RU2209440C2 - Method measuring parameters of input impedance and device for its realization - Google Patents
Method measuring parameters of input impedance and device for its realization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2209440C2 RU2209440C2 RU2001124069A RU2001124069A RU2209440C2 RU 2209440 C2 RU2209440 C2 RU 2209440C2 RU 2001124069 A RU2001124069 A RU 2001124069A RU 2001124069 A RU2001124069 A RU 2001124069A RU 2209440 C2 RU2209440 C2 RU 2209440C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- input
- measured
- channels
- resistor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к измерению параметров комплексных величин переменного тока. The invention relates to electrical engineering, in particular to measuring the parameters of complex values of alternating current.
Известны мосты переменного тока для измерения комплексных сопротивлений [1]. Мостовые методы измерения обеспечивают самую высокую точность измерений (у них отсутствует методическая погрешность, так как при равновесии мостовой измерительной цепи ее входное сопротивление теоретически равно бесконечности). В то же время мосты переменного тока имеют и ряд существенных недостатков. Это взаимное влияние каналов измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления, необходимость использования образцовых реактивных элементов (конденсаторов и катушек индуктивности, погрешность подгонки которых много больше, чем для активных сопротивлений), сложность изготовления и соответственно высокая стоимость. Это привело к поиску новых путей определения параметров комплексных сопротивлений на основе использования персональной ЭВМ. Known AC bridges for measuring complex resistances [1]. Bridge measurement methods provide the highest measurement accuracy (they do not have a methodological error, since when the bridge measuring circuit is in equilibrium, its input resistance is theoretically equal to infinity). At the same time, AC bridges have a number of significant drawbacks. This is the mutual influence of the measurement channels of the active and reactive components of the complex resistance, the need to use exemplary reactive elements (capacitors and inductors, the adjustment error of which is much larger than for active resistances), the complexity of manufacturing and, accordingly, the high cost. This led to the search for new ways to determine the parameters of complex resistances based on the use of a personal computer.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу и реализующему его устройству является способ косвенных совокупных измерений параметров комплексного сопротивления на основе фазового метода определения двух углов треугольника фазометрами для выбранного значения образцового резистора измерительной цепи и реализующего его устройства [2]. Функциональная схема его приведена на фиг.1. Она содержит источник питания (генератор синусоидального напряжения) 1, к выходу которого подключены последовательно соединенные образцовый резистор 2 и измеряемое комплексное сопротивление 3. К сопротивлению 3 и резистору 2 подключены сигнальные входы первого 4 и второго 5 преобразователей - цифровых фазометров. Опорные входы преобразователей 4 и 5 соединены с выходом источника 1. Выходы преобразователей 4 и 5 подключены к входам вычислительного устройства 6. При питании измерительной цепи от генератора синусоидального напряжения с амплитудой Еп на образцовом резисторе 2 и измеряемом комплексном сопротивлении 3 будут соответственно падения напряжений и где UR0 и UX - амплитуды комплексных напряжений и φ0 и φx - фазовые углы векторов и относительно вектора которые обозначены через α и β (фиг.2). Комплексное сопротивление Здесь Ro - сопротивление образцового резистора. Модуль комплексного сопротивления и его фазовый угол будут равны соответственно: RoUx(UR0)-1, γ = φx-φo = α+β, как внешний для углов α и β. Так как по теореме синусов UX(URO)-1 = sinα(sinβ)-1, то модуль комплексного сопротивления
Недостатком данного способа является невысокая точность измерения из-за использования приборов прямого преобразования (фазометров) в сравнении с мостами переменного тока. Это объясняется тем, что в процессе измерения не учитывается влияния активных и реактивных составляющих входных сопротивлений измерительных приборов, что особенно существенно на пределах измерений свыше 10-100 кОм. Учет их приводит к замене трехэлементной эквивалентной электрической измерительной цепи - к семиэлементной (фиг.3). Здесь RфA, ХфA и RфB, ХфB - соответственно активные и реактивные составляющие комплексных входных сопротивлений измерительного (А) и опорного (В) каналов цифрового фазометра.The closest in technical essence to the proposed method and the device that implements it is the method of indirect aggregate measurements of the complex resistance parameters based on the phase method for determining two angles of a triangle by phase meters for the selected value of the reference resistor of the measuring circuit and the device that implements it [2]. Its functional diagram is shown in figure 1. It contains a power source (sinusoidal voltage generator) 1, the output of which is connected in series to an
The disadvantage of this method is the low measurement accuracy due to the use of direct conversion devices (phase meters) in comparison with AC bridges. This is because the measurement process does not take into account the influence of the active and reactive components of the input resistances of the measuring devices, which is especially significant for measurements over 10-100 kΩ. Accounting for them leads to the replacement of a three-element equivalent electrical measuring circuit - to the seven-element (figure 3). Here R fA , X fA and R fB , X fB are respectively the active and reactive components of the complex input resistances of the measuring (A) and reference (B) channels of the digital phase meter.
