Компенсационный мост переменноготока

Сафэ Советских Совраектичвзнк РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Ц 824065(22) Заявлено 31.05.79 (21) 2786094/18-21 С 01 К 17/10 с присоединением заявки Ио(23) Приоритет1 Государственный квинтет ССС Р но делам нзобретеннй н открытнй(088.8) Дата опубликования описания 2 З . 04 . 81о Л.А. Бугреева, В.А. Волков, А.ф. Прокунцев, Г,И. Шаронов и Е.М. Шуваев(72) Авторы изобретения САЦИОННЫЙ МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОК Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров комплексного сопротивления.Иавестно устройство, содержащее генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, вершина измерительной диагоналикоторой, примыкающая к измеряемому комплексному 10 сопротивлению, через первое согласующее устройство подсоединена ко входу фазосдвигающего устройства и к первому входу разностной схемы, вторая вершина измерительной диагонали соединена с общей шиной, вершина диагонали питания, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, соединена с первым входом второго согласующего устройства, вто" 20 рой вход которого подключен ко второй вершине диагонали питания, выход фазосдвигающего устройства через усилитель-ограничитель подключен к од.ному иэ входов элемента Запрет , 25 выход которого через блок уравновешивания подсоединен ко входу индикатора, выход второго согласующего устройства подключен ко второму входу раэностной схемы, выход которой 30 через формирователь импульсов подсоединен ко второму входу элементаЗапрет 11Недостатком данного устройства является узкий диапазон измерения составляющей комплексного сопротивления, обусловленный тем, что в качестве уравновешивающего элементаиспользуется образцовый элемент,расположенный в ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивлениеИзвестен компенсационный мост переменного тока, содержащий гене-, ратор синусоидального напряжения, выход которого подсоединен к первич-, ной обмотке трансформатора питания, мостовую измерительную цепь, одна ветвь которой составлена из последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления и образцового элемента, однородного измеряемой составляющей комплексного сопротивления, а вторая-из последовательно включенных образцовых элементов: одного, однородного измеряемой составляющей комплексного сопротивления, а другого, однородного по характеру неизмеряемой составляю- щей комплексного сопротивления, при чем оба образцовых элемента, одно824065 едактор В. Данко Тираж 7.32 Подписно ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий 13035, Москва,.Е 35, Раушская наб., д. 4/родных измеряемой составляющей комп.лексного сопротивления, включенныев смежные плечи ветвей мостовой измерительной цепи, соединены междусобой и подключены к началу нерегулируемой вторичной обмотки трансформатора. питания и к одному из входов согласующего устройства, второйконец ветви, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления, подключен к концу укаэанной вторичной обО. мотки трансформатора питания и ковторому входу упомянутого согласующего устройства, вершина измерительнойдиагонали мостовой измерительной,цепи, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, через второесогласующее устройство подсоединенак первым входам формирователя импульсов, первого и второго фазовремеииыхпреобразователей, вторая вершина иэ"мерительной диагонали соединена с Ообщей шиной, выход первого согласующего устройства подключен ко вторымвходам формирователя импульсов, первого и второго фазовременных преобразователей, выход Формирователя импульсов подсоединен к инверсномувходу первого элемента Запрет и кпрямому входу второго элемента Запрет , выходы первого и второго фазовременных преобразователей подсоеди Онены соответственно к прямому входупервого элемента Запрет и к инверсному входу второго элемента Запретвыходы первого и второго элементовЗапрет подключены соответственнок первому и второму входам элеменТаИЛИ, выход которого через блок уравновешивания подсоединен ко входу блока индикации 2.