Автоматический мост переменного тока

(5)4 д О В ОБРЕТЕНИЯ ОП АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 2 21 ) 4387628/24-2122) 03.03.8846) 23,11.89.Бюл.4371) Институт электродинамики АН УССРБ.А,Кромпляс, В.Г,Мельник,Сурду и И.А.Скрипченко621,317,733 (088,8)Цифровые приборы и системы длярения параметров конденсаторов,/ред.С,Л,Эпштейна и др, - М.:оветское радио,978, с.68,69,3.11 вАвторско тво СССР1265624, 7/12, 1984.54) АВТОМА Т ПЕРЕМЕННОГООКАсно те возможнизмерени ига аэ м и второго ного напр Изобретениельной техник На схематносится ки предназнт ов комп я мери- но дл ного схем нсньм со реме енер иеповыш ан чет регу- пряжения- азоватев перетеля,напряж и изб ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57 Изобретение относи тельной технике и может зовано для измерения ко сопротивления. Цель изо расширение функциональн тей и повышение точност за счет регулировки сд ду напряжениями первого преобразователей постоян измерения параме р леро тивле н ий.Цель изобретения - расшифункциональных воэможностейние точности измерения за слировки сдвига фаз между нами первого и второго греобрлей постоянного напряженияменное. ния в переменное. Для этого в автоматический мост введены второй счетчик и регистр, причем младшие разряды счетчика выполнены по схеме кольцевого счетчика. Блок автоматическогоуравновешивания моста включает в себя микроЭВМ и интерфейсный адаптер, детектор равновесия, избирательный усилитель, амплитудный детектор, аналого-цифровой преобразователь, ограничитель компаратор и регистр. Такая структура позволяет исключить в измерительной цепи моста вторую ветвь сравнения с присущими ей амплитудными и фазовыми погрешностями, являющимися составными погрешностями измерения. Введение второго счетчика и регистра дает возможность регулировать ток ветви сравнения как по амплитуде, так и по фазе, что поэво- С ляет уравновешивать мост при любом характере реактивности объекта измерения, причем независимо от вида используемой образцовой меры. 3 э,п, ф-лы 4 ил. фиг.1 представлена структурна автоматического моста перемен ока; на фиг,2 - структурная детектора равновесия;на фиг. 3 - ные диаграммы работы тактового тора, ключевых преобразователе ичителя и избирательного усилина фиг.4 - фазовые диаграммы ений и токов преобразователей рательного усилителя, 1524005Устройство содержит генераторопорного напряжения, выход которогочерез первый ключевой преобразователь2 постоянного напряжения в переменное5подключен к первому зажиму 3 дляподключения объекта измерения, и через последовательно соединенные делитель 4 напряжения, второй преобразователь 5 постоянного напряжения в переменное, образцовую меру 6 - к второму зажиму 7 для подключения объекта измерения и входу 8 детектора 9 равновесия, первый выход 10 которого подключен к входу блока 11 автоматического уравновешивания, тактовый генератора 12, который выходом подключен к счетным входам первого и второго счетчиков 13 и 14 соответственно, первые группы выходов которых подключены к управляющим входам соответственно первого и второго ключевых преобразователей 2 и 5 постоянного напряжения в переменное, выход переноса первого счетчика 13 подключен к 25 входу записи второго счетчика 14, выходы первой и второй групп выходов которого подключены к информационным входам первой группы регистра 5, вь 1- ходы разрядов которого подключены к входам разрядов второго счетчика 14 и к входам первой группы входов блока 11 автоматического уравновешивания, группа выходов которого подключена к управляющим входам делителя 4 напряжения, информационным входам второй группы регистра 15 и к входам группы 16 входов детектора 9 равновесия, выходы группы 17 которого подключены к входам второй груп 40 пы входов блока 11 автоматического уравновешивания, входы сброса первого и второго счетчиков3 и 1 4 подключены соответственно к второму и третьему выходам 18 и 19 детектора 9 45 равновестия, к первому выходу 10 которого подключен вход записи регистра 15.