При этом погрешность определения параметров элементов двухполюсников можно сделать соизмеримой с погрешностью мостов переменного тока за счет измерения входного сопротивления фазометра и его учета в процессе вычислений. Moreover, the error in determining the parameters of bipolar elements can be made commensurate with the error in AC bridges by measuring the input resistance of the phase meter and taking it into account in the calculation process.
Предлагаемое изобретение направлено на повышение точности измерения и расширении диапазона измерений параметров комплексных сопротивлений. The present invention is aimed at improving the accuracy of measurement and expanding the measuring range of the parameters of complex resistances.
Это достигается тем, что в способе измерения параметров комплексных сопротивлений, основанном на измерении цифровым фазометром углов между падениями напряжений на образцовом резисторе, измеряемом комплексном сопротивлении и выходным напряжением генератора синусоидальной формы, согласно предлагаемому изобретению предварительно измеряют активные и реактивные составляющие комплексных входных сопротивлений измеряемого и опорного каналов цифрового фазометра; соответствующие составляющие комплексных входных сопротивлений данных каналов симметрируются и истинные значения составляющих общей проводимости измеряемого комплексного сопротивления определяются в соответствии:
где α и β - измеренные значения углов между падениями напряжения на образцовом резисторе, измеряемом комплексном сопротивлении и напряжением генератора синусоидальной формы;
g0 - активная проводимость образцового резистора,
gф и bф - соответственно активные и реактивные входные проводимости отдельных каналов цифрового фазометра после симметрирования.This is achieved by the fact that in the method for measuring the parameters of the complex resistances, based on the measurement by the digital phase meter of the angles between the voltage drops on the reference resistor, the measured complex resistance and the output voltage of a sinusoidal generator, according to the invention, the active and reactive components of the complex input resistances of the measured and reference channels of a digital phase meter; the corresponding components of the complex input resistances of these channels are balanced and the true values of the components of the total conductivity of the measured complex resistance are determined in accordance with:
where α and β are the measured values of the angles between the voltage drops across the model resistor, the measured complex resistance and the voltage of the sine wave generator;
g 0 - active conductivity of the reference resistor,
g f and b f - respectively, the active and reactive input conductivities of the individual channels of the digital phase meter after balancing.
Устройство для измерения параметров комплексных сопротивлений поясняются чертежом. На фиг.4 приведена блок-схема устройства. Она содержит генератор синусоидального напряжения 1, образцовый резистор 2, измеряемое комплексное сопротивление 3, сдвоенный переключатель на два положения 4, цифровой фазометр 5, ПЭВМ 6. Генератор синусоидального напряжения 1, образцовый резистор 2 и измеряемое комплексное сопротивление 3 образуют последовательно соединенную измерительную цепь, причем общая точка соединения образцового резистора 2 и измеряемого комплексного сопротивления 3 подключена непосредственно к потенциальному входу измерительного канала цифрового фазометра 5, а потенциальный вход его опорного канала для верхнего положения сдвоенного переключателя 4 подсоединен к выходной клемме генератора синусоидального напряжения 1, соединенной с измеряемым комплексным сопротивлением 3, а общая шина цифрового фазометра 5 через второй канал переключателя 4 в верхнем положении подключается к клемме генератора синусоидального напряжения 1, связанной с образцовым резистором 2, и так как цифровой фазометр 5 определяет взаимное расположение векторов напряжений каналов А и В относительно общей шины, то он измеряет угол между напряжением генератора 1 и падением напряжения на образцовом резисторе 2, а для нижнего положения переключателя 4, наоборот, потенциальный вход опорного канала В подключен к выходной клемме генератора синусоидального напряжения 1, связанной с образцовым резистором 2, а общая шина обоих каналов цифрового фазометра 5 в нижнем положении переключателя 4 связана к выходной клеммой генератора синусоидального напряжения 1, соединенной с измеряемым комплексным сопротивлением 3, и поэтому цифровой фазометр измеряет угол между напряжением генератора синусоидального напряжения 1 и падением напряжения на измеряемом комплексном сопротивлении 3.A device for measuring the parameters of the complex resistances is illustrated in the drawing. Figure 4 shows a block diagram of a device. It contains a
В зависимости от верхнего или нижнего положения сдвоенного переключателя цифровой фазометр 5 измеряет фазовый угол α между векторами напряжений генератора синусоидального напряжения 1 и образцового резистора 2 или угол β между векторами напряжений генератора синусоидального напряжения 1 и измеряемым комплексным сопротивлением 3 (фиг.2). Характер измеряемого двухполюсника определяется полярностью значения угла фазового сдвига. Опережение вектора напряжения относительно вектора напряжения питания (фиг.2) указывает на емкостной характеркомплексного сопротивления, а отставание относительно - на индуктивный его характер.Depending on the upper or lower position of the dual switch, the
К входным зажимам каналов, входное активное или реактивное сопротивления которых имеет большее значение, например канал А (фиг.4), параллельно подключены добавочные образцовые резистор Rдоб-7 и конденсатор Сдоб-8.To the input terminals of the channels, the input active or reactance of which is of greater importance, for example channel A (Fig. 4), additional reference resistor R add -7 and capacitor C add -8 are connected in parallel.