недостатком известного устройстваявляется невысокая точность иэмере Оння измеряемой составляющей комплекс"ного сопротивления, обусловленнаятем, что отсчет составляющей произ"водится в момент квазиравновесия, Аполного равновесия мостовой измерятельной цепи с помощью известногоустройства достичь можно лишь йридополнительном введении второго канала уравновешивания,Цель изобретения - повцщеиие точ- яОности измерения одной из составляющих комплексного сопротивления.указанная цель достигается тем,что в известный компенсационный мостпеременного тока, содержащий четыресогласующих устройства, генераторсинусоидального напряжения, выход которого подсоединен к первичной обмотке параметрического трансформатора,мостовую измерительную цепь, однаветвь которой составлена иэ последовательно соединенных измеряемогокомплексного сопротивлении и образцового элемента, однородного однойиз составляющих измеряемого комплексного сопротивления, а вторая ветвь 65 составлена иэ последовательно включенных образцовых элементов, один изкоторых однороден одной составляющейизмеряемого комплексного сопротивле-ния, а второй - другой его составляащей, причем оба образцовых элемента,однородные одной и той же составляющей измеряемого комплексного сопротивления, расположенные в разных вет"вях мостовой измерительной цепи,соединены между собой и образуютодну иэ вершин диагоналей питанияветвей, которая подключена к началупервичной обмотки параметрическоготрансформатора, ко входу первого согласующего устройства, к первомувходу второго согласующего устройстваи ко второму входу четвертого согласующего устройства, вторая вершина .диагонали питания ветви, содержащейизмеряемое комплексное сопротивление, подключена к концу первичнойобмотки параметрического трансформатора и ко второму входу второго согласующего устройства, вторая вершинадиагонали питания ветви, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления, подсоединена к началу вторичной коммутируемой обмотки параметрического трансформатора, расположенной на керне, повернутом наф 90 относительно керна, на которомрасположена первичная обмотка параметрического трансформатора, вершинаизмерительной диагонали, примыкающаяк измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена ко входу третьего согласующего устройства и к первому входу четвертого согласующегоустройства, вторая вершина измерительной диагонали Соединена с общей шиной, выходы первого и второго согласующих устройств подсоединены соответственно к первому и второму входам первого фазовременного преобразователя, выход которого подсоединенк первому входуинтегратора, выходчетвертого согласующего устройстваподключен ко второму входу второгофаэовременного преобразователя,выходкоторого подсоединен ко второму входу интегратора, выход которого черезвторой блок уравновешивания подключен ко входу второго блока индикации,выход первого блока уравновешиванияподсоединен к первому входу первого блока индикации, введены блок управления иивертором и управляемый инвертор, причем выход третьего согласующего устройства подсоединен к первому входу блока управления инвертором и к информационному входу управляемого иивертора, выход которогоподключен к первому входу второгофаэовременного преобразователя, выходчетвертого согласующего .Устройстваподсоединен ко второму входу блокауправления инвертором, выход которогоподключен к управляемому входу управ824065 55 60 65,ляемого инвертора и ко входу первогоблока уравновешивания, выход второгоблока уравновешивания подключен ковторому входу первого блока индикации, начало первичной обмотки парамет,рического трансформатора подсоединенок концу вторичной коммутируемой обмот ки параметрического трансформатора. Принципиальное отличие предлагаемого компенсационного моста переменного тока от известных.заключается в том, что введение новых блоков и связей позволяетпроизводить отсчет одной иэ состав-.ляющих измеряемого комплексного со"противления при достижении состояния 15полного равновесия компенсационно-мостовой измерительной цепи без дополнительного введения второго каналаформирования регулирующих воздействий, благодаря чему значительно повы шается точность измерения этой составляющей.