Цифровой трансформаторный мост переменного тока

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 1606 19) Я 04 С 0 17/ 0 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4 ь 93 ФФ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРВ 1105823, кл, О 01 Б 17/10, 1982,(54) ЦИФРОВОЙ ТРАНСФОРМАТОРНФ МОСТПЕРЕМЕННОГО ТОКА(57) Изобретение относится к области электроизмерительной техники иможет быть использовано в цифровыхтрансформаторных мостах переменноготока для уменьшения погрешности отдискретности. Цель изобретения - упрощение конструкции моста и повышение его быстродействия - достигается тем, что одна из вторичных обмоток основного трансформатора 3 напряжения выполнена в виде двух последовательно соединенных секций,число витков которых равно 10 п, где и - число витков, приходящихся на шаг старшей декады основного уравновешивающего элемента (ОУЯ), После выбора диапазона измерений последовательно с декадными обмотками ОУЧ подключается одна или две секции обмотки в зависимости от того, находился старший разряд реверсивного счетчика 23 ОУЭ в состоянии "1 " или соответственно, Таким образом, при измерении комплексных сопротивлений, номинальное значение которых соответствует коду И ОУЭ, отпадает необходимость в уравновешивании до - полнительного элемента по двум декадам, благодаря чему быстродействие моста увеличивается. Так как вместо двух дополнительных декад с большим количеством коммутирующих элементов в мосте используется две секции обмотки и три коммутатора, его конструкция существенно упрощается.Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьиспользовано при построении цифровыхтрансформаторных мостов переменноготока, предназначенных для измеренияпараметров комплексных сопротивлений.Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение быстродействия 1 Оизмерения за счет частичного исключения коммутирующих элементов третьейвторичной обмотки трансформаторанапряжения и за счет исключения дополнительного уравновешивания по 15двум декадам дополнительного уравновещивающего элемента,На чертеже представлена Функциональная схема устройства,Цифровой трансформаторный мостпеременного тока содержит измерительную цепь 1, состоящую из источника2 питания, основного трансформатора3 напряжения с первичной 4 и вторичными обмотками 5 - 7, коммутирующих 25элементов 8 - 10, измеряемого объекта 11, компаратора 12 токов с обмотками 13 - 15, образцовых мер 16 и7, вспомогательного трансформатора18 напряжения с первичной обмоткой 19 30и вторичной обмоткой 20, детектора21 равновесия, блок 22 управления,реверсивный счетчик 23 основногоуравновешивающего элемента, блок 24анализа, реверсивный счетчик 25 до"полнительного уравновешивающего элемента, реверсивный счетчик 26 диапазонов, дополнительный одноразрядныйотсчетный элемент 27 по основному измеряемому параметру, основное четы Орехразрядное отсчетное устройство 28по основному измеряемому параметрус первым разрядом 29, вторым разрядом 30, третьим разрядом 31 и четвертым разрядом 32, реверсивный счетчик 33 вспомогательного уравновешивающего элемента, отсчетное устройство 34 по вспомогательному измеряемому параметру.Вторая вторичная обмотка б основного трансформатора 3 напряжения,связанные с ее витками коммутирующиеэлементы и реверсивный счетчик 23образуют основной уравновешивающийэлемент; третья вторичная обмотка 7,55связанные с ней коммутирующие элементы 8-10 и реверсивный счетчик 25 образуют дополнительный уравновешивающий элемент; вторичная обмотка 20 вспомогательного трансформатора 18 напряжения, связанные с ее витками коммутирующие элементы и реверсивный счетчик 33 образуют вспомогательный уравновешивающий элемент.Источник 2 питания в мосте подключен к первичной обмотке 4 основного трансформатора 3 напряжения, начало его первой вторичной обмотки 5 подключено к первой клемме для подсоединения измеряемого объекта 1 1, начало, конец и средний вывод третьей вторичной обмотки 7 через коммутирующие элементы 8-10 подключены к первому выводу образцовой меры 16 реактивного характера.