Способ измерения параметров четырехэлементных двухполюсников мостом переменнного тока

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 0152913 А 1 К 17/ ОМИТЕТ ОТКРЫТИ ГОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ИДЕТЕЛЬСТ А ВТОРСКОМ сших гармоник нап ния влияния ния питания стигается ост ыть люси схемы, тельное о 1 срав- фД емкостьрегуНа ф означены пле электрозобретение относ сато первыи к кения,С кото го является перв авн еча ируемь перевторой ния, п менной бретенияти измере выелью из ляетс против зист шгние точно ключения вл пряжения пиНа фиг. исязас гармо(С ) пемерения,0 Р)бъектарвый кон ения емен ния выс нания,представлеока, реалина фиг.я четырехэ элемент и 11 (С измерен а схема ст переменного гаемый спосо схем замещен дла з ующе го2,3 лементн ианты двухторои ризбира енса стор люс них(71) Ульяновский политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРУ 1320761, кл, С 01 К 17/10, 1985.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЧЕТЫРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ МОСТОМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА(57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может биспользовано для измерений параметров четырехэлементных ССКС-двухпоников по шести схемам замещения, вкоторых один из элементов включен либо параллельно остальной частлибо образует с ней последовасоединение, Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исклюзмерительной технике, а конкретно способам измерений параметров сложи двухполюсников,уравновешиванием моста на двух заданных частотах регулировками двухпараметров плеча сравнения при значениях двух других параметров плечасравнения полученных в конце уравно,вешивания по четырем параметрам, после чего по значениям параметров плечасравнения вычисляют значения активной и реактивной составляющих комплексной проводимости плеча измеренияна первой заданной частоте, а такжезначение активной составляющей проводимости на второй заданной частотеи проводят повторное уравновешиваниемоста по четырем параметрам с использованием этих значений для определения значений регулируемых параметров.Способ позволяет проводить измеренияпараметров по четырехэлементной, атакже трех- и двухэлементной схемамзамещения, 3 ил,м параметром пл срвый резистор 3 (С,)проводимости, ключ 4Р 5 (Е) переменноговторой конденсатор 6й емкости, плечо 7 иы 8 (С), 9 (01 х)1еС+=С," . (3) 2В соответствии с равенствами (1) и (2) мост в конце каждой д-ой опергции .при выставленных значениях СР.1;, С ;, С, находится на частотев том же состоянии равновесия, что и в конце предварительного ур новешивания его на частоте ь т,е. в конце каждой д-ой операции имеет место на частоте равенство(ь,)= ьГ( )ф (4) где д 1 (ы ) - ток разбаланса моста в1 1конце д-ой операцииуравновешивания мостапо четырем параметрам, ток разбаланса Д 1 ,(ы,) соответствует минимальным показаниям нуль-индикатора в конце предварительного уравновешивания моста на частоте ы, при последней регулировке С,=чаг и последней регулировке С,=чаг.Аналогично, благодаря вы ав пОлнениюкаждойных знаа частоств мост в кон д о пераци при выставлесяв томжес х С Янаходи чен тоянии вляюще вновеси активнои с а д 1,(с, ),о ив а раэбал тельный по частоте фаэочувствительный нуль-индикатор 12 с малым входным сопротивлением, к измерительному входу 13 которого подходит ток раэбалан 5 са моста 61 1,-1 а на опорный вход 14 подается опорное напряжение Поп, сдвинутое при уравновешивании моста по четырем параметрам на 90 относио тельно напряжения питания Ю, зажимы 15-20, вершины 21 и 22 измерительнойиагонали моста, 1, 1- токи плеча 1 сравнения и плеча 7 измерения.На фиг2 и 3 обозначены конденсатор 23 (С ), параллельно включен ный смешанному соединению резистора 24 (К ), резистора 25 (С), конденсатора 26 (С ,), резистор 27 (С , ), параллельно включенный смешанному соединению конденсатора 28 (С ), резистора 29 (С ), конденсатора 30 (С з, )По предлагаемому способу при установке значений К., С, С одновременно со значением С. на частотах Ы,и сдвсегда выполняются равенстваЕеС,. + 3 -С,; (1)боднывысших тельных ураввеси конце праний мост овей получения неравенства (6 ют и запоминают значения ения резистора 5 и емкос Пос отсчитыв сопротив конденс а и пр та на ча ключе 4ора 6 соответственно водят доуравновешиван тотах Ь, ы при эамк ри значениях Кд=Кдп,2 пя мос утсу=С п конце предварительного уравновешивания моста на частоте у, т.е. в кон 1 фце каждой д-ой операции выполняется равенствоКел 1; (и)=ел 1 вг ( ) ф (5) где КеА 1 , ( ы ) - активная составляющая, соответствующая минимальномупоказанию нуль-индикатора 12 при регулировке С,=чаг вконце предваритель- ного уравновешиваниямоста на частоте юПроцесс уравновешивания по четырем параметрам заканчивают при достижении неравенства1,д 1; (ы)-1,41, (ы,) э (Ь) где 1 б 1 в (со ) - реактивная составляющая тока разбаланса 1 8 ) ) соо тв е тс тв ующа я минимал.