SU1320760A1 - Способ измерени параметров пассивных комплексных двухэлементных двухполюсников и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электрическим измерени м и может быть использовано дл  измерени  параметров комплексных двухполюсников. Цель изобретени  - повьшение точности измерений путем уменьшени  погрешности от нестабильности амплитуд напр жений , снимаемых с мостовой измерительной цепи. Устройство, реализующее способ, содержит генератор 1 синусоидального напр ж-гки , мостовой измеритель 2, мостовую измерительную цепь, одна ветвь которой состоит из образцового 3 и исследуемого 4 двухполюсников , а друга  - из однородных образцовых двухполюсников 5 и 6, блоки 7.1 и 7.2 согласовани , блок 8 разности, усилители-ограничители 9.1, 9.2 и 9.3,элементы ЗАПРЕТ 10,1 и 10.2, блоки 11.1 и 11.2 преобразова}1и  временных интервалов в цифровой код, микроэвм 12 и блок 13 индикации. Способ предусматривает формирование дополнительного сигнала (ДС), пропорционального сдвигу напр жени  небаланса относительно напр жени  питани , формирование второго ДС, пропорционального фазовому сдвигу напр же- ни  на образцовом или исследуемом двухполюснике (ИД) мостовой измерительной цепи, относительно напр жени  питани . Параметры определ ют при последов ательной схеме замещени  ИД по формулам, приведенным в описании изобретени . 1, 2 с.п. ф-лЫ; 6 ил. (С СО к о о о фиг. 5

Description

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и предназначено дл  измерени  параметров комплексных двухполюсников,

.Цель изобретени  - повьшение точности измерени  параметров комплексных двухэлементных двухполюсников за счет уменьшени  погрешности от нестабильности амплитуд напр жений, снимаемых с мостовой измерительной цепи.

На фиг. 1 и 2 изображены мостова  измерительна  цепь и векторна  диаграмма токов и напр жений при последовательной схеме замещени  иссле дуемого двухполюсника, имеющего емкостный характер; на фиг. 3 и-4 - мостова  измерительна  цепь и вектор на  диаграмма токов и напр жений при параллельной схеме замещени  исследуемого двухполюсника, имеющего емкостный характер; на фиг. 5 - структурна  схема устройства дл  измерени  параметров пассивных комплексных двухэлементных двухполюсников; на фиг. 6 - временна  диаграммы работы устройства.

Генератор 1 синусоидального напр жени  запитывает мостовые измерительные цепи 2 (фиг, 1 и 3), составленные из последовательно соединенных образцового двухполюсника 3 (Кд), исследуемого двухполюсника 4, состо щего из активного 4.1 (Ry) и реактивного 4.2 (Х,,) элементов, образующих верхнюю ветвь моста, и двух последовательно соединенных однородных образцовых дву полюсников 5 (R) и 6 (R ), образующих нижнюю ветвь моста.

На векторных диаграммах (фиг.2 и 4) прин ты следующие обозначени :

и„ь - -HiL

ad- К

V Ucf

и

Ъ

вектор напр жени  питани  мостовой цепи;

вектор падени  напр жени , снимаемого с образ .цового двухполюсника 5;

фазовый сдвиг вектора й относительно вектора

вектор падени  напр жени  на активном элементе исследуемого двухполюсника;

вектор падени  напр жени  на реактивном элементе исследуемого двухполюсника;

вектор напр жени  небаланса мостовой цепи;

15

25

и,

cfc

f Upjj . - вектор падени  напр жени  на образцовом (исследуемом ) двухполюснике при последовательной (параллельной ) схеме замещени  исследуемого двухполюсника; вектор падени  напр жени  на исследуемом (образцовом ) двухполюснике при

Шпоследовательной (параллельной ) схеме замещени  исследуемого двухполюсника;

1 - ток в верхней ветви моста; ток через активньш элемент 4.1 исследуемого двухполюсника при его параллельной схеме замещени ;

20 i - ток через емкостной элемент 4.2 исследуемого двухполюсника 4 при параллельной схеме замещени ;

- фазовый сдвиг вектора С„. относительно векто . ра

К - коэффициент делени  нижней ветви моста.

