RU2349922C1 - Method of dielectric losses angle measurement - Google Patents
Method of dielectric losses angle measurement Download PDFInfo
- Publication number
- RU2349922C1 RU2349922C1 RU2007141459/28A RU2007141459A RU2349922C1 RU 2349922 C1 RU2349922 C1 RU 2349922C1 RU 2007141459/28 A RU2007141459/28 A RU 2007141459/28A RU 2007141459 A RU2007141459 A RU 2007141459A RU 2349922 C1 RU2349922 C1 RU 2349922C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- value
- max
- capacitor
- equal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехническим измерениям, предназначено для измерения угла диэлектрических потерь диэлектрических материалов и может быть использовано в различных областях, где предъявляются повышенные требования к электрическим свойствам диэлектрических материалов, например в электронной и электротехнической промышленностях.The invention relates to electrical measurements, is intended to measure the angle of dielectric loss of dielectric materials and can be used in various fields where increased demands are placed on the electrical properties of dielectric materials, for example, in the electronic and electrical industries.
Угол диэлектрических потерь диэлектрика, определяемый разностью фаз между активной и реактивной составляющими переменного тока конденсатора с диэлектриком в его зазоре (или между активной и реактивной составляющими мощности), является одним из основных параметров, характеризующих электрические свойства диэлектрических материалов.The dielectric loss angle of the dielectric, determined by the phase difference between the active and reactive components of the alternating current of the capacitor with the dielectric in its gap (or between the active and reactive components of the power), is one of the main parameters characterizing the electrical properties of dielectric materials.
Известны способы измерения активной мощности, основанные на определении фазового сдвига между активной и реактивной составляющими переменного тока. Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является патент RU №2296338, МПК. G01R 21/06, 2007 (прототип). В способе-прототипе для измерения активной мощности переменного тока формируют электрическое напряжение, пропорциональное произведению напряжения на ток нагрузки. Из сформированного напряжения выделяют пульсирующие напряжения различной полярности. Суммируют пиковые значения этих напряжений и результат суммирования измеряют вольтметром. Ограничением способа является невозможность его прямого использования для измерения угла диэлектрических потерь.Known methods for measuring active power, based on the determination of the phase shift between the active and reactive components of alternating current. The closest in technical essence to the claimed method is the patent RU No. 2296338, IPC. G01R 21/06, 2007 (prototype). In the prototype method for measuring the active power of an alternating current, an electric voltage is generated proportional to the product of the voltage by the load current. From the generated voltage, pulsating voltages of various polarity are isolated. The peak values of these voltages are summarized and the result of the summation is measured with a voltmeter. A limitation of the method is the impossibility of its direct use for measuring the dielectric loss angle.
Технический результат изобретения - упрощение процесса и повышение точности измерений угла диэлектрических потерь диэлектриков в широком частотном интервале, а также возможность автоматизации измерений.The technical result of the invention is to simplify the process and improve the accuracy of measuring the angle of dielectric loss of dielectrics in a wide frequency range, as well as the ability to automate measurements.
Поставленный технический результат достигается тем, что в способе измерения угла диэлектрических потерь, включающем заполнение исследуемым диэлектриком зазора измерительного конденсатора и подачу на конденсатор синусоидального напряжения, согласно изобретению формируют переменное электрическое напряжение V, пропорциональное произведению напряжения на конденсаторе на ток конденсатора. Сформированное напряжение V преобразуют в два постоянных разнополярных напряжения Vmax и Vmin, одно из которых, например Vmax, равно пиковому значению положительной составляющей, а другое Vmin - пиковому значению отрицательной составляющей напряжения V. Напряжения Vmax и Vmin преобразуют в два постоянных напряжения V1 и V2, одно из которых V1 равно сумме, а второе V2 - разности абсолютных значений Vmax и Vmin. Измеряют напряжения V1 и V2, а искомую величину синуса угла потерь определяют по формулеThe technical result achieved is achieved by the fact that in the method for measuring the dielectric loss angle, including filling the gap of the measuring capacitor with the investigated dielectric and applying a sinusoidal voltage to the capacitor, an alternating electric voltage V is generated according to the invention, which is proportional to the product of the voltage across the capacitor and the capacitor current. The generated voltage V is converted into two constant bipolar voltages V max and V min , one of which, for example V max , is equal to the peak value of the positive component, and the other V min is the peak value of the negative component of voltage V. The voltages V max and V min are converted into two constant voltage V 1 and V 2 , one of which V 1 is equal to the sum, and the second V 2 is the difference in absolute values of V max and V min . The voltages V 1 and V 2 are measured, and the sought value of the sine of the loss angle is determined by the formula
Для упрощения регистрации величины sinδ, регулируя сформированное напряжение V, добиваются единичного (или кратного единице) значения напряжения V1. При этом величину sinδ определяют непосредственно по показаниям вольтметра, измеряя напряжение V2.To simplify the registration of the value of sinδ, adjusting the generated voltage V, achieve a single (or multiple unit) voltage value V 1 . In this case, the value of sinδ is determined directly by the voltmeter, measuring the voltage V 2 .
