Цифровой мост переменного тока

Союз Советскни Социалистических Республик(22) Заявлено 300 З 79 (21) 2744210/18-21 1,51)М, Кл.з 6 01 В 17/10 с присоединением заявки Нов(23) Приоритет Государственный комитет СССР но дедам изобретений н .открытий(53) УДК 621. 317. . 733 (088. 8) 72) Авторы изобретения Ф. Прокунц И. Иаронов Фпри ЗавЬда ВЗМ и Филиал(71) Заявители ензенский эав Пензенского ВТУ итех(5 РОВОЙ ИОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА подсоединены соответственно к прямо-.му и инверсному входам первого элемента ЗАПРЕТ, выход которого черезблок уравновешивания по реактивнойсоставляющей измеряемого комплексного сопротивления подключен ко входу первого цифрового индикатора, эторая вершина диагонали питания мостовой измерительной цепи подсоединенако вторым входам дифференцирующейцепи, первого и третьего фазовременных преобразователей и к третьемувходу второго Фазовременного .пре- ообразователя, выход дифференцирующейцепи подключен к первому входу третьего Фазовременного преобразователя,первый и второй выходы которогоподсоединены соответственно к первымвходам третьего и четвертого интеграторов, выходы которых подключенысоответственно к прямому и инверсному входам второго элемента ЗАПРЕТ,выход которого через блок уравновешивания по,активной составляющей из-.меряемого комплексного сопротивления подсоединен ко входу второго блока индикации 111,Недостатком данного микстся невысокая точность каналвешивания по активной соста а являета уравновляющей Изобретение относится к электро- измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров комплексного сопротивления.Известен цифровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, вершина измерительной диагонали которой, примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к первым входам первого и второго фазовременных преобразователей н к третьемУ входу третьего Фазовременного преобразова-15 теля, вторая вершина измерительной диагонали подключена ко второмувходу второго фазовременного преобразователя, выход которого подсоединен ко вторым входам четырех интеграто ров, вершина диагонали питания мостовой, измерительной цепи, привикающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к первому входу дифференцирующей цепи и третьему входу первого фазовременного преобразователя, первый и второй .выходы которого подключены соответственно к первым входам первого н второго интеграторов, выходы которых 30 ческого института"=::.измеряемого комплексного сопротивления, обусловленная наличием в этомканале дифференцирующей цепи, вносящей погрешность в процесс Формирования регулирующих воздействий,вследствие чего точность измеренияактивной составляющей измеряемогокомплексного сопротивления занижена.Известен цифровой мост переменного тока, лишенный указанного недостат-ка, содержащий генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, первая вершина диагоналипитания которой, прииюкающая к измеряемому комплексному сопротивлению,подсоединена к первому входу первого 15фазовременного преобразователя ивторому входу третьего фаэовременного преобразователя, вторая вершинадиагонали питания подключена ко второму входу первого Фазовременного ;Щпреобразователя, первая вершина измерительной диагонали, приваюкающаяк измеряемому комплексному сопротивлению, подсоединена к третьим входампервого и третьего фаэовременных .преобразователей и второму входу второго Фазовременного преобразователя,вторая вершина измерительной диагонали подсоединена к третьему входувторого и кпервому входу третьегофазовременных преобразователей, первый и второй выходы первого фазовременного преобразователя подключенык первым входам первого и второгоинтеграторов соответственно, выходвторого фаэовременного преобраэователязподсоединен ко вторым входам четырех интеграторов, первый и второйвыходы третьего фаэовременного преобразователя подключены к первым входам третьего и четвертого интеграторов соответственно, выход первогоинтегратора подсоединен к прямомувходу первого элемента ЗАПРЕТ, инверсных вхой которого подключен квыходу второго