Цифровой мост переменного тока

(28) Приоритет до делам изобретений н открытий(5 о)ДК 621,317. .733 (088.8) Опубликовано 15.06.80, Бюллетень,% 22 Дата опубликования описаннл 15.06.80(7) Заявитель Пензенский завод - ВТУЗ при заводе ВЗМ, филиал Пензенского политехнического института(54) ЦИФРОВОЙ МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для измерения параметров комплексного сопротивления.Известен цифровой мост переменного тока с раздельным уравновешиванием, содержащий мостовую схему, генератор синусоидального напряжения, согласующие устройства, разностнуто схему, фазосдвигающую цепь, формирователь импульсов, усилители-ограничители, схему "За 0 прет", блок уравновешивания и цифровой инди. катор, в котором для уравновешивания мостовой схемы по реактивной (активной) составляющей измеряемого комплексного сопротивления используется напряжение питания мостовой15 схемы и напряжение небаланса 1.Недостатком данного устройства является невозможность параллельного уравноветпивания по обеим составляющим измеряемого комплекс. ного сопротивления.20Известен цифровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, вершины измерительной диагонали 2которой через согласующие устройств а подсоединв)ты параллельно ко входам дифференциального усилителя и к первым входам фазовременных преобразователей соответственно, вторые входы которых параллельно подключены к выходу генератора синусоидального напряжения, а выходы фазовременных преобразователей подсоединены ко входам блока суммирования, выход которого параллельно соединен с одним из входов первого блока уравновешивания и с одним из управляемых входов ключа, и через блок временной задержки параллельно к одному из входов второго блока уравновешивания и ко второму управляющему входу ключа, информационный вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя, выход ключа подключен паралельно ко вторым входам блоков уравновешивания, выходы которых соединены со входами блоков индикации соответственно 121. Недостатком известного цифрового мостапеременного тока является низкая точностьизмерения составляющих измеряемого комплекс10 3 7411 ного сопротивления, обусловленная необходи мостью шунтировать плечо ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление.Целью настоящего изобретения является повышение точности измерения.5Укаэанная цель достигается тем, что в известный цифровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мосто. вой измерительной цепи, одна из вершин измерительной диагонали, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подклю.чена к одному из входов первого согласующего .устройства, выход которого подключен к одному из входов первого фазовременного преобразователя, вторая вершина измерительной диагонали соединена со вторым входом первого согласующего устройства и через второе согласующее устройство с одним иэ входов второго фазовре. менного преобразователя, второй вход которого соединен с выходом генератора синусоидального напряжения, а выход второго фазовременного преобразователя подключен к одному иэ входов блока суммирования временных интервалов, второй вход которого соединен с выходом первого 25 фазовременного преобразователя, а один из выходов блока суммирования временных интервалов подключен ко входу блока временной задержки, два блока уравновепщвания соединены с соответствующими входами блоков индикации, З 0 введены второй блок временной задержки, два блока формирования опорного напряжения, два фазочувствительных выпрямителя, два блока сравнения, Выход первого согласующего устройства соединен параллельно с первыми входами блоков сравнения, выход второго согласующего устройства соединен параллельно со вторым вхо. дом первого фазовременного преобразователя и с информационными входами первого и второго фазочувствительных выпрямителей. Выход первого фазочувствительного выпрямителя подключен ко второму входу первого блока сравнения, выход второго фазочувствительного выпрямителя соединен со вторым входом второго блока сравнения, управляющий вход которого 45 подключен ко второму выходу блока суммирования временных интервалов и через второй блок временной задержки с управляющимвходом первого блока сравнения. Первый выход блока суммирования временных интервалов через первый блок формирования опорного напряжения соединен с опорным входом первого фазочувствительного выпрямителя, а выход первого блока временной задержки через вто рой блок формирования опорного напряжения подключен ко второму входу второго фазочувствительного выпрямителя. Выход первого блока сравнения соединен со входом первого блока уравновешивания, а выход второго блока 63 4сравнения соединен со входом второго блокауравновешивания,Принципиальное отлйчие предлагаемого цифрового моста переменного тока от известныхзаключается в том, что исключение шунтирова.