Цифровой мост переменного тока

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ оц 8731 34 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заювлеио 300379 (21) 2744210/18-21 (51)М. Кл.з

G 01 В 17/10 с присоедииеииеем заювки 14о— (23) Приоритет

Государственный комнтет

СССР но делам нзобретеннй н .открытнй

Опубликовано 1510.81. Бюллетень Й938

Дата опубликованию описанию 151081 (53} УДК 621. 317. .733(088.8) (72) Авторы изобретению

A-Ф. Прокунцев, Г.И. Иаронов и JI у р

j

Пензенский завод — ВТУЗ при ЗавЬдаВЗМ и Филиал

Пензенского политехнического института."=== -, (71) Заявители (54) ЦИФРОВОИ ИОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров комплексного сопротивления.

Известен цифровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, вершина измерительной диагонали которой, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к первым входам первого и второго фазовременных преобразователей н к третьему входу третьего фазовременного преобразова- 15 теля, вторая вершина измерительной диагонали подключена ко второму входу второго фазовременного преобразователя, выход которого подсоединен ко вторым входам четырех интеграто-. 2О ров, вершина диагонали питания мостовой. измерительной цепи, приьикающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к первому входу дифФеренцирующей цепи и третьему входу первого фазовременного преобразователя, первый и второй . выходы которого подключены соответственно к первым входам первого и второго интеграторов, выходы которых ЗО подсоединены соответственно к прямо-. му и инверсному входам первого элемента ЗАПРЕТ, выход которого через блок уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления подключен ко входу первого цифрового индикатора, это* рая вершина диагонали питания мостовой измерительной цепи подсоединена ко вторым входам дифференцирукщей цепи, первого и третьего фазовременных преобразователей и к третьему входу второго фазовременного .преобразователя, выход дифференцирующей цепи подключен к первому входу третьего фазовременного преобразователя, первый и второй выходы которого подсоединены соответственно к первым входам третьего и четвертого интеграторов, выходы которых подключены соответственно к прямому и инверсному входам второго элемента ЗАПРЕТ, выход которого через блок уравновешивания по.активной составляющей из-. меряемого комплексного сопротивления подсоединен ко входу второго блока индикации $1).

Недостатком данного мЗста является невысокая точность канала уравновешивания по активной составляющей

873134 измеряемого комплексного сопротивления, обусловленная наличием в этом канале дифференцирующей цепи, вносящей погрешность в процесс форми- . рования регулирующих воздействий, вследствие чего точность измерения активной составляющей измеряемого комплексного сопротивления занижена.

Известен цифровой мост переменного тока, лишенный указанного недостат- ка, содержащий генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, первая вершина диагонали питания которой, примыкающая к изме« ряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к первому входу первого 15 фазовременного преобразователя и второму входу третьего фаэовременного преобразователя, вторая вершина диагонали питания подключена ко второму входу первого фазовременного, ф преобразователя, первая вершина измерительной диагонали, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к третьим входам первого и третьего фаэовременных . преобразователей и второму входу второго фазовременного преобразователя, вторая вершина измерительной диагонали подсоединена к третьему входу второго и к первому входу третьего фазовременных преобразователей, первый и второй выходы первого фазовременного преобразователя подключены к первым входам первого и второго интеграторов соответственно, выход второго фаэовременного преобраэователяз подсоединен ко вторым входам четырех интеграторов, первый и второй выходы третьего фаэовременного преобразователя подключены к первым входам третьего и четвертого интегра- 49 торов соответственно, выход первого интегратора подсоединен к прямому входу первого элемента ЗАПРЕТ, инверсных вход которого подключен к выходу второго интегратора, выходы 4> третьего и четвертого интеграторов подсоединены соответственно к прямому и инверсному входам второго элемента ЗАПЕРТ, выход первого элемента

ЗАПРЕТ через блок уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления подсоединен к первому блоку индикации, выход второго элемента ЗАПРЕТ через блок уравновешивания по тангенбу угла потерь измеряемого комп;лекуиого сопротивления подключен ко входу второго блока индикации $2/.

Недостатком этого моста является невысокая точность,измерения составляющих комплексного сопротивления, 4О обусловленная наличием двухканальной структуры в каждом тракте формирования регулирующих воздействий.

Цель изобретения - повышение точности измерения тангенса угла потерь д5 н реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления.