интегратора, выходы 4третьего и четвертого интеграторовподсоединены соответственно к прямому и инверсному входам второго элемента ЗАПЕРТ, выход первого элементаЗАПРЕТ через блок уравновешиванияпо реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивленияподсоединен к первому блоку индикации, выход второго элемента ЗАПРЕТчерез блок уравновешивания по тангенеу угла потерь измеряемого комп,лекуиого сопротивления подключенко входу второго блока индикации 2,Недостатком этого моста являетсяневысокая точность,измерения составляющих комплексного сопротивления, 4 Ообусловленная наличием двухканальнойструктуры в каждом тракте формирования регулирующих воздействий,Цель изобретения - повышение точности измерения тангенса угла потерь д 5 н реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления.Указанная цель достигается тем, что в известный цифровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидального напряжения, включенный в диагональ питания мостовой измерительной цепи, пять согласующих устройств, вход первого из которых соединен с вершиной диагонали питания мостовой измерительной цепи, не приьькающей к измеряемому комплексному сопротивлению, а выход - с первым входом первого Фазовременного преобразователя, выход которого соединен с первым входом первого интегратора, вход второго согласующего устройства и первый вход третьего согласующего устройства соединен с первой вершиной измерительной диа- . гонали мостовой измерительной цепи, вторые входы третьего и четвертого согласующих устройств соединены с вершиной диагонали йитания мостовой измерительной цепи, не примыкающей к измеряемому. комплексному сопротивлению, выход третьего согласующего устройства соединен с одним из входов второго Фазовременного преобразователя, выход которого соединен с другим входом первого интегратора и первым входом второго интегратора, второй вход четвертого согласующего устройства и вход пятого согласующего устройства соединены с вершиной диагонали питания мостовой измерительной цепи, примыкающей к измеряемому комплексному сопротивлению, выход четвертого согласующего устройства соединен со вторым входом первого Фаэовременного преобразователя и первым входом третьего Фазовременного .преобразователя, второй вход которого соединен с выходом пятого согласующего устройства, выход третьего Фаэовременного преобразователя соединен со вторым входом второго интегратора, вторая вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи соединена с общей шиной, два блока уравновешивания и два блока индикации, входы которых соединены соответственно с выходами блоков уравновешивания, введены управляеьий инвертор и блок управления инверто- ром, причем выход второго согласующего устройства подсоединен к первому входу блока управления инвертором и информационному входу управля-: емого инвертора, выход которого подключен к первому входу второго фаэовременного преобразователя, выход третьего соглааукщего устройства подсоединен ко второму входу блока управг.ения инвертором, .выход которого подключен к управляющему входу управляемого инвертора. При этой выход первого интегратора сое- . динен со входом первого блока уравновешивания, а выход второго интег. Ратора соединен со входом второгоблока уравновешивания.Принципиальное отличие предлагаемого цифрового моста переменноготока от известного заключается втом, что замена двухканальной структуры в каждом тракте Формированиярегулирующих воздействий на одноканальную позволяет повысить точностьуравновешивания по тангенсу углапотерь и реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления.На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; нафиг. 2 и 3 - топографические диаг"рамьи процесса уравновешивания мостовой измерительной цепи по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления и по тангенсуугла потерь соответственно; наФиг. 