ния плеча ветви, содержащей иэмеряемоекомплексное сопротивление, позволяет повыситьточность измерения составляющих измеряемогокомплексного сопротивления.На фиг, 1 представлена структурная схемапредлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 изоб.ражена топографическая диаграмма процессауравновешивания мостовой измерительной цепи;на фиг; 4 изображены временные диаграммы,служащие для пояснения работы предлагаемогоустройства, где фиг, 4 а соответствует состоянию недоуравновешивания (переуравновешивания), а фиг, 46 - состоянию переуравновешивания (недоуравновешивания) мостовой измерительной цепи. Здесь:аЬ - напряжение питания мостовой измерительной цепи,сд - напряжение небаланса мостовой измерительной цепи,ад - падение напряжения на плече ветви,не содержащей измеряемое комплексное сопротивление,, ф - окружности уравновешивания потенциальных точек с и д (вершин ветвей)моста,с - положение потенциальной точки вершиныветви моста, содержащей измеряемоекомплексное сопротивление,де д.д 2 - возможные положения потенциальнойточки д вершины ветви моста, не содержащей измеряемого комплексногосопротивления,Фнг, 3 служит для пояснения принципауравновешивания моста переменного тока прииспользовании в качестве линии переключенияокружности , гдеи- окружности уравновешивания,Ч - угол между векторами напряженийад и аЬ,Ч - угол между векторами напряженийад и аЬ.Известно, что в состоянии квазиравновесияпо одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления, потенциальные точкис и д должны располагаться на одной окружности, например, р с (фиг. 3),Этот момент можно определить по выполнению равенства:0 б с свиУ ЙвЦФЕсли же потенциальная точка д моста будетнаходиться вне или внутри зоны, охватываемойокружностью, то равенство (3 нарушается вту или.иную сторону, причем знак "., может5 7411означать состояние переуравновешиваиия (не.доуравновешивания), а )недоуравновепшвания (переуравновешивання),Таким образом, знак левой части выражения(1) несет полную информацию о положениипотенциальной точки д моста относительно состояния квазиравновесия по одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивле.ния,Известно также, что в состоянии квазиравновесия мостовой измерительной цепи по друтойсоставляющей комплексного сопротивления,потенциальные точки с и д моста должны располагаться на одной окружности, напримерЯ(фиг. 2).35ас 1 сбсоье соз(Рффи) (2)Откуда следует, что знак левой части выраже.ния (2) несет полную информацию о положениипотенциальной точки д относительно состоянияквазиравновесия по второй составляющей измеряемого комплексного сопротивления.Изменяя в соответствии со знаками выражения (1) и (2) переменные параметры В 4 иС 4, можно одновременно уравновесить мост 2 чпо обеим составляющим измеряемого комплексного сопротивления.Устройство (фиг. 1) содержит генератор 1синусоидального напряжения ,мостовую измерительную цепь 2, у которой 3 - образцовый Зоэлемент, служащий для выбора пределов (В 2),4-образцовый элемент (Вз), однородный с образцовым элементом 3, 5, 6 - измеряемое комплексное сопротивление (С В), 7 - регулируемый элемент, служащий для уравновешиванияпо активной составляющей измеряемого комплексного сопротивления (В 4), 8 - образцовыйэлемент, служащий для уравновешивания пореактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления, согласующие устройства 9,10, фазовременные преобразователи 11, 12, блок13 суммирования временных интервалов, блоки14, 15 временной задержки блоки 16, 17формирования опорного напряжения, фаэочувствительные выпрямители 18, 19, блоки сравне.ния 20, 21, блоки уравновешивания 22, 23, блоки индикации 24, 25.