Компенсационный мост переменного тока

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕППЬСТВУ(51)М. Кл. с присоединением заявки Йо С 012 17/10 Государстаенный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретеиия А.Ф.Прокунцев, Г,И. Шаронов, И,Н. Захарова, Л.А. Нестеркина и Р.М. Юмаев Пензенский завод-втуз при заводе ВЭМ филиалПензенского политехнического института(71) Заявитель 54) КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 2 мост переменного тоиапаэон измерения Однако дан имеет узки Изобретение относится к областиэлектроизмерительной техники и предназначено для измерения составляющих комплексного сопротивления с помощью мостов переменного тока.Известна мостовая измерительная схема, содержащая источник питания, мостовую измерительную схему и индикатор, которая позволяет раздельно сФормировать регулирующее воздействие, используя напряжение питания и напряжение небаланса лишь для измерения модуля комплексного сопротивления, а не составляющих комплексного сопротивления 1).15Известно устройство, содержащее генератор, трансформатор питания, мостовую измерительную схему, согла-сующее устройство, логические элементы, блок уравновешивания, блок уравновешивания и Формирователь импульсов, в котором сформировано раздельно регулирующее воздействие для уравновешивания по измеряемой состав ляющей комплексного сопротивления при использовании лишь напряжения питания и напряжения небаланса (21 составляющей комплексного сопротивления, обусловленный тем, что в качестве уравновешивающего элемента использован образцовый элемент, расположенный в ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление,Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерения составляющих комплексного сопротивления.Поставленная цель достигается тем, что в предложенном мосте переменного тока, предназначенном для измерения. параметров комплексиого сопротивления, содержащем генератор синусоидального напряжения, выход которого подсоединен к первичной обмотке трансформатора питания, мостовую измерительную схему, одна ветвь которой составлена из последовательно соединенных комплексного сопротивления и образцового элемента, однородного измеряемой составляющей комплексного сопротивления, а вторая ветвь составлена из последовательно включенных образцовых элементов - одного, однородного измеряемой составляющей комплексного сопротивления, а другого, однородного по характеру неизмеряемой составляющей комплексного сопротин50 3ления, причем оба образцовых элемента,однородных измеряемой составляющей " комплексного сопротивления, включеныв смежные плечи мостовой измерительнойсхемы и одними своими выходами под-ключены к началу нерегулируемой вторичной .обмотки трансформатора питания и к одному. из входов согласующего устройства, второй конец ветви,не содержащей измеряемого комплексного сопротивления, подключен к концу вторичной обмотки трансформатора"питания и ко второму входу согласующего устройства, вершина измерительной диагонали мостовой измерительнойсхемы Через второе согласующее устройство соединена с одним иэ входовформирователя импульсов, выходыкоторого"соединены с инверсным входомэлемента запрет, блок уравновешивания, соединенный с блоком индикации, введены два фазовременных преобразователя второй элемент запрет,элемент ИЛИ, а трансформатор питанияснабжен регулируемой вторичной обмоткой, к концу которой подключен другой конец ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, аначало упомянутой обмотки соединенос концом нерегулируемой вторичнойобмотки. При этом вторые входы фазо-временных преобразователей и формирователя импульсов подключены параллельно .к выходу первого согласующегоустройства, первые входы фазовременных преобразователей - параллельно к выходу второго согласующегоустройства, прямой вход первого элемента запретф - к выходу первогофазовременного преобразователя, а инверсный вход второго элемента зап-рет - к выходу второго фазовремен-ного преобразователя. Прямой вход - "второго элементов запрет соединены со входом элемента ИЛИ, выходкоторого соединен со входом блокауравновешивания.При такой конфигурации цепи мостовой измерительной Схемы появляетсявозможность осуществить выбор преде ла измерения путем коммутации образцовогрэлемента, расположенного вплече ветви, содержащей измеряемоекомп 4 ексное сопротивление, а достияени 4 состояния квазиравновесия "внутри выбранного предела измерения"Можноосуществить путем коммутациивитков дополнительной вторичной обмотки.