Цифровой мост переменного тока

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союа Советскмк Соцмалмстмческмк Уесублмк(22) Заявлено 07. 06. 78 (2) 2624307/18-21с прмсоедмнеммем заявки Мо(23) Г 3 рмормтет С 01 й 17/10 ГосударстаенимЯ комитет С.ССР по дедам изобретеииА и открмтиА(54) ЦИФРОВОЙ ИОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Изобретение относится к электро- измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров комплексного сопротивления.Известен цифровой мост переменно- ф го тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, первая вершина диагонали питания которой, примыкающая кизмеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к первому входу первого фазовременного преобразователя и ко второму входу третьего фазовременного преобразователя, вторая 15 вершина диагонали питания мостовой измерительной цепи, подключена ко второму входу первого фазовременного преобразователя и первому входу второго фазовременного преобразователя, пер вая веригина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсосдинена к третьим входам первого и третьего фазовремен ных преобразователей и второму входу второго фазовременного преобразователя, вторая вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи подсоединена к третьему входу вто рого фазовременного преобразователя и к первому входу третьего фазовременного преобразователя, первый и второй выходы первого фазовременного преобразователя подключены к первым входам первого и второго интеграторов соответственно, вторые входы которых соединены свыходом второго фаэовременного преобразователя, выход первого и второго интеграторов подсоединен соответственно к прямому и инверсному входам первого элемента фэапретф, выход которого через блок уравновешивания по ре;,ктивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления подсоединен ко входу первого блока индикации, выход третьего фазовременного преобразователя соединен с вторыми входами третьего и четвертого интеграторов, выходы которых подсоединены соответственно к прямому и инверсному входам второго элемента фзапретф, выход которого через блок уравновешивания по тангенсу угла потерь подключен ко входу второго блока индикации 13Недостатком данного цифрового моста является невысокая точность измерения составляющих комплексного сопротивления, обусловленную тем, чтои з пяти сигналов, участвующих в фор-мировании регулирующих воздействий в обоих каналах уравновешивания, используется только один общий сигнал.Цель изобретения - повышение точости измерения составляющей, пропор- иональной тангенсу угла потерь комПдексного сопротивления.Указанная цель достигается тем, что в известном цифровом мосте переменного тока, содержащем генератор синусоидального напряжения, включенный В диагональ питания мостовой измерительной цепи, первая вершина диагонали питания которой, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к первому входу первого Фазовременного преобразователя и ко второму входу третьего фазовременного преобразователя, вторая Вершина диагонали питания мостовой измерительной цепи подключена ко второму входу первого фазовременного преобразователя и первому входу второго фаэовременного преобразователя, первая вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к третьим входам первого и третьего фаэовременных преобразователей и второму входу второго фазовременного преобразователя, вторая вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи подсоединена к третьему входу второго фазовременного преобразователя и к первому входуретьего Фаэовременного преобразователя, первый и второй выходы первого Фаэовременного преобразователя подключены к первым входам первого и второго интеграторов, соответственно, вторые входы которых соединены с выходом второго фазовременного преобразователя, а выходы интеграторов подсоединены соответственно к прямому и инверсному входам первого элемента "запрет", выход которого через блок уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления подсоединен ко входу первого блока индикации, выходтретьего фазовременного преобразователя соединен со вторыми входами третьего и четвертого интеграторов, выходы которых подключены соответственно к прямому и инверсному входам второго элемента "запретф, выход которого через блок уравновешивания по тангенсу угла потерь соединен со входом второго блока индикации, первый и второй выходы первого фазовреиенного преобразователя подсоединены соответственно к первым входам третьего и четвертого интеграторов,Принципиальное отличие предлагаемого цифрового моста переменного тока от известных заключается в том, что использование двух сигналов из четырех формирующихся в процессеуравновешивания моста в обоих каналах формирования регулирующих воздействий позволяет повысить. точностьизмерения составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь, и упростить реализацию фазовременных преобразователей.