SU873134A1 - Цифровой мост переменного тока - Google Patents

Description

(54) ЦИФРОВОЙ МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано дл  измерени  параметров комплексного сопротивлени . Известен цифровой мост переменно го тока, содержащий генератор синусоидального напр жени , включенный в диагональ питани  мостовой измерительной цепи, вершина измерител ной диагонали которой, примыкающа  к измер емому комплексному сопротив лению, подсоединена к первым входам первого и второго фазовременных пре образователей и к третьему входу третьего фазовременного преобразова тел , втора  вериина измерительной диагонали подключена ко второму вхо ду второгр фазовременного преобразо вател , выход которого подсоединен ко вторым входам четырех интеграторов , вершина диагонали питани  мостовой . измерительной цепи, примыкающа  к измер емому комплексному сопротивлению , подсоединена к первому входу дифференцирующей цепи и треть ему входу первого фазовременного преобразовател , первый и второй выходы которого подключены соответственно к первым входам первого и второго интеграторов, выходы которы подсоединены соответственно к пр мотму и инверсному входам первого эдхемента ЗАПРЕТ, выход которого через блок уравновешивани  по реактивной составл ющей измер елюго комплексного сопротивлени  подключен ко входу первого цифрового индикатора, вто ргш вершина диагонали питани  мостовой измерительной цепи подсоединена ко вторым входам дифференцирующей цепи, первого и третьего фазовременных преобразователей и к третьего входу второго фазовременного .пре- образовател , выход дифференцирующ,ей цепи подключен к первому входу третьего фазовременного преобразовател , первый и второй выходы которого подсоединены соответственно к первым входам третьего и четвертого интеграторов , выходы которых подключены соответственно к пр мому и инверсному входам второго элемента ЗАПРЕТ, выход которого через блок уравновешивани  по,активной составл ющей нагмер емого комплексного сопротивлени  подсоединен ко входу второго блока индикации l. Недостатком данного мйста  вл етс  невысока  точность канала уравновешивани  по активной составл ющей измер емого комплексного сопротивле ни , .обусловленна  наличием в этом канале дифференцирующей цепи, внос щей погрешность в процесс форми- . ровани  регу/1ируюмих воздействий, вследствие чего точность измерени  активной составл ющей измер емого комплексного сопротивлени  занижена Известен цифровой мост переменного тока, лишенный указанного недоста ка, содержащий генератор синусоидаль ного напр жени , включенный в диагональ питани  мостовой измерительной цепи, перва  вершина диагонали питани  которой, примлкающа  к измер емому комплексному сопротивлению, подсоединена к первому, первого фазоврёменного преобразовател  и второму входу третьего фазоврёменного преобразовател , втора  вершина диагонали питани  подключена ко второму входу первого фазоврёменного преобразовател , перва  вершина измерительной диагонали, примыкак да  к измер емому комплексному сопротивлению , подсоединена к третьим входам первого и третьего фазовременных . преобразователей и второму входу вто рого фазоврелюнного преобра,зовател  втора  вершина измерительной диагонали подсоединена к третьему входу второго и к первому входу третьего фазовременных преобразователей, первый и второй выходы первого фазоврёменного преобразовател  подключены к первым входам первого и второго интеграторов соответственно, выход второго фазоврёменного преобразовате подсоединен ко вторым входам четырех интеграторов, первый и второй выходы третьего фазовременного преоб разовател  подключены к первым входам третьего и четвертого интеграторов соответственно, выход первого интегратора подсоединен к пр мому входу первого элемента ЗАПРЕТ, инверсных вход которого подключен к выходу второго интегратора, выходы третьего и четвертого интеграторов подсоединены соответственно к пр мому и инверсному входам второго элемента ЗАПЕРТ, выход первого элемент ЗАПРЕТ через бдок уравновешивани  по реактивной составл ющей измер емого комплексного сопротивлени  подсоединен к первому блоку индикации , выход второго элемента ЗАПРЕТ через блок уравновещиванй  по тангенйу угла потерь измер емого компглекуйого сопротивлени  подключен ко входу второго блока индикации 12J Недостатком этого моста  вл етс  .невысока  точность .