Благодаря этому приведенная погрешность измерения остается неизменной, а точность, измерения повышается : засчет того, что отношение витковобмоток трансформатора не зависит оттемпературы и времени.На фиг. 1 дана структурная схемакомпенсационйого моста переменноготока 1 на фиг. 2, 3 - временные диаграммы процесса уравновешивания, гдеобозначены Б Ь - напряжение питания ветви,не содержащей измеряемогокомплексного сопротивления;Щс - напряжение небаланса;, фазовый сдвиг напряженияуоЬ относительно напряжения5 дсГ 1 - фазовый угол, равныйасс яа -дсу - фазовый угол, равный"щ,Компенсационный мост переменного(О тока содержит мостовую измерительнуюцепь 1, образцовый элемент 2 с сопротивлением В, служащий дпя выборапределов измерения, активный 3 ссопротивлением В и реактивный 4с емкостью С, элементы измеряемогокомплексного сопротивления, конденсатор 5 и резистор б, генератор синусоидального направления 7, трансформатор питания 8 с первичной обмоткой 9 с числом витков Ио,вторичной обмоткой 10 с числом витков И,дополнительной вторичной коммутируемой обмоткой 11 с числом витков Юг, согласующие устройства 12, 13, формирователЬимпульсов 14, фазовременные преобразователи 15, 1 б, элементы запрет 17, 18, элемент ИЛИ 19, блокуравновешивания 20 и блок индикации21,Процесс уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной схемы по активной (реактивной) состав-ляющей комплексного сопротивленияосуществляют за счет изменения напряжения питания ветви, содержащей иэ 35 меряемое комплексное сопротивление,путем коммутации витков обмотки 11трансформатора питания.Момент квазиравновесия компенсационно-мостовой измэрительной схемыпо активной составляющей комплекс- .ного сопротивления можно зафиксировать, добиваясь выполнения следующего соотношенияУ045у Ус 0г Блокируя (сбрасывая) например,все изменения регулируемого элемента672572 вторые входы формирователя импульсов 10 14 и преобразователей 15 и 16. Сиг.нал с выхода формирователя импульсов14 (фиг. 2, З,Ь) пропорциональныйвременному интервалу между ближайшими соседними точками перехода черезКГ)1 11 46 15 нуль с,.минуса на плюс (с фплюса на фминус) напряжением небаланса П,с и напряжением питанияПоЬ измеРительной схемы (точка перехода через нуль напряжением питания УаЬ взята за начало отсчета),поступает на инверсный вход Элемента фзапрет 17 и на прямой входэлемента запрет 18, Сигнал свыхода преобразователя 15 (Фиг, 2,3, С ), пропорциональный временномуинтервалу, отсчитанному от началаотсчета до первого момента времени,соответствующего равенству мгновенныхзначений напряжения питания Прветви, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления, и сигнала,положительный уровень которого пропорционален амплитудному значениюнапряжения небаланса, поступает напрямой вход элемента запрет 17,а сигнал с выхода преобразователя16 (фиг. 2, 3, д ), йропорциональныйвременному интервалуотсчитанномуот начала отсчета до второго момен. та времени, соответствующего равенст ву мгновенных значений напряженияпитания ОЬ, ветви, не содержащейизмеряемого комплексного сопротивления , и сигнала, положительный уровень которого пропорционален амплитуд ному (экстремальному) значению напряжения небаланса, поступает наинверсный вход элемента запрет 18,В случае, когда длительность первогоиз этих сигналов больше длительностивторбго сигнала, но меньше третьего,на выходе элементов,запрет 17 и18 (Фиг. 2, 3, Г, Д ) сигнал отсутствует. В случае, когда длительностьпервого иэ этих сигналов меньшедлительности второго и тРетьего сигналов, на выходе элемента запрет17 (фиг. 2,б,й сигнал присутствует,.а на выходе элемента запрет 18(фиг. 2, б,Ф) отсутствует, а когдадлительность первого из вышеописанныхсигналов больше длительности второгои третьего сигналов, то сигнал навыходе элемента запрет 17 (фиг,З,б, 1 ) отсутствует, а на выходе элемента запрет 18присутстнует.Сигналы с выходов элементов запрет полагая 1 (1)0 оЬ а при смене образцоного элемента Виа С получим значение реактивнойсоставляющей измеряемого комплексногосопротивления= С ;14.) гЮили - УУ-У ОЛ можно дс)биться квазиравнонесия компенсационно-мостовой измерительной ,схемы, например, по активной составляющей измеряемого комплексного сопротивления (фиг. 2, фиг. 3).