Способ измерения параметров пассивных комплексных двухэлементных двухполюсников и устройство для его осуществления

(19 17/10, 27/02 Й 1 ("Ъ фЯ ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫИ НОМИТЕТ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О ССРРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯИТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГИГЛЫОЖ ФЙр,ММФСОЮЗ СОБЕтс Ь- Г;-СОЦИАЛИСТИЧРЕСПУБЛИН(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПАССИВНЫХ КОМПЛЕКСНЫХ ДВУХЭЛЕМЕНТНЫХДВУХПОЛЮСНИКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано для измерения параметровкомплексных двухполюсников, Цельизобретения - повышение точности измерений путем уменьшения погрешностиот нестабильности амплитуд напряжений, снимаемых с мостовой измерительной цепи, Устройство, реализующееспособ, содержит генератор 1 синусоидального напряжения, мостовои измеритель 2, мостовую измерительнуюцепь, одна ветвь которой состоит изобразцового 3 и исследуемого 4 двухполюсников, а другая - из однородныхобразцовых двухполюсников 5 и 6, блоки 7.1 и 7.2 согласования, блок 8разности, усилители-ограничители 9.1,9,2 и 9.3,элементы ЗАПРЕТ 10,1 и 10,2,блоки 11.1 и 11,2 преобразования временных интервалов в цифровой код,микроЭВМ 12 и блок 13 индикации. Способ предусматривает формирование дополнительного сигнала (ДС), пропорционального сдвигу напряжения небаланса относительно напряжения питания, формирование второго ДС, пропорционального фазовому сдвигу напряжения на образцовом или исследуемомдвухполюснике (ИД) мостовой измерительной цепи, относительно напряжения питания, Параметры определяютпри последовательной схеме замещения ИД по формулам, приведенным вописании изобретения. 1, 2 с.п. ф-лы,б ил,аЬБпс 1 К 50 1 13207Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения параметров комплексных двухполюсников,Цель изобретения - повышение точности измерения параметров комплексных двухэлементных двухпалюсниковза счет уменьшения погрешности отнестабильности амплитуд напряжений,снимаемых с мостовой измерительной 10цепи.На фиг. 1 и 2 изображены мостоваяизмерительная цепь и векторная диаграмма токов и напряжений при последовательной схеме замещения иссле" 15дуемого двухполюсника, имеющего емкостный характер; на фиг. 3 и 4мостовая измерительная цепь и векторная диаграмма токов и напряжений припараллельной схеме замещения исследуемого двухполюсника, имеющего емкостный характер; на фиг, 5 - структурная схема устройства для измерения параметров пассивных комплексных двухэлементных двухполюсников; 25на фиг. 6 - временная диаграммы работы устройства.Генератор 1 синусоидального напряжения запитывает мостовые измерительные цепи 2 (фиг, 1 и 3), составленные из последовательно соединенных образцового двухполюсника 3(К ), исследуемого двухполюсника 4,состоящего из активного 4.1 (Н) иреактивного 4.2 (Х) элементов, образующих верхнюю ветвь моста, идвух последовательно соединенных однородных образцовых двухполюсников5 (К) и б), образующих нижнююветвь моста. 40 На векторных диаграммах (фиг2 и 4) приняты следующие обозначения;вектор напряжения питания мостовой цепи;вектор падения напряжения, снимаемого с образцового двухполюсника 5; фазовый сдвиг вектора Йотносительно вектора Ц , вектор падения напряжения на активном элементе исследуемого двухполюсника; вектор пацения напряжения 55 на реактивном элементе исследуемого двухполюсника;вектор напряжения не- баланса мостовой цепи; 60 21 - вектор падения напряженияна образцовом (исследуемом) двухполюснике при последовательной (параллельной) схеме замещения исследуемого двухполюсника;О Ь - вектор падения напряженияна исследуемом (образцовом) двухполюснике припоследовательной (параллельной) схеме замещенияисследуемого двухполюсника;1 - ток в верхней ветви моста;ток через активный элемент 4,1 исследуемогодвухполюсника при его параллельной схеме замещения;1 - ток через емкостной эле 2мент 4.2 исследуемогодвухполюсника 4 при параллельной схеме замещения;- фазовый сдвиг вектора0, относительно вектора ОадК - коэффициент деления нижней ветви моста.Устройство для измерения параметров двухэлементных двухполюсников содержит (фиг. 5) генератор 1 синусоидального напряжения, подключенный параллельно к диагонали питания мостовой измерительной цепи 2, одна ветвь которой составлена из последовательно соединенных образцового 3 и исследуемого 4 двухполюсников, а другая - из последовательно соединенных однородных образцовых двухполюсников 5 и 6, два блока 7,1 и 7.2 согласования, подключенные к входам блока 8 разности, усилители-ограничители 91-9.3, которые своими выходами подключены к входам элементов 10.1 и 10,2 ЗАПРЕТ, выходы которых подключены к входам блоков 11. 