Указанная цель достигается тем, что в известный цифровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, пять согласующих устройств, вход первого из которых соединен с вершиной диагонали питания мостовой измерительной цепи, не примыкающей к измеряемому комплексному сопротивлению, а выход — с первым входом первого фазовременного преобразователя, выход которого соединен с первым входом первого интегратора, вход второго согласующего устройства и первый вход третьего согласующего устройства соединен с первой вершиной измерительной диа- . гонали мостовой измерительной цепи, вторые входы третьего и четвертого согласующих устройств соединены с вершиной диагонали йитания мостовой измерительной цепи, не примыкающей к измеряемому. комплексному .сопротивлению, выход третьего согласующего устройства соединен с одним из входов второго фазовременного преобразователя, выход которого соединен с другим входом первого интегратора и первым входом второго интегратора, второй вход четвертого согласующего устройства и вход пятого согласующего устройства соединены с вершиной диагонали питания мостовой измерительной цепи, примыкающей к измеряемому комплексному сопротивлению, выход четвертого согласующего устройства соединен со вторым входом первого фаэовременного преобразователя и первым входом третьего фазовременного преобразователя, второй вход которого соединен с выходом пятого согласующего устройства, выход третьего фаэовременного преобразователя соединен со вторым входом второго интегратора, вторая вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи соединена с общей шиной, два блока уравновешивания и два блока индикации, входы которых соединены соответственно с выходами блоков уравновешивания, введены управляемый инвертор и блок управления инверто- . ром, причем выход второго согласующего устройства подсоединен к первому входу блока управления инвертором и информационному входу управля-: емого инвертора, выход которого подключен к первому входу второго фаэовременного преобразователя, выход третьего соглааукщего устройства подсоединен ко второму входу блока управг.ения инвертором, .выход которого подключен к управляющему входу управляемого инвертора. При этой выход первого интегратора сое- . динен со входом первого блока урав873134 новешивания, а выход второго интег. Ратора соединен со входом второго блока уравновешивания.

Принципиальное отличие предлагаеМого цифрового моста переменного тока от известного заключается в том, что замена двухканальной структуры в каждом тракте формирования регулирующих воздействий на одноканальную позволяет повысить точность уравновешивания по тангенсу угла потерь и реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 — топографические диаграмьи процесса уравновешивания мостовой измерительной цепи по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления и по тангенсу угла потерь соответственно; на фиг. 4 - 7 изображены временные диаг- 20 рамью, поясняющие работу канала уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления.

Устройство содержит мостовую 25 измерительную цепь 1, у которой имеется измеряемое комплексное сопротивление 2, 3 (С,Rd), образцовый элемент 4, служащий для выбора предерегулируе ий элемент служащий для уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления (R3), регулируеьий элемент 6, служащий для уравновешивания по тангенсу угла потерь (R4), образцовый нерегулируеьий элемент 7(С4), генератор синусоидального напряжения 8, согла сующие устройства 9 — 13, блок 14 управления инвертором, управляемий инвертор 15, фаэовременные преобра- 40 эователи 16-18, интеграторы 19, 20, блок 21 уравновешивания по тангенсу угла потерь, блок 22 уравновешивания по реактивной составлякщей: измеряемого комплексного сопротивления, блоки 23, 24, причем генератор, синосуидального напряжения 8 включен в диагональ питания ав мостовой измерительной цепи 1, вершина дна о нали питания которой а, не примыкаю- у) щая.к измеряемому комплексному соп-.. ротивлению 2, 3, подсоединена м первому. входу согласующего устройства 12, ко второму входу согласующего устройства 11 и через согласующее устройство 9 - к первому входу фаэовременного преобразователя 16, выход которого подключен к первому входу. интегратора 19, выход которого через блок уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого Щ комплексного сопротивления подсоединен ко входу блока индикации 23, вторая вершина диагонали питания подключена ко второму входу согласующего устройства 12 и через согласую- Я щее устройство 13 — к первому входу фазовременного преобразователя 18, выход которого подсоединен к первому входу интегратора 20, выход которого через блок 22 уравновешивания по тангенсу угла потерь подсоединен red входу блока индикации 24, первая вершина измерительной диагонали, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подключена к первому входу согласующего устройства 11 и через согласующее устройство 10 — к первому входу блока 14 управления инвертором и к информационному входу управляемого инвертора 15, выход которого подсоединен к первому входу фазовременного преобразователя 17, выход согласующего устройства. 11 подсоединен ко вторым входам блока 14 управления инвертором и фазовременного преобразователя 17, выход которого подключен ко вторым входам интеграторов 19, 20, выход блока управления инвертором. 14 подсоединен к управляющему входу управляемого инвертора 17, выход согласующего устройства 12 подключен ко вторым входам фазовременных преобразователей 16, 18, вторая вершина измерительной диагонали соединена с общей шиной.