Рассмотрим сущность заявленного способа. Пусть напряжение U на конденсаторе емкостью С, зазор между обкладками которого заполнен диэлектриком, изменяется во времени t по законуConsider the essence of the claimed method. Let the voltage U across a capacitor with capacity C, the gap between the plates of which is filled with a dielectric, change in time t according to the law
U=Umsinδ(ωt), U = U m sinδ (ωt),
где Um - амплитуда напряжения, ω - циклическая частота. where U m is the voltage amplitude, ω is the cyclic frequency.
Ток в цепи идеального конденсатора без диэлектрических потерь Current in an ideal capacitor circuit without dielectric loss
а с учетом диэлектрических потерьand taking into account dielectric losses
где δ - угол диэлектрических потерь. where δ is the dielectric loss angle.
Мгновенная мощность с учетом потерь, определяемая как Pt=UI, будетInstantaneous power taking into account losses, defined as P t = UI, will be
Используя известную формулу тригонометрии для мгновенной мощности получимUsing the well-known trigonometry formula for instant power we get
где Where
Преобразуем величину Pt в электрическое напряжение V так, чтобы V линейно изменялось с изменением Рt, т.е. V=kPt, где k - коэффициент преобразования. ПолучимWe convert the value of P t into the electric voltage V so that V linearly changes with the change in P t , i.e. V = kP t , where k is the conversion coefficient. We get
V=kA[sinδ+sin(2ωt-δ)].V = kA [sinδ + sin (2ωt-δ)].
Из последнего уравнения следует, что напряжение V представляет синусоидальные колебания удвоенной частоты 2ω, смещенные относительно оси времени на величину ΔV=kAsinδ. Пиковые разнополярные значения Vmax и Vmin этого напряжения достигаются в моменты времени, когда sin(2ωt-δ)=±1. Их абсолютные величиныIt follows from the last equation that the voltage V represents sinusoidal oscillations of the doubled frequency 2ω displaced relative to the time axis by ΔV = kAsinδ. Peak bipolar values of V max and V min of this voltage are achieved at times when sin (2ωt-δ) = ± 1. Their absolute values
Решая систему уравнений (1) и (2), получимSolving the system of equations (1) and (2), we obtain
Как следует из (3), для определения sinδ достаточно измерить сумму V1 и разность V2 абсолютных величин пиковых напряжений синусоидального сигнала.As follows from (3), to determine sinδ, it suffices to measure the sum of V 1 and the difference V 2 of the absolute values of the peak voltages of the sinusoidal signal.
Более того, регулируя коэффициент преобразования k, можно добиться, чтобы суммарное напряжение V1 было кратно единице, т.е. V1=1·10N, где N - целое число, т.е. N=-2, -1, 0, +1, +2 и т.д. При этом величина sinδ будет кратной разностному напряжению V2=Vmax-Vmin, т.е.Moreover, by adjusting the conversion coefficient k, it is possible to achieve that the total voltage V 1 is a multiple of unity, i.e. V 1 = 1 · 10 N , where N is an integer, i.e. N = -2, -1, 0, +1, +2, etc. Moreover, the value of sinδ will be a multiple of the difference voltage V 2 = V max -V min , i.e.
Например, при N=0 (V1=1) показания вольтметра, измеряющего напряжение V2, будут численно равны измеряемому значению sinδFor example, at N = 0 (V 1 = 1) the readings of a voltmeter measuring voltage V 2 will be numerically equal to the measured value of sinδ
(при V1=1). (with V 1 = 1).
Учитывая, что для малых углов sinδ=tgδ=δ, показания вольтметра в вольтах будут соответствовать измеряемому углу δ в радианах.Given that for small angles sinδ = tanδ = δ, the voltmeter readings in volts will correspond to the measured angle δ in radians.
