SU1529132A2 - Способ измерени параметров четырехэлементных двухполюсников мостом переменнного тока - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано дл  измерений параметров четырехэлементных CGRC=двухполюсников по шести схемам замещени , в которых один из элементов включен либо параллельно остальной части схемы, либо образуют с ней последовательное соединение. Цель изобретени  - повышение точности измерени  за счет исключени  вли ни  высших гармоник напр жени  питани  моста-достигаетс  доуравновешиванием моста на двух заданных частотах регулировкой двух параметров плеча сравнени  при значени х двух других параметров плеча сравнени , полученных в конце уравновешивани  по четырем парметрам, после чего по значени м параметров плеча сравнени  вычисл ют значени  активной и реактивной составл ющих комплексной проводимости плеча измерени  на первой заданной частоте, а также значение активной составл ющей проводимости на второй заданной частоте и провод т повторное уравновешивание моста по четырем параметрам с использованием этих значений дл  определени  значений регулируемых параметров. Способ позвол ет проводить измерени  параметров по четырехэлементной, а также трех- и двухэлементной схемам замещени . 3 ил.

Description

тельный по частоте фаэочувствитель- ный нуль-индикатор 12 с малым входным сопротивлением, к измерительному входу 13 которого подходит ток разбаланса моста ,-1,, а на опорный вход 14 подаетс  опорное напр жение UQ, , сдвинутое при уравновешивании моста по четырем параметрам на 90° относительно напр жени  питани  U, зажимы 15-20, вершины 21 и 22 измерительной диагонали моста, 1, 17 токи плеча I сравнени  и плеча 7 измерени .

На фиг. 2 и 3 обозначены конденсатор 23 (Cj,), параллельно включен- ный смешанному соединению резистора 24 (Кг4х) резистора 25 (), конденсатора 26 (Cj4x) резистор 27 (G), параллельно включенный cмe- шанному соединению конденсатора 28 (Cj,), резистора 29 (G,jg), ковден- сатора 30 ()По предлагаемому способу при установке значений R/j,, , одновременно со значением С на частотах и), и (л) всегда выполн ютс  равенства

.R-KT7kc7-r

.R,,HI/ju,,C,

,;.(./kc,,)

В соответствии с равенствами () и (2) мост в конце каждой 1-ой операции при выставленных значени х C,j , Р.,, С 2 , G , находитс  на частоте ш в том же состо нии равновеси , что и в конце предварительного уравновешивани  его на частоте ы,, т.е. в конце каждой i-ой операции имеет место на частоте со, равенстве

41,. (ы,) /31цг(,)()

где dl-(u),) - ток разбаланса моста в конце i-ой операции уравновешивани  моста по четырем параметрам, ток разбаланса 4igr(Lu,) соответствует минимальным показани м нуль-индикатора в конце предварительного уравновешивани  моста на частоте u), при последней регулировке и пос- ледней регулировке ,

Аналогично, благодар  выпрлнению ,„- равенства (3) мост в конце каждой

i-ой операции при выставленных значени х , F,, С 2i, С,,- на частоте w находитс  в том же состо нии равновеси  по активной составл ющей тока разбаланса flij(u. j), что и в

Q

0

5

0

5

0

5

0

5

конце предварительного уравновешивани  моста на частоте uj , т.е. в конце каждой i-ой операции выполн етс  равенство

(uj)Redlgr (w,) ;(3)

где ReAl jj. (Wj) - активна  составл юща , соответствующа  минимальному показанию нуль-индикатора 12 при регулировке G,var в конце предварительного уравновешивани  моста на частоте to. Процесс уравновешивани  по четырем параметрам заканчивают при достижении неравенства (w,).(w,),(6)

где Tj ЛТ g (u),j) - реактивна  составл юща  тока разбаланса ig((o), соответствующа  минимальному показанию нуль-индикатора 12 при регулировке в конце предварительного уравновешивани  моста на частоте to.