Напряжение сд (фиг. 4 строка а) подаетсячерез согласующее устройство 10 на один иэвходов фазовременного преобразователя 11 ина один из входов блоков сравнения 20, 21,Напряжение ас 1 (фиг. 4 строка а) подаетсячерез согласующее устройство 10 одновременнона второй вход фазовременного преобразователя11, на один из входов фаэовременного преобра-;5эователя 12, а также на информационные входыфаэочувствительных выпрямителей 18, 19, навторой вход фазовременного преобразователя 12подается напряжение аЬ (фиг. 4 строка а). Сиг 63 6налы с выходов фазовременных преобразователей, длительность которых поропорпиональна фазовым углам Р и г (фиг. 4 строки в,с), подается одновременно на входы блока суммирования временных интервалов 13. С выхода блока 13 узкий импульс (фиг. 4 строка Г), сформированный в момент окончания сигнала, пропорционального сумме фазовых углов 9 и г (фиг. 4 строка е) и отсчитываемого от начала перехода через нуль напряжения сд, поступает на управляющий вход блока сравнения 21 и через блок 14 временной задержки задержанный на времяй/2 на управляющий вход блока сравнения (фиг. 4 строка ц). Сигнал со второго выхода блока 13 суммирования временных интервалов (фиг. 4 строка т), сформированный в момент окончания сигнала, пропорционального сумме фазовых углов Ч и р и отсчитываемый от начала перехода через нуль напряжения ад (фиг. 4 строка г. ), поступает на вход блока 16 формирования опорного напряжения и через блок 15 временной задержки (фиг, 4 строка и) подается на вход блока 17 формирования опорного напряжения. Сигналы с выходов блоков формирования опорных напряжений (фиг. 4 строки О, Р) одновременно и раздельно постугиют на один из информационных входов фазочувствительных выпрямителей 18, 19. Сигналы с выходов блоков 20, 21 (фиг. 4 строки ц, г), пропорциональные проекциям ад яп (Ч+М) и ад соя Р+9) соответственно, подаются на один из входов сравнения 20, 21, Знаки сигналов, сформированных в блоках 20,21 (фиг. 4 строки э, т) несут однозначную информацию о недоуравновешивании и переуравновешпвании по реактивной и активной составляющим измеряемого комплексного сопротивления.Использование предлагаемого цифрового моста переменного тока позволяет повысить точность измерения составляющих измеряемогокомплексного сопротивления.Формула изобретенияЦифровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжений, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, одна из вершин измерительной диагонали, примыкающая к измеряемому сопротивлению, подключена к одному из входов первого согласующего устройства, выход которого подключен к одному иэ входов первого фазовременного преобразователя, вторая вершина измерительной диагонали соединена со вторым входом первого согласующего устройства и через второе согласующее уст.аойство с одним из входов второго фаэовременаого преобразователя, второй вход которого7 74116 соедииеи с выходом генератора синусоидального напряжения, а выход второго фазовременного преобразователя подключен к одному из входов блока суммирования временных интервалов, второй вход которого соединен с выходов первого фазовремеиного преобразователя, а один иэ вы 5 ходов блока суммирования временных интервалов подключен ко входу блока временной задержки, два блока уравновешивания соединены с соответствующими входами блоков индикации, отличающийся тем,что,сцельюповышения точности измерения, в него введены второй блок временной задержки, два блока формирования опорного напряжения, два фаэочувствительных выпрямителя, два блока сравнения, причем выход первого согласующего устройства соединен параллельно с первыми входами блоков сравнения, выход второго согласующего устройства соединен параллельно со вторым входом первО. го фазовременного преобразователя и с инфор- тО мационными входами первого и второго фаэочувствительных выпрямителей, выход первого фаэочувствительного выпрямителя подключен ко второму входу первого блока сравнения, выход второго фазочувствительного выпрямителя 2 3 8соединен со вторым входом второго блокасравнения, управляющий вход которого подключен ко второму выходу блока суммирова.ния временных интервалов и через второйблок временной задержки с управляющим вхо.дом первого блока сраВнения, первый выходблока суммирования временных интервалов че.реэ первый блок формирования опорного на.пряжения соединен с опорным входом первогофазочувствительного выпрямителя, а выходпервого блока временной задержки через второй блок формирования опорного напряженияподключен ко второму входу второго фазочув.ствительного выпрямителя, выход первого блока сравнения соединен со входом первого блока уравновеппвания, а выход второго блокасравнения соединен со входом второго блокауравновешивания. Источники информации,принятые во внимание лри экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР И 491285, кл. 6 01 В 17/10, 1973.2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2337735/21, кл. 6 01 Н 17/1 О, 1976,741163 Редак Сога Заказ 3194/44 Составитель И. БахтиТехред Ж,Кастелевич ж 1019нного комитета СССР Й и открытийРаушская наб д, 4/5 Тир НИИПИ Государств но делам изобретени 3035, Москва, Ж.35,илиал ППП "Патент", г. Ужгородул. Проектная Корректор М. ВигПодписное