RU2583879C2 - Method for determination of bipole parameters - Google Patents

Method for determination of bipole parameters Download PDF

Info

Publication number
RU2583879C2
RU2583879C2 RU2014140772/28A RU2014140772A RU2583879C2 RU 2583879 C2 RU2583879 C2 RU 2583879C2 RU 2014140772/28 A RU2014140772/28 A RU 2014140772/28A RU 2014140772 A RU2014140772 A RU 2014140772A RU 2583879 C2 RU2583879 C2 RU 2583879C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
parameters
communication line
terminal
measurement
determining
Prior art date
Application number
RU2014140772/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014140772A (en
Inventor
Станислав Викторович Балакин
Дмитрий Леонидович Сербинов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority to RU2014140772/28A priority Critical patent/RU2583879C2/en
Publication of RU2014140772A publication Critical patent/RU2014140772A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2583879C2 publication Critical patent/RU2583879C2/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R17/00—Measuring arrangements involving comparison with a reference value, e.g. bridge
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/16—Measuring impedance of element or network through which a current is passing from another source, e.g. cable, power line

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Transmission In General (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Exchanges (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, in particular to measurement of electrical parameters of two-terminal circuits that are used as sensors of physical processes (temperature, pressure, level of liquid and granular media, etc) in industrial facilities and vehicles. Method for determining parameters of two-terminal circuits comprises impact on two-terminal circuit connected via a communication line, and a reference sinusoidal voltage at n predetermined frequencies, where n is number of elements of two-terminal circuit. Further, method comprises measurement of currents through two-terminal circuit and reference at each of n predetermined frequencies with subsequent recording of measurement results. Parameters of two-terminal circuit are determined based on measurement results in accordance with its equivalent circuit. Distinctive feature of method is that two-terminal circuit is disconnected from communication line and after formation of sinusoidal voltage on n predetermined frequencies are measured currents through impedance of communication line and reference on each of n predetermined frequencies. Obtained results are recorded and values of parameters of impedance of communication line are determined using equivalent circuit, after which based on parameters of impedance of communication line state thereof is determined, and said parameters are taken into account when determining parameters of two-terminal circuit.
EFFECT: high measurement accuracy, which is achieved by measuring parameters of cable line and taking into account measured parameters of cable network during determination of two-terminal circuit parameters by means of equivalent circuit.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к измерению электрических параметров двухполюсников, что представляет существенный практический интерес для контроля широкой гаммы выпускаемых электрорадиоизделий (резисторов, конденсаторов, индуктивностей), а также двухполюсников, используемых в качестве датчиков физических процессов (температуры, давления, уровня жидких и сыпучих сред и др.) на промышленных объектах и транспортных средствах.The invention relates to electrical engineering, and specifically to the measurement of electrical parameters of two-terminal devices, which is of substantial practical interest for monitoring a wide range of manufactured radio products (resistors, capacitors, inductances), as well as two-terminal devices used as sensors of physical processes (temperature, pressure, liquid level and bulk media, etc.) at industrial facilities and vehicles.

Известный способ определения параметров пассивных двухполюсников описан в статье авторов Ю.Р. Агамалова, Д.А. Бобылева, В.Ю. Кнеллера «Измеритель-анализатор параметров комплексных сопротивлений на основе персональной ЭВМ» в журнале «Измерительная техника» 1996, №6 [1].A known method for determining the parameters of passive bipolar is described in an article by Yu.R. Agamalova, D.A. Bobyleva, V.Yu. Kneller's “Measuring instrument-analyzer of complex resistance parameters based on a personal computer” in the journal “Measuring equipment” 1996, No. 6 [1].

В основу способа положен один из методов косвенного измерения параметров иммитанса при формировании напряжения синусоидального воздействия на объект измерения, нашедший применение благодаря инвариантности по отношению к характеру объекта измерения и его схеме замещения. Согласно этому способу измеряются два комплексных тока, которые преобразуются в пропорциональные напряжения, напряжение на объекте измерения и на резистивной мере. Чтобы получить измерительную информацию, необходимую при вычислении комплексного сопротивления или проводимости, циклически по сигналам с ПЭВМ производится подключение измерительной цепи сначала к объекту измерения, а затем к резистивной мере с соответствующими переключениями фазы опорного напряжения с дискретностью

Figure 00000001
, где n - целое число. В результате каждого измерительного цикла получается напряжение, которое соответствует проекции вектора измеряемого напряжения на вектор фазосдвигающего опорного напряжения (симметричный прямоугольный меандр). Коды, несущие информацию о проекциях вектора измеряемого напряжения на вектор опорного напряжения, поступают в персональную электронную вычислительную машину (ПЭВМ) для вычисления действительной и мнимой составляющих напряжений на объекте измерения и резистивной мере. Из описания видно, что способ измерения, использованный в аналоге, требует фазовых измерений и четырехпроводной схемы подключения измеряемого двухполюсника.The method is based on one of the methods of indirectly measuring the parameters of the immitance during the formation of the voltage of a sinusoidal effect on the measurement object, which has found application due to the invariance with respect to the nature of the measurement object and its equivalent circuit. According to this method, two complex currents are measured, which are converted into proportional voltages, the voltage at the measurement object and at the resistive measure. In order to obtain the measurement information necessary for calculating the complex resistance or conductivity, the measurement circuit is connected cyclically from PC signals to the measurement object first, and then to the resistive measure with the corresponding phase switching of the reference voltage with discreteness
Figure 00000001
where n is an integer. As a result of each measurement cycle, a voltage is obtained that corresponds to the projection of the measured voltage vector onto the phase-shifting reference voltage vector (symmetrical rectangular meander). Codes that carry information about the projections of the measured voltage vector onto the reference voltage vector are sent to a personal electronic computer (PC) to calculate the real and imaginary components of the voltages at the measurement object and resistive measure. It can be seen from the description that the measurement method used in the analogue requires phase measurements and a four-wire circuit for connecting the measured two-terminal network.

