SU386345A1 - PHASE METHOD FOR SEPARATE EQUALIZATION OF AC VOLTAGE BRIDGE - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может .быть использовано при измерении комплексных сопротивлений.The invention relates to a measurement technique and can be used in the measurement of complex resistances.

Известный фазовый способ раздельного уравновешивани  моста переменного тока, при котором сначала на основе сравнени  фазовых углов между векторами напр жени  питани  моста и напр жени  на плече, смежном с плечом измер емого объекта, и между векторами напр жени  на измерительной диагонали и напр жени  на плече, противоположном плечу с измер емым объектом, привод т мост в состо ние квазиравновеси  по реактивной составл ющей, а затем уравновешивают его по активной составл ющей, свод  напр жение небаланса к нулю, требуют выполнени  трех последовательных операций. Перва  из них  вл етс  вспомогательной и лишь увеличивает врем  измерени .The known phase method of separate balancing of an AC bridge, in which, first, based on a comparison of the phase angles between the voltage vectors of the bridge supply and the voltage on the shoulder adjacent to the shoulder of the measured object, and between the voltage vectors on the measuring diagonal and voltage on the shoulder, opposite the shoulder with the object being measured, bring the bridge into a quasi-equilibrium state over the reactive component, and then balance it over the active component, reducing the unbalance voltage to zero, require rex sequential operations. The first of them is auxiliary and only increases the measurement time.

Предлагаемый способ позвол ет исключить вспомогательную операцию, т. е. сократить врем  уравновешивани  благодар  тому, что при его использовании дл  установлени  квазиравновеси  по реактивной составл ющей одновременно сравнивают фазовые углы между падением напр жени  на плече, смежном с плечом измер емого объекта, и напр жением питани  моста и между напр жением набаланса и падением напр жени  на плече, противоположном плечу измер емого объекта.The proposed method makes it possible to eliminate the auxiliary operation, i.e., reduce the equilibration time due to the fact that when it is used to establish a quasi-equilibrium on the reactive component, the phase angles are simultaneously compared between the voltage drop on the shoulder adjacent to the arm of the object being measured and the voltage the power supply of the bridge and between the on-voltage voltage and the voltage drop on the arm opposite the shoulder of the object being measured.

алгебраически суммированные с половиной периода напр жени  питани  моста, например , путем инвертировани  фаз одной из пар напр жений - напр жени  питани  моста иalgebraically summed with a half period of the bridge supply voltage, for example, by inverting the phases of one of the voltage pairs — the bridge supply voltage and

.падени  напр жени  на плече, противоположном плечу измер емого объекта, или падени  напр жени  на плече, смежном с плечом измер емого объекта, и напр жени  небаланса. На фиг. 1 представлена принципиальна  схема мостовой измерительной цепи; на фиг. 2- ее кругова  диаграмма, по сн юща  способ; на фиг. 3 - цифровой мост, реализующий способ; на фиг. 4 - временные диаграммы, по сн ющие работу моста.The voltage drop across the shoulder opposite the shoulder of the object being measured, or the voltage drop across the shoulder adjacent to the shoulder of the object being measured, and the unbalance voltage. FIG. 1 is a schematic diagram of a bridge measuring circuit; in fig. 2 is its circular diagram explaining the method; in fig. 3 - a digital bridge that implements the method; in fig. 4 - time diagrams that show the operation of the bridge.

Измерительна  мостова  цепь образована измер емым комплексным сопротивлением с активной составл ющей Ri и реактивной составл ющей Ci, резисторами Rz, Кз, служащими дл  уравновешивани  по реактивной составл ющей , резистором Ri, служащим дл  Зфавновешивани  по активной составл ющей, и образцовым конденсатором d,. Диагональ питани  мостовой цепи - аЬ, измерительна  диагональ - cd.The measuring pavement circuit consists of the measured complex resistance with the active component Ri and the reactive component Ci, the resistors Rz, Kz, which serve to balance the reactive component, the resistor Ri, which serve for spelling on the active component, and the sample capacitor d ,. The diagonal of the bridge circuit is ab, the measuring diagonal is cd.