Начало второй вторичной обмотки 6 основного трансформатора 3 подсоединено к концу третьей вторичной обмотки 7, начало первой обмотки 13 компаратора 12 токов подсоединено к второй клемме для подключения измеряемого объекта, начало его второй обмотки 14 подсоединено к точке соединения вторых выводов образцовых мер 16 и 17, начало третьей обмотки под-, сосдинено ко входу детектора 21 равновесия, начало первичной обмотки 19 вспомогательного трансформатора 18 напряжения подсоединено к.первому выводу образцовой меры 1 б реактивного характера, а начало вторичной обмотки 20 - к первому выводу образцовой меры 17 активного характера, концы первой вторичной обмотки 5, второй вторичной обмотки б основного трансформатора 3, первичной 19 и вторичной 20 обмоток вспомогательного трансформатора 18, а также первой 13, второй 14 и третьей 15 обмоток компаратора 12 токов подключены кобщей шине.Начало третьей обмотки 15 компаратора 12 токов подсоединено ко входу детектора 21 равновесия, первый выход которого подключен ко входу реверсивного счетчика 33 вспомогательного уравновешивающего элемента, второй выход - ко входу блока 22 управления, третий выход - ко второму входу реверсивного счетчика 23 основного уравновешивающего элемента, к первому входу которого подключен первый выход блока 22 управления, второй выход блока 22 управления подключен к первому входу реверсивного счетчика 26 диапазонов, а51 О1520 25 30 3 145третий - ко второму входу блока 24анализа,Первый выход реверсивного счетчика 23 подключен ко второму разряду30, третьему разряду 30, третьемуразряду 31 и к четвертому разряду32 основного отсчетного устройства28 по основному измеряемому параметру, второй выход - к перному входублока анализа 24, третий выход - кпервому разряду 29 основного отсчетного устройства 28, четвертый выход -к первому входу реверсивного счетчика 25 дополнительного уравнонешивающего элемента, ко второму входу которого подключен выход блока 24 анализа,Первый выход реверсивного счетчика 25 подсоединен к дополнительномуодноразрядному отсчетному элементу27, второй выход - к реверсивномусчетчику 26 диапазонов, третий выход - к третьему входу реверсивногосчетчика 23Выход ренерсинного счетчика 33вспомогательного уравновешивающегоэлемента подключен к отсчетному устройству 34 по вспомогательному измеряемому параметру."Предлагаемый мост работает следующим образом.Исходным состоянием моста является такое, при котором коммутирующиеэлементы 8 и 9 разомкнуты, коммутирующий элемент 10 замкнут, а реверсинный счетчик 23 основного уравновешивающего элемента установлен всостояние, соответствующее единицестаршего разряда, В соответствии сэтим к потенциальному (первому) выводу образцовой меры 16 емкости подключена секция витков вторичной обмотки 6 основного трансФорматора 3напряжения, число витков которой пропорционально единице старшего разряда основного уравновешивающего элемента.Предположим, что мост предназначен для измерения емкости и тянгенса угла потерь и измерению подлежитконденсатор, действительное значениеемкости которого состанляет 1,0005 пФ.Подключение конденсатора к мосту вызывает появление на выводах обмотки15 компаратора 12 токов сигнала разбаланса, который усиливается и анализируется детектором 21 равновесия.Выработанные детектором 21 рявноне 16064 сия в результате анализа приращений сигнала рязбалянса счетные импульсы через блок 22 управления поступают на первый (счетный) вход реверсивного счетчика 26 диапазонов, который, управляя коммутацией числя витков обмотки 5 основногб трансФорматора 3 напряжения и числа витков обмотки 13 компарятора 12 токов, осуществляет выбор необходимого диапазона измеренийЛалее по команде блока 22 управления мост переводится ня уравнонешивание внутри выбранного диапазона измерений, По команде блока 22 управления блок 24 анализа осуществляет оценку состояния старшего разряда реверсивного счетчика 23. Работа блока 24 анализа организована таким образом, что изменение уровня его выходного сигнала происходит только в том случае, если старший разряд ренерсивного счетчика 23 принимает состояние, соответствующее числу 1или 2. Тяк кяк при выборе диапазонаизмерений, состояние старшего разряда этого счетчика соответствовало 1,то при переходе ня уравновешивание внутри диапазона уровень выходного сигнала блока 24 анализа изменится,например, стянет равным уровню логической "1", что в свою очередь, приведет к переходу счетчика 25 дополнительного уравновешивающего элемента из логического состояния "0"в состояние "1", и соответственнок индициронянию на дополнительномодноразрядном элементе 27 числа 1, 40Изменение состояния счетчика 25 приведет также к изменению состояния реверсивного счетчика 26 диапазонов,т.