На фиг. 2 и фиг. 3 с и d — потенциальные точки, соответствующие вершинам измерительной диагонали; а8 напряжение питания мостовой измерительной цепи; cd — напряжение небаланса мостовой измерительной цепи;

c8 — напряжение, снимаемое с плеча мостовой цепи, в которое включен образцовый.элемент, служащий для выбора пределов 4 (R ); а4 — напряжение, снимаемое с плеча мостовой цепи, в которое включен регулируемий элемент, уравновешивающий мостовую цепь по реактивной составляющей 5 (R );

ЬЬ вЂ” напряжение, снимаемое с плеча мостовой цепи, в которое включены образцовый нерегулируеьий элемент 7 (С, ) и регулируеьий элемент 6(В4), уравновещивающий мостовую цепь по тангенсу угла потерь; V — фазовый сдвиг, образованный векторами падения напряжения ad относительно напряжения питания аЬ;, — фазовый сдвиг образованный векторами напряженйя небаланса cd относительно падения напряжения са; ) — фазовый сдвиг, образованный векторами инвертированного напряжения небаланса

dc относительно падения напряжения са; — фазовый сдвиг, образованный векторами падения напряжения db относительно напряжения питанйя аЬ;

Ch, P — - окружности уравновешивания мостовой измерительной цепи в обобщенных обозначениях.

Процесс уравновешивания мостовой измерительной цепи по реактивной составляющей измеряемого комплекс873134 ного сопротивления осуществляют регулировкой переменного параметра

5(Й3). Мостовая цепь 1 (фиг. 1) находйтся в состоянии кваэнравновесня по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления, если потенциальные точки с и d, соответствующие вершинам измерительной диагонали, расположены на одной окружности (фиг. 2),- Информацию, необходимую для коммутации параметра, уравновешивающего мостовую измерительную цепь по реактивной составляющей получают путем сравнения угла v c углами Q или .$ причем угол ч сравнивается с углом 9, если М < 180, если же 9Ú 180, то угол ч сравнивается с углом . Это дает возможйость точно определить, в какой иэ четырех зон круговой диаграмма (фиг. 2 находится потенциальная точка d. Из анализа круговой диаграьеы видно, 20 что в случае когда потенциальная точка d находится в 1-й зоне, угол е

9 <180 и v

Уравновешивание мостовой измерительной цепи по тангенсу угла потерь достигается при расположении потенциальных точек С и д на одной окружности а(. для получения однозначной З0 информации о местоположении потенциальной точки d s одной кз возможных зон (фиг. 3 ) осуществляют сравнение угла Ф с углами 9 или,. причем сравнение угла g с углом f осуществляют sслучае,,если угол 9 <180 . Если же Ч 7180, то с угломЦсравнивают угол . Анализ круговой диаграмьи (Фиг. 3 ) показывает, что в случае нахождения потенциальной точки

С в 1.зоне угол: <180е и 9eg, 40

so 2-й зоне угол Q)180 и gpg в

3-ей эона угол 97 180 и (, в 4-й . зоне угол Q ) 180 . и .Cg .

Работа цифрового. моста сводится к одновременному уравновешиванию мос- 4 товой измерительной цепи по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления и по тангенсу угла потерь, осуществляемому двумя каналами. уравновешивания. Общим для обоих каналов формирования регулирующих воздействий является тракт, сос:тоящий иэ блока.14 управления кивер;тором, управляемого инвертора 15 и

;фаэовременного преобразователя 17, и .ффрмирующий сигнал, пропорциональ.ныЩфазовому сдвигу падения напряже- . ния са относительно либо .напряжения небаланса cd(9), либо инвертированного напряжения небаланса g . Тракт, состоящий из блока 14 управления кн- 4() вертором, управляемого инвертора 15, фазовременных преобразователей 16, 17, интегратора 19, блока Pl уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления и блока индикации 23, является каналом уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления.

Работа канала осуществляется следующим образом.