На фиг. 1 изображена блок-схемапредлагаемого устройства; на фиг.2и фиг. 3 - топографические диаграммыпроцесса уравновешивания мостовойизмерительной цепи по реактивной составляющей измеряемого комплексногосопротивления и по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь,соответственно; .на фиг. 4 - 9 изображены временные диаграммы, поясняющиеработу устройства. фиг. 4 - б поясняют работу канала уравновешивания по реактивной составляющей из 26 меряемого комилексного сопротивления, причем, на фиг, 4 изображенслучай, когда угол Р больше угла Ф и Ф +180 О, т,е. точка д накруговой диаграмме (фиг. 2) находит- .2 ся в 1-й зоне. На иг. 5 представленслучай, когда угол Р меньше угловФ и % +18 ОО, т.е, точка д находитсяво 2-й зоне (фиг, 2) а на фиг, бслучай, когда угол Ф больше угла Фу но меньше угла Ф +180 О, т.е. точкад находится в 3-й зоне круговой диаграммы (фиг. 2), фиг. 7 - 9 соответ"ствуют трем положениям точки д накруговой диаграмме (фиг. 3) и поясняют работу канала уравновешивания по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь измеряемогокомплексного сопротивления, На фиг.7изображен момент когда угол Г большеуглов Ч и Ф +1800 (точка О лежит в40 1-й зоне Фиг. 3). На фиг. 8 представлен момент, когда угол Г меньшеуглов Ф и Ч +180 б(точка О во 2-йзоне фиг. 3). А на фиг. 9 изображенслучай, когда угол Г больше угла Фно меньше угла Ф +1800 (точка д в3-ей зоне фиг. 3),Устройство (фиг. 1) содержит мос"товую измерительную цепь 1, у которой 2,3 - измеряемое комплексное со"противление (С,В ) 4 - образцовый элемент, служащий для выборапределов (Й), 5 - регулируемый элемент, служащий для уравновешивания,по реактивной составляющеи (В 3),б - регулируемый элемент, служащийдля уравновешивания по составляющей,пропорциональной тангенсу угла потерь (к 4), 7 - образцовый нерегулируемый элемент (С 4), генератор синусоидального напряжения 8, фазовременные преобразователи 9, 10, 11,интеграторы 12-15 элементы "запрет" 16 и 17, блок 18 уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления, блок 19 уравновешивания по составляющей, про 789764порциональной тангенсу угла потерь,блоки 20 и 21 индикации.На фиг. 2 и 3 обозначено:Ьа - напряжение питания мостовойизмерительной цепи,сд - напряжение небаланса мастовоизмерительной цепи,5Ьс - напряжение, снимаемое с плечамостовой цепи, в которой включен образцовый элемент, слу-.жащий для выбора пределов 4(й), 10Ьд - напряжение, снимаемое с плеча мостовой цепи, в котороевключен регулируемый элемент,уравновешивающий мостовуюцепь по реактивной составляющей 5 (й),Ьа - напряжение, снимаемое с плеча мостовой цепи, в котороевключен образцовый нерегулируемый элемент б (8,), 2 ОМ - фазовый сдвиг напряжения Ьсотносительно вектора напряжения питания Ьа,4 - фазовый сдвиг напряжения сдотносительно напряжения да,0(,)5 - окружности уравновешиваниямостовой измерительной цепив обобщенных обозначениях,Процесс уравновешивания мостовойизмерительной цепи по реактивной составляющей измеряемого комплексного 30сопротивления осуществляют регулировкой переменного параметра 4 (й).Мостовая цепь (фиг. 1) находится всостоянии квазиравновесия по реактивной составляющей измеряемого комплекс ного сопротивления, если потенциальные точки С и д, соответствующие вершинам измерительной диагонали, расположены на одной окружности ф , Информацию, необходимую для коммутациипараметра, уравновешивающего мостовую цепь по реактивной составляющей,получают путем одновременного сравнения углов Ч и Ф +180 О с углом ФЭто дает возможность точно определить, в какой из трех возможных эон(1-й, 2-й или 3-й) круговой диаграммы (фиг. 2) находится точка д, Изанализа круговой диаграммы видно,что в случае, когда потенциальнаяточка д находится в 1-й зоне, угол Рбольше углов Ф и+180 О. Во 2-йзоне угол сР меньше углов Ф и Ф +181 .В 3- й зоне угол Ф больше угла Р,но меньше угла Ф +180 в.Уравновешивание мостовой измерительной цепи по составляющей пропорциональной тангенсу угла потерь, до-, стигается при расположении точек С и д на одной окружности О . Для получения однозначной информации о мес тоположении точки О в одной иэ возможных зон 1, 2, 3 (фиг. 3) осуществляют одновременное сравнение углов Ч и Ф +180 б с углом Г. Анализ круговой диаграммы (фиг. 3) показывает 65 что в случае нахождения точки д впервой зоне уголбольше угла 4 иугла Ф +1800,Работа цифрового моста сводитсяк одновременному уравновешиваниюмостовой цепи по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь,и реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления, осуществляемому двумя каналами уравновешивания.Тракт, состоящий из фаэовременныхпреобразователей 9 и 11 интеграторов 14 и 15 элемента "запрет" 17блока 19 уравновешивания, блока 21индикации, является каналом уравновешивания по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь измеряемого комплексного сопротивления.