Способ раздельного измерения параметров комплексных иммитансов индуктивного характера

(72) Авторы изобретения А.А.Тюкавин и А.А.Коль Куйбышевский ин 71) Заявитель ут инж спорта ПОСОБ РАЗДЕЛЬНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТР КОМПЛЕКСНЫХ ИИИИТАНСОВ ИНДУКТИВНОГОХАРАКТЕРА,индуктивного характера с помощььмоста Иаксвелла, содержащий три операции раздельного уравновешивания пофазовому методу. При первой операциис помощью осциллографа, включенного %по фазочувствительной схеме, запоминают остающийся неизменным при всехоперациях уравновешивания сдвиг пофазе между напряжением на одном из 1 Оплеч отношения моста и напряжениемпитания. Операция заканчивается све"дением эллипса на экране осциллографав прямую линию регулировкой фазовращателя в одной из входных цепей ос-.циллографа. При второй операции ус"танавливают фазовый сдвиг, которыйзапоминался при первой операции, между напряжением на измерительной диа- .гонали моста и напряжением на другомплече отношения регулировкой активного сопротивления, включенного в этоплечо. Операция заканчивается сведе- ..нием эллипса на экране в прямую линию. При третьей операции регулировИзобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть использовано для раздельного измере- ния параметров Е, О или Е, 1 ддкатушек индуктивности и другихкомплексных сопротивлений и проводимое" тей индуктивного характера в,расши-" ренном диапазоне значений добротности.Известен способ раздельного измерения параметров Ь, Я или Е, СфФ комплексных сопротивлений и проводимостей индуктивного характера с помощью уравновешенного частотно-независимого четырехплечего моста 11.Недостатком этого способа является резко возрастающая продолжительность. измерения при значениях добротности Я измеряемых комплексных иммитансов, меньших 1, что объясняется малым значением угла сходимости моста. Известен способ измерения парамев Ь, Я комплексных сопоотивлений цов4 4ного напряжения после каждого уравновешивания моста по фазе.Вследствие однозначного соответствия между значением второго параметра, взятым по избытку или недостатку относительно значения этого параметра, отсчитываемого по окончании процесса измерения, и знаком Фазы выходного сигнала моста относительно опорного напряжения после каждого уравновешивания моста по фазе регулировкой первого параметра процесс уравновешивания моста по амплитуде является направленным, Число необходимых уравновешиваний моста по фазе определяется только погрешностью отсчета второго регулируемого параметра, энацения которого задают по методу взвешивания, и не зависит от значения добротности или тангенса угла потерь объекта измерения, Поэтому предлагаемый способ и становится возможным для раздельного измерения параметров Ь, Я комплексных.сопротивлений и Е, 1 дс 4 комплексных проводимостей индуктивного характера в расширенном диапазоне добротности и расширенном диапазоне тангенса угла потерь измеряемых иммитансов или малой продолжительности измерения. Целью изобретения является расширение диапазона измерения добротности и тангенса угла потерь при40 уменьшении времени и повышении точности измерения индуктивности, добротности и тангенса угла потерь,Поставленная цель достигается тем, что согласно способу раздельного измерения параметров комплексных им 45 пульсов индуктивного характера,содержащему операции уравновешивания по фазе частотнонезависимого моста путем регулировки одного из параметров при ряде значений второго параметра до установления состояния равновесия моста по амплитуде, при котором отсчитывают измеряемые параметры по значениям двух регулируемых параметров, значения второго пара- фф метра задают по методу взвешивания в соответствии со знаком Фазы выходного сигнала моста относительно опор 3 91886 ,кой активного сопротивления в плече сравнения уравновешивают мост до нулевого показания осциллографа, переведенного в амплитудный режим индикации 2 .5Недостаток известного способа заключается в низкой точности измерения из-за сильного влияния погрешности установки фазовых сдвигов при проведении первой и второй операций раз р дельного уравновешивания на полноту ,достигаемого равновесия моста по амплитуде по окончании третьей завершающей операции. Погрешность измерения с уменьшением добротности 1 у объекта измерения. растет, принимая . недопустимые знацения, так как пог-, решность фазового указателя, используемого в мосте, становится соизмеримой со значениями устанавливаемых с его помощью фазовых сдвигов. Низ,кая точность измерения .