Способ измерения модуля и фазового угла векторных величин

О П И С А Н И Е 11525027ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Своз Советских Социалистических Республик(2 1147,2 влено 02.12.74 ( присоединением заявки23) Приоритет -Государственный комите Совета Министров СССпо делам изобретенийи открытий 3) Опубликовано 15.08,76. Бюллетень М 3) УДК 621 31/ /(71) Заявител Институт электродинамики АН Украинской СС 54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МОДУЛЯ УГЛА ВЕКТОРНЫХ ВЕЛИЧ ЗОВО Изобретение относится к области электро- измерительной техники. Оно предназначено для использования в автоматических экстремальных мостах и компенсаторах перемечного тока в тех случаях, когда необходимо измерять модуль и фазовый угол пассивной или активной векторной величины,Известен способ измерения модуля и фазового угла векторных величин, содержащий уравновешивалие по модулю и фазе эксгремалыной системой, регулирующие воздействия в которой создаются путем параметрической модуляции.Основным недостатком известного способа является узкий диапазон измеряемых величин, ограниченный одним квадрантом, так как если векторы компенсирующего и измеряемого напряжений находятся в разных квадрантах, то начальная регулировка по амплитуде дает минимум разностного напряжения при нулевом значении вектора компенсирующего напряжения и процесс уравновешивания в некоторых случаях может оказаться несходящимся,Целью настоящего изобретения является расширение рабочего диапазона измеряемых величин и повышение быстродействия, так как при неравенстве фазовых углов невозможно добиться, равенства за одну регулировку.Цель изобретения достигается тем, что при уравновешивании по модулю производят синхронную противофазную амплитудную модуляцию сравниваемых векторных величин с одинаковыми коэффициентами модуляции и5 регулируют амплитуду одной из величин дотех пор, пока амплитуда огибающей сигнала неравновесия, представляющего собой разность сравниваемых векторных величин, не станет равной нулю.1 О На фиг. 1 дана векторная диаграмма; нафиг. 2 показан пример реализации изобрете,н я.Рассмотрим способ измерения модуля ифазового угла векторных величин (фиг. 1).15Обозначим измеряемый вектор А компенсирующий вектор А, а угол между ними р.Амплитудный индикатор неравновесия фикснрует модуль вектора геометрической разности 20 сравниваемых векторов А,. и А , величинакоторого равна длине вектора, соединяющегоФкошы вектороз А . и А.В соответствии с настоящим способом необходимо величину каждого из двух сравнн ваемых векторов модулировать таким образом, чтобы длина вектора (модуль) в течение одного полупериода модуляции была больше на некоторую величииу А . а в течение второго полупериода модуляции - меньше на эту ЗО же величину. Модуляционные приращения.о противофазно, т. е. когда один нз векторовувеличивается по модулю, то другой уменьшается, и наоборот. При модуляции фазовые углы,векторов А,. и Ао ке изменяются, изменяются только их модули,При такой модуляции равенство кулю огибающей сигнала неравновесия может бытьлишь при равевсг 1 ве модулей вектороз А,. и ОАо (т. е, при А,. =А,). Считаем, что величина Ана которую удлиняются или укорачиваются векторы при модуляции, постоянна.Как следует из фиг. 1, в первый полупериодмодуляции, .когда вектор А,. (отрезок ОВ) 15удлинен на отрезок В 1=Л; а вектор А, (от,резок Оа) укорочен на отрезок ггс=Л сиггал неравновесия изображается отрезком с 1.ВО второй полупериад, когда конец вектооаЛрасположен,в точке е, а конец вектораЛ- в точке гг, сигналу 1 еравновесия соотВетсчвует отрезок ггс. Нулевая амплитуда огибающей будет в том случае, когда в первыйи во второй полупериоды амплитуда сигнала 2541 еравновесия одна и та же, т. е, когда сг=дс.Воспользовавшись геометрической с 1 оормулой,зап,пшегс )г(ЛЛ ) (Л - Л ) - 2(Л .-Л.,) У 30Х (Ао - А;)сов уде = г (Л,. - Л )- + (А + Л,)" - 2(Л- А,) Х Х (Ло+ А.) созр (2)Приравняем эти два выражения друг другу. После сложного преобразования получим40А,. (А - А,) (1+ сов ср) =О, (3)Как видно из выражения (3) при Ас 0амплитуда огибающей аигнала неравновесия обращается в нуль при равенстве модулей 45 векторов А,. и Ао. При этом сравнивать модули векторов можно для всех случаев, кроме одного - когда ср=180. При таксы угле ср, как видно из (3), равенство ооращается в тождество, и сравнение чОдулей невозможно.Кроме того, по мере приближения к значению го = 180 чувствительность падает.Для исключения этого недостатка необходимо вели 1 ны модуляционных приращений векторов А,. и Ао выорать не постоянными, а55 пропорциоайьными Йодулям самих векторов, т. е. производить модуляцию с постояйным (и одинаковым для обеих величин) коэффициентом модуляции. Обозначив этот коэф 60фициент модуляции а, перепишем равенства (1) и (2) в следующем виде:с 1 = 1, Л"(1; а)" + А-(1 - а)- - 2 Л,.Я;(Х (1+ а)(1 - а) сов з (4) 65), (1 - а)(1 - а) сов в,(б) а(А. - Ао) =О. В отличие от выражения (3), это равенство не зависит от угла , поэтому при любых значениях этого угла возможно сравнение модулей векторов.После уравновешивания двух векторов по модулю производим уравновешивание векторов по фазе обычным способом. Таким образом независимо от фазоваго угла измеряемого вектора измерительную цепь можно уравновесить за две регулировки.