На фиг. 1 представлена блок-схемапредлагаемого устройства; на фиг.2,3, 4 и 5 - топографические диаграммы процесса уравновешивания.мостовой измерительной цепи поактивной составляющей измеряемогокомплекса сопротивления; на фиг.б,7, 8 и 9 - временные диаграммы, поясняющие работу канала уравновешивания по реактивной составляющей изме"ряемого комплексного сопротивления.Устройство содержит мостовуюизмерительную цепь 1, включающую измеряемое комплексное сопротивление2 и 3 (й, С), образцовый элемент 4,служащий для выбора пределов (й),образцовый коммутируемый элемент 5,служащий для уравновешивания мостовой измерительной цепи по реактив-, 40иой составляющей (й), образцовыйэлемент б (Са),параметрическийтранс"форматор 7; первичную обмотку 8(У), вторичную коммутируемую обмотку 9 (У ), расположенную, на керне, 4псвернутом на + 90 ф относительнокерна, на котором расположена первичная обмотка, генератор 10 сннусоидального напряжения, согласующиеустройства 11, 12, 13 и 14, блок 15управления инвертором, управляемыйинвертор 16, фаэовремениые преобра"зователи 17 и 18, интегратор 19,блоки 20 и 21 уравновешивания, бло"ки 22 и 23 индикации. На фиг. 2,3,4,5 обозначено: сд - потенциальные точки, соответствующие вершинам измерительной диагонали;аЬ - напряжение питания ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление;аГ -,напряжение питания ветви, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления; сВ - напряжение небаланса компенсационно-мостовой измерительной цепи;аВ - напряжение, снимаемое с пле"ча компенсационно-мостовой измерительной цепи, содержащей регулируемый образцовый элемент 5 (В);са - напряжение, снимаемое с пле)ча компенсационно-мостовой измерительной цепи, содержащей. образцовый элемент, служащий для выбора пределов;ФЧ - фазовый сдвиг,. образованныйвекторами падения напряжения аВ относительно напряжения питания аЬ)фазовый сдвиг, образованный,векторами напряжения небаланса сВ .относительно напряжения питания аЬ- фазовый сдвиг, образован,ный векторами инвертированного напряжения небаланса сВ относительнопадения напряжения са,Процесс уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепипо реактивной (активной) составляющей измеряемого комплексного сопротивления осуществляют эа счет изменения напряжения питания ветви, несодержащей измеряемое комплексноесопротивление, путем коммутации витков вторичной обмотки И) располо-,женной на керне, повернутом на + 90оотносительно керна, на котором расположена первичная обмотка И.Компенсационно-мостовая измерительная цепь 1 (Фиг.1) находится всостоянии квазиравновесия по реактивной составляющей измеряемогокомплексного сопротивления, еслипотенциальные точки с и В, соответствующие вершинам измерительной диагонали, расположены на одной окружности ус(Р ) (Фиг.2,3,4 и 5).Информацию, необходимую для коммутации параметра, уравновешивающегомостовую измерительную цепь по реактивной составляющей, получают путем сравнения угла Ч с углом Ю или)(,),причем угол Ч сравнивается суглом Ч) если М ( 180. если же180 , то угол Ч сравнивается сугломЭто дает возможность точно определить, в какой из четырех зон круговой диаграммы (фиг.2) находится потенциальная точка с при расположениипотенциальной точки В внутри сС ,.Из анализа круговой диаграммы видно,что в случае, когда потенциальнаяточка с находится в 1-й зоне, уголК ( 180 и Ч ( 9, во 2-й зоне уголЧ180 и Ч)(, (фиг.3).В 3-ей зонеугол У180 и ЧУ, в 4-й зонеугол М180 и Ч с (, (Фиг.4) . Когдапотенциальная точка В находится внезоны окружности 9 у (фиг.5), эонвозможного местоположения точки ста:новится три: 1-я, 2-я и 4-я. Соотношения углов Ч, Ч и)(, в этих зонахсохраняются.) и (3) 11 рир чают полу 404) ЧаЬа (Мс разив отношениеЧ з соотношения витк имеют ыд Т --С и ф = фсения (6) определяют Из вы начени С 4(7) ей изме ления полно"ач и.,иой состОного соучить в От яемо акже о рачет акт о компл можно и новесия этом вляющ ротимомен Нй,"7 ай ЪЙЙ1623 Регулировкой переменного параметра 5 (В) добиваются момента полного равновеси( компенсационно-мостовой измерительной цепи, Этот процесс на топографической диаграмме (фиг.