Блок 11 автоматического уравновешивания содер кит микроЭВМ 20 и ин -50 терфейсный адаптер 21, причем микро- ЭВМ 20 соединена с входами и выходами блока 1 автоматического уравновешивания через интерфейсный адаптер 21Детектор 9 равновесия (фиг, ),255 содержит последовательно соединенные избирательш 1 й усилитель 22, амплитуд - ный детектор 23 и налого - циФр нс и преобразователь 24, а также регистр 25 и посл довательно соединенные ограничитель 26, компаратор 27 и элемент И 28, выход которого подключен к первому выходу 10 детектора 9 равновесия, к входу 8 которого подключен вход избирательного усилителя 22, к выходу которого подключен вход ограничителя 26, входы регистра 25 являются входами группы регистров 15 входов детектора 9 равновесия, выходами группы 17 выходов которого являьзтся разрядные выходы аналого-цифро. вого преобразователя 24. Выходы разрядов регистра 25 подключены: первого и второго разрядов - соответственно к второму и третьему выходам 18 и 19 детектора 9 равновесия, третье - го и четвертого разрядов - к вторым входам соответственно, избирательного усилителя 22 и аналого-цифрового преобразователя 24, пятого разряда - к второму входу элемента И 28.Устройство работает следующим образом. В результате уравновешивания мост определяют модуль проводимостии Фазовый уголобъекта измерения У(фиг. 1), представляемого в виде " . = Т е". На основании измеренных параметровимикроЭВМ 20 моста по заданной программе производит вычисление по известным зависимостям любую требуемую пару параметров комплексного сопротивления объекта измерения. Дпя уравновешивания моста на объект измерения 1х и образцовую меру У(, подаются квазисинусоидальные напряжения, которые синтезируются ключевыми преобразователями 2 и 5 постоянного напряжения ь переменное соответственно (фиг.3 б) Амплитуда этих напряжений определяется уровнем постоянного опорного напряжения, поступающего с генератора 1 на вход преобразователя 2 не- по( редственно, а на вход преобраз вателя 5 - через делитель 4 напряжения, Управление ключами преобразователей 2 и 5 осуществляет я с вью(одов старших К-разрядов,1- разрядных счетчиков 13 и 14 соответственно, причем К число ступенек в периоде квазисину - соиды. Эти старшие К-разрядов организованы ио схеме кольцевого счетчика. Млад ьие (11 - К-разрядов счетчиЪковэ и4 вып 011 нень по схем дво524005 6коду, записанному в регистр 15. Таким образом, производится уравновешинание тока )., по фазе с дискретностьн, определяемого соотношение частот Р р, и Р , После Уравновешивания моста код делителя 4 напря 4 Грабт Б В результате приложения квазиси нусоидального напряжения к объекту измерения У и образцовой мере У, на вход 8 детектора 9 равновесия ПОСТУПаЮТ ТОЧКИ 1И 1 б ПРИЧЕМ= ОУя 1 О = У Где 6, и Й напряжение преобразователей 2 и 5 соответственно. Эти токи вычитаются на входе избирательного усилителя 22 (фиг.2) детектора 9 равновесия. Для получения разности- х, = 0 регулируется амплитуда и Фаза напряженияна выходе преобразователя 5 постоянного напряжения в переменное. Амплитуда регулируется посредством изменения коэффициента деления дели 3.5 теля 4 напряжения, который в свою очередь определяется кодом, записываемым во входной регистр делителя Входы последнего подключены к выходам интерфейсного адаптера, что дает возможность управлять делителем 4 со стороны микроЭВМ 20, В качестве такого делителя может использоваться прецизионный ЦАП постоянного тока, Для регулирования Фазы напряжение 0 относительно 1, в И-разрядный регистр 15 записывается опрт деленный код, В момент прохождения импульса переноса из счетчика 13 на вход записи счетчика 14 код регистра записывается в соответствующие разряды счетчика 14, в результате чего срабатывает определенная комбинация ключей преобразователя 5, на выходе которого устанавливается определенный уровень напря 55 жения (фиг.