В соответствии с равенствами (4) и (5) неравенством (6) по окончании процесса уравновешивани  по четырем параметрам мост при выставленных значени х С, R, , G ,„ параметров плеча сравнени  (индекс п соответствует последней операции этого процесса)  вл етс  неполностью урав- .повешенным и на частоте to,, и на частотеы, вследствие чего значени  С,р, Rjn Cjn G,n отличаютс  от значений C,o,Rioi С2 G,p, при которых уравнение равновеси  моста на частотах и), и и) выполн етс  при токе разбаланса моста, меньшем порога чувствительности нуль-индикатора 12. Значени  Сщ. 2п in t G,n таким образом, не свободны от погрешности из-за вли ни  высших гармоник на состо ние равновеси  в конце предварительных уравновешиваний моста.

После получени  неравенства (6) отсчитьшают и запоминают значени  сопротивлени  резистора 3 и емкости конденсатора 6 соответственно С и провод т доуравновешивани  мое- та на частотах to,, ш при замкнутс)}|1 . 1слюче 4 при значени х , in

регулировками C,var, G,var, начинающихс  со значений С, G .

При этих доуравиовешивани х устран етс  ток разбаланса моста, который имеет место при выставленных значени х С,„ , R,,, , G,n, т.е. устран ютс  токи разбаланса Л I ,( О),) ; Д1 , (u)j) определ емые выражени ми (4)-(6). Указанное возможно потому, что схема плеча сравнени  четырех- элементна , а значени  ее параметров мало отличаютс  от отсчитьшаемых в

конце измерени  значений С

fo

R

je

, G ,д, т.е. потому, что мост находитс  в состо ние равновеси , близком к частотно-независимому, при котором вли ние высших гармоник на показани  избирательного по частоте нуль-индикатора 12 исчезающе мало пр максимальной чувствительности нуль- индикатора.

В конце доуравновешивани  на частоте to, с погрешностью, меньшей порога чувствительности нуль-индикатора 12, выполн етс  равенство

1

1

,

in TUTc ,(u),)(w,)J

(7)

где G, и С

,ц - значени  параметров G, , С, в конце до- уравновешивани , т.е. при нулевых показани х нуль-индикатора 12 при последни регулировках и C,var;

ZY - комплексна  проводимость плеча 7 измерени .

На частоте конце доуравновешивани  также с погрешностью, меньше порога чувстйительности нуль-индикатора 12, имеет место равенство

1

1

иДс . f , ,n

.ujReYT(cO,),(u,2)I, (8) где G, и значени  параметров

G,, G, в конце доуравновешивани , т.е. при нулевом показании нуль-индикатора 12 ка:к при последней -регулировке G,var,TaK и регулировке G var. При регулировке G var на опорный вход 14 нуль-индикатора подаетс 

15291326

опорное напр жение Uo,,ljj, а при подаетс  ,.

Таким образом, равенства (7) и (8) не содержат остаточного тока разбаланса Л1вг(ш,) и /)igr(W-t) обусловленного высшими гармониками в напр жении питани  моста.

10

и

15

Значени  GJ, GJ, с отсчитьшают и используют вместе со значени ми Gjn, R,n АЛЯ уточнени  значений С, G,, ас, используемых в процессе уравновешивани  по четьфем парамет-. рам. Вычислени  провод т, по формулам

Q. -(9)

20

ы,К1„(1+д i n GiN- к,„(1+д„)

G...Gi-GL )

25

30

х

й 35

40

(10)

vr-iK--,K- (7ТоТ57к57о (11)

где , - добротность ветви

из резистора 5 и конденсатора 6 на частоте ц) при и

К cjj/u), - отношение частот измерени .

С учетом равенств (9) и (10) уравнение (7) в конце доуравновешивани  на частоте uj, может быть записано как

U,G;,+jw,G;,,ReY,(u),),(u,,)J.

