Компенсационный мост переменного тока

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 310778 (23) 2652084/18-21с присоединением заявки Йо(23) ПриоритетОпубликовано 231280, Бюллетень Йо 47Дата опубликования описания 23. 12. 80 Р 1)М )( 3 0 01 й 17/10 Государственной номнтет СССР но дедам изобретений и отнрытнй.733(088.8) А.Ф. Прокунцев, Г.И. Шаронов, И.Н. Захароваи Р.М. Юмаев 72) Авторы изобретения Пензенский завод- ВТУЗ при заводе ВЭМ, филиал Пензенского политехнического института(54) КОМПЕНСАЦИОННЫЙ МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Изобретение относится к электро- измерительной технике и предназначено для измерения составляющих комплексного сопротивления с помощью мостов переменного тока.Известно устройство, содержащее генератор, трансформатор питаиия, мостовую измерительную цепь, согласующее устройство, логические элементы, блок уравновешивания и формирователь импульсов, в котором сформировано регулирующее воздействие для раздельного уравновешивания по измеряемой составляющей комплексного сопротивления при исполь" зовании лишь напряжения питания и напряжения небаланса 1)Данное устройство обладает су" щественными недостатком - узким диапазоном измерения составляющей комплексного сопротивления, обусловленный тем, что в качестве уравновешивающего элемента используется образованный элемент, расположенный в ветви, содержащий измеряемое ком- плексное сопротивление.Известен компенсационный мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, выход которого соединен с первичной 2обмоткой трансформатора питания,мостовую измерительную схему, одна ветвькоторой составлена из последовательно соединенных комплексного сопротив-.6 ленин и образцового элемента, однородного измеряемой составляющей комплексного сопротивления, а втораяветвь составлена из последовательновключенных образцовых элементов,од- тО ного однородного измеряемой составляющей комплексного сопротивления,а другого - однородного по характеруне измеряемой составляющей комплексного сопротивления,причем оба образцовых элемента, однородных измеряемойсоставляющей комплексного сопротивления, включенные в смежные плечи.ветвей мостовой измерительной цепи,образуют одну из вершин диагоналей 2 О питания ветвей, содержащей и не содержащей измеряемое комплексное сс -противление, подключенную к началунерегулируемой вторичнойобмотки ико второму выходу второго согласующе го устройства, вторая вершина диагонали питания ветви, не содержащей измеряемое комплексное сопротивление,подключена к концу указанной вторичной обмотки и к первому входу второ го согласующего устройства, втораявершина диагонали питания, содержащейизмеряемое комплексное сопротивление,подключена к концу вторичной регулиредой обмотки, начало которой соединено с концом нерегулируемой вторичной обмотки, вершина измеряемойдиагонали, непримыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, соединена с общей шиной, вершина измерительной диагонали, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению,подключена через первое согласующееустройство параллельно к первому входу формирователя импульсов и к первымвходам обоих фазовременных преобразователей, выход второго согласующего устройства параллельно соединен 15со вторыми входами обоих фазовременных преобразователей и формирователяимпульсов, выход которого подключенпараллельно к запрешающему входу первого элемента "Запрет" и к прямому ,Явходу второго элемента "Запрет", выходы первого и второго фазовременныхпреобразователей соединены с прямыми инверсным входами элементов "Запрет"соответственно, выходы элементов "Запрет" йодключены ко входам элементаИЛИ соответственно, выход которогочерез блок уравновешивания соединенсо входом блока индикации 21.Недостатком данного цифровогомоста переменного тока является низкое быстродействие, обусловленноепоследовательностью во времени операцией выбора, предела и уравновешивания по измеряемой составляющей, атакже невысокая точность измерениясоставляющей за счет достижения лишьсостояния квазиравновесия.