4 - 7 изображены временные диаграув, поясняющие работу канала уравновешивания по реактивной сосТавляющей измеряемого комплексного сопротивления,Устройство содержит мостовую 25измерительную цепь 1, у которой имеется измеряемое комплексное сопротивление 2, 3 (С ,й), образцовый эле-мент 4, служащий для выбора предерегулируеьий элементслужащий для уравновешивания по реактивной составляющей измеряемогокомплексного сопротивления (й 3),регулируежй элемент б, служащийдля уравновешивания по тангенсу угла потерь (й 4), образцовый нерегулируеьий элемент 7(С 4), генераторсинусоидального напряжения 8, согласующие устройства 9 - 13, блок 14управления инвертором, управляемФйинвертор 15, фаэовременные преобраэователи 16-18, интеграторы 19, 20,блок 21 уравновешивания потангенсу угла потерь, блок 22 уравновешивания по реактивной составляющей физмеряемого комплексного сопротивления, блоки,23, 24, причем генератор .синосуидального напряжения 8 включенв диагональ питания ав мостовойизмерительной цепи 1, вершина днаонали питания которой а, не примыкаю- ущая.к измеряемому комплексному соп-ротивлению 2, 3, подсоединена кпервому. входу согласующего устройства 12, ко второму входу согласующего устройства 11 и через согласующее устройство 9 в к первому входуФаэовременного преобразователя 16,выход которого подключен к первомувходу, интегратора 19, выход которогочерез блок уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого 40комплексного сопротивления подсоединен ко входу блока индикации 23,вторая вершина диагонали питанИя подключена ко второму входу согласующего устройства 12 и через согласую- Я щее устройство 13 - к первому входуфазовременного преобразователя 18,выход которого подсоединен к первому входу интегратора 20, выход которого через блок 22 уравновешиванияпо тангенсу угла потерь подсоединен кб входу блока индикации 24, первая вершина измерительной диагонали,примыкающая к измеряемому комплексному сопротивлению, подключена кпервому входу согласующего устройства 11 и через согласующее устройство 10 - к первому входу блока 14управления инвертором и к информационному входу управляемого инвертора 15, выход которого подсоединенк первому входу фазовременного преобразователя 17, выход согласующегоустройства. 11 подсоединен ко вторымвходам блока 14 управления инвертором и фазовременного преобразователя 17, выход которого подключен ковторым входам интеграторов 19, 20,выход блока управления инвертором. 14подсоединен к управляющему входу управляемого инвертора 17, выход согласующего устройства 12 подключенко вторым входам фазовременных преобразователей 16, 18, вторая вершинаизмерительной диагонали соединенас общей шиной,На фиг. 2 и фиг, 3 с и д - потенциальные точки, соответствующие вершинам измерительной диагонали; а 8напряжение питания мостовой измерительной цепи; сд - напряжение небаланса мостовой измерительной цепи;са - напряжение, снимаемое с плечамостовой цепи, в которое включен образцовый.элемент, служащий для выбора пределов 4 (В); ад - напряжение,снимаемое с плеча мостовой цепи, вкоторое включен регулируеьмй элемент, уравновешивающий мостовую цепьпо реактивной составляющей 5 (йз);ЬЬ - напряжение, снимаемое с плечамостовой цепи, в которое включеныобразцовый нерегулируеьий элемент 7(С,) и регулируемюй элемент 6 А ),уравновещивающий мостовую цепь потангенсу угла потерь; Ч - фазовыйсдвиг, образованный векторами падения напряжения ад относительно напряжения питания аб;, 9 - фазовыйсдвиг образованный векторами напрязенйя небаланса сд относительнопадения напряжения са; ) - фазовыйсдвиг, образованный векторами инвертированного напряжения небалансадс относительно падения напряженияса;- фазовый сдвиг, образованныйвекторами падения напряжения дЬ относительно напряжения питанйя аЬ;А, р - окружности уравновешиваниямостовой измерительной цепи в обобщенных обозначениях.Процесс уравновешивания мостовойизмерительной цепи по реактивнойсоставляющей измеряемого комплексного сопротивления осуществляютрегулировкой переменного параметра5(В 3). Мостовая цепь 1 (Фиг. 1) находйтся в состоянии кваэнравновесняпо реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления, еслипотенциальные точки с и д, соответствующие вершинам измерительной диагонали, расположены на одной окружности(фиг. 2),. Информацию, необходимую для коммутации параметра,уравновешивающего мостовую измеритель.