обусловлена также шунтирующим влиянием входных цепей Фазового указателя на плечи моста при проведении первой и второй И операций раздельного уравновешивания. Кроме того, мост, реализующий известный способ измерения, содержит в плече сравнения образцовую индуктивность, что затрудняет раздельный отс-щ : чет. Мост также характеризуется низкой помехозащищенностью из-за отсутствия общей заземленной точки у входных цепей Фазового указателя и источника питания при проведении второй операции уравновешивания . Благодаря достижению полного рав-.новесия моста по амплитуде при отсутствии шунтирующих влияний входных цепей используемого в операциях уравновешивания моста по фазе детектора коллинеарности на плечи моста предлагаемый способ характеризуется повышенной точностью измерения. На фиг. 1 изображена схема моста, реализующего предлагаемый способ в случае измерения комплексных сопротивлений индуктивного характера; на фиг. 2 - области расположения векторов выходного тока моста на оси, совпадающей по направлению с вектором опорного напряжения, при двух видах неравенств .между выставленным и отсчитываемым значением параметра, регулируемого па методу взвешивания в соответствии со знаком фазы выходного тока уравновешенного моста по фазе;. на фиг, 3 - характер изменения проекции выходного тока на ось мнимых чисел комплексной плоскости, вещественная ось которой совпадает по направлению с вектором опорного напряжения, при 1-том уравновешивании моста по фазе.5 91886Иост садержит плечо 1 сравнения, состоящее из регулируемых резисторов , 2 и 3, образцового конденсатора 4, включенного параллельно резистору 3, Т-цепь 5, продольные плечи которойобразуют образцовые резисторы 6 и 7 а поперечным плечом служит объект 8 измерения, детектор 9 коллинеарнос" ти, т.е.детектор, позволяющий установить синфазность и противофазность 10 двух синусоидальных активных величин с указанием знака установленного фазового сдвига. В качестве детектора коллинеарности можно применить Фазочувствительный нуль-индикатор с состветствующей электронной схемой индикации знака Фазы, зажимы 10 - 17,Иост (фиг. 1) описывается следующим уравнением равновесия, легко по" лучаемым по .методу коэффициентов преобразования:В +Й + - . =. -щ (Й+Ей ., 0 акх+3 щ х цгд пряжен ие на зажимах 16.: ы объекта 8 изме- напряже и 17 парамет рения; частота- регулир отивле очника питани е активные со резисторов 2 и азцового канд ист емь ния 3з(2- .(В +В)ИИие расчетны рмулы: с 3) 4) ф 1 Ьх = - - Ж Ц= ы которых зуется р х параме КВ,С ,срвидно чтаздельнымтров Ьх и о мост характеотсчетом измеряеЯх, причем Ьх рС - .емкость обренсатора 4;Й,Й - сопротивления образцовых .резисторов 6 и 7Из уравнения (1) видно, .что мост (фиг. 1).частотнонезависим.Заменив в (1) отношение. противофазных напряжений источников питания 0,0 отношением. чисел витков.при использовании, например, вторичных; обмоток %и Ы 1 трехобмоточного тран сформатора напряжения с тесной индуктивной связью в качестве источников противофазных напряжений, полу" чаем при выполнении условия 4 6 отсчитывают по числу витков Х, апо сопротивлению к,Выполнение условия (2)не вызыва" ет затруднений: необходимо, чтобы числа включенных ступеней каждой декады йи Ибыли одинаковыми, причем значение ступени младшей декады В равно К -Перед началом измерений по предлагаемому способу производят предварительную операцию после подключения объекта 8 измерения в поперечное плечо Т-цепи 5 устанавливают Фазу опорного напряжения Цо между зажимом 15 и общей шиной, равной фа" эе выходного тока Э, текущего от зажима 13 к Т-цепи.5 в режиме короткого замыкания ее. При этой предварительной операции регулируют Фазу опорного напряжения 0по показаниям детектора 9 коллийеарности,вход"ной зажим 14 которого подсоединен квыходному зажиму 13 Т-цепи 5 и от,соединен от выходного зажима 12 плеча 1 сравнения. Входное сопротивление .детектора 9 коллинеарности пренебрежимо мало по сравнению с выходным сопротивлением Т-цепи 5. Поэтому установленный в конце предварительной операции угол .