Цель изобретения - повышение точности и быстродействия,Поставленная цель достигается 4 Отем, что в известном компенсационноммосте переменного тока, содержащемгенератор синусоидального напряжения,выход которого соединен с первичнойобмоткой параметрического трансфоРматора, мостовую измерительную цепь,одна ветвь которой составлена иэ последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления и образцового элемента, однородногоодной из составляющих измеряемогокомплексного сопротивления, а втораяветвь составлена из последовательновключенных образцовых элементов,один из которых однороден одной составляющей измеряемого комплексного 55сопротивления, а второй - другой егосоставляющей, причем оба образцовыхэлемента, однородные одной из составляющих измеряемого комплексногосопротивления, расположенные в смеж- щных плечах ветвей мостовой измерительной цепи, соединены между собойи образуют одну иэ вершин диагоналей питания ветвей,. содержащей и несодержащей измеряемое комплексное 1 сопротивление,подключенную к началунерегулируемой вторичной обмоткипараметрического трансформатора ипараллельно к первым входам второгои третьего согласующих устройств,вторая вершина диагонали питанияветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, подключенак концу нерегулируемой вторичнойобмотки параметрического трансформатора, к концу коммутируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора, которая расположена накерне,повернутом на + 90 О относительно керна, на котором расположена некоммутируемая вторичная обмотка, и ко второму входу второго согласующего устройства, выход которогоподключен к первому входу фазочувствительного выпрямителя, втораявершина диагонали питания ветви, несодержащей измеряемое комплексноесопротивление, подключена к началукоммутируемой вторичной обмоткипараметрического трансформатора и ковторому входу третьего согласующегоустройства, вершина измерительнойдиагонали, примыкающая к измеряемомукомплексному сопротивлению, соединена с общей шиной, вторая вершинаизмерительной диагонали соединена через первое согласующее устройствосо вторым входом фазочувствительноговыпрямителя и через формировательимпульсов с управляющими входами обоих блоков сравнения, первый входпервого блока сравнения соединен свыходом фазочунствительного выпрямителя, а выход - с первым блокомуравновешивания, выход второго блокасравнения через второй блок уравновешивания подключен ко входу блока индикации, введен амплитудный преобразователь, причем выход первого согласующего устройства подключен черезамплитудный преобразователь к перному входу второго блока сравнения,второй вход которого соединен с выходом третьего согласующего устройства, выход второго согласующегоустройства подключен ко второмувходу первого блока сравнения.На фиг. 1 изображена типографическая диаграмма процесса уравновешивания компенсационного моста переменного тока; на фиг. 2 - схемамоста переменного тока,На чертеже приняты следующие обозначения;д - угол, тангенс которого несетинформацию о соотношении активной и реактивной составляющих измеряемого комплексного сопротивления;оЬ - напряжение питания ветвикомпенсационно-мостовойизмерительной цепи, содержащей измеряемое комплексное сопротивление;(2) сд - а 1 в 1 п %70 а 1 - напряжение питания ветвикомпенсационно-мостовойизмерительной цепи, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления;- фазовый угол между векторами напряжения питанияветвей, содержащей и несодержащей измеряемое комплексное сопротивление;с бо - исходные положения потенциальных точек с,6 (вершинкомпенсационно-мостовойизмерительной цепи),соответствующие состоянию недоуравновешивания компенсационно-мостовой цепи пообеим составЛяющим измеряемого комплексного сопротивления;с, 6 - положение потенциальцыхточек с и 6,соответствующее состоянию полного равновесия компенсационно-мостовой измерительной цепи;с 6 - напряжение небаланса компенсационно-мостовой измерительной цепи;6 Ь - прямая, по которой перемещается потенциальная точка 6 при уравновешиваниикомпенсационно-мостовойизмерительной цепи по9 0(0).,16, Хс - окружности уравновешивания ветвей содержащей ине содержащей измеряемоекомплексное сопротивление,Процесс уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепипо с 9 0 заключается в изменениинапряжения питания ветвей,не содержащей измеряемого комплексного сопротивления, путем коммутации витковвторичной обмотки параметрическоготрансформатора, расположенной накерне, повернутом на + 90 относительно керна, на котором расположенапервичнаяи некоммутированная вторичная обмотка. Момент кваэиравновесия компенсационно-мостовой измерительной цепи по с 9 о(ч) можно зафиксировать, добиваясь выполнения следующего равенства: Блокируя (сбрасывая) все изменения регулируемого элемента, витки коммутируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора,при" водящие к неравенству и сбрасывая (блокируя), например, всеизменения регулируемого элемента,витки коммутируемой вторичной обмотки параметрического трансформаторарприводящие к неравенствч од - 31 1 пЧ 0 (3) Благодаря этому можно добиться квазиравнавесия компенсационно-мостовой измерительной цепи по 9 а(я).При сближении точек с и 6, т.е. при приближении к состоянию полного равновесия, повышается точность измерения с 98(Я) и момент выхода точки с на линию переключения 6 Ь можно зафиксировать, добиваясь выпоУ вния следующего равенства аЬ зи Ч - аЬ соя Чщ 0 (4) 15 Блокируя (сбрасывая), например,все изменения регулируемого элемента (В), приводящие к неравенству аЬ ьп Ч - аЬ соь %0 (5)и сбрасывая (блокируя), например,все изменения регулируемого элемента 2 (й), приводящие к неравенствуаЬ ьп 9 - аЬ сов% 70, (б) 25 можно добиться выхода точки с на линию переключения 6 Ь. Кроме того, придостижении полного равновесия компенсационно-мостовой измерительнойцепи можно произвести отсчет и по 30 реактивной составляющей измеряемогокомплексного сопротивления.Отсчет тангенса угла дотерь измеряемого комплексного сопротивленияможно получить следующим образом.35"9 О = 9= - (7)ЬГ аЬСоотношение (7) можно выразить через соотношение витков во вторичной обмотке параметрического транс,форматора Таким образом, зная в, можно опИдЧл,ределить значения й 9 д (О,).Устройство содержит компенсационно-мостовую измерительную цепь 1,образцовый элемент 2 (сопротивлением В), служащий для выбора пределов измерения, активный элемент 3 (с сопротивлением К, и реактивный элемент 4 (с емкостью Сл ) измеряемого комплексного сопротивления,кон денсатор 5, резистор б, генераторсинусоидального напряжения 7, трансформатор 8 питания, первичная обмотка 9 трансформатора питания с числом витков Яо, вторичная некоммутируемая, расположенная на одном кер не с первичной обмоткой, обмотка10 трансформатора питания с числом витков Ч,дополнительная вторичная: коммутируемая обмотка 11 трансформатора питания, расположенная на керне, 65 повернутом на "ф 90 относительно керФормула изобретения ьа, на котором расположена первичная обмотка, с числом витков Я 2,согласующие устройства 12,13 и 14, Фазочувствительный выпрямитель 15, формирователь 16 импульсов, амплитудный преобразователь 17, блоки 18 и 19 сравнения, блоки 20 и 21 уравновешивания,блок 22 индикации.Устройство работает следующим образом.Напряжение небаланса Ч , снимаемое непосредственно с диагонали измерительной цепи 1, через согласующее устройство 12 поступает одновременно на опорный вход фазочувствительного выпрямителя 15, на вход формирователя 16 импульсов и амплитудного преобразователя 17.Напряжение питания ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление Чц 1 через согласующее устройство 13 поступает на информационный вход Фазочувствительного выпрямителя 15 и на один иэ входов блока 18 сравнения. А напряжение питания ветви, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления Ча , через согласующее устройство 14 поступает на один иэ входов блока 19 сравнения. Сигнал с выхода фазочувствительного выпрямителя 15, равный по .величине Чд соя Ч,подается на второй вход блока 18 сравнения.С выхода формирователя 16 импульсов узкий импульс, сформированный в момент перехода напряжения Ос,) через нуль подается на управляющие входы блоков 18 и 19 сравнения. Сигнал с выхода амплитудного преобразователя 17, равный Ч,) , поступает на первый вход блока 19 сравнения.