При использовании аналога для измерения параметров удаленного объекта измерения получается результат с большой погрешностью измерения. Это объясняется тем, что синусоидальное воздействие на удаленном объекте измерения получит неоднозначный фазовый сдвиг за счет влияния длинной линии, и поэтому по отношению к циклически фазосдвигающему опорному меандру синусоидальное воздействие будет иметь неопределенный фазовый сдвиг, что приведет к появлению значительной погрешности измерения.When using an analog to measure the parameters of a remote measurement object, a result is obtained with a large measurement error. This is because the sinusoidal effect on the remote measurement object will receive an ambiguous phase shift due to the influence of a long line, and therefore, with respect to the cyclically phase-shifting reference meander, the sinusoidal effect will have an indefinite phase shift, which will lead to a significant measurement error.

Специфика эксплуатации изделий ракетно-космической техники (РКТ) для проведения измерения параметров двухполюсников выставляет свои требования, способствующие поиску новых технических решений в области измерений. Обозначим наиболее характерные из них:The specifics of the operation of rocket and space technology (RKT) products for measuring the parameters of bipolar sets its own requirements, contributing to the search for new technical solutions in the field of measurements. Denote the most characteristic of them:

- удаленность до 500 метров объекта измерения от средства измерения. Примером тому может служить процесс определения параметров комплексного сопротивления емкостного датчика уровня заправки (ДУЗ), вмонтированного в бак ракеты, которая находится на техническом комплексе (ТК) при контрольных испытания ракеты или на стартовом комплексе (СК) во время ее заправки компонентами топлива. При этом основные технические требования при измерении параметров емкостного ДУЗ (через длинную линию до объекта измерений до 400 м) должны быть следующими:- remoteness up to 500 meters of the measuring object from the measuring instrument. An example of this is the process of determining the parameters of the complex resistance of a capacitive refueling level sensor (DPS) mounted in a rocket tank, which is located on a technical complex (TC) during control tests of a rocket or on a launch complex (SC) during its refueling with fuel components. In this case, the main technical requirements for measuring the parameters of a capacitive remote sensing device (through a long line to the measurement object up to 400 m) should be as follows:

- диапазон измерения значений электрической емкости ДУЗ должен быть (400-1500) пФ с относительной погрешностью измерения не более ±0,2%. Очевидно, что высокая точность измерения параметров удаленного ДУЗ напрямую связана с массой гарантийных запасов топлива на борту ракеты. Чем выше точность, тем меньше масса гарантийных запасов топлива, тем выше эффективность ракеты, позволяющей вывести большую массу полезной нагрузки;- the range of measurement of the electric capacitance values of DPS should be (400-1500) pF with a relative measurement error of not more than ± 0.2%. Obviously, the high accuracy of measuring remote sensing parameters is directly related to the mass of guaranteed fuel reserves on board the rocket. The higher the accuracy, the smaller the mass of guaranteed fuel reserves, the higher the efficiency of the rocket, allowing to bring a large mass of payload;

- диапазон измерения значения погонной электрической емкости (погонная электрическая емкость - емкость между проводником, подключающим ДУЗ к измерителю, и экраном проводника) от 2500 до 30000 пФ с относительной погрешностью измерения ±1,0%.- the range of measurement of the value of linear electric capacitance (linear electric capacitance is the capacitance between the conductor connecting the remote sensing device to the meter and the conductor screen) from 2500 to 30000 pF with a relative measurement error of ± 1.0%.

При этом на точность процесса определения параметров пассивного двухполюсника могут оказывать влияние дестабилизирующие факторы, приводящие к появлению:Moreover, the accuracy of the process of determining the parameters of a passive bipolar can be influenced by destabilizing factors leading to the appearance of:

- паразитной электрической емкости (электрическая емкость между жилами кабельной линии связи, соединяющей пассивный двухполюсник с устройством определения его параметров), подключенной параллельно объекту измерения (двухполюснику) и вносящей искажения в значения определяемых параметров;- parasitic electrical capacitance (electrical capacitance between the cores of the cable communication line connecting the passive two-terminal network with a device for determining its parameters) connected in parallel with the measurement object (two-terminal network) and introducing distortions into the values of the determined parameters;

- обрыву жил в измерительных цепях ДУЗ, в том числе экранных цепей;- open circuit in the measuring circuits of DUZ, including screen chains;

- воды или льда в электросоединителях наземной кабельной сети, что приводит к появлению сопротивлений утечек.- water or ice in the electrical connectors of the terrestrial cable network, which leads to the appearance of leakage resistances.

Потребность в устранении влияния на точность определения параметров двухполюсника вышеперечисленных дестабилизирующих факторов приводит к необходимости поиска более высокоточного способа определения его параметров.The need to eliminate the influence on the accuracy of determining the bipolar parameters of the above destabilizing factors leads to the need to find a more accurate way to determine its parameters.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения параметров двухполюсника, описанный в патенте РФ №2260809, авторов Долгова Б.К., Балакина С.В., опубликованный 20.09.2005, бюллетене №26 [2].The closest in technical essence is the method for determining the parameters of a two-terminal network, described in RF patent No. 2260809, authors Dolgova B.K., Balakina S.V., published on September 20, 2005, bulletin No. 26 [2].