Если RфА, СфА и RфВ, СфВ - соответственно входные сопротивления и емкость измеряемого А и опорного В каналов цифрового фазометра 5, то для исключения методической погрешности измерения от шунтирования измерительной цепи входные сопротивления отдельных каналов предварительно измеряются и симметрируются. К входным зажимам канала фазометра, входные активное или реактивное сопротивления которого имеет большие значения, например канал А, параллельно подключены добавочные образцовые резистор и конденсатор, параметры которых равны:
Rдоб=RфARфB(RфA-RфВ)-1 и Сдоб=СфAСфB(СфA-СфВ)-1.If R fA , C fA and R fV , C fV are the input resistances and capacitance of the measured A and reference B channels of the
R ext = R R fB fA (R fA -R vWF) -1 and C = C ext C. fA fB (fA C -C vWF) -1.
Поэтому теперь
R'фA=RфB=Rф; C'фA=CфB=Cф.Therefore now
R ' fA = R fB = R f ; C ' fA = C fB = C f .
С помощью устройства заявляемый способ реализуется следующим образом. В верхнем положении переключателя 4 цифровой фазометр 5 измеряет угол α между напряжением генератора синусоидального напряжения 1 и падением напряжения на образцовом резисторе 2, а в нижнем положении переключателя 4 - угол β между напряжением генератора 1 и падением напряжения на измеряемом двухполюснике 3. Значения углов α, β и γ = α+β вместе со значениями величины образцового резистора 2-RO, активных и реактивных составляющих входных сопротивлений цифрового фазометра 5 R'фА=RфB=Rф; С'фА=СфB=Сф и частоты ω напряжения генератора 1 заносятся в память ПЭВМ 6. Расчет параметров измеряемого комплексного сопротивления удобно провести через проводимости. Векторная диаграмма эквивалентной измерительной цепи, построенная по результатам измерений, соответствует фиг.2. Так как образцовый резистор Ro и измеряемое комплексное сопротивление Zx зашунтированы входными импедансами опорного и измеряемого каналов фазометра, то:
и для данной цепи имеем:
Откуда:
Используя теорему синусов из векторной диаграммы (фиг.2) комплекс, можно представить в виде:
Обозначим комплекс
где A = sinβ (sinα)-1cosγ; B = sinβ (sinα)-1sinγ, а γ = α+β.
Приравняв правые части уравнений (3) и (4), получим:
Из данного уравнения после ряда преобразований найдем выражения для активной gx и реактивной bх составляющих общей комплексной проводимости измеряемого комплексного сопротивления
gx = sinβ(sinα)-1[(g0+gф)cosγ-bфsinγ]-gф (7)
bx = sinβ(sinα)-1[(g0+gф)sinγ+bфcosγ]-bф. (8)
Используя данные выражения, нетрудно вычислить значения параметров комплексного сопротивления:
Для последовательного соединения элементов
Rx=gx(gx 2+bx 2)-1, (9)
X=gx(gx 2+bx 2)-1. (10)
Для параллельного соединения
В соответствии с выражениями (1), (7), (8), а затем (9), (10) или (11), (12) ПЭВМ 6 вычислит значения параметров Rx, Х с последовательным или параллельным соединением элементов. В результате этих действий повышается точность измерения параметров комплексных сопротивлений.Using the device of the claimed method is implemented as follows. In the up position of
and for this circuit we have:
From:
Using the sine theorem from the vector diagram (figure 2) complex, can be represented as:
Denote the complex
where A = sinβ (sinα) -1 cosγ; B = sinβ (sinα) -1 sinγ, and γ = α + β.
Equating the right sides of equations (3) and (4), we obtain:
From this equation, after a series of transformations, we find the expressions for the active g x and reactive b x components of the total complex conductivity of the measured complex resistance
g x = sinβ (sinα) -1 [(g 0 + g f ) cosγ-b f sinγ] -g f (7)
b x = sinβ (sinα) -1 [(g 0 + g f ) sinγ + b f cosγ] -b f . (8)
Using these expressions, it is easy to calculate the values of the complex resistance parameters:
For series connection of elements
R x = g x (g x 2 + b x 2 ) -1 , (9)
X = g x (g x 2 + b x 2 ) -1 . (10)
For parallel connection
In accordance with the expressions (1), (7), (8), and then (9), (10) or (11), (12), the
Источники информации
1. Кнеллер В. Ю. Автоматическое измерение составляющих комплексного сопротивления. - М.-Л.: Энергия, 1967, с. 40, рис.2-13.Sources of information
1. Kneller V. Yu. Automatic measurement of the components of complex resistance. - M.-L.: Energy, 1967, p. 40, Fig. 2-13.