Из круговой диаграммы, на которой R,var, Rvar - окружности уравновешивани  соответственно по реактивной « активной составл ющим , Со; di, ..., dn - положени  потенциальных точек вершин end измерительной цепи, видно, что соотношепие фазовых углов между напр жением Иль и инвертированным напр жением Vdc, и между на пр жением Uab и инвертированным нанр жением Uc,b измен етс  лишь при переходе через состо ние квазиравновеси  моста по реактивной составл ющей измер емого комплексного сопротивлени  (точка d проходит положение dn, т. е. однозначно о-предел ет необходимое направление изменени  параметра, уравновешивающего цепь по реактивной составл ющей .From the pie chart, in which R, var, and Rvar are the equilibration circles, respectively, along the reactive active components, Co; di, ..., dn are the positions of the potential points of the vertices end of the measuring circuit; it can be seen that the relation between the phase angles between the voltage Il and the inverted voltage Vdc, and between the voltage Uab and the inverted voltage Uc, b changes only during the transition through the state of the bridge quasi-equilibrium with respect to the reactive component of the measured impedance (point d passes the position dn, i.e., unambiguously determines the necessary direction of change of the parameter that balances the circuit along the reactive component.

Так, в Области, не охватываемой окружностью R ,var , соответствующей квазиравновесию моста по реактивной составл ющей измер емого комплексного сопротивлени , фазовый угол между напр жением Udb и инвертированным напр жением Uас, больше фазового угла между напр жением Uab и инвертированным напр жением области, охватываемой указанной окружностью , фазовый угол между напр жением Uab и инвертированным напр жением Uас, меньше фазового угла между напр жением Uab и инвертированным напр жениемThus, in the area not covered by the circle R, var corresponding to the bridge quasi-equilibrium with respect to the reactive component of the measured complex resistance, the phase angle between the voltage Udb and the inverted voltage Uac is greater than the phase angle between the voltage Uab and the inverted voltage of the area covered the indicated circle, the phase angle between the voltage Uab and the inverted voltage Uac, is smaller than the phase angle between the voltage Uab and the inverted voltage

..

Цифровой мост содержит мостовую измерительную цепь 1, генератор синусоидального напр жени  2, коммутатор 3, фазовременные преобразователи 4, 5, преобразующие фазовый угол между двум  напр жени ми в интервал времени, интегратор 6, блоки уравновешивани  7, 8 соответственно по реактивной и активной составл ющим, цифровые индикаторы Я 10 соответственно по реактивной и активной составл ющим, экстремум-детектор //.The digital bridge contains a bridge measuring circuit 1, a sinusoidal voltage generator 2, a switch 3, phase change converters 4, 5 that convert the phase angle between two voltages at a time interval, integrator 6, balance blocks 7, 8, respectively, by the reactive and active components , digital indicators I 10, respectively, on the reactive and active components, extremum detector //.

Измерение на мосте начинаетс  с установлени  квазиравновеси  по реактивной составл ющей путем регулировани  сопротивлени  резистора Rs.Measurement at the bridge begins with the establishment of quasi-equilibrium over the reactive component by adjusting the resistance of the resistor Rs.

При этом через коммутатор 3 с мостовой цепи / «а входы фазовременного преобразовател  4 поступают напр жени  Оаь и Uc. (фиг. 4, а), а на входы фазовременного -преобразовател  5 - напр жени  Udc и (фиг. 4,6).At the same time, through the switch 3 from the bridge circuit / "and the inputs of the phase-time converter 4, the voltages Oa and Uc are supplied. (Fig. 4, a), and the inputs of the phase-time-converter 5 are voltages Udc and (Fig. 4.6).