ную цепь по реактивной составляющейполучают путем сравнения угла ч суглами 9 или ) , причем угол ч сравнивается с углом 9, если М180 ф,если же 9 Ъ 180то уголч сравнивается с углом . Это дает возможйостьточно определить, в какой иэ четырехзон круговой диаграмма (фиг. 2находится потенциальная точка д. Изанализа круговой диаграьен видно, 20что в случае, когда потенциальнаяточка д находится в 1-й зоне, угол е9, 180 ои ч 9, во 2-й зоне угол+7 180к чы, в 3-й зоне угол 9180 ичье,. в 4-й зоне угол Ч 7180 ф и ч. 25Уравновешивание мостовой измерительной цепи по тангенсу угла потерьдостигается при расположении потенциальных точек С и д на одной окружности а. дляполучения однозначной ЗОинформации о местоположении потенциальной точки д в одной из возможныхзон (фиг, 3 ) осуществляют сравнениеугла . с. углами 9 или ,. причемсравнение углас угломосуществляют в случае, если угол Ч 180 ф.Если же Ч 180, то с угломЦсравнивают угол . Анализ круговой диаграмьи (Фиг. 3) показывает, что вслучае нахождения потенциальной точкиС в 1.зоне угол. 180 ф и с, 40во 2-й зоне угол ф)180 иф р, в3-ей эона угол 97180 и(, в 4-йзоне. Угол 9) 180 о. и .С .Работа цифрового. моста сводитсяк одновременному уравновешиванию мостовой измерительной цепи по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления ипотангеисуугла потерь, осуществляемому двумяканалами. уравновешивания. Общим дляобоих каналов формирования регулирующих воздействий является тракт, состоящий иэ блока.14 управления кивер;тором, управляемого инвертора 15 и;Фаэовременного преобразователя 17,и .ФРрмирующий сигнал, пропорциональ.ныЩфазовому сдвигу падения напряжения са относительно либо .напряжениянебаланса сд(9), либо инвертированного напряжения небаланса. Тракт,состоящий из блока 14 управления инвертором, управляемого инвертора 15,фазовременных преобразователей 16, 17,интегратора 19, блока Я уравновешивания по реактивной составляющейизмеряемого комплексного сопротивле ния и блока индикации 23, являетсяканалом уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления.Работа канала осуществляетсяследующим образом,На первый вход фазовременногопреобразователя (ФВП) 16 через согласующее устройство (Су) 9 подаетсянапряжение Иц, а на.второй входФВП 16 постуйает напряжение Оц сСУ 12, На второй вход ФВП 17 поступаетнапряжение ц с СУ 11, а на первыйвход ФВП 17 подается напряжение цс .либо ц с СУ 10 через управляемыйинвертор (УИ)15.УИ 15 управляетсясигналами с блока 14 управления ннвертором, который, осуществляет сравнение Фазового углас углом, равным 180 о, В том случае, когда угол9 18(Р., через УИ 15 проходит сигнал ц д. Если же угол Ч180 , тоУИ 15 инвертирует цс и на первыйвход ФВП 17 подается напряжение ц,Фаэовременные преобразователи 16, 17вырабатывают импульсы одинаковойамплитуды (Фиг. 4, Фиг. 6, Фиг. 5,Фиг. 7, строки д и е), длительностькоторых соответствует Фаэовым сдвигам между напряжениями, поступающими на их входы,. На выходе ФВП вырабатывается импульс, длительностью,соответствующий Фазовому углу ч(Фиг. 4, фиг. б фиг. 5, фиг. 7,строка е). На вйходе ФВП 17 вырабатывается импульс, соответствующийпо длительности либо углу 9 (если9180 О), либо углу(если 97 180 е)(Фиг. 4. Фнг, 6, фиг. 5, фиг. 7 строка д)Импульсы с выходов ФВП 16 и ФВЛ 17поступают на вход интегратора 19,который. сравнивает углы ч и(если,Ч180, что соответствует расположению потенциальной точки д в 1-йили 3-й зонах круговой диаграюи нафиг. 2) нли угли ч и 3 (если 9180,т,е. точка потенциальная д находитсяво 2-й или 4-й зоне круговой диаграммы Фиг. 2). Полярность сигнала навыходе интегратора 19 зависит отсоотношения ФаэоЮых углов ч и 9 илии ч, Сигнал на выходе интегратора 19 будет положительной полярнос-.ти, если М)9 илиМЪ (фиг. 5, фиг. 7,строка Г) и отрицательной полярности, если ЧЧ или с (Фиг, 4, Фиг. бстрока У).Выходной сигнал интегратора 19 управляет работой блока уравновешивания по реактивной составляющей 21 измеряемого комплексного сопротивления. Влокируя (сбрасывая ) всеизменения параметра, уравновешивающего мостовую измерительную цепь пореактивной .