Способ определения параметров двухполюсника, заключающийся в воздействии на двухполюсник, подключенный через линию связи, и эталон синусоидальным напряжением на n заданных частотах, где n - число элементов двухполюсника, последовательном измерении значений токов через двухполюсник и эталон на каждой из n заданных частот с последующей фиксацией результатов измерений, а также в определении параметров двухполюсника по фиксированным результатам измерений в соответствии со схемой его замещения.A method for determining the parameters of a two-terminal device, which consists in acting on a two-terminal device connected via a communication line and a standard with a sinusoidal voltage at n given frequencies, where n is the number of elements of a two-terminal device, sequentially measuring the values of currents through a two-terminal device and a standard at each of n specified frequencies with subsequent fixing of the results measurements, as well as in determining the parameters of a two-terminal device using fixed measurement results in accordance with its equivalent circuit.

В основу способа положен метод косвенного измерения параметров двухполюсника при формировании напряжения синусоидального воздействия и воздействия напряжения постоянного тока на объект измерения, нашедший применение благодаря инвариантности по отношению к характеру объекта измерения и его схеме замещения. Этот способ позволяет осуществлять измерения параметров двухполюсника, удаленного до 500 метров от средств измерения. Однако экспериментально установлено, что при использовании упомянутого способа определения параметров двухполюсника, выбранного авторами за прототип, точность определения параметров снижается за счет влияния:The method is based on the method of indirect measurement of two-terminal parameters during the formation of a sinusoidal voltage and the influence of a direct current voltage on the measurement object, which has found application due to the invariance with respect to the nature of the measurement object and its equivalent circuit. This method allows measurements of the parameters of a two-terminal device, remote up to 500 meters from the measuring instruments. However, it was experimentally established that when using the aforementioned method for determining the parameters of a two-terminal device selected by the authors for the prototype, the accuracy of determining the parameters is reduced due to the influence of:

- паразитной электрической емкости (электрическая емкость между жилами) кабельной линии связи, подключенной параллельно объекту измерения;- parasitic electrical capacitance (electrical capacitance between the cores) of a cable communication line connected in parallel with the measurement object;

- воды или льда в электросоединителях наземной кабельной сети, что приводит к появлению сопротивлений утечек.- water or ice in the electrical connectors of the terrestrial cable network, which leads to the appearance of leakage resistances.

Таким образом, недостатком прототипа является недостаточная точность измерения параметров двухполюсника, обусловленная влиянием комплексного сопротивления кабельной линии связи на результат измерения, а также влиянием ее состояния.Thus, the disadvantage of the prototype is the lack of accuracy in measuring the parameters of the bipolar, due to the influence of the complex resistance of the cable line on the measurement result, as well as the influence of its condition.

В связи со сказанным выше, задачей предлагаемого способа определения параметров двухполюсника, является повышение точности измерения, которое достигается путем измерения параметров кабельной линии связи и учета измеренных параметров кабельной сети при определении параметров двухполюсника с помощью схемы замещения.In connection with the above, the objective of the proposed method for determining the parameters of a two-terminal network is to increase the accuracy of measurement, which is achieved by measuring the parameters of the cable line and taking into account the measured parameters of the cable network when determining the parameters of the two-terminal network using an equivalent circuit.

Технический результат достигается тем, что в способе определения параметров двухполюсника, заключающемся в воздействии на двухполюсник, подключенный через линию связи, и эталон синусоидальным напряжением на n заданных частотах, где n - число элементов двухполюсника, последовательном измерении значений токов через двухполюсник и эталон на каждой из n заданных частот с последующей фиксацией результатов измерений, а также в определении параметров двухполюсника по фиксированным результатам измерений в соответствии со схемой его замещения, в отличие от прототипа осуществляют отключение двухполюсника от линии связи и после формирования синусоидального напряжения на n заданных частотах производят измерение токов через комплексное сопротивление линии связи и эталон на каждой из n заданных частотах, полученные результаты фиксируют и по ним определяют значения параметров комплексного сопротивления линии связи, используя схему замещения, после чего по значениям параметров комплексного сопротивления линии связи судят о ее состоянии, а также учитывают их при определении параметров двухполюсника.The technical result is achieved by the fact that in the method for determining the parameters of a two-terminal device, which consists in acting on a two-terminal device connected via a communication line and a standard with a sinusoidal voltage at n given frequencies, where n is the number of elements of a two-terminal device, sequential measurement of currents through a two-terminal device and a standard on each of n preset frequencies with subsequent fixation of the measurement results, as well as in determining the parameters of a two-terminal device using fixed measurement results in accordance with its equivalent circuit , unlike the prototype, the two-terminal device is disconnected from the communication line and, after the sinusoidal voltage is generated at n given frequencies, currents are measured through the integrated resistance of the communication line and a reference at each of n given frequencies, the results are fixed and the parameters of the complex resistance of the communication line are determined from them using an equivalent circuit, after which the state of the communication line is judged by the values of the complex resistance parameters of the communication line, and they are also taken into account when determining the vapor meters bipolar.