измерени  составл кидих комплексного сопротивлени , обусловленна  наличием двухканальной структуры в каждом тракте формирова ни  регулирующих воздействий. Цель изобретени  - повышение точности измерени  тангенса угла потер и реактивной составл к цей измер емого комплексного сопротивлени . Указанна  цель достигаетс  тем, что в известный циЛровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напр жени , включенный в диагональ питани  мостовой измерительной цепи, п ть согласующих устройств, вход первого из которых соединен с вершиной диагонали питани  мостовой измерительной цепи, не при1 ыка1ощей к измер емому комплексному сопротивлению, а выход - с первым входом первого фазовременного преобразовател , выход которого соединен с первым входом первого интегратора , вход второго согласующего устройства и первый вход третьего согласующего устройства соединен с первой вершиной измерительной диагонали мостовой измерительной цепи, вторые входы третьего и четвертого согласующих устройств соединены с вершиной диагонали питани  мостовой измерительной цепи, не приникающей к измер емом комплексному сопротивлению , выход третьего согласующего устройства соединен с одним из входов второго фазовременного преобразовател , выход которого соединен с другим входом первого интегратора и первым входом второго интегратора, второй вход четвертого согласующего устройства и вход п того согласующего устройства соединены с вершиной диагонали питани  мостовой измерительной цепи, примыкающей к измер емому комплексному сопротивлении), выход четвертого согласующего устройства соединен со вторым входом первого фазовременного преобразовател  и первым входом третьего фазовременного преобразовател , второй вход которого соединен с выходом п того согласующего устройства, выход третьего фазовременного преобразовател  соединен со вторым входом второго интегратора , втора  вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи соединена с общей шиной, два блока уравновешивани  и два блока индикации, входы которых соединены соответственно с выходами блоков уравновешивани , введены управл емый инвертор и блок Управлени  инверто- - ром , причем выход второго согласующего устройства подсоединен к первому входу блока управлени  инвертором и информационному входу управл емого инвертора, выход которого подключен к первому входу второго фазовреьюнного преобразовател , выход третьего согласующего устройства подсоединен ко второму входу блока управ.ени  инвертором, выход которого подключен к управл ющему входу управл емого инвертора. При этом выйэд первого интегратора сое- . динен со входом первого блока уравновеюивани , а выход второго интегратора соединен со входом второго блока уравновешивани . Принципиальное отличие предлагае мого цифрового моста переменного тока от известного заклю.чаетс  в том, что замена двухканальной струк туры в каждом тракте формировани  регулирующих воздействий на одноканальную позвол ет повысить точность уравновешивани  по тангенсу угла потерь и реактивной составл ющей из мер емого комплексного сопротивлени На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - топографические диаграмкы процесса уравновешивани  мостовой измерительной цепи по реактив ной составл ющей измер емого компле сного сопротивлени  и по тангенсу угла потерь соответственно; на фиг; 4 - 7 изображены временные диа раммы, по сй ющие работу канала ура новешивани  по реактивной составл ю щей измер емого комплексного сопротивлени . Устройство содержит мостовую измерительную цепь 1, у которой име етс  измер емое комплексное сопроти ление 2, 3 (С. ,R), образцовый элемент 4, служащий,дл  выбора пределов (R), регулируемой элемент 5, служащий дл  уравновешивани  по реактивной составл ющей измер емого комплексного сопротивлени  (R), регулируе1 1й элемент б, служащий дл  уравновешивани  по тангенсу угла потерь образцовый нерегулируемый элемент 7(04), генератор синусоидального напр жени  8, согла сующие устройства 9 - 13, блок 14 управлени  инвертором, управл емый инвертор 15, фазовременные преобразователи 16-18, интеграторы 19, 20, блок 21 уравновешивани  по тангенсу угла потерь, блок 22 уравновешивани  по реактивной составл ющей измер емого комплексного сопротивле ни , блоки 23, 24, причем генератор синосуидального напр жени  8 включе в диагональ питани  ав мостовой измерительной цепи 1, вершина налй питани  которой а, не примыкаю ща , к измер емому комплексному соп ротивлению 2, 3, подсоединена к первому входу согласун цего устройст ва 12, ко второму входу согласуклцего устройства 11 и через согласующее устройство 9 - к первому фазовременного преобразовател  16, выход которого подключен к первому входу.