ному показаниюнуль-индикатора 12при регулировкеС,=чаг в конце предварительного уравновешивания мостана частоте ц .В соответствии с равенствами (4) и (5) неравенством (6) по окончании ;.роцесса уравновешивания по четырем параметрам мост при выставленныхкачениях С , К , Сп, С, параметров плеча сравнения (индекс "и" соответствует последней операции этого1процесса) является неполностью уран,новешенным и на частоте ыи на частоте ы, вследствие чего значения Сп2 пСтп С,п отличаются от значений С,О,КССпри которых уравнение равновесия моста на частотах М, и ь выполняется при токе разбаланса моста, меньшем порога чувствительности нуль-индикатора 12. Значения С и, Кпу Сп у С 1 п 1 таким образом, не своот погрешности из-за влиянияг ик на состояние равно15291начи- . ешностью, менности нуль-индя равенство ыполня 10) уравшиванияисано Ке Ут 1 1 1 УТАналогично урабыть записано как+ ив анияорогаора 12 Как ненные но сооляющихь, аэтой пПос1.кем ( Счт вторныйчетыре цесс о собу С й ения С ту С начения СмбПри регувход 14 нул регулировками С, чаг, С, чаг,нающихся со значений С СПри этих доуравновешиваниях устраняется ток разбаланса моста, который имеет место при выставленных значениях С К , С, , С т.е. устраняются токи разбаланса В 1; (у,) 3Ь 1;(сд ), определяемые выражениями(4)-(6). Указанное возможно потому,что схема плеча сравнения четырехэлементная, а значения ее параметровмало отличаются от отсчитываемых вконце измерения значений С, , КС , С , т.е. потому, что мост находится в состояние равновесия, близком к частотно-независимому, при котором влияние высших гармоник на показания избирательного по частотенуль-индикатора 12 исчезающе мало при 20максимальной чувствительности нульиндикатора.В конце доуравновешивания на частоте ы, с погр ьшей порога чувствитель икатора 25Ск+11 ги+ь 7 ( 4 т) ф (7) и С, - значения параметровС С, в конце доуравновешивания,т.е. при нулевых показаниях нуль-индикатора 12 при последнихрегулировках С чаги С чаг;27 - комплексная проводимость плеча 7 измерения.стоте ив конце доуравноветакже с погрешностью, меньшей увствительности нуль-индикаимеет место равенство ф Г и, и 1К +1 са С),+3 ТвГт (М 1, (8) т - значения параметровС, С, в конце доурав новешивания, т.е. при нулевом показании нуль-индикатора 12 как при последней регулировке С,=чаг, так и регулировке С =чаг, лировке С =чаг на опорный ь-индикатора подается 32 6опорное напряжение Г =6, а при С чаг подается 0,=3 гТаким образом, равенства (7) и(8) не содержат остаточного тока разбаланса Д 1 т(ы ) и Л 1 ти ), обусловленного высшими гармониками в напряжении питания моста,Значения С С " С, отсчитывают и используют вместе со значениями Св К г для уточнения значений С, С д С, используемых в процессе уравновешивания по четырем параметрам. Вычисления проводят по формулам п о дС С" -С + д(К- в,ТОТкццйГ где Я 1/ - добротность ветв иэ резистора 5 и конденсатора 6 н частоте 4 при1и 1 Кяф К " ы /ы - отношение частот измерения.С учетом равенств (9) и ( нение (7) в конце доуравнове на частоте ы, может быть зап как ц, Сс, 3 и к) следует из (12) и (13) уточзначения С . С, , С точу ут ф ут ветствуют,значениям состав- проводимости У на частоте также активной составляющей оводимости на частоте сОе вычисления значений С6 ГУтэ С ут Сут С 1 ут проводят процесс уравновешивания попараметрам. Повторный проуществляют по известному споднако, вместо значений С используют уточненные значтСут, а вместотсиспользуют значениеВ конце каждой -ой операции повторного процесса уравновешивания после установки значений С Вг , Сг ю С,. справедливы равенства5 к , в ( -- 1 п ( ( 1 ( 1 аналогичные равенствам (1)-(3) .Благодаря выполнению равенств (17) - (19) в конце каждой д-ой операции выполняется равенство (12), а следовательно, и равенство (7),которые не содержат тока разбаланса д 1 р(о ),1 обусловленного влиянием высших гармоник. Поэтому в конце каждой "ой операции повторного процесса уравновешивания моста на частоте ц) полностью1уравновешен при наибольшей чувствительности нуль-индикатора 12, т.е. имеет место равенство1,(й )=О. (20)Аналогично, благодаря выполнению равенства (19) в конце каждой ф-ой операции при выставленных значениях30 С, В.г;, С , Ссправедливо ра- венство 7 М)и (13, вляющей об слов(см равенства (8) ств ни ак тив ной с ос баланса В.еа 14, (о ) влиянием высших гаПоскольку равен а следовательно, и (13). выполняются с меньшей порога чув индикатора, то и р (21) выполняются с меньшей порога чув индикатора 12в отсуттока раэ- енной тафрмоник.ства (7) и (равенства (погрешностью уль 4 ствительности авенства (20) погрешностьютвительност уль 45вешиваниянеравенПовторный процесс уравно анчивают при достижении тва 1 а 1; (ь) )Е 2) деЕ-п г чувствительнокатора 12. 