З и 4) представляет собой перемещение точки с по окружности Tд) до пересечения с линией вектора ад. В случае, когда потенциальная точка с лежит на линии вектора ад, выполня ется равенство Ч = 180. Если потенциальная точка с расположейа вы 10 ше линии вектора ад, угол ф.180 При, расположении потенциальной точки с ниже линии вектора ад угол Я 180Отсчет составляющих измеряемого комплексного сопротивления производят в момент полного равновесия компенсационно-мостовой измерительной .цепи.Отсчет реактивной составляющей. 20 измеряемого комплексного сопротивления можно получить следующим образом.Известно, что в момент полного равновесия компенсационно-мостовой измерительной цепи радиусы окружнос тей уравновешивания потенциальных .точек с и д равны вВыразив Ч и Ч через Ы и М, получаемВ ЖЯ сфс= у - -д (о(11)2 4 3Работа компенсационного мостапеременного тока сводится к установлению состояния полного равновесиякомпенсационно-мостовой измеритель.ной цепи, которое достигается двумяканалами уравновешивания.Общим для обоих каналов формирования регулирующих воздействийявляется тракт, состоящий из согласующих устройств 13 и 14 блока 15управления инвертором.Тракт, состоящий иэ блока 15 управления инвертором, управляемогоинвертора 16, фазовременных преобразователей 17 и 18, интегратора 19и блока 21 уравновешивания, является каналом уравновешивания по реактивной составляющей измеряемогокомплексного сопротивления.Работа канала осуществляется следующим образом.На первый вход фазовременного преобразователя (ФВП) 17 через согласующее Устроиство (СУ) 11 подаетсянапряжение О л, а на второй входФВП 17 поступает напряжение ОПь через СУ 12. На второй вход ФВП 18через СУ 14 поступает напряжениеО и, а на первый вход ФВП 18 подается напряжение Од с Су 13 черезуправляемый инвертор (УИ) 16. УИ16 управляется сигналами с блока управления инвертором (БУ) 15, которыйосуществляет сравнение фазового углаУ с углом, равным 180 . В том случае, когда угол Ч ( 180", черезУИ 1,6 проходит сигнал Осд. Если жеугол Ч ) 180 о, то УИ 16 инвертируетО, и на первый вход ФВП 18 подается напряжение Од. Фозовременныепреобразователи 17 и 18 вырабатываютимпульсы одинаковой амплитуды(фиг. 6,7,8 и 9; строки д и с),длительность которых соответствует фаэовым сдвигам между напряжениями, поступающими на их входы, На выходеФВП 17 вырабатывается импульс длительностью, соответствующей фазовомууглу Ч (фиг. 6,7,8 и 9; строка е).Яа выходе ФВП 18 вырабатывается импульс, соответствующий по длительности либо углу М (если М ( 180 ),либо углу (, (если М ) 180 ) (фиг.6,7,8 и 9; строка д),Импульсы с выходов ФВП 17 и ФВП 18поступают на вход интегратора 19, который сравнивает углы Ч и, 9 (еслиф180 , что соответствует распопложению потенциальной точки с в 1-йили 3-й зоне круговой диаграммыфиг.З и фиг.4), или углы Ч и(еслиФ ) 180 ф, т.е. потенциальнаяточка с находится во 2-й или 4-й зонах круговой диаграммы фиг. 3 и 4).Полярность сигнала на выходе интегратора 19 зависит от соотношенияФазовых углов Ч иЧ или Ч и. Сигнал на выходе интегратора 19 будет положительной полярности, еслиЧ),9 или Ч,(фиг. 7 и 8;строка Г),и отрицательной полярности, если.Ч сМ или Ч(Фиг.6 и 9; строка Г) .Сигнал с выхода интегратора 19управляет работой блока 21 уравновешивания.Блокируя (сбрасывая) все изменениярегулируемого элемента коммутируемойобмотки 9 Н (фиг.1), уравновешивавщего компенсационно-мостовую изме-рительную цепь по реактивной (активной) составляющея, приводящие к.отрицательной полярности сигнала навыходе интегратора 19, и,сбрасывая 20(блокируя) все изменения, приводящиек положительной полярности сигналана выходе интегратора 19, производятуравновешивание по реактивной (активной) составляющей измеряемого25комплексного сопротивления.