Признаки, характеризующие отключение двухполюсника от линии связи и после формирования синусоидального напряжения на n заданных частотах последовательно производят измерение токов через комплексное сопротивление линии связи и эталон, позволяют определить и зафиксировать параметры линии связи. Совокупность вышеупомянутых признаков позволяет повысить точность измерения, так как измеренные значения параметров линии связи, в том числе и значение паразитной составляющей электрической емкости линии связи, учитываются при определении параметров двухполюсника, измеряемого через линию связи. Причем вышеуказанные признаки позволяют определить параметры линии связи не только между жилами, подключающими двухполюсник как объект измерения к средству измерения, но и параметры линии между каждой жилой линии и экраном. Совокупность этих признаков позволяет судить о состоянии линии связи. Если в результате проведенных измерений, значения параметров линии связи будут превышать предельно допустимые значения, то будет сделан вывод о непригодности линии связи для осуществления измерения параметров двухполюсника, соответственно результаты измерений не будут приниматься во внимание. Таким образом, вышеописанные признаки повышают точность измерения параметров двухполюсника.The signs characterizing the disconnection of the two-terminal network from the communication line and after the formation of a sinusoidal voltage at n given frequencies, sequentially measure the currents through the complex resistance of the communication line and the standard, allow you to determine and fix the parameters of the communication line. The combination of the aforementioned features allows to increase the measurement accuracy, since the measured values of the parameters of the communication line, including the value of the spurious component of the electrical capacitance of the communication line, are taken into account when determining the parameters of a two-terminal device measured through the communication line. Moreover, the above signs make it possible to determine the parameters of the communication line not only between the cores connecting the two-terminal network as an object of measurement to the measuring means, but also the parameters of the line between each residential line and the screen. The combination of these features allows you to judge the state of the communication line. If as a result of the measurements, the values of the parameters of the communication line exceed the maximum permissible values, then it will be concluded that the communication line is unsuitable for measuring the parameters of a two-terminal network, respectively, the measurement results will not be taken into account. Thus, the above-described features increase the accuracy of measuring the parameters of a two-terminal network.

При создании средств измерения на основе предлагаемого способа измерения удастся, в отличие от прототипа, получить следующие технические преимущества при измерении параметров удаленных двухполюсников:When creating measuring instruments based on the proposed measurement method, it will be possible, in contrast to the prototype, to obtain the following technical advantages when measuring the parameters of remote two-terminal devices:

- относительная погрешность измерений электрической емкости ДУЗ через линию до 400 м в диапазоне емкостей от 400 до 1300 пФ не превышает ±0,2%;- the relative error in measuring the electric capacitance of a remote sensing system through a line up to 400 m in the range of capacities from 400 to 1300 pF does not exceed ± 0.2%;

- относительная погрешность измерений малых паразитных емкостей в диапазоне от 0,1 до 10 пФ не превышает ±10%;- the relative measurement error of small stray capacitances in the range from 0.1 to 10 pF does not exceed ± 10%;

- относительная погрешность измерений электрической емкости проводник-экран в диапазоне от 2500 до 30000 пФ не превышает ±1,0%;- the relative measurement error of the electric capacitance of the conductor-screen in the range from 2500 to 30000 pF does not exceed ± 1.0%;

- относительная погрешность измерений сопротивления изоляции в диапазоне от 50 кОм до 50 МОм не превышает ±2,0%;- the relative error in the measurement of insulation resistance in the range from 50 kΩ to 50 MΩ does not exceed ± 2.0%;

- контроль состояния линии связи с двухполюсником.- monitoring the state of the communication line with a two-terminal network.

Для практической реализации заявленного способа авторами использована технология автоматизированного проектирования электронных схем, построенная на применении программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) разработки фирмы Xilinx. На базе ПЛИС построены такие функциональные блоки, как аналого-цифровой преобразователь интегрирующего типа, генератор синусоидального напряжения, схемы управления по частоте и масштабу усиления. При этом используется программное обеспечение Foundation Series. Данный пакет проектирования включает в себя комплекс средств, позволяющих осуществить разработку ПЛИС фирмы Xilinx, начиная от описания внутреннего содержимого устройства до загрузки конфигурации ПЛИС и отладки непосредственно на печатной плате. Программное обеспечение Foundation Series позволяет реализовать все необходимые функции, включая реализацию численных методов вычисления значений.For the practical implementation of the claimed method, the authors used the technology of computer-aided design of electronic circuits, built on the use of programmable logic integrated circuits (FPGAs) developed by Xilinx. On the basis of FPGAs, functional blocks such as an integrating analog-to-digital converter, a sinusoidal voltage generator, and frequency and gain control circuits are built. It uses Foundation Series software. This design package includes a set of tools that allow the development of Xilinx FPGAs, from describing the internal contents of the device to loading the FPGA configuration and debugging directly on the circuit board. Foundation Series software allows you to implement all the necessary functions, including the implementation of numerical methods for calculating values.

На фиг. 1 представлена функциональная схема подключения двухполюсника через линию связи к устройству определения параметров двухполюсника.In FIG. 1 is a functional diagram of connecting a two-terminal device through a communication line to a device for determining the parameters of a two-terminal device.

На фиг. 2 представлена схема замещения двухэлементного двухполюсника, элементы которого индуктивность и резистор соединены последовательно.In FIG. Figure 2 shows the equivalent circuit of a two-element two-terminal device, the elements of which an inductance and a resistor are connected in series.