2. Авторское свидетельство СССР 1167530, МКИ G 01 R 27/02, БИ 26, 1985. Измеритель параметров комплексного сопротивления. 2. Copyright certificate of the USSR 1167530, MKI G 01 R 27/02, BI 26, 1985. Measuring instrument of complex resistance parameters.
Claims (2)
где α и β - измеренные значения углов между падениями напряжения на образцовом резисторе, измеряемом комплексном сопротивлении и напряжением генератора синусоидальной формы;
g0 - активная проводимость образцового резистора;
gф - активные входные проводимости отдельных каналов цифрового фазометра;
bф - реактивные входные проводимости отдельных каналов цифрового фазометра.1. A method for measuring the parameters of complex resistances, based on a digital phase meter measuring two angles between voltage drops on a sample resistor, measured complex resistance and voltage of a sinusoidal generator, characterized in that the active and reactive components of the complex input resistances of the measuring and reference channels of the digital phase meter are pre-measured , the corresponding components of the complex input resistances of both channels symmetry and the true values of nent total conductivity measured complex impedance is determined in accordance with the following expressions:
where α and β are the measured values of the angles between the voltage drops across the model resistor, the measured complex resistance and the voltage of the sine wave generator;
g 0 is the active conductivity of the reference resistor;
g f - active input conductivity of individual channels of the digital phase meter;
b f - reactive input conductivity of individual channels of the digital phase meter.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001124069A RU2209440C2 (en) | 2001-08-29 | 2001-08-29 | Method measuring parameters of input impedance and device for its realization |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001124069A RU2209440C2 (en) | 2001-08-29 | 2001-08-29 | Method measuring parameters of input impedance and device for its realization |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001124069A RU2001124069A (en) | 2003-06-27 |
RU2209440C2 true RU2209440C2 (en) | 2003-07-27 |
Family
ID=29210337
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001124069A RU2209440C2 (en) | 2001-08-29 | 2001-08-29 | Method measuring parameters of input impedance and device for its realization |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2209440C2 (en) |
-
2001
- 2001-08-29 RU RU2001124069A patent/RU2209440C2/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3784908A (en) | Electrical conductivity measurement method and apparatus | |
JP2003028900A (en) | Non-contact voltage measurement method and apparatus | |
CN104730342B (en) | The measuring circuit and measuring method of AC resistance time constant | |
US3786349A (en) | Electrical reactance and loss measurement apparatus and method | |
RU2209440C2 (en) | Method measuring parameters of input impedance and device for its realization | |
CN103197153B (en) | A kind of capacitor and inductor parameter measurement circuit based on vector triangle and measuring method thereof | |
CN106199285B (en) | Capacitance characteristic measuring equipment and method under any alternating current carrier | |
RU2260809C2 (en) | Method for determination of two-terminal network parameters | |
JP4293662B2 (en) | Ground resistance measurement method | |
Cichy et al. | Double quasi-balanced meter for measurement of inductor quality factor | |
JP4163865B2 (en) | Impedance measurement method and impedance measurement system | |
RU2123706C1 (en) | Ac bridge | |
RU2080609C1 (en) | Method for determining complex impedance of two-pole network in frequency band | |
RU2029965C1 (en) | Capacitive sensor dielectric loss measuring device | |
SU938166A1 (en) | Multi-purpose ac bridge | |
SU1320760A1 (en) | Method of measuring parameters of passive complex two-element one-ports and device for effecting same | |
RU2150709C1 (en) | All-pass multiple-arm alternating current transformer bridge for measuring parameters of three-piece dipoles using serial rlc circuit and method for its balancing | |
US2817811A (en) | Impedance measuring method | |
PL150431B1 (en) | ||
SU960638A1 (en) | Polarization resistance meter | |
SU849100A1 (en) | Method of separate measuring of three-element passive one-port network parameters | |
SU945823A1 (en) | Device for determination of two-terminal network equivalent circuit parameters | |
SU834599A1 (en) | Device for measuring phase shift between non-sine signal harmonic and sine signal of the same frequency | |
RU108853U1 (en) | COMPLEX RESISTANCE METER WITH COMPENSATION OF PARASITIC PARAMETERS | |
SU1265624A1 (en) | Automatic alternating current digital bridge |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080830 |