интегратора 19, выход котброг через блок уравновешивани  по рейктивной составл ющей измер емого комплексного сопротивлени  подсоеди нен ко входу блбка индикации 23, втора  вершина диагонали питани  ключена ко второму входу согласующего устройства 12 и через согласую щее устройство 13 - к первому входу фаэовременного преобразовател  18, выход которого подсоединен к первому входу интегратора 20, выход которого через блок 22 уравновешивани  по тангенсу угла потерь подсоединен KCJ входу блока индикации 24, перва  вершина измерительной диагонали, при1 1кающа  к измер емому комплексному сопротивлению, подключена к первому входу согласующего устройства 11 и через согласующее устройство 10 - к первому входу блока 14 управлени  инвертором и к информационному входу управл емого инвертора 15, выход которого подсоединен к первому входу фазовременного преобразовател  17, выход согласующего устройства. 11 подсоединен ко вторым входам блока 14 управлени  инвертором и фазовременного преобразовател  17, выход которого подключен ко вторым входам интеграторов 19, 20, выход блока управлени  инвертором 14 подсоединен к управл ющему входу управл емого инвертора 17, выход согласующего устройства 12 подключен ко вторым входам фазовременных преобразователей 16, 18, втора  вершина измерительной диагонгши соединена с общей шиной. На фиг. 2 и фиг. 3 с и d - потенциальные точки, соответствующие вершинам измерительной диагонали; аВ напр жение питани  мостовой измерительной цепи; cd - напр жение небаланса мостовой измерительной цепи; са - напр жение, снимаемое с плеча мостовой цепи, в которое В1 лйчен образцовый . элемент, служащий дл  выбора пределов 4 (R/); ad - напр жение, снимаемое с плеча мостовой цепи, в которое включен регулируемой элемент , уравновешивающий мостовую цепь по реактивной составл ющей 5 (Rj) bd - напр жение, снимаемое с плеча мостовой цепи, в которое включены образцовый нерегулируегллй элемент 7 (Сд) и регулируемый элемент ), уравновещивающий мостовую цепь по тангенсу угла потерь; V - фазовый сдвиг, образованный векторами падени  напр жени  ad относительно напр жени  питани  . V - фазовый сдвиг образованный векторами напр жени  небсшанса cd относительно падени  напр жени  са; - фазовый сдвиг, образованный векторами инвертированного напр жени  небаланса dc относительно падени  напр жени  са; - фазовый сдвиг, образованный векторами падени  напр жени  db относительно напр жени  питани  аЬ; dl , Р- окружности уравновешивани  мостовой измерительной цепи в обобщен1шх обозначени х. Процесс уравновешивани  мостовой измерительной цепи по реактивной составл ющей измер емого комплексного сопротивлени  осуществл ют р1вгулировкой переменного параметра 5(R). Мостова  цепь 1 (фиг. 1) находитс  в состо нии квазиравновеси  по реактивной составл ющей измер емого комплексного сопротивлени , если потенциальные точки с и d, соответствующие ве шиндм измерительной диагонали , расположены на одной окружности (фиг. 2).- Информацию, необходимую дл  коммутации параметра, уравновешивающего мостовую измерительную цепь по реактивной составл ющей получают путем сравнени  угла v с углами f или 1J , причем угол v сравниваетс  с углом Ч, если 1р - 180, если 180 ,, то угол v сравниваетс  с углом . Этодаёт возможность точно определить, какой из четырех зон круговой диаграммы (фиг. 2 ) находитс  потенциальна  точка d. Из анализа круговой диаграмма видно, что в случае/ когда потеициапьна  точка d находитс  в 1-  зоне, угол Ч 18а°и , во 2-й зоне угол f 180 и У7Ц, в 3-й зоне угол 180 и , в 4-й зоне угол If 180 и ,

Уравновешивание мостовой измерительной цепи по тангенсу угла потерь достигаетс  при расположении потенциальных точек С и d на одной окружности d.. Дл  получени  одноз начной информации о местоположении потенциальной точки d в одной из возможных зон (фиг. 3 ) осуществл ют сравнение угла Д с углами или | , сравнение угла в с углом f осуществл ют в случае, если угол Ч 180 . Если же f 180 , то с углом сравнивают угол ) . Анализ круговой диаграммы (фиг. 3) показывает, что в случае нахожден1|  потенциальной точки С в 1 зоне угол. к f , во 2-й-зойе угол Чг в 3-ёй зоне угол , в 4-й зове угол Ч 180° и .