30 Устройство дл  измерени  параметров двухэлементных двухполюсников содержит (фиг. 5) генератор 1 синусоидального напр жени , подключенный параллельно к диагонали питани  мос35 товой измерительной цепи 2, одна

ветвь которой составлена из последовательно соединенных образцового 3 и исследуемого 4 двухполюсников, а друга  - из последовательно соединен40 ных однородных образцовых двухполюсников 5 и 6, два блока 7.1 и 7.2 согласовани , подключенные к входам блока 8 разности, усилители-ограничители 9.1-9.3, которые своими выходами

45 подключены к входам элементов 10.1 и 10.2 ЗАПРЕТ , выходы которых подключены к входам блоков 11.1 и 11.2 преобразовани  временных интервалов в цифровой код, информационные выходы

50 которых через интерфейс соединены с микроэвм 12, котора  щиной соединена с блоком 13 индикации.

Дл  определени  параметров пассивного комплексного двухполюсника, име55 ющего нерезонансный характер, на диагональ питани  мостовой измерительной цепи с генератора 1 подаетс  напр жение питани , измен ющеес  по синусоидальному закону.

Использу  закон Ома дл  участка цепи, расположенной в верхней ветви моста, при последовательной схеме замещени  исследуемого двухполюсника (фиг, 1) можно записать:

JVb

R.

йсЬ Ucf Ufb

R,

лу

где Z2- Rp+Z;,.; .

Из векторной диаграммы (фиг. 2) с учетом того, что вектор напр жени  питани  0«-ь есть йдосК - в силу однородности образцовых элементов 5 (R) и 6 (R ) нижней ветви, следует:

lUcfl cosy -lUacl. IUc,jl К

X COSl, - lilac ,

(;,tl- sinv IUoidl- K-sinv с учетом (1) можно записать:

lUctl

ItlnJ

(4)

lUffel

TO

(5)

dC

Перепишем уравнени  (4) и (5) с учетом уравнений (2) и (3) и будем иметь

RC

X

Rr

X

lUgdl- K-COSU -Юйс IUc,cl

i Uojl К -siny

ToTj

ли

Ry RO

X,R,

(

lUnd K-cosv

lUgcj K- sin у IDacI

(6) (7)

- 1); (8) (9)

Приведенные уравнени  отсчета параметров двухполюсников, полученные с использованием амплитудно-фазовых соотношений между сигналами, снимае- мыми с мостовой измерительной цепи,, позвол ют существенно уменьшить методическую погрешность от конечного значени  импедансов блоков согласовани , так как в уравнени  не вход т напр жени , снимаемые с образцового и исследуемого двухполюсников.

Шунтирование же блоками согласовани  измерительной диагонали моста

fO

дл  сн ти  напр жени  небаланса U. и части напр жени  питани  U, про вл етс  по сравнению с прототипом в меньшей степени. Это объ сн етс  тем, что когда в неуравновешенном мосте при условии R,R 2 модули R р и Z одного пор дка (Rg как образцовый элемент служит дл  выбора предела измерени ) , тогда можно записать приблизительно следующее равенство:

R,Z,«R,R

(10)

)0

Это означает, что напр жение не f5 баланса О, т.е. 0.

Условие (10) тем точнее выполн етс , чем ближе Z, к R, т.е. отсюда следует, что шунтирование со стороны блока согласовани  измерительной диагонали моста про вл етс  в меньшей степени, чем в случае шунтировани  исследуемого либо образцового двухполюсников .

Кроме того, плечи нижней вети 25 ,могут быть выбраны низкоомными (например , трансформатор питани ), а следовательно, при сн тии напр жени 

if , эффект шунтировани  также несусь и

щественен.

30

I

Однако при использовании амплитудно-фазовых соотношений между сигналами , снимаемыми с измерительной цепи, точность измерени  определ ет- с  не только стабильностью амплитуд напр жений, но и фазовых сдвигов между ними.

Использование только фазовых соотношений между сигналами позвол ет дополнительно повысить точность измерени  параметров комплексных двухполюсников .

Из векторной диаграммы (фиг. 2) согласно теореме синусов следует

Шс.с

з1пГ1т-1(/+ (2iT-у)3

sin(2ir- v). (11)

отсюда

tiT I IUacll-sin(2ii-) sinrv+ (277-v)j

(12)

уравнени  (8) и (9) с учетом (12), получим отсчет параметров комплексных двухполюсников в следующем виде:

2cos4 sin Г If +(2ii -Ч )J - ч-У

- О; (13)

Cv

1sin(2ii )

4 f RO sin ysinTM + (2i( -Ч )Г

(14)

В случае, когда схема за мещени  исследуемого двухполюсника имеет индуктивный характер.

