Способ измерения комплексных параметров двухполюсника

(21) 4884222/21" : " . (54) СПОСОБ ИЗМЕРНИЯ КОМПЛЕКС- (22) 19.11 90- " НЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВУХПОЛЮСНИКА(46) 23.08,92. Бюл, М 31: . : (57) Изобретение касается электрических (71) Всесоюзный научно-исследовательский измерений и может быть использовано для институт электроиэмерительных приборов. Определенйя комплексных параметров (72) З.Г.Каганов, А.А,Котунов, В,М.Машан-: двухполюсников без измерения фазовых угков, А.С.Соколовский, Н.И.яковлев илов. Цельизобретенйя - повышениеточно- Е.М.Ястребов : . : . .сти измерения. Для этого, подавая (56) Электротехнический справочнйк,г,1,: гармоническое напряжение на вход вспомо- М.; Энергоатомиэдат, 1987, с,85.,гательного Т-звена, образуемого иэ двуИзмерения в электронике: Справочник одинаковых известных резисторов в про- М., Энергоатомиздат, 1987, с,230; . . дольных ветвях и изМеряемого двухполюсБессонов Л,А, Теоретические основы ника в поперечной ветви, измеряют электротехники. Т.1, Электрические цепи.:.,напряжение и ток-.на его входных зажимах и М 1984, с.143;: ::." .напряжение на выходныхв режи 11 ах холоАвторское свидетельство СССР - : стого хода и короткого замыкания ирассчи- Ь 1552123, кл. 0 01 В 27/26, 1986,: " ":тывают параметры двухполюсника. Способпозволяет также упростить математическуюобработку и снизить аппаратурные затраты : при его реализации. 3 ил. х Изобретение относится к электриче-. ники . ским-измерениям иможет быть использова- вне . но для определения комплексйых пряпараметров двухполасников без измерения . ризу , фазовыхуглов, - .:-- сопрДвухполюсниками могут быть представ- " ной)левы любые электрические устройства где энергетического или информационного назначения, у"котооых выведены только дветочки присоединения к внешней электриче- е ской цепи (два полюса, Ниже рассматриваются линейнйе и пассивные двухполюсникис произвольной, сколь угодно сложной внутренней структурой. Подобные двухполюсЛ.г+рЕЕ 1 фС 1)(51 у 5ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Оьпредполагаютсяподключенными к шним источникам. гармонического нажения или тока. При:этом"они характе- ЬЭ ются. полный (комплекснйм) входным отивлением Е или полной (комплекс- входной проводимбстью У, агде р - угол сдвига фаэ между напряжением и током в двухполюснике.Таким образом, полные входные сопротивления или проводимости двухполюсников характеризуются комплекснымивеличинами, которые задаются либо действительными (г, С) и мнимыми (х, В) составляющими, либо модулями (2, у) и аргументами ( - ФИзвестны способы определения комплексных входных сопротивлений или проводимостей двухполюсников с помощью группы следующих приборбв: ваттметра или фазометра, вольтметра и амперметра.Недостатки известного способа заключаются в следующем: при использовании ваттметра остается неизвестным знак фаза- ваго угла р ,0, т.е. не определяется характер самого двухйолюсника - индуктивный или емкостный; преодоление указанного недостатка требует дополнительных опытов и измерений.При использовании фазометра знак фазового угла становится известным, но точность его определения невелика, что приводит к существенным погрешностям в определении компонент полных сопротивлений или проводимостей; при необходимости измерения 2 илина частотах, превышающих 50 Гц, возникают существенные трудности, ибо ваттметры и фазометры на частоты звукового и радио-диапазона крайне дефицитны, очень дороги, а их точность тоже невелика; погрешности аппэратурного определения фазовых углов не только весьма значительны, но и существенно зависят от частоты напряжения, на котором производятся измерения. Наиболее близким к заявляемому является способ измерения параметров комплексного двухполюсника, заключающийся в том, что измеряемый двухполюсник подключается к выходу калиброванного четырехполюсника, комплексные параметры которого заданы во всем дйапазоне используемых частот, Затем производят измерение действующих значений напряжений и токов на выходе нагруженного калиброванного четырехполюсникэ и вычисляются модуль 2 и аргумент рисследуемого двухполюсника по алгоритму. Известному способу свойственны слеующие недостатки. Калиброванный четырехполюсник должен быть задан двумя комплексными параметрами: .характеристическим сопротивлением 5 2 с =2 се(5)где 2 с = воб(2 с) р, = аг 9(2 с);постоянной передачиГ=э+1 Ь, (6)где а и Ь - постоянные затухания и фазы, 10 соответственно.Все эти параметры зависят от частоты,Следовательно, для измерений различных частот должны быть заданы четыре частотных характеристики калиброванного четы рехполюсника2 с=2(в), дс=срш,а =а(а), Ь=Ь(щ).При их практическом использовании возможны дополнительные погрешности, влияющие на конечные результаты.Формулы для определения р = агу(2) 20 достаточно сложны и громоздки, что осложняет их использование в измерительном процессе.Цель изобретения - .повышение точности определения измеряемых параметров, 25 Указанная цель достигается тем, что согласно способу измерения комплексных параметров двухполюсников, включающему подачу гармонического напряжения на вход четырехполюсника, измерение действую щихзначений напряжения и тока на егозажимах, расчет комплексных параметров двухполюсников, образуют вспомогательный четырехполюсник в виде симметричного Т-звена из двух одинаковых известных 35 резисторов в продольных ветвях и измеряемого двухполюсника в его поперечной ветви, Подавая гармоническое напряжение на вход Т-звена, в режиме холостого хода(ХХ) измеряют напряжение и ток на его входных 40 зажимах и напряжение на выходных; в режиме короткого замыкания (КЗ) измеряют напряжение и ток нэ входнцх зажимах.