Зд). В дальнейшем преобразователи 2 и 5 генерируют квазисинусоидальные напряжения, сдвинутые по фазе на угол, пропорциональный 5 1еичных счетчиков и служат для деления частоты импульсов тактового генератора 12 до значения Рр, К (где г"- рабочая частота моста).Частота "т импульсов тактового генератора 12, поступающих на счетные входы счетчиков 13 и 14 (Фиг.За) равна: где Б - дискретность отсчета пофаэовому УГЛУтогда общее количество И разрядовсчетчиков 13 и 14 определяется какт1 гИ = К + 1 орК. жения пропорционален модулю проводимости объекта У а код регистра 15 фазовому углу объекта.Процесс уравновешивания выполняется в следующем порядке.Синхронизация работы всех узлов и управляющие воздействия осуществляет микроЭВМ 20, шины данных и синхронизации которой через соответствующие входы и выходы интерфейсного адаптера 21 соединены с нходами узлов моста.В начале уравновешивания в регистр 25 детектора 9 равновесия записы-. вается код, формирующий сигнал для закрывания элемента И 28 (фиг.2), устанавливающий в избирательном усилителе 22 номинальное усиление и уровень логической единицы на выходе 18 детектора 9 равновесия, Этот уровень удерживает счетчик 13 в нуле и соответственно нуленое напряжение на выходе преобразователя 2 постоянного напряжения. В дел -ель 4 напряжения записывается код Р соответствующий минимальному коэффициенту деления, Затем производится измерение амплитудывыходного сигнала избиратель- ного усилигеля 22, для чего запускается аналого-цифровой пргобразона.ель 24 соответствующим логическим .уровнем напряжения посгупанцич с выхода чет - нертог 1 разряда регистра 25. Запуск производится с милроЭВМ 20 путем за - писи сог тветствующей кодо. - :ой ком= бинапии и регистр 25. 1 змеренное ;начениес выхода аналого -цифрового преобразователя 24 эаноситоя в ОЗУ микроЭВМ 20. После ныо;.нения этих операций в трегий разряд реГистра 25 записывается код, устанавливающий в избирательном усилителе 22 максимальное усиление. На его выходепоявится сигнал , пропорциональный току ь Фиг,4) фаэа которого относительно напряжения ., определяются фазовым углом Р меры ; и фазовым сднигом 6,вносимым избирательным усилителем 22 (пример Я = 0 предо станлен на диаграмме напряжений Фиг.4). Вследствие большого усиления тока , выходной сигнал , усилителя 22 близок к меандру амплитуда кото -50 рого ограничивается ограничителем 26 (фиг.Зв), Максимальное усиление необходимо для получения максимальной крутизны Фронтов, что дает возможность с большой точностью определить фазовый угол Ц,. Для этого код регистра 25 модифицируется так, чтобы в пятом разряде появилась логическая единица, которая открывает по второ 1 О му входу элемент И 28. В момент прохождения ня выходе ограничителя 26 переднего фронта меандра срабатывает компаратор 27 и на выходе элемента И 28 (соответственно, и на выходе 1015 детектора 9 равновесия) появляется положительный перепад напзяжения. По фронту этого перепадя производится запись кодовой комбинации И, пропорциональный углу Ц с выходов счетчика 14 в регистр 15, Этот же20 перепад в микроЭВМ 20 вызывает подпрограмму занесения значения М, в собственное ОЗУ, после выполнения которой микроЭВМ 20 записывает в делитель 4 напряжения код, устанавливающий нулевой коэффициент передачи последнего, что обеспечивает Й = 0 и- О. Для запуска преобразователя о2 снимается потенциал сброса из счет 30 чика 13. В результате приложения к объекту измерения 1 кваэисинусоидального напряжения Й, возникший ток ветви гвызывает на выходе избирательного усилителя 22 сигнал 11, (фиг.4), фазовый угол Ц которого относительно 11 определяется суммой Фазового угла Лобъекта измерения и собственным вносимым Фазовым сдвигомПолучение и .