На фиг. 1 представлена функциональная схема подключения двухполюсника через линию связи к устройству определения его параметров. В качестве примера двухполюсник 1, подключаемый к линии связи, представлен схемой замещения емкостного ДУЗ в виде параллельно соединенных электрической емкости СД резистора RД. Линия связи состоит из двух проводников 2 и соответственно экранов 3 проводников, которые подключают двухполюсник к устройству 4 измерения параметров. На фиг. 1 также представлены схемы замещения комплексного сопротивления 5 между проводниками, комплексного сопротивления 6 между первым проводником и его экраном и комплексное сопротивление 7 между вторым проводником и его экраном линии связи. Причем схемы замещения комплексных сопротивлений 5, 6, и 7 выполнены в виде параллельно соединенной электрической емкости и сопротивления, CЛRК, СЭ1RЭ1, и СЭ2RЭ2 соответственно.In FIG. 1 shows a functional diagram of connecting a two-terminal device through a communication line to a device for determining its parameters. As an example, a two-terminal 1 connected to a communication line is represented by the equivalent circuit of a capacitive remote sensing device in the form of a parallel-connected electric capacitance C D of the resistor R D. The communication line consists of two conductors 2 and, respectively, screens 3 of the conductors that connect the two-terminal device to the device 4 measuring parameters. In FIG. 1 also shows the equivalent circuit 5 of the complex resistance 5 between the conductors, the complex resistance 6 between the first conductor and its screen and the complex resistance 7 between the second conductor and its screen of the communication line. Moreover, the equivalent circuit equivalent resistances 5, 6, and 7 are made in the form of a parallel connected electrical capacitance and resistance, C L R K , C E1 R E1 , and C E2 R E2, respectively.

В качестве прикладного примера осуществления способа рассмотрим измерение параметров емкостного датчика уровня заправки бака, заполняемого диэлектрической жидкостью (например, керосином).As an applied example of the method, we consider the measurement of the parameters of a capacitive level sensor of a tank filling filled with a dielectric fluid (for example, kerosene).

Емкостному датчику уровня соответствует схема замещения, приведенная на фиг. 1, где: CД есть рабочая электрическая емкость датчика, которая несет полезную информацию об уровне заправки бака. CД при заправке бака является величиной переменной, так как изменение в значение электрической емкости вносит диэлектрическая проницаемость неэлектропроводной жидкости, заполняющей датчик по мере заполнения бака; RД - сопротивление тока утечки через диэлектрик, которое зависит от заправляемой жидкости. В силу специфики эксплуатации изделий ракетно-космической техники емкостной ДУЗ может быть удален от средства измерения на расстояние до 500 метров.The capacitive level sensor corresponds to the equivalent circuit shown in FIG. 1, where: C D is the working electric capacity of the sensor, which carries useful information about the level of the tank refueling. C D when refueling the tank is a variable, since a change in the value of the electric capacitance is introduced by the dielectric constant of the non-conductive fluid filling the sensor as the tank fills; R D - leakage current resistance through the dielectric, which depends on the liquid being refilled. Due to the specifics of the operation of rocket and space technology products, a capacitive remote sensing device can be removed from the measuring instrument to a distance of up to 500 meters.

Емкостному датчику уровня соответствует схема замещения, приведенная на фиг. 1, где: CД - есть рабочая электрическая емкость датчика, которая несет полезную информацию об уровне заправки бака. CД при заправке бака является величиной переменной, так как изменение в значение электрической емкости вносит диэлектрическая проницаемость неэлектропроводной жидкости, заполняющей датчик в баке; R - сопротивление тока утечки через диэлектрик, которое зависит от сортности керосина и состояния сопротивления кабельной сети. В результате формирования синусоидального напряжения на двухполюснике, схема замещения которого представлена на фиг. 1, для токов схемы справедливы следующие выражения:The capacitive level sensor corresponds to the equivalent circuit shown in FIG. 1, where: C D - is the working electric capacity of the sensor, which carries useful information about the level of the tank refueling. C D when refueling the tank is a variable, since a change in the value of the electric capacitance is introduced by the dielectric constant of the non-conductive liquid filling the sensor in the tank; R is the leakage current resistance through the dielectric, which depends on the grade of kerosene and the resistance state of the cable network. As a result of the formation of a sinusoidal voltage at the two-terminal network, the equivalent circuit of which is presented in FIG. 1, the following expressions are valid for circuit currents:

IC=V·ω·C;I C = V · ω · C;

Figure 00000002
Figure 00000002

Согласно предлагаемому изобретению последовательно производят измерение значений комплексных токов через двухполюсник и эталон на двух частотах. Модули измеряемых полных токов через двухполюсник можно записать следующим выражением:According to the invention, the values of the complex currents are sequentially measured through a two-terminal network and a standard at two frequencies. The modules of the measured full currents through a two-terminal can be written as follows:

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Для определения значения напряжений Vω1, Vω2 на двухполюснике согласно предлагаемому изобретению производят измерение значений комплексных токов через эталон, например, резистор сопротивлением RЭТ. Результаты измерений фиксируют, то есть заносят в память вычислительного устройства.To determine the voltage values V ω1 , V ω2 at the two-terminal network according to the invention, the complex currents are measured through a standard, for example, a resistor with resistance R ET . The measurement results are recorded, that is, recorded in the memory of the computing device.