атд Ц оп равен фазе выходного тока 3 Т-цепи в рав" новесном состоянии моста по амплитуде,После предварительной операции проводят операции уравновешивания моста по Фазе, т,е. проводят уравно" вешивания по фазе выходных токов 3плеча 1 сравнения и 3Т-цепи 5 регулировками числа витков Юи связанного с ним регулируемого резис тора 2. При этих операциях плечо 1 ,сравнения, Т-цепь 5,детектор 9 кол линеарности соединены так, как пока" зано на Фиг. 1. При всех операциях уравновешивания по фазе выполняется условие: выходное сопротивление моста между точкой соединения зажимов 12, 13 и общей шиной измерительной диагонали остается значительно большим, чем входное сопротивление детектора 9 коллинеарности.Операции уравновешивания по фазе проводят при значениях резистора 3, которые задают по методу взвешивания по знаку Фазы выходного тока ЬЛ, протекающего по цепи от точки соединения зажимов 12 и 13 к зажиму 14, относительно опорного напряжения Ооб918864 по окончании предыдущей операции уравновешивания по фазе, так как синфазности векторов д 3 (векторы 03; ОГ; 03; ОВ; 07 на фиг. 2) и вектора Ойсоответствует неравенствоЙ 7 Й 20, (6) а сдвигу на 180 ф между ними (векто-ры Я; 05 фиг, 2) соответствует нера- венство Й, Й,где Й 0- отсчитываемое значенид Й,т.е. согласно 4) Й = 2 ф (8)2 О ЫСцПри уравновешиваниях моста по Фазе число витков М регулируют по показаниям детектора 9 коллинеарности,реагирующего при М = чау на знаки на величину проекции тока ьД наось мнимых чисел в комплексной плоскости, вещественная ось которой параллельна вектору ц(фиг3)Первое уравновешивание моста1,фиг. 1) по фазе проводят при Й=Йи,где Й 1 ь,- максимальное значение ЙдЛя данного поддиапазона добротности, 5в котором находится значение Ц,. Ес-ли по окончании первого уравновешивания по фазе детектора 9 коллинеарности покажет совпадение вектора Ь.по фазе с Ц, то второе уравновешивание моста по Фазе проводят приЙ 2 = Йм 1-0,5) . Если по окончании второго уравновешивания моста пофазе детектор 9 коллинеарности покажет опять наличие синфазности между З 5дЗ,и О , то третье уравновешиваниемоста по фазе проводят при Й=Й. Уравновешивания моста по фазе при 40 все меньших весах изменения параметра резистора 3 проводят до тех пор, ,пока .не будет выполняться с погрешностью до одногоотсчитываемого в младшем разряде знака параметра ре зистора 3 расчетное соотношение. При выполнении (4) уравновешенный по фазе иост удовлетворяет и расчетному соотношению (3), т.е. является уравновешенным и по амплитуде. 50 Указанные погрешности установкиФазы опорного напряжения и коллинеарности между д Э и Орп не влияют на 55выбор значений Й,так как при выборезначений параметра Й, задаваемого по.Число уравновешиваний моста по фазе невелико: оно равно 7; 10; 14;17 при отсчете соответственно 2-х;3"х; 4-х и 5-ти знаков параметра ре- зистора 3 в десятичной системе счисления при любых значениях Я.Отметим, что уравновешивания моста по фазе регулировкой одной переменной М 1 являются направленными, так как "(Фиг. 3) при неравенстве1 111 у (9) где Н - значение М, соответствую-, щее коллйнеарности между 5 и 0 по окончании 1-ого уравновешивания по Фазе, указанная проекция,ЬпЫ положительная, а приИт И; 10) принимает отрицательные значения.При ММ абсолютное значение проекции ДпЫ с увеличением Нмонотонно возрастает. Это обстоятельство также можно использовать для выработки воздействий по изменению И при уравновешиваниях моста по Фазе.приближением к полному равновесию моста по амплитуде последние уравновешивания моста по фазе протекают значительно быстрее, чем первые операции уравновешивания моста по Фазе, так как последние веса изменения резистора 3 малы.Итак, процесс уравновешивания моста по амплитуде проводят за заранее известное и достаточно малое количество операций направленного уравновешивания по фазе регулировкой переменной И, Поэтому процесс уравновешивания моста по амплитуде является быстросходящимся при любых значениях О, измеряемого иммитанса.Погрешности установки фазы опорного напряжения при предварительной операции, а также погрешности установки коллинеарнасти между 63 и 00 при уравновешиваниях по фазе выходных токов 5 и З не оказывают влияния на точность измерения, так как мост в конце измерения по предлагаемому способу уравновешен по амплитуде.