Процесс уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной схемы по реактивной составляющей комплексного сопротивления осуществляют аналогично с той лишь Разницей, что вместо образцового сопротивленияслужащего для выбора предела измерения, включают образцовую емкость Се. Отсчет. составляющих комплексного сопротивления можно получить следующим образом. Известно что В: -аКЫ-,3)д(,+ф)В-(4)аЪ где Кф и Вас - радиусы окружностейуравновешивания. В момент квазиравновесия14 ,) с (5)Приравняв выражения (3) и (4), получимл=" ", )будем иметьу=С Я), (8)В то же время уравнение (7) можно выразить через соотношение витков во вторичной обмотке трансформатора питания)л = б, 11 о) и подставив выражение (9) в выраже, ние (8), получимЪ)При 91 д =Чог. Ж = СоЫ.:С учетом уравнения (10) уравнение (8) примет вид /3:ы л, (12)Таким образом, зная значения и, можно определить значения активной составляющей измеряемого комплексного сопротивленияЕ = 3- - (1)21 8 р 6Устройство работает следующим образом.Напряжение Уд, снимаемое непосредственно с измерительной цепи 1 (Фиг. 2, 3 4 ), через согласующее устрриство 12 поступает на первЫе входы формирователя импульсон 14 и преобразонателей 15 и 16, а напряжение питания УоЬ через согласующее устрой) Ство 13 (фиг. 2, О.) поступает на7 6725717 и 18 подаются на входы элементаИЛИ 19, Отсутствие сигнала на выходе элемента ИЛИ 19 (фиг. 2, а, Ь;фиг. 3, а, 6) свидетельствует о недоуравновешивании (переуравновешивании) компенсационного моста переменного тока, наличие сигнала на выходе элемента ИЛИ 19 (фиг, 2, б,3, б,Ъ) свидетельствует о переуравновешивании (неудоравновешивании)компенсационного моста переменноготока. 10Предлагаемый компенсационный мостпеременного тока позволяет повыситьточность измерения составляющих комплексного сопротивления и расширитьфункциональные возможйости АСУТП, вкоторых об изменении технологическихпараметров судят по изменениям к,Ь, С-параметров комплексйых преоб-,разователей,Формула изобретенияКомпенсационный мост йгеременноготока, содержащий генератор синусоидального напряжения, выход которого подсоединен к первичной обмотке трансформатора питания, мостовую измерительную схему, одна ветвь которой составлейа из последовательно соединенных комплексного сопротивления и образцовбго элемента",-"однородного измеряемой составляющей комплексного сопротивления, а вторая ветвь составлена из последовательно включенных образцовых элементов, одного-однородного измеряемой составляющей комплексного сопротивления, а другого - однородного по характеру не- измеряемой составляющей комплексного сопротивления, причем оба образцо вых элемента, однородных измеряемой составляющей комплексногсГсопротивлениа;включейй всмежййе йлечй мостовой измерительной схемы и одними своими вйводами подключены к началу 45 нерегулируемой вторичной обмотки трансформатора питания и к одному из входов согласующего устройства,2 8второй конец ветви, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления, подключен к концу указанной вторичной обмотки трансформатора питания и ко второму входу согласующего устройства, вершина измерительной диагонали мостовой измерительной схемы через второе согласующее устройство соединена с одним из входов формирователя импульсов, выход которого соединен с инверсным входом элемента запретс, блок уравновешивания, соединенный с блоком индикации, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения диапазона измерения составляющих комплексного сопротивления, в него введены два фазовременных преобразователя, второй элемент запретф, элемент ИЛИ, а трансформатор питания снабжен регулируемой вторичной обмоткой, к концу которой подключен другой конец ветвиссодержащей измеряемое комплексное сопротивление, а начало этой обмотки соединено с концом нерегулируемой вторичной обмотки, при этом вторые входы фазовременных преобразователей и формирователя импульсов подключены параллельно к входу первого согласующего устройства, первые входы фазовременных преобразователей - параллельно к выходу второго согласующего устройства, прямой входпервого элемента запрет к выходу первого фазовременного преобразователя, а инверсный вход второго элемента сзапрет - к выходу второго фазовременного преобразователя, прямой вход второго элемента запрет - к выходу формирователя импульса, выходы обоих элементов сзапретс. соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого соединен со входом блока уравновешивания.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1, Карандеев К.Б. Специальные методы электрических измерений. Госэнергоиздатс 1963, с. 237-240.2. Авторское свидетельство СССР Р 391285 с кл. С 01 й 17/10, 16.01.73,инаКорректо п Филиал 3882/45 Тираж 1 ЦНИИПИ Государственпо делам изобретен 113035 у Москва, Ж,89 Подписноеого комитета СССРй и открытийРаушская наб., д. г. Ужгород, Ул, Проектная,4