1 и 11.2 преобразования временных интервалов в цифровой код, информационные выходы которых через интерфейс соединены с микроЭВМ 12, которая шиной соединена с блоком 13 индикации.Для определения параметров пассивного комплексного двухполюсника, имеющего нерезонансный характер, на диагональ питания мостовой измерительной цепи с генератора 1 подается напряжение питания, изменяющееся по синусоидальному закону.(12), полексных согласоне входя азцового ов.согласоя (8) и (9) с учетом чет параметров компуравнен лучим от двухполю ников в следующе мост виде 3 13Используя закон Ома для участка цепи, расположенной в верхней ветви моста, при последовательной схеме замещения исследуемого двухполюсника (Фиг. 1) можно записать: Паь Пас (1 сЬ ОсГ Йь ((1г К,. Е= Г,х,ф где Е=К +Е,.; Е=К+Х.Из векторной диаграммы (Фиг. 2) с учетом того, что вектор напряжения питания Оаь есть Оа К - в силу однородности образцовых элементов 5 (К) и 6 (К ) нижней ветви, следует:2 Пс =БаЬ созе - бас =Оа К" соя 4 - 0 (2) 1 Оь= Оаь япм =Баа К язпи . (3 С учетом (1) можно записать: Перепишем уравнения (4) и (5) сучетом уравнений (2) и (3) и будемиметь К Цаа К соя - 1 Оа( ) Приведенные уравнения отсчета параметров двухполюсников, полученные с использованием амплитудно-фазовых соотношений между сигналами, снимаемыми с мостовой измерительной цепи,зволяют существенно уменьшить ме тодическую погрешность от кзначения импедансов блоковвания, так как в уравнениянапряжения, снимаемые с обри исследуемого двухполюсникШунтирование же блокамивания измерительной диагонал 20760 4для снятия напряжения небаланса си части напряжения питания Б,а проявляется по сравнению с прототипом вменьшей степени. Это объясняется тем,что когда в неуравновешенном мостепри условии Е, -Р. модули К, и Е, од ) ного порядка (К, как образцовый элемент служит для выбора предела измерения), тогда можно записать прибли зительно следующее равенство: Это означает, что напряжение не 15 баланса О а - О, т.е. Е,а О,Условие (10) тем точнее выполняется, чем ближе Е к К т.е. отсюдаследует, что шунтирование со стороныблока согласования измерительной диа- ) 0 гонали моста проявляется в меньшейстепени, чем в случае шунтированияисследуемого либо образцового двухполюсниковКроме того, плечи нижней вети 25 могут быть выбраны низкоомными (например, трансформатор питания), аследовательно, при снятии напряженияО а эффект шунтирования также несуаащественен.30 Однако при использовании амплитудно-фазовых соотношений между сигналами, снимаемыми с измерительнойцепи, точность измерения определяет ся не только стабильностью амплитуднапряжений, но и фазовых сдвигов между ними,Использование только Фазовых соотношении между сигналами позволяет дополнительно повысить точность изме. рения параметров комплексных двухполюсниковИз векторной диаграммы (фиг. 2) 45 согласно теореме синусов следует(13) 4 Р У К 14) учае, когда схема еще еет инолюде яжен е щени с г. ещения в (2 Т-ч) вп 1(2 т -ч ядп(2 цГ в ненияо двухо послной сх енные Полметроввыполн тсчета паролюсника,комплексн нного как овательнои,е замещебретени а р м параллел 2 соям в.п Гч +(2 и -ч)2 К И- у, ---1ядп(2 Н -ю) С следуемого двухполюсникактивный характер,=к (2 сов (2-м ) я 1 пГ(2 ц - моя 1 пВо в 1 п(2 п - м) я 3.п И 2 и - с )+и я 1 п ч Векторная диаграмма напр токов мостовой иэмерительно при параллельной схеме заме следуемого двухполюсника (ф представлена на фиг. 4.В случае, когда схема за имеет емкостной характер,спользованием фазовых соотн 6Устройство работает следующим образом.Напряжение небаланса 0(фиг, 5 и 6) мостовой цепи 2 через блок 7.1 согласования поступает на один из входов блока 8 разности, на другой вход которого подается через блок 7.2 согласования 0 , снимаемое с образцового двухполюсника 5, которое одновременно подается и на вход усилителя-ограничителя 9.3. Разностное напряжение Й , на образцовом (исследуемом) двухполюснике 3 при последовательной (параллельной) схеме замещения исследуемого двухп сника 4, ограниченное по амплитуусилителем-ограничителем 9.2 подается на один из входов элемента 10.2ЗАПРЕТ, на другой вход. которого подается напряжение Б ограниченное поамплитуде на усилителе-ограничителе9.3. В результате на выходе элемента 10.3 ЗАПРЕТ сформируется сигнал,представляющий собой импульс прямоугольной формы с длительностью, пропорциональной фаэовому сдвигу , величина которого в виде цифрового кодас блока 11.2 преобразования временныхинтервалов в цифровой код подаетсяпо шине на микроЭВМ 12.