Устройство для измерения параметров комплексного двухполюсника

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН А ц 4 С 01 К 17/10 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ТфШМ 01 Яд юл. В 25 ельскохозяйствен и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(71) Пензенский снь институт(56) Авторское свидетельство СССР У 1026062, кл. С 01 К 17/10, 1980.Авторское свидетельство СССР У 1118922, кл. С 01 К 17/10, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНОГО ДВУХПОЛЮСНИКА (57) Изобретение относится к област измерения и контроля параметров комплексного двухполюсника. Цель изо ретения в .повьппениЕ точности измер ния. Это достигается за счет исключения необходимости формирования мгновенных значений информационных сигналов точно в момент перехода че рез ноль и экстремум опорных сигналов. Устройство содержит генератор 1 гармонического сигнала, измерительную цепь 2, состоящую из параллельно соединенных ветвей. Одна из ветвей состоит из последовательно соединенных образцовых двухполюсников (ОД) 3 и 5, другая ветвь состоит из однородных ОД 6.1 и 6.2, блоков 7,1-7,4 согласования, выходы которых соединены с входами соответствующих блоков 8. 1-8.4 вычисления, блоков 9. 1-9.2 суммирования, блоков 10.1- 10.2 разности, амплитудно-дифференциальных детекторов 11.1-11.4, блока 12 обработки сигналов, блоков Ю .с 13.1-13.4 уравновешивания. Устройство позволяет одновременно измерять четыре параметра исследуемого двухполюсника, значения которых отображаются на блоках 14.1-14.4 индикации 5 илаЪ Орв ОсьО О 3 в 3 с ОР ис Отс Известно цЪф,(2) О Р 1 0 п 3аД аоВ то же время Изобретение относится к измерительной технике, а именно к областиизмерения и контроля параметровкомплексного двухполюсника.Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключениянеобходимости формирования мгновенных значений информационных сигналов точно в момент перехода через.ноль и экстремум опорных сигналов, 10На фиг. 1 представлена структурная схема устройтва, на фиг. 2схема измерительной цепи; на фиг. 3 -векторная и круговая диаграммы дляизмерительной цепи, когда исследуемый двухполюсник имеет последовательную схему замещения с емкостным характером и когда в качестве образцовых двухполюсников выбраны емкостный и резистивный двухполюсники соответственно; на фиг. 4 и 5 - векторные диаграммы процесса уравновешивания в декартовой системе координат.Устройство (фйг, 1) содержит генератор 1 гармонического сигнала,зажимы которого подключены к измерительной цепи 2, состоящей из параллельно соединенных ветвей, однаветвь состоит из последовательно 30соединенных образцового двухполюсника 3, исследуемого двухполюсника 4,образцового двухполюсника 5, другаяветвь состоит из образцовых однородных двухполюсников 6. 1 и 6,2, блоков7.1-7.4 согласования, выходы которых соединены с входами соответствующих блоков 8.1-8.4 вычисления,выходы .которых подключены к соответствующим входам блоков 9.1 и 9.2 40суммирования, выходы которых подключены к входам соответствующих блоков 10. 1 и 10,2 разности выходы ко-,)торых соединены с входами соответствующих амплитудно-дифференциальных детекторов 11.1-11.4, выходыкоторых подключены к соответствующимвходам блока 12 обработки сигналови к входам соответствующих блоков13.1-13,4 уравновешивания, выходыкоторых подсоединены к входам соответствующих блоков 14.1-14.4 индикации.1 На фиг, 2-5 приняты следующиеобозначения:)" Дс- тРаектории перемещенияпотенциальных точек 1щ,д, с; вектор напряжения питания измерительной цепи;вектор падения напряжения снимаемого с образцового двухполюсника 5;вектор падения напряжения снимаемого с образцового двухполюсника 5,вектор напряжения наисследуемом двухполюснике 4,векторы напряжений раэ-,оалансов;вектор компенсирующегонапряжения;вектор разностного напряжения между векторамиБ, и Овектор разностного напряжения между, векторами О,и ОЗ,вектор разностного напряжения между векторами БР,и Бвектор суммарного напряжения между векторами ОР ап )вектор разностного напряжения между векторами ОР " Осавектор суммарного напряжения между векторами Ор Осьчто где РС , , РС,1 и ,1 - параметры измерительной цепи в обобщенных значениях.Анализируя векторную диаграмму (фиг. 2), можно отметить, что а а вд и й а 3 подобны, из подобия треугольников имеем ащ ой ЭГр (Э)оо агап. с 3 гп соБ(1 ВОр-су) агп-дп со 5 Р свДВ ап. ,ф Р о (ф 1+ 8,11а ф (4)В ай а м 1(к Р )11+ ((6) Подставив выражения (1) и(2) 1 О Так жев (6), после преобразования получаем уд а Ь ), мь(10) или же о " 2 дм соби о- активный образцовый двухполюсник,1 - активная составляющая изме 55рительного комплексногосопротивления двухполюсника. где о.