На фиг. 2 приведен пример реализации настоящего способа.Рассмотрим его работу. Генератор синусоидального напряженИя 1 питает первичную обмотку 2 с т Витками трансформатора 8 с тесной индуктивной связью. С вторичных обмото 4 (т витков) и б (пг 2 витков) этого трансформатора подаются,1 апряжекия соответственно на измеряемое сопрог;.Оле:Ие б (Л,.) через регулируемый фазовращатель 7 и трансформатор 8 с обмотками 9 (пгэ витков) и 10 (пг, витков) и ка образцовое сопротивление 11. Токи, протекающие через сопротивление б и 11, подаются ка обмотки 12 (п, витков) и 13 (пг вятков) компаратора токов 14 с тесной индуктивной связью. В качестве образцовой меры выбрано активное сопротивление Яо, имеющее нулевой фазовый угол. К указательной обмотке 15 (и витков) этого компаратора подключен индикатор равновесия 1 б, состоящий из избирательного усилителя (7, с близким к нулю входным сопротивлением, и экстремального детектора равновесия 18.Для амплитудной модуляции токов при уравновешивании по модулю служит иодулятор, состоящий из двух одинаковых обмоток 19 с то витками и 20 с т"о витками и двух ключей 21 и 22, которые при работе устройства отпираются и запираются поочередно. В Один из полупериодов модуляции, когда открыт ключ 21, оомотка пг соединена согласно с Обмоткой пг"о и стРечно - с Оомоткой пг,. В оезультате напряжение на сопротивление 11 подается с (пг,+гп ,) витков, а на сопротивление 12 с (пг, - пг) витков.В следующий полупериод отпирается кл 1 оч 22 (21 запирается) и напряжение на сопрот 1 вле.1 Се 11 подается с ( пгг - пг о) В.Тков, а Сопротпзлен 11 е б С (пг 1+гп"о) ВпткоВ.Обмотки 4 и б выполнегы одинаковыми (П; = Пгг), ЧИСЛО Впт 1 КОВ МОДУЛЯЦИОнг 1 ЫХ ООМО- ток вьгблрается в соответствии с принятым коэффициентом модуляции а (а=гпlпг 1),Таким образом, в результате работы мопосле чего, приравняв их друг другу, получгимусловие нулевой огибающей сигнала неравковесия(7) 25 Откуда к = ЬО ЗО пли, учитывая, что т,=т,(9) г =р к О Как видно из уравнения (9), регулируемое З 5 число витков т 4 прямо прапорционально измеряемому модулю Ук. Коммутацией числа витков и, обмотки 12 при необходимости можно изменять пределы измерения.После уразновешивачия цепи по модулю 40 начинают уравновешивание по фазавому углу. Для этого производят пробное воздействие мадулятсром фазы 23, а затем при получении отрицательного приращения на выходе экстремального детектора равновесия про изводят изменение состояния регулируемого фазовращатгля 7, Уравновешивание произво,дят до тех пор, пока амплитуда огибающей сигнала неравновесия не стачет равной нулю. Тскн через пзмеряемое сопротивление 2, и50 меру 1 о ссатзгтстгвгнно равны дулятора напряжения, подаваемые на сопротивления Ек и Йо, промодулированы по амплитуде по прямоугольному закону, причем фазы модуляции противоположны друг другу.5Сигнал неравновесия, подаваемый на экстремальный детектор равновесия 18 через усилитель 17 представляет собой амплитудно- модулированное напряжение. Детектор 18 выделяет огибающую этого сигнала и анализирует ее, Уравновешивание измеритель 0 ной цепи по модулю свадится к регулированию числа витков т, вторичной обмотки 10, трансформатора 8 до тех пор, пока детектор 18 не зафиксирует отсутствие огибающей в ,сигнале неравновесия, что свидетельствует о15 выполнении равенства модулей ампервитков токов через обмотки 12 и 13. Как видно из фиг. 2, это равенство наступает при выполнении следующего соотношения (коэффици 20 ент передачи по амплитуде регулируемого фазовращатгля 7 принят равным единице): Ут 1 т,и,е 1; тт Лк, Е"к и1, = У= - .гИз приведенных выражений видно, что угол поворота фазы р регулируемого фазозращателя 7 прямо пропорционален фазовому углу рк измеряемого сопротивления.Измерение модуля и фазы комплексного сопротивления или напряжения по описанному способу может производиться в специально разработанных для этой цели устройствах, Кроме того, описанный способ можно использовать в цифровых универсальных автоматических мостах переменного тока как один из режимов работы универсального мо,ста, так и для вспомогательной операции (например, для;выбора пределов измерения, т для выравнивания модулей токов через измерягмог и образцовое сопротивление перед выбором рода работы).Ргализация предложенного способа наиболгг цглесоабразна в модуляционных экстремальных приборах, так как такие устройства ужг содержат практически зсе необходимые для этого элементы, такие как модулятор, усилитель сигнала неравновесия, экстремальный детектср равновесия и др.Формула изобретенияСпособ измерения модуля и фазового угла векторных вгличин, содержащий уравновешнзаниг по модулю и фазе экстремальной системой, регулирующие воздействия в которой создаются путем параметрической модуляции, отличающийся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона измеряемых величин и повышения быстродействия, при уразчовгшизании по модулю производят синхронную протизофазную амплитудную модуляцию сравниваемых векторных величин с одинакозымп коэффициентами модуляции н регулируют амплитуду одной пз величин до тгх пор, пока амплитуда огибающей сигнала неравновесия, представляющего собой разность сравниваемых векторных величин, нг стачет равной нулю.525027 Составитель М. БарашковКорсун Техред М. Семенов Корректор И. Симк Редакто аказ 927/1217ЦНИИП ПолппснССР