Работа цифрового моста сводитс  к одновременному гравновешиванию моетовой измерительной цепи по реактивной составл ющей измер емого комплексного сопротивлени  и потангенсу угла потерь, осуществл емому двум  каналами ура1вновешивани . Обьшм дл  обоих каналов формировани  регулирующих воздействий  вл етс  тракт, состо щий из блока 14 управлени  инвер;тором , управл емого инвертора 15 и :фазовре1«1енного преобразовател  17, и формирующий сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу падени  напр жени  са относительно либо .напр жени  небаланса ), либо инвертированного напр жени  небаланса У . Тракт, состо щий из блока 14 управлени  инвертором , управл емого-инвертора 15, фазбвременных преобразователей 16, 17 интегратора 19, блока И. уравновешивани  по реактивной составл ющей измер емого комплексного сопротивлени  и блока индикации 23,  вл етс  каналом уравновешивани  по реактивней составл ющей измер емого комплексного сопротивлени .

Работа канала осуществл етс  следующим образом

На первый вход фазовременного преобразовател  (ФВП) 16 через согласунлцее устройство (СУ) 9 подаетс  напр жение Ug, а на-второй вход ФВП 16 поступает напр жение U,, с СУ 12. На второй вход ФВП 17 поступа напр жение с СУ 11, а на первый вход ФВП 17 подаетс  напр жение либо с СУ 10 через управл емый инвертор (УИ)15.УИ 15 управл етс  сигналами с блока 14 управлени  инвертором , который, осуществл ет сравнение фазового угла f с углом, равным 180°. В том случае, когда угол , через УИ 15 проходит сигнал Upd. Если же угол Р 180° , то УИ 15 инвертирует и и на первый вход ФВП 17 подаетс  напр жение и . Фазовременные преобразователи 16, 17 вырабатывают импульсы одинаковой амплитуды (фиг. 4, фиг. б, фиг. 5, фиг. 7, строки d и е), длительность которых соответствует фазовым сдвигам между напр жени ми, поступанидимина их входы.. На выходе ФВП-16 вырабатываетс  импульс ..длительностью соответствук ций фазовому углу v (фиг. 4, фиг. 6, фиг. 5, фиг. 7, строка-е). На выходе ФВП 17 вырабатываетс  импульс, соответствующий по длительности либо углу (если ), либо углу 1 (если Ч71800) (фиг. 4. фиг. 6, фиг. 5, фиг. 7 строка d)...