R.RO (

LX

RO

iTf

2cos (2 i -V ) sin(2 - v ) + sin L/

(15) sin(2ii-f ) sin (Zii-M ) + 4

Напр жение небаланса U (фиг, 5 и 6) мостовой цепи 2 через олок 7.1 f согласовани  поступает на один из входов блока 8 разности, на другой вход которого подаетс  через блок 7.2 согласовани  Оу;, , снимаемое с образцового двухполюсника 5, кото- fO рое одновременно подаетс  и на вход усилител -ограничител  9.3. Разностное напр жение й, на образцовом (исследуемом) двухполюснике 3 при последовательной (параллельной) схеsint

(16)

Векторна  диаграмма напр жений и токов мостовой измерительной цепи при параллельной схеме замещени  исследуемого двухполюсника (фиг. 3) представлена на фиг. 4.

В случае, когда схема замещени  имеет емкостной характер,

R R 1sin ,

f 2 со8() sinL(2Ti-4 ) + L/J-sin4

WT

(17)

sin(2ii-v) sin(2Tr-4 )+i/

sin i

(18)

когда индуктивньш:

(2//-u)

X 2 cosvsin v+(2i7-v)J -sin()

(19)

L.

R,

sin(2i(-v)

4Trf sinv-sin ic + CZii-t/)

Полученные уравнени  отсчета параметров комплексного двухполюсника, выполненного как по последовательной, 50 так и по параллельной схеме замещени , с использованием фазовых соотно1 .15 ме замещени  исследуемого двухполюс /

ника ч, ограниченное по амплитуде

усилителем-ограничителем 9.2, подаетс  на один из входов элемента 10.2 ЗАПРЕТ, на другой вход-которого пода20 етс  напр жение Uac( ограниченное по амплитуде на усилителе-ограничителе 9.3. Б результате на выходе элемента 10.3 ЗАПРЕТ сформируетс  сигнал, представл ющий собой импульс пр мо25 угольной формы с длительностью, пропорциональной фазовому сдвигу v, ве личина которого в виде цифрового кода с блока 11.2 преобразовани  временных интервалов в цифровой код подаетс 

30 по шине на микроЭВМ 12.

Напр жение небаланса U. , ограниченное по амплитуде усилителем-ограничителем 9.1, поступает на один из входов элемента 10.1 ЗАПРЕТ, на другой вход которого подаетс  напр жение , ограниченное по амплитуде усилителем-ограничителем 9.3. В результате на выходе элемента 10.1 ЗАПРЕТ сформируетс  сигнал, пропорциональный

40 фазовому сдвигу , величина которого в виде цифрового кода с блока 11.1 преобразовани  временных интервалов в цифровой код поступает по шине на микроэвм 12, котора  произво- (20) 45 Д математическую обработку сигналов по программам, составленным в соответствии с уравнени ми (13)-(20) и выдачу результатов на блок 13 индикации .

35

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   шений между сигналами, снимаемыми с измерительной цепи, позвол ют реализовать универсальное устройство дл  измерени  параметров комплексных двухполюсников по любой схеме замещени  без перестройки структуры устройств .

   320760 -6

   Устройство работает следующим образом .

   Напр жение небаланса U (фиг, 5 и 6) мостовой цепи 2 через олок 7.1 f согласовани  поступает на один из входов блока 8 разности, на другой вход которого подаетс  через блок 7.2 согласовани  Оу;, , снимаемое с образцового двухполюсника 5, кото- fO рое одновременно подаетс  и на вход усилител -ограничител  9.3. Разностное напр жение й, на образцовом (исследуемом) двухполюснике 3 при последовательной (параллельной) схеФормула изобретени 

   50

   1, Способ измерени  параметров пассивных комплексных двухэлементных 55 двухполюсников, заключаклдкйс  в подаче напр жени  питани  на мостовую измерительную цепь, измерении напр жени  небаланса на измерительной диагонали мостовой измерительной цепи

   71320760

   и формировании сигнала, пропорционального падению напр жени  на образцовом (исследуемом) двухполюснике при . последовательной (параллельной) схеме замещени  исследуемого двухполюс- вика мостовой измерительной цепи, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , формируют дополнительньй сигнал.