Не оказываютвлияния на точность измерения и входные цепи детектора 9 коллинеарности, так как одна из них фиг. 1) включена в измерительную диагональ моста между точкой соединения зажимов 12, 13 и общей шиной, а другая подключена к источнику опорного напряжения Уп. методу взвешивания, используется знакфазы выходного тока Ь; относительно00,. а не значение ее. При измерении10 9 ,9188иммитансов с очень низкими значениями Я для обеспечения сходимостипроцесса уравновешивания моста по. амплитуде необходимо применять детектор коллинеарности с высокой разрешающей способностью к значению проекции За 3 (фиг. 3), а также точно устанавливать при предварительной операции равенство между агфоп и фазойЭв режиме короткого замыкания Т-це- опи.Иост, реализующий предлагаемыйспособ., характеризуется хорошей помехозащищенностью благодаря наличиюобщей заземленной точки у обоих входов детектора 9 коллинеарности, источников питания, подключаемых к зажимам 10 и 11, 16 и 17 и источника.опорного напряжения, подключаемогок зажиму 15, " общая . шина объекта гоизмерения 8 и регулируемого резистора 3, а также благодаря использова-,нию в. качестве регулируемого параметра числа витков М.При измерении по предлагаемому 25способу комплексных проводимостей индуктивного характера Зу = (1/йу)++(1/аЬ) объект измерения такжерасположен в поперечном плече Т-цепи5 (фиг. 1) . При этом в плече 1 срав- зонения образцовый конденсатор 4 и регулируемый резистор 3 включены между собой последовательно, Уравнениеравновесия моста имеет видйй +й,й ( - + - . ) =1 14 В 4 й уют,.= -Д+к+-. ), (11)Х 11 С,При выполнении условия (2) имеемследующее выражение для измеряемого 40тангенса угла потерь;1 дб= мСК(12) .Измеряемая же ийдуктивность, каки в случае измерения комплексных сопротивлений 2= Е+уО., определяется по формуле (3).Процесс уравновешивания моста поамплитуде в случае измерения комплексных проводимостей 3 аналогиченпроцессу уравновешивания по амплиту- .де при измерения Е. Однако соответствие знаков фазы д,1 относительноО оп с неравенствами (6) и (7) здесьобратное, т.е. синфазность между(7), и противофазность - неравенству (б).Таким образом, предлагаемый способ характеризуется раздельным частотнонезависимым измерением парамет" ров Е, О и Е, Сд б" комплексных иммитансов индуктивного характера в широком диапазоне добротности измеряемых иммитансов, включающем десятые и сотые доли единицы и, соответственно, в расширенном на два порядка в сторону больших значений диапазоне тангенса угла потерь, при высокой точности и малой продолжительности измерения. Процесс измерения легко может быть автоматизирован.Применение изобрет .ния может привести к созданию уравновешенных частотнонезависимых мостов как для ручного, так и автоматического раздельного измерения комплексных сопротивлений и проводимостей индуктивного характера в расширенном не менее,чем на два порядка в сторону низких значений диапазоне добротности и, соответственно, в расширенном на два порядка в сторону больших значений диапазоне.тангенса угла потерь по сравнению с известными мостами.Формула изобретения Способ раздельного измерения параметров комплексных иммитансов индук"тивного характера, содержащий операции уравновешивания по фазе частотнонезависимого моста путем регулировки одного параметра приряде значений второго параметра до установления равновесного состояния моста поамплитуде, при котором отсчитываютизмеряемые параметры по значениямдвух регулируемых параметров, о т -л и ц а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения диапазона измерениядобротности и тангенса угла потерьпри уменьшении времени и повышенииточности измерения индуктивности,добротности и тангенса угла потерь,значения второго параметра задают пометоду взвешивания в соответствии сознаком фазы выходного сигнала мостаотносительно опорного напряжения после каждого уравновешивания моста.пофазе.Источники информации,принятые во внимание при экспертизеИзмеритель Ь, С, Й универсаль-ный ЕХ. Техническое описание иинструкция по эксплуатации, с, 5, 72, Карандеев К.Б., Штамбергер Г,А.Обобщенная теория мостовых цепейпеременного тока, 1961, с. 124- 12691:8864 Составитель В Техред Л. Пека нчукКоррект Редактор О.ПоловШвыдкая иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Заказ 2130/27 Тираж 719 ВНИИПИ Государственного комит по делам изобретений и отк 113035, Москва, Ж, Раущская на