На фиг.1 приведены характерные временные зависимости различных электрических сигналов, поясняющие заявленный способ. На фиг.1,а напряжение U на конденсаторе синусоидально изменяется со временем (сплошная кривая). Ток i конденсатора без диэлектрических потерь опережает по фазе напряжение U на π/2 (пунктир). Ток I конденсатора с диэлектрическими потерями отстает по фазе от тока i на угол δ диэлектрических потерь (штрихпунктир). На фиг.1,б синусоидально изменяющееся напряжение V (сплошная кривая 1), пропорциональное произведению напряжения U на ток I конденсатора, смещено относительно оси времени ot на величину V2 (пунктирная прямая 4). Пунктирная прямая 2 соответствует постоянному напряжению Vmax, равному пиковому напряжению положительной составляющей переменного напряжения V. Пунктирная прямая 3 соответствует постоянному напряжению -Vmin, равному пиковому напряжению отрицательной составляющей напряжения V. Суммарное напряжение V1 является суммой абсолютных значений напряжений Vmax и Vmin, а разностное постоянное напряжение V2 - разностью этих напряжений.Figure 1 shows the characteristic time dependence of various electrical signals that explain the claimed method. In Fig. 1, the voltage U across the capacitor changes sinusoidally with time (solid curve). The capacitor current i without dielectric loss leads the phase voltage U by π / 2 (dashed line). The current I of the capacitor with dielectric losses lags in phase from the current i by an angle δ of dielectric losses (dash-dot). In Fig. 1, b, the sinusoidally changing voltage V (solid curve 1), proportional to the product of the voltage U by the current I of the capacitor, is shifted relative to the time axis ot by the value V 2 (dashed line 4). Dotted
На фиг.2 в качестве примера приведена принципиальная электрическая схема устройства, позволяющая реализовать заявленный способ. Конденсатор 1, зазор между обкладками которого заполнен исследуемым диэлектриком 2, подключен к генератору 3 напряжения звуковой частоты. В цепь конденсатора включен усилитель 4 тока, линейно преобразующий ток конденсатора в напряжение. Выходное напряжение генератора 3 и выходное напряжение усилителя 4 подаются на входы умножителя 5, выходное напряжение которого пропорционально произведению напряжения на конденсаторе на ток конденсатора. Напряжение на конденсаторе может быть достаточно большим и значительно превышать напряжение, допустимое для умножителя, потому на входе умножителя это напряжение уменьшается делителем напряжения, образованным, например, резисторами R1 и R2.Figure 2 as an example shows a circuit diagram of a device that allows you to implement the claimed method. The capacitor 1, the gap between the plates of which is filled with the investigated dielectric 2, is connected to the
Переменное напряжение с выхода умножителя 5 подается на входы преобразователей 6 и 7. Один из преобразователей, например 6, преобразует это напряжение в постоянное стабилизированное напряжение +Vmax, численно равное пиковому значению положительной составляющей переменного напряжения. Второй преобразователь 7, аналогичный преобразователю 6, формирует постоянное стабилизированное напряжение -Vmin противоположной полярности, численно равное второму пиковому значению переменного напряжения.An alternating voltage from the output of the multiplier 5 is supplied to the inputs of the
Включенный на выходе преобразователя 7 инвертор 8 изменяет полярность выходного напряжения -Vmin преобразователя 7 на противоположную, т.е. на Vmin. Напряжения с выходов преобразователей 6 и 7 подаются на входы разностного усилителя 9, например на неинвертирующий и инвертирующий входы дифференциального операционного усилителя с единичным коэффициентом усиления. При этом на выходе усилителя 9 формируется напряжение V1=Vmax+Vmin. Напряжение с выхода преобразователя 6 и с выхода инвертора 8 подаются на входы разностного усилителя 10, аналогичного усилителю 9 так, что на выходе усилителя 10 формируется напряжение V2=Vmax-Vmin. Напряжения V1 и V2 измеряются вольтметрами 11 и 12 постоянного тока. Для достижения напряжения V1 кратного 1·10N (например, 10,1 или 0,1 В), на выходе умножителя 5 включен регулируемый делитель напряжения, например потенциометр R3.The inverter 8 connected at the output of the converter 7 changes the polarity of the output voltage -V min of the converter 7 to the opposite, i.e. on V min . The voltages from the outputs of the
Таким образом, в заявленном способе угол диэлектрических потерь δ (при малых потерях sinδ=tgδ=δ) преобразуется в непосредственно измеряемое постоянное электрическое напряжение, численно равное (или кратное) величине sinδ. Это позволяет упростить трудоемкие измерения, например при исследовании влияния частоты или амплитуды напряжения на измерительном конденсаторе. Упрощаются также длительные измерения, например при исследовании температурной зависимости угла диэлектрических потерь, позволяющие использовать автоматическую регистрацию, например запись результатов измерений на самописце.Thus, in the claimed method, the dielectric loss angle δ (for small losses sinδ = tanδ = δ) is converted to a directly measured constant electric voltage, numerically equal to (or multiple) the value of sinδ. This allows you to simplify time-consuming measurements, for example, when studying the influence of the frequency or amplitude of the voltage on the measuring capacitor. Long-term measurements are also simplified, for example, when studying the temperature dependence of the dielectric loss angle, which allows the use of automatic recording, for example, recording the measurement results on a recorder.