Claims (2)

1. Импульсы с выходов ФВП 16 и ФВП 1 поступают на вход интегратора 19, который .сра18нивает углы v и f (если, Ч 180, что соответствует расположению потенциальной точки d в 1-й .или 3-й зонах круговой диаграмма а фиг. 2) или углы V и V) (если IQCr , т.е. точка потенциальна  d находитс  во 2-й или 4-й зоне круговой диаграми« фиг. 2). Пол рность сигнала на выходе интегратора 19 зависит от соотношени  фазовых углов v и f или У и V . Сигнал на выходе интегратора 19 положительной пол рное-, ти, если или (фиг-. 5, фиг, 7, строка f) и отрицательной пол рности , если V 4или (фиг. 4, фиг. 6 строка f). Выходной сигнал интегра тора 19 управл ет работой блока уравновешивани  по реактивной составл ющей 21 измер емого комплексного сопротивлени . Блокиру  (сбрасыва  } все изменени  параметра, уравновешивающегр мостовую измерительную цепь по реактивной г-оставл н дей, привод щие к отрицательной пол рности сигнала на выходе интегратора 19, и сбрасыва  АблЭкиру ) все изменени , привод щие к положительной пол рности сигнала на вых.оде интегратора 19, прои вод т уравновешивание по реактивгной составл ющей измер емого лексного сопротивлени . Одновременно с уравновешивамием по реактивной составл ющей происходит уравновешивание по тангенсу уг ла потерь. Каналом уравновешивани  noig-d  вл етс  тракт, содержащий блок управлени  инвертором 14, управл емый инвертор 15, фазовременHiae преобразователи 17, 18, интег-ратор 20, блок 22 уравновешивани  по тангенсу угла потерь и блок индикации 24. Работа этой части блоксхе№а происходит аналогично работе канала уравновешивани  по реактивной составл кнцей измер емого компле сного сопротивлени . Отличие заключаетс  в том, что фазош е утлы или ) сравниваютс  с углом |. . Использование предлагаемого цифрового мобта переменного тока обеспечйвает по сравнению с существующими мостами более высокую точиосзт изк рени  тайгенса угла потерь и реактивной составл кщей измер емого комплексного сопротивлени . Формула изобретени  Цифровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напр жени , включенный в диагона . питани - мостовой измерительный цепи п ть согласующих устройств, вход пе вого из которых соединен с вершиной диагонали питани  мостовой измери .тельной цепи, не. прим какхцей к изме р емому комплексному сопротивлению, а выход - с первым входом первого фазовременного преобразовател , вых которого соединен с первым входом первого фазовременного преобразовател , выход которого соединен с ftfep . вым входом первого интегратора, вход . второго согласующего устройства и первый вход третьего согласующе.го устройства соединены с перврй вершиной измерительной диагонали моётовой измерительной цепи, вторые входа третьего и четвертого согласующих устройств соединены с верциной диагонали питани  мостовой измерительной цепи, не прикыкающей к измер емому комплексному сопротивлению, выход третьего согласующего устройства соединен с одним из входов второго фазовременного преобразовател , выход которого соединен с другим входом первого интегратора и первым входом второго интегратора, второй вход, четвертого согласующего устрой-, ства и вход п того согласук цего устройства соединены с верииной диагонали питани  мостовой измерительной цепи/ примыкакщей к измер емому комплексному сопротивлению, выход четвертого согласук цего устройства соединен со вторым входом первого фазовременного преобразовател  и первым входом третьего фазовременного преобразова:тел , второй вход которого соединен с выходом п того согласующего устройства , выход третьего фазовременного преобразовател  сЬедМнен со вторым входом второго интегратора, втора  вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи соединена с общей шиной, два блока уравновешивани  и Д1ва блока индикации , входа которых соединены соответственно с выходами блоков уравновешивани , отличающийс  тем, что, с целью погаьавени  точности изнюрени , в него введены управл емый инвертор и блок управлени  инвертором , причем выход второго согласуощего устройства подсоединен к первому входу блока управлени  инвертором н информационному входу управлени  инвертора, выход которого подключен к первому входу второго фазовременного преобразовател , выход третьехчэ согласующего устройства подсоединен ко второму входу блока управлени  инвертором, выход ко- торого подключен к управл ющему входу управл емого инвертора, при этом выход первого интегратора соединен со входом первого блока уравновешивани , а выход второго интегратора соединен со входом второго блока уравновешивани . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Прокунцев А.Ф.,Крам А.Л., Максимова Е.С. Цифровой мост переменного тока.- Приборы и системы управлени , 1977, 11,
2. 2.Авторское свидетельство СССР по за вке 2596912/21 26.12.78.