м1 ) з м -, т со з р 7 д, "а+Ра) о Лм со 5 ц ом м 3 соз Ч 3 Г - 2 уф ав р" УаПосле преобразования выражекия (7) получаем Преобразовав выражение (8), полу- чим Также можно отметить, что сЪс 3 с ос + сА из подобия й ао 3 и а КсЬ имеем01 о 3 щ о 180-Ю) Зм в 1 пКЬ сь сЪсь где Х- реактивный образцовыйдвухполюсник,- реактивная составляющаяизмеряемого комплексного сопротивления двухполюсника.Аналогичные расчеты можно провес ти, используя вектор разбаланса Хс;Приведем окончательные выражения: Ыс соечс 2 М 5 - сЬ(19) р "со "о М ссор 4 (2 О Кс К сЬ(27) 2 К2 сс 1 п-ащо = с 1 го =3 в - , (21) Для параллельной схемы замещения исследуемого двухполюсника выражения аналогичны с той лишь разницей,10 что вместо сопротивлений будут проводимости, а при измерении приращения, например, по активной составляющей необходимо исследуемый двухполюсник 4 поменять местами с двухполюсником 5, а по реактивной составляющей исследуемый двухполюсник 4 поменять местами с двухполюсником 3.Анализируя векторную диаграмму (фиг. 4) можно отметить, что20 где 0 О - проекция вектора на Оф В момент, когда О, соб 8 можно записать в виде 1 отО,=,о,1, к, ==-где К, - коэффициент передачи понапряжению.Подставив выражение (24) в,(10), получим цод проекция вектора цна 0 сЬВ момент квазиравновесияО ,и Я= 0 можно утверждагь,что45(оД= Кг 1 ОсЪ 1 г (26) где г - коэФфициент передачи поКнапряжению.Тогда подставив выражение (26)в (18), получим Аналогичные рассуждения можно применить и в отношении 8 р иУс Щ по векторной диаграмме, изображенной на фиг. 4 б: Уравнения отсчета для составляющих комплексного сопротивления (проводимости) измеряемого двухполюсника при фазовой реализации устройства аналогичны указанным за исключением уравнений кваэиравновесия.Иэ выражений (23)-(27) следует,что отсчет каждого из измеряемых параметров производится в моменты квазиравновесия, определяемые по нулевым значениям проекций раэностных напряжений О, и О р на опорные сигналы 5и 5, однако в моменты квазиравновесия (фиг, 5 б и 5 г) вектор 0, принимает квадратурное положение относительно вектора Оаащ (фиг. 5 б) или Ос (Фиг. 5 г), при этом /Ьр/ 1 01 с/,Ог .Огсз (как диагонали прямоугольника). Очевидно, что при одновременном изменении модулей (1 Ь и 0 в момент полночиго равновесия справедливо выражение,ф, -1 ц 1=0 =5,1- Б Указанные выражения справедливы ипри исследовании вектора раэбаланса 0,1Устройство работает следуюшим образом,Напряжения 0 1 О и (1 , снимаемыес образцовых двухполюсников 3 и 5Учерез блоки 7.1 и 7.4, согласованияподаются одновременно на входы блоков8.1-8.4 вычисления (в их качествеможно, например, испольэовать усилитель с регулируемым коэффициентомпередачи) и на первые входы амплитудно-.дифференциальных детекторов11. 1-11. 4,Сигналы с блоков 8.1-8.4 вычисления, пропорциональные соответственно К ОЬся/Ь /Кг)(1 д/К0 п 1поступают на входы блоков 9.1 и 9.2 суммированиякоторыеФормируют сигналы О к = О+ 0ьс щдКомпенсирующее напряжение О с выкходов блоков 9.1. и 9.2 подаетсяраздельно на первые входы блоков10. 1 и 10,2 разности, на вторые входы которых подаются сигналы небаланса Ц и цчерез блоки 7.2 и 7.3согласования. На выходах блоков 10.1и 10.2 разности формируются сигналы, пропорциональные 0 = 0, - О 1 и 0= 5 - 0 1 соответственно,рб 1которые поступают на вторые входы 5 амплитудно-дифференциальных детекторов 11.1-11.4. Амплитудно-дифференциальный детектор в своем составе может, например, содержать блок суммирования и блок разности, выходы которых подключены к входам операционного усилителя, включенного по дифференциальной схеме. На выходах амплитудно-дифференциальных детекторов 11,1-11.4 формируются следующие 15 сигналы; на выходеблока 11.1"р 1 "с 1 1 рО 1, ), на выходе блока 11.2Она выходе блока 11.3 )ц1 .ащ20(Ор, + Оц 1; на выходе блока торые одновременно подаются на входы блока 12 обработки сигналов и на входы блоков 13.1-13.4 уравновешива 25 ния.На управляющих выходах блоков 13.1-13.4 уравновешивания формируются сигналы управления коэффициента- ми.передачи блоков 8.1-8,4 вычисления. На информационных выходах бло- З 0 ков 13.1-13,4 уравновешивания формируются сигналы, пропорциональные значениям коэффициентов передач блоков 8.1-8.4 вычисления соответственно, которые подаются на входы блоков 35 14,1-14.4 индикации.