е. к смене диапазона измерений насоседний, 0 дновременно с этим изме нится и место индицировяния символа"запятой" - из первого разряда 29основного отсчетного устройства 28оно перейдет в дополнительный отсчетный элемент 27, т,е, вместо отсчета 501,000 пф, который был установлен наосновном отсчетном устройстве до переходя ня уравновешиняние внутри выбранного диапазона, будет индицироваться отсчет 1,0000 пф с "запятой"в дополнительном отсчетном элементе.55При изменении состояния реверсивного счетчика 25 дополнительногоуравновешивающего элемента старшийразряд реверсивного счетчика 23 пе"0", цепькоммутирующего элемента10 разомкнется, а цепь коммутирующего элемента 9 замкнется, в связи счем к первому выводу образцовой меры16 реактивного характера будут подключены только витки обмотки 7 оснонного трансформатора 3 напряжения,Если число витков этой обмотки выбрать. равным 10 ф и, где и - число витков, приходящееся на щаг старшей декади, то состояние равновесия мостаостанется таким же, каким оно былопри переходе на уравновешивание 15внутри выбранного диапазона измерений до его смены на соседний диапазон.Дальнейшее уранновешивание мостаосуществляется обычным способомпутем поочередного изменения состоянияосновного и вспомогательного уравновешивающих элементов до полного равновесия измерительной цепи. При этом,результат измерения основного измеряемого параметра - емкости будетиндицироваться на дополнительном одноразрядном отсчетном элементе 27и основном четырехразрядном отсчетном устройстве 28 в виде отсчета1,0005 нФ,В том случае, если действительноезначение измеряемого конденсаторапредставлено числом, старший разрядкоторого больше единицы, например,он равен двум, а все число равно2,0005 нФ, работа элементов моста,участвующих в процессе выбора диапаэона измерений, осуществляется следующим образом. После перехода науравновещивающие внутри выбранногодиапазона, по команде блока 22 упранления блок 4 анализа осуществляетоценку состояния старшего разрядареверсивного счетчика 23 и, воздействуя на реверсивюай счетчик,25 дополнительного уравновешивающего элемента, устанавливает его в состояние,соответствующее числу 2. При этом,старший разряд реверсивного счетчика 23 переходит в состояние, соответствующее нулю, мост переходит на соседний диапазон измерений, на дополнительном одноразрядном отсчетномэлементе 27 индицируется число 2 исимвол запятой, цепи коммутирующихэлементов 9 и 10 размыкаются, а цепькоммутирующего элемента 8 замыкается и к первому выводу образцовой ме 06 6ры 16 подключаются две последовательно включенные секции обмотки 7 трансФорматора 3 напряжения с общим числом витков, пропорциональным значению 10 ф 2 п. Благодаря этому послеперехода на уравновещивание внутрисоседнего диапазона мост оказывается в таком состоянии частичного равновесия, которое было бы им достигнуто после выбора диапазона измеренийобычным путем (без использованиявитков обмотки 7) и последующемуравновешивании измерительной цепи,при котором старший разряд реверсивного счетчика 23 принял бы состояние,соответствующее числу 2.При увеличении значения емкостиобъекта измерения свыше 2,9999 нФ,например, до 3,002 нФ, на четвертомвыходе реверсивного счетчика 23 возникает импульс переноса, под воздействием которого реверсивный счетчик25 дополнительного уравновешивающего элемента сбрасывается в нуль, ана его третьем выходе формируетсяперепад напряжения, устанавливающийстарший разряд реверсивного счетчика 23 в состояние, соответствующеечислу 3. Одновременно с этим в своепрежнее состояние переходит и реверсивный счетчик 26 диапазонов, т.е.в состояние, в котором он находилсяпосле выбора диапазонов до переходана соседний диапазон по команде реверсивного счетчика 25 дополнительного уравновешивающего элемента, Приэтом, символ запятой индицируется впервом цифровомразряде 29 четырехразрядного отсчетного устройства28, на котором после полного уравновешивания моста будет зафиксированрезультат измерений, равный 3,002 нф.