Каждый из фазовременных преобразователей имеет опорный и сигнальный входы. Передние фронты импульсов на выходе каждого из фазовременных преобразователей формируютс  в момент начала положительной (отрицательной ) полуволны напр жени  поданного на его опорный вход, а задние фронты импульсов - в момент окончани  положительной (отрицательной) полуволны напр жени , поданного на его сигнальный вход. Дл  случа , рассмотренного на фиг. 4, на опорные входы фазовременных преобразователей подаютс  напр жени  Ьаь и Udb, а на сигнальные - напр жени  Uс„1 и /л„Фазовременные преобразователи 4 и5 вырабатывают импульсы одинаковой амплитуды , (фиг. 4, в, г), длительность которых равнаEach phase shifter has reference and signal inputs. The leading edges of the pulses at the output of each phase-change converter are formed at the moment of the start of the positive (negative) half-wave voltage applied to its reference input, and the back edges of the pulses - at the time of the end of the positive (negative) half-wave voltage applied to its signal input. For the case discussed in FIG. 4, the voltage inputs Lа and Udb are supplied to the reference inputs of phase-to-phase converters, and the signal inputs are supplied to the voltage Uc „1 and / l„ Phase-time converters 4 and 5 produce pulses of the same amplitude (Fig. 4, c, d), the duration of which is

- Г/2 h ДТ, - G / 2 h DT,

где: t - длительность импульса на выходеwhere: t is the pulse duration at the output

фазовременного преобразовател ; ДГ - отрезок времени, соответствующий углу сдвига фаз между напр жени  ми, поступающими на входы фазовременного преобразовател ;phase converter; DG is the length of time corresponding to the phase shift angle between voltages supplied to the inputs of the phase-time converter;

ТT

- -период частоты этих напр жении.- period of the frequency of these voltages.

Формирование импульсов на выходе фазовременных преобразователей 4 w. 5, удлиненных соответственно на Т/2 обеспечивает такие услови , что смена знака сигнала на выходе интегратора 6 происходит лишь при -переходе схемы через состо ние квазиравновеси  поFormation of pulses at the output of phase change converters 4 w. 5, respectively, elongated at T / 2 provides such conditions that the change in the sign of the signal at the output of the integrator 6 occurs only at the transition of the circuit through the state of quasi-equilibrium

реактивной составл ющей измер емого комплексного сопротивлени .reactive component of the measured impedance.

Импульсы с выходов фазовременных преобразователей 4 л 5 поступают на входы интегратора 6, который сравнивает их по длительности .The pulses from the outputs of phase change converters 4 l 5 are fed to the inputs of the integrator 6, which compares them in duration.

Пока, например, на первом входе интегратора 6 действует только им-пульс, поступающий с выхода фазовременного преобразовател  4, на выходе интегратора 6 генерируетс So far, for example, at the first input of the integrator 6 only momentum acts from the output of the phase-time converter 4, the output of the integrator 6 is generated

линейно возрастающее напр жение. В результате воздействи  на второй вход интегратораlinearly increasing voltage. As a result, the second input of the integrator is affected.

6импульса с выхода фазовременного преобразовател  5 на выходе интегратора 6 генерируетс  линейно падающее напр жение.A 6 pulse from the output of the phase-time converter 5 at the output of the integrator 6 generates a linearly falling voltage.

Естественно, что при одновременном воздействии на входы интегратора 6 импульсами равной амплитуды, поступающими с выходов фазовременных преобразователей 4 и 5, напр жение на выходе интегратора 6 остаетс Naturally, while simultaneously acting on the inputs of the integrator 6 by pulses of equal amplitude, coming from the outputs of the phase-time converters 4 and 5, the voltage at the output of the integrator 6 remains

посто нным (напр жение, генерируемое на выходе интегратора 6, представлено на фиг. 4,d).constant (voltage generated at the output of integrator 6, shown in Fig. 4, d).

Нетрудно увидеть, что результирующее напр жение на выходе интегратора 6, после воздействи  на оба его входа одиночными импульсами с выходов фазовременных преобразователей 4 и 5 будет «меть отрицательную пол рность лишь в случае, когда фазовый угол между напр жением Udb и инвертированным напр жением Uас, больше фазового угла между напр жением Uab и инвертированным напр жением Uс,ь.It is easy to see that the resulting voltage at the output of integrator 6, after acting on both of its inputs with single pulses from the outputs of phase-time converters 4 and 5, will only have a negative polarity when the phase angle between the voltage Udb and the inverted voltage Uac, more of the phase angle between the voltage Uab and the inverted voltage Uc, b.