Значения токов через эталон соответствуют выражениям:The values of the currents through the standard correspond to the expressions:

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

В соответствии с вышеописанными признаками формулы изобретения значения величин Ιω1, Ιω2,

Figure 00000007
,
Figure 00000008
измерены и зафиксированы. В конечном счете, получаем два уравнения (1), (2) и два неизвестных параметра R, С.In accordance with the above features of the claims, the values of Ι ω1 , Ι ω2 ,
Figure 00000007
,
Figure 00000008
measured and recorded. Ultimately, we obtain two equations (1), (2) and two unknown parameters R, C.

После аналитических преобразований имеем следующие выражения для определения его параметров:After analytical transformations, we have the following expressions for determining its parameters:

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

В примере конкретной реализации способа с высокой точностью определяются: емкостная составляющая полного сопротивления емкостного датчика, зависящая от степени заполнения его жидкостью; активная составляющая, которая характеризуется сортностью керосина и состоянием сопротивления изоляции кабельной сети. Учет активной составляющей диэлектрической жидкости, заполняющей датчик, при определении уровня существенным образом повышается точность измерения уровня заправки, соответственно повышается эффективность ракеты за счет снижения гарантийных запасов топлива.In an example of a specific implementation of the method, the following are determined with high accuracy: the capacitive component of the impedance of the capacitive sensor, depending on the degree of filling with liquid; active component, which is characterized by the grade of kerosene and the state of insulation resistance of the cable network. Taking into account the active component of the dielectric fluid filling the sensor, when determining the level, the accuracy of measuring the level of the charge increases significantly, and accordingly the efficiency of the rocket increases due to a decrease in guaranteed fuel reserves.

Согласно признакам формулы изобретения осуществляют отключение двухполюсника от линии связи и после формирования синусоидального напряжения на n заданных частотах производят измерение токов через комплексное сопротивление линии связи и эталон на каждой из n заданных частотах, полученные результаты фиксируют и по ним определяют значения параметров комплексного сопротивления линии связи, используя схему замещения.According to the features of the claims, the two-terminal device is disconnected from the communication line, and after the sinusoidal voltage is generated at n given frequencies, currents are measured through the integrated resistance of the communication line and a reference at each of n given frequencies, the results are recorded and the parameters of the complex resistance of the communication line are determined from them using the equivalent circuit.

Согласно фиг. 1 двухполюсник 1 отключается от линии связи, выполненной в виде двух проводников 2 и соответствующих экранов 3, подключенных к устройству 4 определения параметров двухполюсника. На фиг. 1 показано, что между проводниками линии связи, а также между проводниками и соответствующими экранами существуют комплексные сопротивления соответственно 5, 6 и 7, которым соответствуют схемы замещения в виде параллельно соединенных электрической емкости и сопротивления.According to FIG. 1, the two-terminal 1 is disconnected from the communication line made in the form of two conductors 2 and the corresponding screens 3 connected to the device 4 for determining the parameters of the two-terminal. In FIG. 1 it is shown that between the conductors of the communication line, as well as between the conductors and the corresponding shields, there are complex resistances 5, 6 and 7, respectively, which correspond to the equivalent circuit in the form of a parallel connected electrical capacitance and resistance.

После формирования синусоидального напряжения на 2 - заданных частотах производят измерение токов через комплексное сопротивление между проводниками линии связи и эталон. Затем согласно признакам формулы изобретения в соответствии со схемой замещения определяют параметры комплексного сопротивления линии связи, выражения которых аналогичны формулам (5) и (6) и представлены нижеAfter the formation of a sinusoidal voltage at 2 - specified frequencies, the currents are measured through the complex resistance between the conductors of the communication line and the standard. Then, according to the features of the claims in accordance with the equivalent circuit, the parameters of the complex resistance of the communication line are determined, the expressions of which are similar to formulas (5) and (6) and are presented below

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Согласно признакам формулы изобретения полученные параметры комплексного сопротивления линии связи учитывают при определении параметров двухполюсника, подключенного через линию связи, чем обеспечивают повышение точности определения параметров двухполюсника. В конкретном примере исполнения изобретения, когда в качестве двухполюсника использован емкостный датчик уровня, схема замещения которого приведена на фиг. 1, полученную электрическую емкость линии связи, так называемую паразитную электрическую емкость, вычитают из полученной на длиной линии связи электрической емкости двухполюсника.According to the features of the claims, the obtained parameters of the integrated resistance of the communication line are taken into account when determining the parameters of a two-terminal connected through a communication line, thereby improving the accuracy of determining the parameters of a two-terminal. In a specific embodiment, when a capacitive level sensor is used as the two-terminal device, the equivalent circuit of which is shown in FIG. 1, the obtained electrical capacitance of the communication line, the so-called stray electric capacitance, is subtracted from the electrical capacitance of the two-terminal device obtained on the length of the communication line.