(12)

Аналогично уравнение (8) может быть записано как

U,G,V +jc.,G,,,ReYЛыJ + (a,),(13)

1

(14)

где

G ,G

К

1к R(KUQp

Q

U)iRan(K +Qn2)

(15)

Как следует из (12) и (13) уточненные значени  G ,,,, G , G,, точно соответствуют .значени м составл ющих проводимости Y-, на частоте U),, а также активной составл ющей этой проводимости на частоте tj

После вычислени  значений G , ,,т, vr 1УТ 1УТ провод т повторный процесс уравновешивани  по четьфем параметрам. Повторный процесс осуществл ют по известному способу . Однако, вместо значений G , , G, d G используют уточненные значени  GfvjT G.,., а вместо значени  G , „ исиспользуют значение

Cm,,-C2KdGv,/u;,(), (16) .

в конце каждой i-ой операции повторного процесса уравновешивани  после установки значений С ,, , К,; , С,, , G,, справедливы равенства

,,.( (17)

aJ,c,.j,u.,cU;

(18)

15

,,

1

.G

1УТ

(19)

R,.-H(l7j,C,;)

налогичные равенствам (l)-(3). Благодар  выполнению равенств (17) (19) в конце каждой i-ой операции выполн етс  равенство (12), а следовательно , и равенство (7),которые не содержат тока разбаланса (со,) обусловленного вли нием высших гармо ник. Поэтому в конце каждой i-ой one рации повторного процесса уравновешивани  моста на частоте щ полностью уравновешен при наибольшей чувствительности нуль-индикатора 12, т.е. имеет место равенство

/li;(u5,)0.(20)

Аналогично, благодар  выполнению равенства (19) в конце каждой .-ой операции при выставленных значени х С,; , R,ji , С ,i , G,j справедливо равенство

U,G ;,(co). (21) (см.-равенства (8) и (13)), в отсутствии активной составл ющей тока разбаланса Re4igr(cO-), обусловленной вли нием высших гармоник.

Поскольку равенства (7) и (8), а следовательно, и равенства (12) (13).вьтолн ютс  с погрешностью, меньшей порога чувствительности нуль- индикатора, то и равенства (20) и (21) вьтолн ютс  с погрешностью, меньшей порога чувствительности нуль- индикатора 12.

Повторный процесс уравновешивани  заканчивают при достижении 1 еравен- ства

Vti(, (22) где Е - порог чувствительности нуль- индикатора 12.

Таким образом, после завершени  повторного процесса уравновешивани  по четырем параметрам мост с погрешностью , меньшей порога чувствительности Е, полностью уравновешен .и на частоте u), , и на частоте u).

После получени  неравенства (22) отсчитьшают значени  С,,,о, Rii

529132 R

8

- -

30

35

40

45

-го ,o i номер операций, при которой выполн етс  неравенство (22), и определ ют по формулам значени  измер емых парамет- ров С,, R,, С,, G,,.

Продолжительность измерени  по предлагаемому спбсоВу примерно вдвое больше, чем по известному способу, д поскольку мост дважды уравновешиваетс  по четырем параметрам. Необходимое число операций повторного процесса уравновешивани  по четырем парамет- рам оцениваетс  как

l5N -log -Y, (23)

где у- относительна  погрешность отсчета параметра С,, если параметр С, регулируют по методу взвешивани .

20 I Дл  улучшеии  сходимости при пов- . торном уравновешивании после проведени  8 операций (i78) может использоватьс  св зь

25 С,,;-С

(u),)2K/a),U,(K -1)

11 -10 f. /-,- ,

llt(A./VAVl )

(2А)

причем знак + (-) перед дробью в знаменателе ставитс , если после первой операции фаза тока 4l(u;j) положительна (отрицательна). Значение AJ находитс  по формуле

А C l С

f lyr

50

55

При использовании выражени  (24) последующее значение параметра С определ ют как

С,-.аС„ (25)

При использовании выражени  (24/ общее число операций повторного процесса уравновешивани  равно 10-12.;,,

Первый из описанных процессов уравновешивани  завершают за меньшее число операций, поскольку его заканчивают при показании нуль-индикатора , большем порога чувствительности Е (см. неравенство (6)).