запоминание цифрового отсчета И, значения угла Ц (Фгг.Зг) производится аналогично, как и углас выхода счетчика 14. Для этого счетчики 13 и 14 синхрониэируются путем одновременного снятия потенциалов сброса на их соответствующих входах, для чего такой потенциал подается предварительно на вход счетчика 14 с выхода 19 детектора 9 равновесия. Синхронизацию счетчиков 13 и 14 осуществляет микроЭВМ 2 О модификацией кода регистра 25. На основании Г, и Я определяется сдвиг фаз междунапряжениями Ч и ,1, необходимыйг55 для уравновешигянн токов з.,и г, по фазе, Из диаграммы (фиг. 4) следует, что угог сдвига ,1 между н;ш - ряжениями Н, и 11: Д, = и + 6 причем О, = , - О, где О.- Фазовый угол обраэцовои меры , . Дпя нашего примера Ц = О, поэтому Ц, определяется только вносимым Фазовым сдвигом избирательного усилителя:- ДДля этого микроЭВМ 20 записывает по второй группе информационных входов в регистр 15 код И,который вычислен из соотношения:Цмгде 11, - кодовая комбинация соответствующая Фазе Ц = 211. Одновременно микроЭВМ снимает логический уровень сброса с входа сброса счетчика 14, путем записи соответствующей кодовой комбинации в регистр 25 детектора 9 равновесия, Первый же импульс переноса из счетчика 13 установит тре - буемую для уравновешивания фазу напряжения Ц , в результате чего мост окажется уравновешенным по фазовому углу, и степень неравновесия 11 определяется лишь разностью амплитуд (или модулей) токов э. и з .По величине фазового угла Д, (соответственно по значению отсчета И ) определяется вид реактивности объекта. ( измерения. На Фиг.4 (вектор з. ,) и фиг.Зе приведен пример измерения объекта с другим характером реактивности, чем в рассмотренном примере. Знак результат сравнения отсчета Ь, (или Л) с значением 11/2 указывает на 1характер реактивности измеряемого объекта (для второго про ераНИ/2Мк щ-где= д ), Эти операции производит микроЭВМ 20.Для уравновешивания моста по модулю токов микроЭВМ 20 производит в детекторе 9 равновесия следующие,действия. Устанавливает в избирательном усилителе 22 номинальное усиление и осле установления .игнала на выходе последнего запускает аналогоци,ровой преобразователь 24. Эти действия осуществляются путем записи соответственных кодовых комбинаций в р. ги тр 25, Результат измерения амплитуды сигнала неравновесия 11400." 10 тового генератора, причем выходы первой группы выходов первого счетчикасоединены с управляющими входамипервого ключевого преобразонателя 15 Гостоянного напряжения в переменноегруппа выходов блока автоматического уравновешивания соединена с управляющими нхо;,ами делителя цагрвкения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, 20 что, с цельн расширения функциональных возможностей и повышения точнос -ти, в него введены второй счетчик ирегистр, причем счетный вход второгосчетчика соединен с выходом тактового 25 генератора, вход записи - с выходомпереноса первого счетчика, управляющие входы второго преобразователяпостоянного напряжения в переменноесоединены с выходами первой группывьгдон второго счетчика, н ,оды пе-,- ной и нторои групп выходов которогосоединены с первыми информационныминода.и региса разрядн находя;которого соединены с входами 1.а рядов нтрого счетчика и вх дами псрной группы нходон блок;. антомаичегкого уравновешивания, г,.уппа вьходовкоторого соединена с вторыми ии,орма -циоцными входами регистра и с входами детектора равновесия, выходы которого соединены с входами второйгруппы нходон блока автоматическогоураннонешинаця, входы сброса;:ервго и второго счетчиков соединен,; соответственно с вторым и третьим .