Claims (2)
.1. The method of measuring the dielectric loss angle, including filling the gap of the measuring capacitor with the investigated dielectric and applying a sinusoidal voltage to the capacitor, characterized in that an alternating electric voltage V is formed proportional to the product of the voltage across the capacitor and the capacitor current, the generated voltage V is converted into two constant bipolar voltages V max and V min, one of which is V max is equal to the peak value of the positive component and the other V min - peak value otritsat noy component of voltage V, the voltage V max and V min are converted into two constant voltages V 1 and V 2, one of which V 1 is the sum and the second V 2 - difference absolute values V max and V min, measured voltage V 1 and V 2 , and the desired value of the sine of the loss angle is determined by the formula
.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007141459/28A RU2349922C1 (en) | 2007-11-07 | 2007-11-07 | Method of dielectric losses angle measurement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007141459/28A RU2349922C1 (en) | 2007-11-07 | 2007-11-07 | Method of dielectric losses angle measurement |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2349922C1 true RU2349922C1 (en) | 2009-03-20 |
Family
ID=40545391
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007141459/28A RU2349922C1 (en) | 2007-11-07 | 2007-11-07 | Method of dielectric losses angle measurement |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2349922C1 (en) |
-
2007
- 2007-11-07 RU RU2007141459/28A patent/RU2349922C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2349922C1 (en) | Method of dielectric losses angle measurement | |
Marzetta | An evaluation of the three-voltmeter method for AC power measurement | |
Mujumdar et al. | Microcontroller based true RMS current measurement under harmonic conditions | |
RU168431U1 (en) | 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE | |
RU214462U1 (en) | POWER FACTOR METER | |
RU213443U1 (en) | POWER FACTOR METER | |
RU189717U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE FREQUENCY OF THREE-PHASE SINUSOIDAL VOLTAGE | |
RU195861U1 (en) | AC / DC TRANSMITTER | |
RU2296338C1 (en) | Method of measurement of active power of load in ac electric circuits | |
RU215007U1 (en) | ACTIVE POWER TO DC VOLTAGE CONVERTER | |
RU168701U1 (en) | HARMONIC FREQUENCY METER | |
RU206669U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING ACTUAL VALUE OF AC VOLTAGE | |
RU214610U1 (en) | ACTIVE POWER TO DC VOLTAGE CONVERTER | |
JP4963090B2 (en) | Gain phase calibration device | |
Makanjuola et al. | Design and Development of a Microcontroller Based Digital Wattmeter (MIDIWAT) | |
RU2644612C1 (en) | Measuring transducer of variable voltage into constant one | |
RU222350U1 (en) | MEASURING CONVERTER OF AC TO DC VOLTAGE | |
RU211821U1 (en) | AC/DC VOLTAGE MEASURING CONVERTER | |
RU2120623C1 (en) | Capacitance proximate moisture meter | |
RU224025U1 (en) | MEASURING CONVERTER AC TO DC | |
RU225928U1 (en) | MEASURING CONVERTER AC TO DC | |
Noel | Sinusoidal excited direct digitizer circuit for measurement of inductance and resistance | |
RU189665U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE FREQUENCY OF THREE-PHASE SINUSOIDAL VOLTAGE | |
RU205068U1 (en) | 90 DEGREES PHASE SHIFT DEVICE | |
RU212274U1 (en) | PHASE-SENSITIVE AC TO DC VOLTAGE CONVERTER |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091108 |