Определение комплексных параметровизмеряемого двухполюсника производят по 45 формулам(3) и (4), а также25 резистора, сопротивление которых известно, У - измеряемый комплексный двухпо люсник (фиг,1).Подключают к входу обобщенного четырехполюсника Я источник гармонического напряжения, а к выходу - ключ К, с помощью которого можно переводить Т-звено в режи мы холостого хода (ХХ) или короткого замыкания (КЗ). значений напряжение и ток на входе обобщенного четырехполюсникаХ) Оь,ь и 40 напряжение на его выходе Оь (фиг.2, измеряют в режиме КЗ действующие значения напряжения и тока на входе обобщенного четырехполюсника Ок, к (Фиг,З).Вычисляют согласно формулам(10) двух 45 вспомогательных параметров В выражениях (7)-(10) - 01 х, 01 к, 11 х,1 к - действующие значения напряжения и тока на входе Т-звена в режимах ХХ и КЗ соответственно; Оь - напряжение нэ выходе Т-звена в режиме ХХ; В - сопротивление каждого иэ двух резисторов, образующих продольные ветви Т-звена. Величина В, в .омах, известна. Относительные погрешности сопротивлений каждого из этих резисторов не должны превышать гарантированноЧ 1 погрешности измерительных приборов.На фиг.1 показана схема Т-звена тйпа В-У-В; образующего обобщенный четырехполюсникХ); на Фиг.2 - четырехполюснйкЯ в режиме холостого хода и измеряемые при этом величины; на фиг,З - четырехполюсник Х) в режиме короткого замыкания и измеряемые при этом величины.Предлагаемый способ измерения комплексных параметров двухполюсников сводится к выполнению следующей последовательности операций с помощью материальных объектов (вольтметра, амперметра, ключа) над другим материальным объектом (исследуемым двухполюсником).Образуют обобщенный четырехполюсник Х), состоящий из симметричного Т-звена вида В-У-Р, где В - два одинаковых Измеряют в режиме ХХ действующих К= - ; Т01 х, г Ок ИхОгхО 1 х кПо своему физическому смыслу это параметры-модули комплексных функций от комплексного аргумента, т.е.К = вод(сЬГ); Т = гпод(йГ), (11) где Г " а + )Ь - постоянная передачи обобщенного четырехполюсникаХ согласно выражению (6);а, Ь - постоянные затухания и фазы соответственно. 5 10 15 20 50 55Вычисляют согласно формулам (8) - (9) двух расчетных параметров М и М, которые по своему физическому смыслу таковы:М = сба созЬ; Й - зла зпЬ, (12) Вычисляют согласно формулам (7) действительной и мнимой составляющих комплексной (полной) и роводимости измеряемого двухполюсника 6 и -В.При этом расчетные значения 6 и В инвариантны к параметру В, т.е. при изменении В в (7) изменяются не только знаменатели, но и числители (М) или (-й), Физически это определяется тем, что при вариациях В соответственно изменяются напряжения и токи, измеряемые в режимах ХХ и КЗ. От этого соответственно изменяются все промежуточные и расчетные параметры, но 6 и В остаются постоянными, определяемыми лишь внутренней структурой двухполюсника У, которая от В не зависит,Вычисляют согласно Формулам (ЗК 4) полную проводимость двухполюсника У и, если требуется, его полное сопротивление у 2: - :+р:Е-,: Г +х ) Ц)= - = -х В,С Ьг= - ; х= где Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа по сравнению с известным состоит в том, что повышается точность измерения, используется более дешевая элементная база (два одинаковых резистора вместо калиброванного четырехполюсника); значительно упрощается и ускоряется вычислениекомплексных параметров измеряемого двухполюсника, что важно при автоматизации измерительного процесса и обработке результатов на ЭВМ; при измерениях на частоте, отличающейся от промышленной, не нужен частотомер, без которого невозможно обратиться к частотным характеристикам калиброванного четы рехпол юсника.Ф о рмула из об рете ни я Способ измерения комплексных параметров двухполюсника, включающий подачу гармонического напряжения на вход четы рехполюсника, измерения действующих значений напряжения и тока на его зажимах, расчет комплексных параметров двухполюсника, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, образуют вспомогательный четырехполюсник в видесимметричного Т-звена - из двух известных одинаковых резисторов в продольных ветвях- и измеряемого двухполюсника в его поперечной ветви, в режиме холостого хода измеряют действующие значения нап ряжения и тока на входных зажимах Т-звена и напряжения на его выходных зажимах, в режиме короткого замыкания измеряют действующие значения напряжения и тока на выходных зажимах Т-звена, а определейие комплексных параметров двухполюсника производят по формулам У =0-18 =уео, И,ое фк к М кьк(-тфД, М - 1 Е У "и"а 1 О - ,т. где 01 х, Оа - действующие значения напряжения на входных зажимах Т-звена в режи .мах холостого хода и короткого замыканиясоответственно;5 Огх - то же на конце Т-звена в режимехолостого хода;1 ь,1 и - действующйе значения токов навходе Т-звена в режимах холостого хода икороткого замыкания соответственно;10 К, Т, М, И - промежуточные расчетныевеличины;В - сопротивление каждого из резисторов, образующих два продольных плеча Тзвена;15 У - полная проводимость измеряемогодвухполюсника6, В - активная и реактивная составляющие У;2- полное сопротивление измеряемого 20 двухполюсника;у р- модуль и аргумент 2