В зависимости от знака уровня напряжения на выходе блока 18 сравнения блок 20 . уравновешивания производит блокировку или сброс всех изменений образцового элемента 2 (К 2). В зависимости от знака сигнала на выходе блока 19 сравнения блок 21 уравновешивания производит сброс или блоки ровку изменений регулируемого элемента 11, а блок 22 индикации высвечивает значения измеряемого параметра.Использование предлагаемого компенсационного моста переменного тока позволяет увеличить быстродействие и точность измерения составляющих комплексного сопротивления АСТП,в которых об изменении технологических про цессов судят по изменениям параметро комплексных сопротивлений. Введение амплитудного преобразователя и новых связей позволяет провести операцию выбора предела и уравновешивания по измеряемой составляющей одновременно, вследствие чего увеличивается б стродействие, а также точность измерения за счет достижения состояния полного равновесия. Компенсационный мост переменноготока, содержащий генератор синусоидального напряжения, выход которогосоединен с первичной обмоткой параметрического трансформатора, мостовую измерительную цепь, одна ветвькоторой составлена иэ последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления и образцового элемента, однородного одной иэ составляющих измеряемого комплексного сопротивления, а вторая ветвь составлена из последовательно включенных.образцовых элементов, один иэ кото 5 рых одной составляющей измеряемогокомплексного сопротивления, а второй - другой его составляющей, причемоба образцовых элемента, однородныеодной из составляющих измеряемого2 О комплексного сопротивления, расположенные в смежных плечах ветвей мостовой измерительной цепи, соединены между собой и образуют одну из вершиндиагоналей питания ветвей, содержащей и не содержащей измеряемое комплексное сопротивление, подключеннуюк началу нерегулируемой вторичнойобмотки параметрического трансформатора и параллельно к первым входамвторого и третьего согласующих устройств, вторая вершина диагонали питания ветви, содержащей измеряемоекомплексное сопротивление, подключена к концу нерегулируемой вторичнойобмотки параметрического трансфорЗ 5 матора, к концу коммутируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора, которая расположена накерне, повернутом на + 90 относительно керна, на котором расположенаЩо некоммутируемая вторичная обмотка,ико второму входу второго согласующего устройства, выход которого подключен к первому входу фазочувствительного выпрямителя, вторая вершинадиагонали питания ветви, не содержащей измеряемое комплексное сопротивление, подключена к началу коммутируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора и ко второмувходу третьего согласующего устрой ства, вершина измерительной диагонали,примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, соединена с общей шиной, вторая вершина измерительной диагонали соединена через - 55 первое согласующее устройство со в вторым входом фазочувствительноговыпрямителя и через формировательимпульсов с управляющими входами обоих блоков сравнения, первый вход перщ вого блока сравнения соединен с выходом фазочувствительного выпрямителя, ы- а выход - с первым блоком уравновешивания, выход второго блока сравнения через второй блок уравновешивания подключен ко входу блока инди 789766 10кации, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности ибыстродействия, в него введен амплитудный преобразователь, причем выходпервого согласующего устройства подключен через амплитудный преобразователь к первому входу второго блока.сравнения, второй вход которого соединен с выходом третьего согласующего.устройства, выход второго согласующего устройства подключен ко второмувходу первого блока сравнения. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРВ 491285, кл. 6 01 й 17/10,1601.73,2. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 2385167/21, 15.08.76.789766 оставитель Иехред А. Ач хтина Корректор Л. Ива актор Е. Лушникова каз. 9026/39 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 Тираж 1019ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений и13035, Москва, Ж, Рауш Подписноекомитета СССРоткрытийская наб., д,