При необходимости может быть проведено уточнение полученных значений 1ут inT rr описанным путем, после которого осуществл ют второе повторное уравновешивание моста по четырем параметрам.

Преимуществом предлагаемого способа  вл етс  также то, что значени  c i-,T-, cljT, Л G v)T определ ютс  по значени м С ,к , G ,K Cjn, близким к отсчитьшаемым значени м С , G,, , te 20 самым устран етс  вли Gis G ,,(l+G,,R,iJ

(29)

либо формулы (дл  схемы на фиг. 3) ,. G,«; (30) (31)

2ТХ 14

С ,х С,;,;

91

ние погрешности, с которой образцовы элементы плеча сравнени  С, и G, воспроизвод т значени  С , G| , отсчитываемые в конце предварительных уравнвешиваний моста, на результаты измерени  параметров четырехэлементных двухполюсников, проводимого по известному способу.

Способ может использоватьс  дл  измерени  параметров четырехэлемент- ных двухполюсников (фиг, 2 и 3), которые при использовании моста (фиг,1 подключаютс  к зажимам 16 и 19. Схема плеча 1 сравнени  при этом не мен етс . После нахождени  значений С,, CZK G IK описанным образом провод т далее пересчет параметров схемы плеча 7 (фиг. 1) в параметры схем на фиг. 2 и 3. Используют следующие формулы (дл  схемы на фиг.2) Ci ; (26) ./(,.R,,): (27) C2,(H-G,,R,,); (28)

с.„.-с, );

ох

1

Сгх

Ci«

G.9, r-n(c

(32) ). (33)

1X t X

По предлагаемо(|у способу возможно также измерение параметров четырехэлементных двухполюсников, у которых один из элементов схемы замещени  образует с остальной частью схем замещени  последовательное соединение .

Таким образом, предлагаемый способ позвол ет проводить измерени  параметров четырехэлементных CGRC двухполюсников по шести схемам заме- щени , в которых один из,элементов образует либо параллельное, либо поo

1

5

0

5

0

5

0

S

32 10

следовательно соединение с остальной частью схемы, т.е. характеризуетс  той же областью применени , что и известный способ. Измерени  по предлагаемому способу характеризуютс  большей точностью, благодар  устранению вли ни  высших гармоник на точность определени  составл ющих комплексной проводимости плеча измерени  на двух заданных частотах. Предлагаемый способ может быть использован дл  разработки на его основе мостов переменного тока, предназначенных дл  достаточно точных измерений параметров объектов исследовани  в биологии , радиоэлектронике, электрохимии и в других област х науки и техники, где объект измерени  имеет четырех- злементную схему замещени .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ измерени  четырехэлементных двухполюсников мостом переменного тока по авт. св. № 1320761, отличающийс  тем, что, с целью повьшени  точности измерени , провод т доуравновешивание моста на двух заданных частотах регулировкой двух параметров плеча сравнени  при неизменных значени х двух других параметров плеча сравнени , вычисл ют значени  активной и реактивной составл ющих комплексной проводимости плеча измерени  на первой заданной частоте и значение активной составл ющей проводимости на второй заданной частоте, провод т повторное уравновешивание моста по четырем параметрам с использованием этих значений , вычисл ют значени  измер емых параметров по результатам значений регулируемых параметров при достижении частотно-независимого состо ни  равновеси  моста.

   Редактор Т. Парфенова

   сриг. 3

   Составитель В, Семенчук

   Техред А.Кравчук Корректоре. Шекмар

   Заказ 7636/40

   Тираж 714

   ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   - . - - - - - ....М- -..«.M.

   Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

   Подписное