   пропорциональный фазовому сдвигу на- 10 тани  мостовой измерительной цепи.

   пр жени  небаланса относительно напр жени  питани , формируют второй дополнительный сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу напр жени  на образцовом (исследуемом) двухполюснике мостовой измерительной цепи относительно напр жени  питани , а отсчет параметров исследуемого двухполюсника осуществл ют при последовательной схеме замещени  исследуемого двухполюсника емкостного характера по формулам

   R(j

   С 2cos V + () .

   „ / о-в ,,

   4TfR«

   sin(2f-4)

   sin(2Ti-v)

   sin (С +(2ii-i/)3

   - индуктивного характера - по формулам

   2cos() sin() + .ч ( 1).

   - RO sin(2 ii-H ) sin () 35 -- (;,

   Tif

   sin

   20

   а при параллельной схеме замещени  емкостного характера - по формулам

   1 Т

   ,sin у

   S

   cos() sinC(2T -v)

   J sin(2n-v) sin (2I-if)+y

   TifRpsinqi

   - индуктивного характера - по. формулам

   R sin(2M -L/)

   2

   RX

   cos у. sinfi + (2(1 -4)2 -si-() sin(2i;-v)

   L lo

   x 4TFf sinf- + (2ii-4 )J

   45 гонали мостовой цепи, к которой также подключены второй вывод первого образцового двухполюсника и одна из клемм дл  подключени  исследуемого двухполюсника, а второй вход

   2Q второго блока согласовани  соединен с.общей шиной, выход первого блока согласовани  соединен с первым входом

   где Lf - фазовый сдвиг напр жени  не- блока разности и через первый усили- баланса относительно напр - тель-ограничитель с первьпчм входами

   55 первого и второго элементов ЗАПРЕТ, выход второго блока согласовани  соединен с вторым входом блока разности и через второй усилитель-ограничк- тель с вторым входом второго элеменжени  питани ;

   - фазовьй сдвиг напр жени  на образцовом (исследуемом) двухполюснике относительно напр жени  питани ;

   R - сопротивление образцового

   двухполюсника; f - частота напр жени  питани 

   мостовой цепи.

   2, Устройство дл  измерени  параметров пассивных комплексных двухэлементных двухполюсников, содержащее генератор синусо1вдально о напр жени , подключенный к диагонали пи

   перва  ветвь которой состоит из последовательно соединенных образцового двухполюсника и двух клемм дл  подключени  исследуемого двухполюсника , два блока согласовани , при этом первый вход первого блока согласовани  подсоединен к первог-iy выводу генератора синусоидального напр жени  и первого вьшода первого образцового

   (исследуемого) двухполюсника при последовательной (параллельной) схеме замещени  исследуемого двухполюсника , а второй вход первого блока согласовани  соединен с общей шиной, отличающеес  тем, что с целью повышени  точности измерени , в него введены-блок разности, три усилител -ограничител , два элемента ЗАПРЕТ, два преобразовател  временных интервалов в код, микро- ЭВМ, блок индикации, втора  ветвь мостовой измерительной цепи, составленна  из последовательно соединенных двух однородных образцовых двухполюсников , первые выводы которых подключены к первой вершине измерительной диагонали мостовой цепи, соединенной с общей шиной, при этом -вторые выводы образцовых двухполюсников соединены с вершинами диагонали питани  мостовой измерительной цепи соответственно, первый вход второго блока согласовани  соединен с второй вершиной измерительной диа-

   гонали мостовой цепи, к которой также подключены второй вывод первого образцового двухполюсника и одна из клемм дл  подключени  исследуемого двухполюсника, а второй вход

   та ЗАПРЕТ, а выкод блока разности через третий усилитель-ограничитель соединен с вторым входом первого эле мента ЗАПРЕТ, выходы элементов ЗАПРЕТ соединены соответственно с вхо- нена с блоком индикации.

   дами преобразователей временных интервалов в цифровой код, информационные шины которых подключены к интерфейсу микроэвм, шина которой соедиФиб .Г

   фиг.

   Фиё.З