Таким образом, при измерении комплексных сопротивлений, номинальноезначение которых соответствует кодуИ основного уравновешивающего элемента, находящемуся в пределах1ИЗ, в нем отпадает необходимость дополнительного уравновешивания по двум декадам дополнительногоуравновешивающего элемента, благодаря чему быстродействие моста увеличивается,Так как вместо двух дополнительных декад с большим количеством коммутирующих элементов в мосте используются всего две секции обмотки итри коммутатора, его конструкция существенно упрощаетсяФормула и з о б р е т е н и яЦиФровой трансФорматорный мост переменного тока, содержащий источник питания, основной трансформатор напряжения с первичной и тремя вторичными обмотками, первичная обмотка которого подключена к источнику питания, начало первой вторичной обмотки соединено через коммутирующие элементы, управляемые входы которых соединены с управляющими выходами реверсивного счетчика диапазонов, с первой клеммой для подключения измеряемого объекта, конец третьей вторичной обмотки соединен с началом второй вторичной обмотки трансформатора напряжения через коммутирующие элементы, вспомогательный трансФорматор напряжения, начало первичной обмотки которого соединено с первым выводом образцовой меры реактивного характера, начало вторичной обмотки соединено с первым выводом образцовой меры активного характера, компаратор токов, начало первой обмотки которого через коммутирующие элементы, управляемые входы которых соединены с управляющими выходами реверсивного счетчика диапазонов, соединено с второй клеммой для подключения измеряемого объекта, начало второй обмотки соединено с вторыми выводами образцовой меры реактивного и активного характера соответственно, начало третьей обмотки соединено с входом детектора равновесия, конец первой и второй вторичных обмоток основного трансФорматора напряжения совместно с концом первичной и вторичной обмоток вспомогательного трансФорматора напряжения, концы первой, второй. и третьей обмоток компаратора токов соединены с общей шиной, первый выход детектора равновесия через реверсивный счетчик вспомогательного уравновешивающего элемента соединен с отсчетным устройством,по вспомогательному параметру, второй выходсоединен с входом блока управления, а третий выход соединен с первым входом реверсивного счетчика основного уравновешивающего элемента, пер вои меры реактивного характера, при30этом третий выход реверсивного счетчика основного уравновешивающегоэлемента подсоединен к первому разряду основного отсчетного устройства по основному измеряемому параметру, четвертый выход - к первому входу реверсивного счетчика дополнительного уравновешивающего элемента,первый выход которого подсоединен к40 дополнительному одноразрядному счетному элементу, второй выход - к реверсивному счетчику диапазонов, третий выход - к второму входу реверсивного счетчика основного уравновеши,15 вающего элемента, третий вход которого соединен с вторым выходом блока управления, третий выход которого подключен к второму входу блокаанализа, выход блока анализа подключен к второму входу реверсивногосчетчика дополнительного уравновешивающего элемента, управляемые входыкоммутирующих элементов второй вторичной обмотки трансФорматора напряжения соединены с управляющими выходами реверсивного счетчика основного уравновешивающего элемента,1015125 вый выход которого соединен с вторым, третьим и четвертым разрядами основного отсчетного устройства по основному параметру, второй выход - с первым входом блока анализа, реверсивный счетчик диапазонов, вход которо- го соединен с первым выкодом блока управления, реверсивный счетчик дополнительного уравновешивающего элемента и дополнительный одноразрядный отсчетный элемент, о т л и ч л ющ и й с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения быстрондеиствия измерения, в нем третья вторичная обмотка основного трансФорматора напряжения выполнена в виде двух последовательно соединенных секций, число витков каждой из которых равно 10 ф и, где и - число витков, приходящееся на шаг старшей декады основного уравновешивающего элемента, начало, конец и средний вывод этой обмотки через коммутирующие элементы, управляемые входы которых соединены с управляюшими выходами реверсивного счетчика дополнительного уравновешивающего элемента, подсоединены к первому выводу образцо-,