оставляющей, приводящиек отрицательной полярности сигналана выходе интегратора 19, н сбрасы"вая (блокируя) все изменения, приводящие к положительной полярности сигнала на выходе интегратора 19, производят уравновешнвание по реактив- ной составляющей измеряемого комп, лексного сопротивления.Одновременно с уравновешиванием по реактивной составлявшей происхо-. дит уравновешивание по тангенсу угла потерь. Каналом уравновешивания под является тракт, содержащий блок управления инвертором 14, управляемый инвертор 15, Фазовремен ные преобразователи 17, 18, интегратор 20, блок 22 уравновешивания по тангенсу угла потерь и блок индикации 24. Работа этой части блоксхеьи происходит аналогично работе ,канала уравновешивания по реактивной составляющей измеряемого комплексного сопротивления, Отличие заключается в том, что Фаэовые углы 9 нлисравниваются с углом..Исйольэованне предлагаемого цифрового моста переменного тока обеспечивает по сравнению с существующими мостами более высокую точность измерения тангенса угла потерь и 25 реактивной составлякщей измеряемого комплексногд сопротивления.Формула изобретенияЦифровой мост переменного тока, содержащий генератор синусоидальиого напряжения, включенный в диагональ ,питания мостовой измерительный цепи, пять согласующих устройств, вход пер-, вого из которых соединен с вершйиой диагонали питания мостовой измери.тельной цепи, ие.примыкающей к измеряемому комплексному сопротивлению, а выходс первым входом первого . 40 Фазовременного преобразователя, выход которого соединен с первым входом первого фазовременного преобразователя, выход которого соединен с пер ,вым входом первого интегратора, вход 45 ,второго согласующего устройства и первый вход третьего согласукщего устройства соединены с первой вераиной измерительной диагонали мостовой измерительной цепи, вторые входы р третьего и четвертого согласующих устройств соединены с вершиной диагонали питания мостовой измерительной цепи, не прижкающей к измеряемому комплексному сопротивлению, вы-,ход третьего согласующего устройства соединен с одним из входов вто"рого фазовременного преобразователя,выход которого соединен с другим входом первого интегратора и первымвходом второго интегратора, второйвход,.четвертого согласующего устройства и вход пятого согласующего устройства соединены с вершиной диагоналипитания мостовой измерительной цепи,прижкакщей к измеряемому комплексному сопротивлению, выход четвертогосогласующего устройства соединен совторым входом первого фазовременно"го преобразователя и первым .входомтретьего фаэовременного преобразова.теля, второй вход которого соединенс выходом пятого согласующего уст.ройства, выход третьего фазовременного преобразователя сбедйнен совторым входом второго интегратора,вторая вершина измерительной диагонали мостовой измерительной цепи соединена с общей шиной, два блокауравновешивания и два блока индикации, входы которых соединены соответственно с выходами блоков уравновешивания, о т л и ч а и щ и й с ятем, что, с целью повьааения точности измерения, в него введены управляемый инвертор и блок управления инвертором, причем выход второго согласующего устройства подсоединен кпервому входу блока управления инвертором и информационному входу уп"равления инвертора, выход которогоподключен к первому входу второгофазовременного преобразователя, выход третьего согласующего устройства подсоединен ко второму входу блока управления инвертором, выход которого подключен к управляющему входу управляевюго инвертора, при этомвыход первого интегратора соединенсо входом первого блока уравновешивания, а выход второго интеграторасоединен со входом второго блокауравновешивания.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Прокунцев А.Ф., Крам А.Л., Иаксимова Е.С. Цифровой мост переменного тока,-фПриборы и системы управленияф,. 1977, В 11,2. Авторское свидетельство СССРпо заявке В 2596912/21 26.1278.873134 ИИПИ Заказ 9025/70аж 735 Подписное Филиал ППП ПатентУжгород, ул.Проектная