На первый вход фазовременного преобразователя (ФВП) 16 через согласующее устройство (Су) 9 подается напРЯжение Ucd, а на-втоРой вход

ФВП 16 постуйает напряжение 0 с

СУ 12. На второй вход ФВП 17 поступает напряжение u c Су 11, а на первый вход ФВП 17 подается напряжение u 180, то

УИ 15 инвертирует ис и на первый вход ФВП 17 подается напряжение и, Фаэовременные преобразователи 16, 17 вырабатывают импульсы одинаковой амплитуды (Фиг. 4, Фиг. 6, Фиг. 5, фиг. 7, строки d и е), длительность которых соответствует фаэовым сдвигам между напряжениями, поступающими на их входы. На выходе ФВП-16 вырабатывается импульс, длительностью, соответствующий фазовому углу v (фиг. 4, фиг. 6 фиг. 5, фиг. 7, строка.е). На вйходе ФВП 17 вырабатывается импульс, соответствующий по длительности либо углу f (если

9<1800), либо углу (если Ч7 180е) (фиг. 4. фнг. б, фиг. 5, фиг. 7 строка d)..

Импульсы с выходов ФВП 16 и ФВЛ 17 поступают на вход интегратора 19, который. сравнивает углы v и (если, Ч <-180, что соответствует расположению потенциальной точки d в 1-й или 3-й зонах круговой диагравеи на фиг. 2) нли углы ч и g (если 180, т.е. точка потенциальная d находится во 2-й или 4-й зоне круговой диаграммы фиг. 2). Полярность сигнала на выходе интегратора 19 зависит от соотношения фазовых углов v и 9 или и V . Сигнал на выходе интегратора 19 будет положительной полярности, если 9)9 клиМЪ (фит-. 5, фиг. 7, строка f) и отрицательной полярности, если Ч<Ч или

Одновременно с уравновешиванием по реактивной составляяхцей происхо-. дит уравновешивание по тангенсу угла потерь. Каналом уравновешивания по О д является тракт, содержащий блок управления инвертором 14, управляеьый инвертор 15, .фазовремен- . g ные преобразователи 17, 18, интегратор 20, блок 22 уравновешивания по тангенсу угла потерь и блок индикации 24. Работа этой части блокcxew происходит аналогично работе ,канала уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления. Отличие заключается в том, что фаэовые углы 9нли сравниваются с углом .

Исйольэование предлагаемого цифрового моста переменного тока обеспечивает по сравнению с существующими мостами более высокую точность . измерения тангенса угла потерь и я5 реактивной составлякщей измеряемого комплексногд сопротивления.

Формула изобретения

Цифровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидальиого напряжения, включенный в диагональ .питания мостовой измерительный цепи, пять согласующих устройств, вход пер- . вого из которых соединен с вершйиой диагонали питания мостовой измери.тельной цепи, ие.примыкающей к измеряемому комплексному сопротивлению, а выход « «с первым входом первого 40 фазовременного преобразователя, выход которого соединен с первым входом первого фазовременного преобразователя, выход которого соединен с пер» .вым входом первого интегратора, вход 45 .второго согласующего устройства и первый вход третьего согласукщего устройства соединены с первой верши ной измерительной диагонали мостовой измерительной цепи, вторые входы $g третьего и четвертого согласующих устройств соединены с вершиной диагонали питания мостовой измерительной цепи, не привыкающей к измеряемому комплексному сопротивлению, вы- . ход третьего согласующего устройства соединен с одним из входов второго фазовременного преобразователя, выход которого соединен с другим входом первого интегратора и первым входом второго интегратора, второй вход, четвертого согласующего устройства и вход пятого согласующего устройства соединены с вершиной диагонали питания мостовой измерительной цепи, прижкакщей к измеряемому комплексному сопротивлению, выход четвертого согласующего устройства соединен со вторым входом первого фазовременно" го преобразователя и первым .входом третьего фаэовременного преобразова.теля, второй вход которого соединен с выходом пятого согласующего уст.ройства, выход третьего фазовременкого преобразователя сбедйнен со вторым входом второго интегратора, вторая вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи coåдннена с общей шиной, два блока уравновешивания и два блока индикации, входы которых соединены соответственно с выходами блоков уравновешивания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены управляемый инвертор и блок управления инвертором, причем выход второго согласующего устройства подсоединен к первому входу блока управления инвертором и информационному входу управления инвертора, выход которого подключен к первому входу второго фазовременного преобразователя, выход третьего согласующего устройства подсоединен ко второму входу блока управления инвертором, выход которого подключен к управляющему входу управляевюго инвертора, при этом выход первого интегратора соединен со входом. первого блока уравновешивания, а выход второго интегратора соединен со входом второго блока уравновешивания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Прокунцев A.Ô., Крам А.Л., Иаксимова Е.С. Цифровой мост переменного тока.-"Приборы и системы управления",. 1977, В 11.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке В 2596912/21 26.12 ° 78.