Работа канала осуществляется следующим образом,Напряжения О. и О снимаемые непосредственно с мостовой цепи 1, поступают на вход фазовременного преобразователя 9, а напряжения Осдм Цына вход фазовременного преобразователя 11 (фиг. 4-6, строка а). Фаэовременные преобразователи 9 и 11 вырабатывают импульсы одинаковой амплитуды (фиг. 4-6, строки в, с, д) длительность которых соответствует фаэовым углам между напряжениями, поступающими на их входы. На выходефазовременного преобразователя 9 вырабатывается два импульса, соответствующие углам Ф (фиг, 4-6, строка В)и Р +180 (фиг. 4-6, строка С), Навыходе фазовременного преобразователя 11 вырабатывается один импульсдлительностью, соответствующей фаэовому углу У (фиг. 4"б, строка д).Импульсы с выходов фазовременныхпреобразователей 9 и 11 поступают навходы интеграторов 14 и 15. Интегратор 14 сравнивает углы Ф и Г (фиг.4,фиг, 5, фиг. б, строка е),а интегратор 15 - углы Ф +180 и У (фиг.4 -б,строка 1), Полярность сигналов навыходах интеграторов 14 и 15 зависитот соотношения величин фазовых угловФ и Г,Ф +180 О и Г. Сигналы на выходах Интеграторов 14 и 15 будут одинаковой полярности, если фазовыйугол 1 соответственно либо меньше фазового угла Ф (фиг. 5, строки е, Г),либо больше фазового угла Ф +18 Р(фиг, 4, строки е, Г). Сигналы на выходах интеграторов 14 и 15 будут раэнополярными, если фазовый угол Гбольше фазового угла Ф , но меньшефазового угла Ф +180 О (фиг.б, строки е, 1).Выходы интеграторов 15 и 14 соединены со входами элемента "запрет"17, выход которого управляет работойблока уравновешивания по составляющей, пропорциональной тангенсу углапотерь измеряемого комплексного сопротивления 19. Лишь в случае, когдаФормула изобретения Цифровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, первая вершина диагонали питания которой, примыкающая к измеряемому ком 50 интеграторов 14 и 15 на элемент "запрет" 17 поступают разнополярные сигналы, на выходе элемента "запрет" 17 будет наличие сигнала, например положительной полярности.Блокируя (сбрасывая) все изменения параметра, уравновешивающего5 мостовую схему по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь, приводящие к отсутствию сигнала на выходе элемента "запрет" 17 и, сбрасывая (блокируя) все изменения приводящие к наличию сигнала на выходе элемента "запрет" 17, производят уравновешивание моста по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь измеряемого комплексного со противления.Одновременно с уравновешиванием по составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь, происходит уравновешивание по реактивной со ставляющей.Каналом уравновешивания в данном случае является тракт, содержащий Фазовременные преобразователи 9 и 10. интеграторы 12 и 13, элемент"запрет" 16, блок 18 уравновешивания по реактивной составлякщей, блок 20 индикации.Работа этой части блок-схемы происходит аналогично работе канала уравновешивания по составляющей, про- З 0 порциональной тангенсу угла потерь.Отличие заключается в том, что Фазовые углы Ф и+180 О сравниваются с фазовым углом Р (фиг.7-9).Использование предлагаемого цифро ного моста переменного тока обеспечивает по сравнению с существующими мостами повышения точности измерения составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь измеряемого 40 комплексного сопротивления, а также упрощения реализации Фазовременных преобразователей и каналов формирования регулирующих воздействий. плексному сопротивлению, подсоединена к первому входу первого Фаэовременного преобразователя, и ко второму входу третьего фазовременного преобразователя, вторая вершина диагонали питания мостовой измерительной цепи подключена ко второму входу первого фазовременного преобразователя и первому входу второго Фазовременного преобразователя, первая вершина измерительной диагонали мостовой из-, мерительной цепи, примыкающая к изме(. ряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к третьим входам первого и третьего фазовременных преобразователей и второму входу второго Фазовременного преобразователя, вторая вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи подсоединена к третьему входу второго Фазовременного преобразователя и к первому входу третьего фазовременного преобразователя, первый и второй выходы первого фазовременного преобразователя подключены к первым входам первого и второго интеграторов соответственно, вторые входы которых соединены с выходом второго фаэовременного преобразователя, а выходы интеграторов подсоединены соответственно к прямому и инверсному входам первого элемента пзапрет", выход которого через блок уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления подсоединен ко входу первого блока индикации, выход третьего фазовременного преобразователя соединен со вторыми входами третьего и четвертого интеграторов, выходы которых подключены соответственно к прямому и инверсному входам второго элемента "запрет", выход которого через блок уравновешивания по тангенсу угла потерь соединен со входом второго блока индикации, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения составляющих комплексного сопротивления, первый и второй выходы первого фазовременного преобразователя подсоединены соответственно к первым входам третьего и четвертого интеграторов.Источники информации,принятые. во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРпо заявке М 2596912/21, 26,12.78.