аход;ми детектора равновесия, первыйвыход которого соединен с входом записи регистга.2. Мост по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что детектор равновесия содержит избирательный усилитель, амплитудный детектор и аналогоцифроной преобразователь, соединенныепоследовательно регистр, последовательно соединенные ограничитель, компаратор и элемент И, выход которогоявляется первым выходом детектора равновесия, вход детектора равновесия у Р ч р о 1 о271 1 11 х11 м х д -х -2- - м 1, Автоматический мост переменного тока, содержащий источник опорного напряжения, выход ктс.ого через перный ключевой преобразователь постоянного напряжения в переменное соединен с первым зажимом для подключения объекта измерения и через после - донательно соединецчые делитель напряжения, второй ключевой преобразова 9 152 с выхода амплитудного детектора 23 заггоминается в микроЭВМ 20. На основании полученных данных производится вычисление степени неравновесия ДР по модулю:ДР =-- Рхх 1,1 о затем уравновешивацие моста изменением кода делителя 4 напряжения на величину ЗАРХ. Остаточцое неравновесие, вызванное погрешностями опре - деления бР и Ц доуранцовешинает -х уся одним из известных способов экстремального уравновешивания путем по/очередньх вариаций параметрами Р и 11 с последунщим анализом знака приращения амплитуды сигнала неравновесия, Для этого избирательный усилитель 22 переводится в режим максимального усиления, 11 о полученным в результате уравновенинания значениям Ри 1 микроЭВМ 20 вычисляет параметры ч и Робъекта измерения: Таким образом, автоматический мост переменного тока по ср; нцецию с известным обладает расо;иреньм, фуцкг,;онапьными возможностями, а именно он позволяет измерять параметрь объектов измерений независимо от характера их реактивных составлянщих. При этом це предъявляется никаких требонаний к виду испол зуем гх б 1,азцонм мер.В данком устройстне достигается более высокая точность измерения, вследствие отсутствия второй ветви сравнения н измерителцой цепи прибора, амлитудцые и фазоые погрешности элементов которой непосредственно влияют на точность уравновешивания. Формула из обре тения тель иостоянцого напряжения в переменное, образцовую меру - с вторым зажимом для подключения объекта измерения и с входом детектора равновесия, блок автоматического уравновешивания, вход которого соединен с выходом детектора равновесия, тактовыйгенератор и перньй счетчик, счетныйвход которого соединен с выходом таксоединен с первым входом избиратель 1524005 12ного усилителя, выход которого соединен с входом ограничителя, выходы разрядов аналого в цифрово преобразова - теля являются выходами детектора равновесия, входы которого соединены с5 входами разрядов регистра, выходы первого и второго разрядов которого соединены соответственно с вторым и третьим выходами детектора равновесия, третьего и четвертого разрядов с вторыми входами соответственно избирательного усилителя и аналогоцифрового преобразователя, выход пятого разряда регистра соединен с вторым входом элемента И.3. Мост по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что блок автоматического уравновешивания содержитпоследовательно соединенные микроЭВМи интерфейсный адаптер, который соединен с соответствующими входами ивыходами блока автоматического уравновешивания,4. Мост по и1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в первом и втором счетчиках старшие разряды выполнены по схеме кольцевого счетчика, а их выходы являются выходами первой группы выходов счетчика, младшие разряды счетчиков выполнены по схеме двоичного счетчика и их выходы являются выходами второй группы выходов счетчика./ гул 14 Подписное тета по изобретениям и открытиям ва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 КНТ ССС зводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул рина, 10 аказ 7039/48 ТиражНИИПИ Государственного к113035, Мо ель В.Семеоданич