Блокиру , например, все изменени  параметра , уравновешиваюшего схему по реактивной составл ющей (), привод щие к результирующему сигналу положительной пол рности на выходе интегратора 6 и, сбрасыва  все изменени  параметра, уравновешивающего схему по реактивной составл ющейBlocking, for example, all changes in the parameter, balancing the scheme with the reactive component (), leading to the resultant positive polarity signal at the output of the integrator 6 and, discarding all changes of the parameter, balancing the scheme with reactive component

(Rz), привод щие к результирующему сигналу отрицательной пол рности на выходе интегратора 6, достигаем состо ни  квазиравновеси  моста по реактивной составл ющей комплексного сопротивлени .(Rz), leading to the resultant negative polarity signal at the output of integrator 6, achieve the quasi-equilibrium state of the bridge with the reactive component of the complex resistance.

После окончательной коммутации уравновешивающего параметра по реактивной составл ющей измер емого комплексного сопротивлени  на каждом щагу блок уравновешивани After the final switching of the balancing parameter by the reactive component of the measured impedance at each step, the balancing unit

7закорачивает выход интегратора 6, подготавлива  тем самым его к новому сравнению7 closes the output of the integrator 6, thereby preparing it for a new comparison

на следующем такте. После достижени  равновеси  по реактивной составл ющей измер емого комплексного сопротивлени , напр жение небаланса Ucd {при наличии потерь в измер емом -комплексном сопротивлении) через коммутатор 5 подаетс  на вход экстремум-детектора 11, с выхода которого управл ющий сигнал поступает на блок уравновешивани  8 по составл ющей измер емого комплексного сопротивлени , пропорциональной активным потер м.on the next bar. After reaching equilibrium in the reactive component of the measured impedance, the unbalance voltage Ucd {in the presence of losses in the measured-complex impedance) through the switch 5 is fed to the input of the extremum detector 11, from the output of which the control signal goes to the balancing unit 8 through the component of the measured impedance proportional to the active loss m.

Предмет изобретени Subject invention

Фазовый способ раздельного уравновешивани  моста переменного тока, при котором сначала устанавливают квазиравновесие по реактивной составл ющей, использу  дл  этого сравнение фазовых углов между напр же-ни ми мостовой цепи, а затем уравновешивают мост ПО активной составл ющей, свод  напр жение небаланса к нулю, отличающийс  тем, что, с целью сокращени  времени уравновешивани , дл  установлени  квазиравновеси  одновременно сравнивают фазовые углы между падением напр жени  на плече, смежном с плечом измер емого объекта, и напр жением питани  моста и между напр жением небаланса л падением напр жени  наThe phase method of separately balancing an ac bridge, in which quasi-equilibrium in the reactive component is first established, using a comparison of the phase angles between the bridge circuit voltages for this, and then balancing the bridge of the active component, reducing the unbalance voltage to zero, differing from By the fact that, in order to reduce the equilibration time, in order to establish quasi-equilibrium, the phase angles are simultaneously compared between the voltage drop across the shoulder adjacent to the shoulder of the object being measured and em power between the bridge and the unbalance voltage L voltage drop on

плече, противоположном плечу измер емого объекта, алгебраически суммированные с половиной периода напр жени  питани  моста, например, путем инвертирована-   фаз одной из пар напр жений - напр жени  питани shoulder, opposite the shoulder of the measured object, algebraically summed with a half period of the bridge supply voltage, for example, by inverting the phases of one of the voltage pairs - the supply voltage

моста и падени  напр жени  на плече, противоположном плечу .измер емого объекта, или падени  напр жени  на плече, смежном с плечом измер емого объекта, и напр жени  небаланса .the bridge and the voltage drop across the shoulder, opposite the shoulder of the object to be measured, or the voltage drop across the shoulder adjacent to the shoulder of the object being measured, and the unbalance voltage.

Фиг ZFig z