Одновременно с уравновешиваниемпэ реактивной (активной) составляющей происходит уравновешивание поактивной (реактивной) составляющейизмеряемого комплексного сопротивления. Каналом уравновешивания поактивной (реактивной) составляющейявляется тракт, содержащий согласующие устройства 13 и 14, блок 15управления инвертором, блок 20 уравновешивания,Работа этой части блок-схемысводится к выведению точек с и д(Фиг.2) на одну прямую ад. В этомслучае выполняется равенство 40 М = 180 . (13)45Если точка с расположена выше линии ад, равенства (12) и 13) превращаются в неравенства В случае расположения точки сниже линии ад равенства (12) и (13)перейдут в неравенства 55 В момент полного равновесия компенсациоиио-мостовой измерительной цепи производят отсчет по реактивной и активной составляющим измеряемого комплексного сопротивления. Использование предлагаемого компенсационного моста переменного тока обеспечивает по сравнению с существующими компенсационными мостами более высокую точность измерения составляющих измеряемого комплексного сопротивления. формула изобретения Компенсационный мост переменного тока, содержащий четыре согласующих устройства, генератор сннусоидального напряжения, выход которого подсоединен к первичной обмотке параметрического трансформатора, мостовую измерительную цепь, одна ветвь которой составлена из последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления и образцового элемента., однородного одной иэ составляющих измеряемого комплексного сопротивления, а вторая ветвь составлена из последовательно включенных образцовых элементов, один из которых однороден одной состарляющей измеряемого комплексного сопротивления, а второй другой его составляющей, оба образцовых элемента, однородные одной я той же составляющей измеряемого комплексного сопротивления, расположенные в разных ветвях мостовой измерительной цепи, соединены между собой н образуют однуиэ вершин диагоналей питания ветвей, которая подключена к началу первичной обмотки параметрического трансформатора, ко входу первого согласующего устройства, к первому входу второго согласующего устройства и ко второму входу четвертого согласующего устройства, вторая вершина диагонали питания ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, подключена к концу первичной обмотки параметрического трансформатора и ко .второму входу второго согласующего устройства, вторая вершина диагонали питания . ветви,не содержащей измеряемого компле 1.сного сопротивления, подсое-динена к началу вторичной коммутируемой обмотки параметрического трансформатора, расположенной на керне, повернутом на + 900 относительно керна, на котором расположена первичная обмотка параметрического трансформатора, вершина измерительной диагонали, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена ко входу третьего согласующего устройства и к первому входу четвертого согласующего устройства, вторая вершина измерительной диагонали соединена с общей шиной, выходы первого и второго согласующих устройств подсоединены соответствен-. но к первому и второму входам первого фазовременного преобразователявыход которого подсоединен к первому входу интегратора, выход четвертого согласующего устройства подключен ко второму входу второго фазовременного преобразователя, выход которого подсоединен ко второму входу интегратора, выход которого через второй блок уравновешивания подключен ко входу второго блока индикации, выход пер.вого блока уравновешивания подсоединен к первому входу первого блока индикации, о т л и ч а ю щ и й с .я 10 тем, что, с целью повьаения точности измерения одной из составляющих комплексного сопротивления, в него введены блок управления иивертором и управляемый инвертор, причем выход 15 третьего согласукайго устройства под-. соединен к первому входу блока управления инвертором и к информационному входу управляемого йивертора,ГФ выход которого подключен к первому входу второго фаэовременного преобразователя, выход четвертого согласующего устройства подсоединен ко второму входу блока управления инвертором, выход которого подключен к управляемому входу управляемого инвертора и ко входу первого блока уравновешивания, выход второго блока уравновешивания подключен ко второму входу первого блока индикации, начало первичной обмотки параметрического трансформатора соединено с концом вторичной коммутируемой обмотки параметрического трансформатора.Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе1, Авторское свидетельство СССР 9 391285, кл. 6 01 В 17/10, 16.01.73.2, Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2385167/18-21, 15.08.76.