После формирования синусоидального напряжения на 2 - заданных частотах производят измерение токов через комплексное сопротивление между проводником 2 и соответствующим экраном 3. Затем согласно признакам формулы изобретения в соответствии со схемой замещения определяют параметры комплексного сопротивления линии связи, выражения которых аналогичны формулам (5) и (6) и представлены нижеAfter the formation of a sinusoidal voltage at 2 - specified frequencies, the currents are measured through the complex resistance between the conductor 2 and the corresponding screen 3. Then, according to the features of the claims in accordance with the equivalent circuit, the parameters of the complex resistance of the communication line are determined, the expressions of which are similar to formulas (5) and (6 ) and are presented below

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

Согласно признакам формулы изобретения по полученным значениям параметров сопротивления линии связи, представленным выражениями (9) и (10), судят о ее состоянии. Например, при значении сопротивления изоляции между проводником и его экраном около 200 кОм устройство 4 определения параметров вносит существенные искажения в результат определения параметров двухполюсников. Такой результат определения параметров двухполюсника считать достоверным нельзя. Таким образом, вышеописанная совокупность признаков формулы изобретения повышает точность определения параметров двухполюсника, блокируя недостоверные результаты измерения.According to the features of the claims according to the obtained values of the resistance parameters of the communication line represented by expressions (9) and (10), its condition is judged. For example, when the insulation resistance between the conductor and its screen is about 200 kOhm, the parameter determination device 4 introduces significant distortions into the result of determining the parameters of two-terminal devices. Such a result of determining the parameters of a bipolar cannot be considered reliable. Thus, the above set of features of the claims improves the accuracy of determining the parameters of a two-terminal network, blocking unreliable measurement results.

Осуществление способа рассмотрим на следующих примерах. На фиг. 2 представлена схема замещения двухэлементного двухполюсника, элементы которого являются резистором и индуктивностью, соединенными последовательно. Представленный двухполюсник, параметры которого нужно определить, может быть подключен к средству измерения через длинную линию, которая также вносит изменения в результат определения его параметров.The implementation of the method will consider the following examples. In FIG. Figure 2 shows the equivalent circuit of a two-element two-terminal device, the elements of which are a resistor and inductance connected in series. The presented two-terminal network, the parameters of which must be determined, can be connected to the measuring instrument through a long line, which also makes changes to the result of determining its parameters.

В результате формирования на двухполюснике синусоидального напряжения через него протекает ток, значение которого определяется устройством 4 определения параметров двухполюсника. Так как двухполюсник двухзвенный, то в соответствии с признаком формулы изобретения необходимо измерение комплексного тока IP осуществлять на двух частотах ω1 и ω2. В этом случае справедливы следующие соотношения:As a result of the formation of a sinusoidal voltage on the bipolar, a current flows through it, the value of which is determined by the device 4 for determining the parameters of the bipolar. Since the two-terminal network is two-link, it is necessary to measure the complex current I P at two frequencies ω 1 and ω 2 in accordance with a feature of the claims. In this case, the following relations are true:

Figure 00000015
Figure 00000015

Figure 00000016
Figure 00000016

Проведя вышеописанные аналогичные преобразования имеем следующие выражения для определения его параметров:Having carried out the similar transformations described above, we have the following expressions for determining its parameters:

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

В качестве устройства 4 определения параметров двухполюсника, как вариант, может быть использовано устройство, включающее генератор синусоидального напряжения, управляемый по частоте, запитывающий измеряемую цепь, а также преобразователь ток-напряжение, последовательно соединенный с аналого-цифровым преобразователем. Последний соединен с вычислительным устройством, которое фиксирует результаты измерений токов через двухполюсник и эталон и в соответствии с выражениями (5) и (6) определяет параметры двухполюсника.As a device 4 for determining the parameters of a two-terminal network, as an option, a device can be used that includes a frequency-controlled sinusoidal voltage generator, powering the measured circuit, as well as a current-voltage converter connected in series with an analog-to-digital converter. The latter is connected to a computing device, which records the results of measurements of currents through a two-terminal device and a standard and, in accordance with expressions (5) and (6), determines the parameters of the two-terminal device.

Используемая литератураUsed Books

1. Агамалов Ю.Р., Бобылев Д.А., Кнеллер В.Ю. Измеритель-анализатор параметров комплексных сопротивлений на основе персональной ЭВМ. Измерительная техника. 1996, №6, с 56-60.1. Agamalov Yu.R., Bobylev D.A., Kneller V.Yu. Measuring instrument-analyzer of complex resistance parameters based on a personal computer. Measuring technique. 1996, No. 6, s 56-60.

2. "Способ определения параметров двухполюсника", описанный в патенте РФ №2449295, авторов Балакина С.В., Долгова Б.К.2. "A method for determining the parameters of a two-terminal network", described in the patent of the Russian Federation No. 2449295, authors Balakina SV, Dolgova B.K.

3. А.И. Новик. «Системы автоматического уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока», Киев: Наукова Думка, 1983, с. 9-10.3. A.I. Novik. “Systems of automatic balancing of digital extreme bridges of alternating current”, Kiev: Naukova Dumka, 1983, p. 9-10.

Claims (1)

Способ определения параметров двухполюсника, заключающийся в воздействии на двухполюсник, подключенный через линию связи, и эталон синусоидальным напряжением на n заданных частотах, где n - число элементов двухполюсника, последовательном измерении значений токов через двухполюсник и эталон на каждой из n заданных частот с последующей фиксацией результатов измерений, а также в определении параметров двухполюсника по фиксированным результатам измерений в соответствии со схемой его замещения, отличающийся тем, что осуществляют отключение двухполюсника от линии связи и после формирования синусоидального напряжения на n заданных частотах производят измерение токов через комплексное сопротивление линии связи и эталон на каждой из n заданных частот, полученные результаты фиксируют и по ним определяют значения параметров комплексного сопротивления линии связи, используя схему замещения, после чего по значениям параметров комплексного сопротивления линии связи судят о ее состоянии, а также учитывают их при определении параметров двухполюсника. A method for determining the parameters of a two-terminal device, which consists in acting on a two-terminal device connected via a communication line and a standard with a sinusoidal voltage at n given frequencies, where n is the number of elements of a two-terminal device, sequentially measuring the values of currents through a two-terminal device and a standard at each of n specified frequencies with subsequent fixing of the results measurements, as well as in determining the parameters of a two-terminal device using fixed measurement results in accordance with its equivalent circuit, characterized in that e of the two-terminal network from the communication line and after the formation of a sinusoidal voltage at n given frequencies, the currents are measured through the complex resistance of the communication line and a reference at each of n given frequencies, the results are fixed and the parameters of the complex resistance of the communication line are determined from them, using the equivalent circuit, after which by the values of the parameters of the complex resistance of the communication line is judged on its condition, and also take them into account when determining the parameters of a two-terminal device.
RU2014140772/28A 2014-10-08 2014-10-08 Method for determination of bipole parameters RU2583879C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014140772/28A RU2583879C2 (en) 2014-10-08 2014-10-08 Method for determination of bipole parameters

