RU2488783C1 (en) * 2011-11-15 2013-07-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Method for determining level of dielectric substance
RU2561336C1 (en) * 2014-03-14 2015-08-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Method of measurement of parameters of elements of multielement non-resonant linear two-pole networks
RU2583879C2 (en) * 2014-10-08 2016-05-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Method for determination of bipole parameters
RU2770299C1 (en) * 2021-03-19 2022-04-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" Method for determining the parameters of a three-element resonant two-pole and a measuring circuit for its implementation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2003129113A (en) 2005-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7383140B2 (en) Capacitance, inductance and impedance measurements using multi-tone stimulation and DSP algorithms
US7772854B2 (en) High-conductivity contacting-type conductivity measurement
RU2260809C2 (en) Method for determination of two-terminal network parameters
CN104730342B (en) The measuring circuit and measuring method of AC resistance time constant
RU2647182C1 (en) Method of measuring the position of the border of the section of the two environments in the tank
WO2006123141A2 (en) Capacitive liquid level sensor
RU2262668C2 (en) Device for measuring level of dielectric matter
RU2445584C1 (en) Dielectric substance level measuring device
RU2262669C2 (en) Method of measuring level of dielectric matter
RU2698575C1 (en) Method of measuring interface position of two substances in a reservoir
RU2449295C1 (en) Method for bipole parameters determination
Avramov-Zamurovic et al. A high-stability capacitance sensor system and its evaluation
RU2262115C2 (en) Device for determining parameters of two-terminal circuit
CN105115535A (en) Simulation apparatus of capacitance sensor
EP3314244B1 (en) Measuring device for measuring change in dielectric properties in an environment with variable dielectric properties
RU2583879C2 (en) Method for determination of bipole parameters
RU2397454C1 (en) Device for measuring level of dielectric substance
RU2499232C1 (en) Device to measure level of dielectric substance
Djermanova et al. Portable Arduino-Based LCR–Meter
CN107314799B (en) A kind of weak capacitive detection circuit for nanoliter level liquid level sensor
RU2456552C1 (en) Method of determining level of dielectric substance
WO2017018893A1 (en) Method and device for determining the quality of motor-car fuel
Narayana et al. Design and development of improved linearized network based liquid level transmitter
WO2007010320A1 (en) Method and device for liquid conductivity measurement
RU2753830C1 (en) Method for measuring position of interface between two liquids in container