Процесс выбора предела измерения осуществлчется блоком 12 обработки сигналов по двум параметрам комплексного двухполюсника. Процесс уравновеши 40 вания начинается сразу же после выбора предела измерения и основан на методе прямого уравновешивания. Блоки 13.1-13.4 уравновешивания изменяют коэффициенты передачи блоков45 8.1-8,.4 вычисления до тех пор, пока сигналы, формируемые амплитудно-дифференциальными детекторами 11.1-11.4, станут равными нулю. В эти моменты на информационных выходах блоков50 13. 1-13, 4 уравновешивания, присут-, ствуют коды чисел, пропорциональныер,в и с, Информациойные сигналы с выходов блоков 13.1-13.4 уравновешивания поступают на блоки индикации.Таким образом, устройство позволяет одновременно измерять четыре параметра исследуемого двухполюсника,значения которых отображаются наблоках 14,1 - 14,4 индикацииФормула и з о б р е т е н и я Устройство для измерения параметров комплексного двухполюсника, содержащее генератор гармонического сигнала, один из зажимов которого подключен к входу первого блока согласования и к .одному из зажимов измерительной цепи, составленной из двух параллельно соединенных ветвей,. первая из ветвей содержит последовательно соединенные первый образцовый двухполюсник, однородный одной из составляющих исследуемого двухполюсника, клеммы для подключения исследуемого двухполюсника, первая из которых и второй вывод образцового двухполюсника соединены с общей шиной, и второй образцовый двухполюсник, однородный другой составляющей исследуемого двухполюсника, первый вывод которого и вторая клемма для подключения исследуемого цвухполюсника подключены к первым входам второго и третьего блоков согласования, вторая ветвь содержит два последовательно соединенных однородных образцовых двухполюсника, вторые выводы которых подключены к второму входу второго блока согласования и к входу четвертого блока согласования, выход которого соединен с первым вхоФ дом первого блока разности, второй зажим измерительной цепи подключенк второмузажиму генератора гармоничного сигнала и к второму входу третье- третьего блока согласования, выход которого через первый блок вычисления соединен с первым входом блока суммирования, выход которого подключен к первому входу второго блока разности, второй вход которого соединен с выходом второго блока согласования, выход первого блока согласования подключен через второй блок вычисления к второму входу первого блока суммирования, управляемые входы первого и второго блоков вычисления подключены соответственно к управляющим выходам первого и второго блоков уравновешивания, информационные выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго блоков индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности, в него введены третий и четвертый блоки вычисления, второй блок суммирования, четыре амплитудно-дифференциальных5 детектора, блок обработки сигналов, третий и четвертЫй блоки уравновешивания, третий и четвертый блоки индикации, причем выход первого блока согласования соединен с первыми входами первого и второго амплитудно-дифференциальных детекторов и через третий блок вычисления с первым входом второго блока суммирова 15 ния, выход которого подключен квторому входу первогоблока разности,выход которого соединен с вторым входом второго и первым входомтретьего амплитудно-дифференциальных детекторов, выход третьего блока согласования соединен с вторым входом третьего и первым входом четвертого амплитудно-дифференциальных де- текторов и через четвертый блок вы числения с вторым входом второго блока суммирования, выход второго блока разности подключен к вторымвходам первого и четвертого амплитудно-дифференциальных детекторов, выходы которых подключены соответственно к входам второго и первого блоков уравновешивания и к первому и второму входам блока обработки сигналов, выходы второго и третьего амплитудно-дифференциальных детекторов соединены соответственно с входами третьего и четвертого блоков уравновешивания и с третьим и четвертым входами блока обработки сигналов, управляющие выходы которого подключены соответственно к шинам управления образцовыми двухполюсниками первой ветви, информационные выходы третьего и четвертого блоков уравновешивания соединены соответственно с входами третьего и четвертого блоков индикации, а управляющие выходы подключены соответственно к управляемым входам третьего и четвертого блоков вычисления,1242836 Составитель В Текред О.Сопк ен Бутяга Корректо ктор А. Козори Заказ Зб 98/ Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 НИИПИ по д 1303