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014140772/28A RU2583879C2 (en) 2014-10-08 2014-10-08 Method for determination of bipole parameters

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014140772A RU2014140772A (en) 2016-04-27
RU2583879C2 true RU2583879C2 (en) 2016-05-10

Family

ID=55759347

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014140772/28A RU2583879C2 (en) 2014-10-08 2014-10-08 Method for determination of bipole parameters

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2583879C2 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4087658A (en) * 1977-04-15 1978-05-02 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Apparatus and method for determining frequencies for system maximum and minimum immittances
SU636546A1 (en) * 1976-02-18 1978-12-05 Институт Электродинамики Ан Украинской Сср Method of measuring parameters of multicomponent two-pole networks
SU1320761A1 (en) * 1985-07-11 1987-06-30 Ульяновский политехнический институт Method of measuring parameters of four-element two-terminal networks with direct current bridge
US4831324A (en) * 1986-03-20 1989-05-16 Hitachi, Ltd. Method and apparatus for analyzing the electrode inpedance
RU2260809C2 (en) * 2003-10-01 2005-09-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Method for determination of two-terminal network parameters
RU2449295C1 (en) * 2010-12-13 2012-04-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Method for bipole parameters determination
RU2480776C1 (en) * 2011-10-19 2013-04-27 Закрытое акционерное общество "Межрегиональное Производственное Объединение Технического Комплектования "Технокомплект" Method to monitor resistance of insulation of branched dc networks and device for its realisation

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU636546A1 (en) * 1976-02-18 1978-12-05 Институт Электродинамики Ан Украинской Сср Method of measuring parameters of multicomponent two-pole networks
US4087658A (en) * 1977-04-15 1978-05-02 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Apparatus and method for determining frequencies for system maximum and minimum immittances
SU1320761A1 (en) * 1985-07-11 1987-06-30 Ульяновский политехнический институт Method of measuring parameters of four-element two-terminal networks with direct current bridge
US4831324A (en) * 1986-03-20 1989-05-16 Hitachi, Ltd. Method and apparatus for analyzing the electrode inpedance
RU2260809C2 (en) * 2003-10-01 2005-09-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Method for determination of two-terminal network parameters
RU2449295C1 (en) * 2010-12-13 2012-04-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Method for bipole parameters determination
RU2480776C1 (en) * 2011-10-19 2013-04-27 Закрытое акционерное общество "Межрегиональное Производственное Объединение Технического Комплектования "Технокомплект" Method to monitor resistance of insulation of branched dc networks and device for its realisation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014140772A (en) 2016-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7383140B2 (en) Capacitance, inductance and impedance measurements using multi-tone stimulation and DSP algorithms
US6867603B2 (en) Method for measuring high frequency resistance in diesel engine lubrication oil
JP6768784B2 (en) System for measuring busbar voltage
CN104730342B (en) The measuring circuit and measuring method of AC resistance time constant
RU2647182C1 (en) Method of measuring the position of the border of the section of the two environments in the tank
Placidi et al. Low-cost and low-frequency impedance meter for soil water content measurement in the precision agriculture scenario
RU2583879C2 (en) Method for determination of bipole parameters
CN102768334B (en) Analyzing method of circuit analyzer
RU2260809C2 (en) Method for determination of two-terminal network parameters
RU2262668C2 (en) Device for measuring level of dielectric matter
US6803776B2 (en) Current-comparator-based four-terminal resistance bridge for power frequencies
CN104833849B (en) Quartz crystal series resonance frequency method of testing
RU2449295C1 (en) Method for bipole parameters determination
RU2262669C2 (en) Method of measuring level of dielectric matter
US7834641B1 (en) Phase-gain calibration of impedance/admittance meter
Avramov-Zamurovic et al. A high-stability capacitance sensor system and its evaluation
RU2509315C2 (en) Method to measure complex dielectric permeability of liquid and loose substances
RU2262115C2 (en) Device for determining parameters of two-terminal circuit
Satish et al. Evaluation of three terminal capacitance standards at CSIR-NPL
RU2642166C2 (en) Method for determination of dielectric material level
Djermanova et al. Portable Arduino-Based LCR–Meter
WO2017018893A1 (en) Method and device for determining the quality of motor-car fuel
CN108896131B (en) Level gauging unit and material level gauge in RF admittance level meter based on temperature-compensating
RU2456552C1 (en) Method of determining level of dielectric substance
CN103048364A (en) Soil moisture content measuring device and method based on frequency characteristic of RC (Remote Control) network