50 инд Таким о повторногоршенияшивания за разом, пос процесса у параметрам ьшей порог лностью ур и на час лучения не значенияс погр твител по четырем ностью, ме ности Е, п н.и внов 6)гва (22) частот авенс Послесчитыва=Кг Сг; Сг С=С, где 1 - номер операции, при которой выполняетсянеравенство (22), и определяют поформулам значения измеряемых параметров С, Вг)р, Сг) ф С х еПродолжительность измерения попредлагаемому способу примерно вдвоебольше, чем по известному способу,поскольку мост дважды уравновешивается по четырем параметрам. Необходимоечисло операций повторного процессауравновешивания по четырем парамет-рам оценивается какИ -1 оя у, (23)где у - относительная погрешностьотсчета параметра С еслипараметр С, регулируют пометоду взвешивания,учшения сходимости при пов- .торном уравновешивании после проведения 8 операций 8) может использоваться связь(24 причем знак + (-) перед дробьюменателе ставится, если послеоперации фаза тока д 1(ог ) потельна (отрицательна). Значеннаходится по формуле н вон С)максажения (2аметра С,Припоследуопреде льзован эначен ляют какПри использовании выражения (24)общее число операций повторного процесса уравновешивания равно 10-12.,Первый из описанных процессовуравновешивания завершают эа меньшеечисло операций, поскольку его заканчивают при показании нуль-индикатора, большем порога чувствительностиЕ (см, неравенство (6.При необходимости может быть проведено уточнение полученных значений(С С ЬС , описанным путем,после которого осуществляют второеповторное уравновешивание моста почетырем параметрам,Преимуще а является )у ф С)т ф ениям С отсчитыва 0 ф Сга твом предлагаемого спосо" также то, что значения д Сопределяются по эна кВ гп, С и, близкиммым значениям С С, м самым устраняется влия9 15291ние погрешности, с которой образцовыеэлементы плеча сравнения С и С воспроизводят значения С С отсчитываемые в конце предварительных уравно.вешиваний моста, на результаты изме 5рения параметров четырехэлементныхдвухполюснихов, проводимого по известному способу.Способ может использоваться дляизмерения параметров четырехэлементд у н в (ф . г и 3),торые при использовании моста (фиг.1)подключаются к зажимам 16 и 19Схема плеча 1 сравнения при этом не ме 15няется. После нахождения значенийС К 1, С, С, описанным образомпроводят далее пересчет параметровсхемы плеча 7 (фиг. 1) в параметрысхем на фиг, 2 и 3. Используют следующие формулы (для схемы на фиг.2)Сонэк =С 1 к ю (26)кйк/(+С 1 кк)у(27)С 2 ьк=С 1 к (+С 1 х 1 йк) э (28)Сазк щС 1 к (1+С 1 х К к) (29) 25либо формулы (для схемы на фиг. 3)Сятх С 1 х э (30)С,+С ; (31)С,С,(1+ )(32)Ск 30С 19 " 1 Г +( ) 3 (ЗЗ)хС ф.кПо предлагаемому способу возможно также измерение параметров четырехэлементных двухполюсников у ко"Ф 35торых один из элементов схемы замещения образует с остальной частью схемызамещения последовательное соединение,Таким образом, предлагаемый способ позволяет проводить измеренияпараметров четырехэлементных ССКСдвухполюсников по шести схемам замещения, в которых один из.элементовобразует либо параллельное, либо по 32 Оследовательно соединение с остальнойчастью схемы, т.ехарактеризуетсятой же областью применения, что и известный способ. Измерения по предлагаемому способу характеризуютсябольшей точностью, благодаря устранению влияния высших гармоник на точность определения составляющих комплексной проводимости плеча измеренияна двух заданных частотах. Предлагаемый способ может быть использовандля разработки на его основе мостовпеременного тока, предназначенныхдля достаточно точных измерений параметров объектов исследования в биологии, радиоэлектронике, электрохимиии в других областях науки и техники,где объект измерения имеет четырехэлементную схему замещения,Формула изобретенияСпособ измерения четырехэлементных двухполюсников мостом переменного тока по авт. св. В 1320761, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, проводят доуравновешивание моста на двух заданных частотах регулировкой двух параметров плеча сравнения при неизменных значениях двух других параметров плеча сравнения, вычисляют значения активной и реактивной составляющих комплексной проводимости плеча измерения на первой заданной частоте и значение активной составляющей проводимости на второй заданной частоте, проводят повторное уравновешивание моста по четырем параметрам с использованием этих значений, вычисляют значения измеряемых параметров по результатам значений регулируемых параметров при достижении частотно-независимого состояния равновесия моста152932 ректор С, Щекмар енова едакт ж 714 каз 7636/4 одписн ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, И, Раушская наб., д. 4/5