Напряжение небаланса О ограниченное по амплитуде усилителем-ограничителем 9,1, поступает на один извходов элемента 10,1 ЗАПРЕТ, на другой вход которого подается напряжение, ограниченное по амплитуде усилителем-ограничителем 9.3. В результатена выходе элемента 10.1 ЗАПРЕТ сформируется сигнал, пропорциональныйфазовому сдвигу 2 П-Ч, величина которого в виде цифрового кода с блока11.1 преобразования временных интервалов в цифровой код поступает по шине на микроЭВМ 12, которая производит математическую обработку сигналов по программам, составленным всоответствии с уравнениями (13)-(20)и выдачу результатов на блок 13 индикации,ют реалиство для ных ме заметуры устении между сигналами, сним змерительной цепи, позвол овать универсальное устро змерения параметров комкал вухполюсников по любой сх ения беэ перестройки стру ойств. 1, Способ измерения параметров пассивных комплексных двухэлементных двухполюсников, заключающийся в пода че напряжения питания на мостовую измерительную цепь, измерении напряжения небаланса на измерительчой диагонали мостовой измерительной цепи"х 4,Е где ния;виг напряжени жения пифазовыйобразцов а еисследуемо е относите и вухполюсн о апряжения питания; н 7и Формировании сигнала, пропорционального падению напряжения на образцовом (исследуемом) двухполюснике при последовательной (параллельной) схеме замещения исследуемого двухполюсника мостовой измерительной цепи, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, формируют дополнительный сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу напряжения небаланса относительно напряжения питания, формируют второй дополнительный сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу напряжения на образцовом (исследуемом) двухполюснике мостовой измерительной цепи относительно напряжения питания, а отсчет параметров исследуемого двухполюсника осуществляют при последовательной схеме замещения исследуемого двухполюсника емкостного характера по Формулам 2 соя ч язпГМ+(2 п)31 з,тивного характера - по яз.п(2 ц - Ч) яз.пГ (2 И - ц)+Р(х Т яз.па при параллельной схеме замещения емкостного характера - по формулам яязпГч + (2 й -ч) 1 -я 1 п 2 Г - фазовый сдвиг напряжения не баланса относительно напря 8К - сопротивление образцовогодвухполюсника;Х - частота напряжения питаниямостовой цепи,2. Устройство для измерения параметров пассивных комплексных двухэлементных двухполюсников, содержащее генератор синусоидаззьного напряжения, подключенный к диагонали питания мостовой измерительной цепи,первая ветвь которой состоит из последовательно соединенных образцового двухполюсника и двух клемм дляподключения исследуемого двухполюсни.ка, два блока согласования, при этомпервый вход первого блока согласования подсоединен к первому выводу генератора синусоидального напряженияи первого вывода первого образцового(исследуемого) двухполюсника при последовательной (параллельной) схемезамещения исследуемого двухполюсника, а второй вход первого блока согласования соединен с общей шиной,о т л и ч а ю щ е е с я тем, чтос целью повышения точности измерения, в него введены блок разности,три усилителя-ограничителя, два элемента ЗАПРЕТ, два преобразователявременных интервалов в код, микроЭБИ, блок индикации, вторая ветвьмостовой измерительной цепи, составленная из последовательно соединенных двух однородных образцовых двухполюсников, первые выводы которыхподключены к первой вершине измерительной диагонали мостовой цепи, соединенной с общей шиной, при этом вторые выводы образцовых двухполюс О ников соединены с вершинами диагонали питания мостовой измерительнойцепи соответственно, гервый входвторого блока согласования соединенс второй вершиной измерительной диагонали мостовой цепи, к которой также подключены второй вывод первогообразцового двухполюсника и однаиз клемм для подключения исследуемого двухполюсника, а второй входвторого блока согласования соединенс.общей шиной, выход первого блокасогласования соединен с первым входоблока разности и через первый усилитель-ограничитель с первыми входами первого и второго элементов ЗАПР выход второго блока согласования динен с вторым входом блока раз и через второй усилитель-ограничитель с вторым входом второго эле132076та ЗАПРЕТ, а выход блока разности через третий усилитель-ограничитель соединен с вторым входом первого зле мента ЗАПРЕТ, выходы элементов ЗАПРЕТ соединены соответственно с вхо 0 10дами преобразователей временных интервалов в цифровой код, информационные шины которых подключены к интерфейсу микроЭВМ, шина которой соединена с блоком индикации.1320760 Составитель В. Семенчуедактор Г. Копча Техред М.Ходанич Корректор В, Бу 30 енного ко ое тенин и о Раушска д. 4/5 н Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 з 2456/49 Тираж ВНИИПИ Государст по делам изобр 113035, Москва, Ж