Введение к работе
Актуальность 'темч. Около столетия применяются мостовые методы измерения. Оки показали себя как наиболее гибкие, универсальные и точные методы определения параметров элементов электрических цепей. Среди мостовых измерительных устройств особое место занимают мосты переменного тока, предназначенные для измерения параметров комплексных сопротивлений (ПКС). Ключевым направлением в разработке таких приборов в настоящее время является создание высокоточных, уравновешенных, полностью автоматизированных мостовых устройств и систем. Основы теории этих устройств заложены прекде всего трудами отечественных ученых К.Б.Карандеева, А.Д.Нестеренко, Ф.Б.Гриневича, Г.А.Штамбергера, В.Ю.Кнеллера, А.л.Грохольского, К.М.Соболевского, а также таких зарубежных исследователей, как ff.Geyger, H.Polek, H.Hall, R.Cut-козку, K.Maeda и др.
Как правило, в высокоточных мостах переменного тока (таких как Р5016, Р5079, разработанных при участии Е.А.Будницкой, Ю.А.Смоляра, Н.А.Фещенко, Р.Д.Тучина и выпускавшихся Киевским ПО "Точалектроприбор") измерительная цепь выполняет как собственно измерительные функции, так и обязательные для получения прямого отсчета вычислительные функции. Такое объединение 'функций приводит к существенному усложнению структуры измерительных цепей, к увеличению количества конфигураций измерительной цепи, обеспечивающих измерение по различным двухэлементным схемам замещения и, в коночном счете, является одной из причин ограничения точности измерения.
Перспективным путем разрешения этого противоречия может быть разделешіе измерительных и вычислительных функций в приборе, который строится как комбинация наиболее точной измерительной мостовой цепи с тесной индуктивной связью и систем автоматического уравновешивания и обработки результатов на основа ЭВМ или встроенного микропроцессорного контроллера.
Увеличивающаяся сложность информационных систем, растущие требования метрологии, повышение точности эталонов приводят к тому, что выпускающиеся приборы не соответствуют уровню современных требований. Это касается точности, диапазона измерений, степени автоматизации процесса измерения. В ряде случаев возникает необходимость измерения ПКС с любым фазовым углом и при любом сочетании составляющих комплексного сопротивления с погре-
шностью че более 0.0IS в полностью автоматическом режиме. Поэтому задача создания высокоточных универсальных широкодиапазонных измерителей ПКС с метрологическими характеристиками и функциональными возможностями, отвечал ми современным требованиям, является актуальной.
Иялъ работа. Целью диссертационной работы является создание высокоточных микропроцессорных мостов переменного тока, предназначенных для измерения по двухэлементной эквивалентной схеме замещения объектов с любым фазовым углом. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
разработка и исследование специальных измерительных цепей на базе элементов с тесной индуктивной связью для высокоточных микропроцессорных мостов переменного тока;
построение на базе специальных измерительных цепей сравнения токов и сравнения напряжений универсальных измерительных цепей микропроцессорных мостов переменного тока;
разработка и исследование методов повышения точности микро-.процессорных мостов переменного тока;
- разработка алгоритмов функционирования системы автоматичес
кого уравновешивания (САУ), обеспечивающих устойчивую работу
в любой точке диапазона измерения;
- создание действующих образцов прецизионных универсальных
микропроцессорных мостов переменного тока и их внедрение в
серийное производство.
Методы исследований. Проведенные в работе исследования выполнены с применением теории функции комплексного переменного, теоретических основ информационно-измерительной техники, элементов интегрального и дифференциального исчисления.
Автор защищает;
- методику построения трансформаторных измерительных цепей
микропроцессорных мостов переменного тока;
- структуры специальных и универсальных измерительных цепей
микропроцессорных мостов переменного тока;
- структуры мостовых измерительных цепей и способы их уравно
вешивания, позволяющие уменьшить погрешность от дискретности
уравновешивающего элемента без изменения его разрядности;
- алгоритмы функционирования САУ, обеспечивающие абсолютную
устойчивость отсчета в любой точке диапазона измерения.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- показано, что для микропроцессорных мостов переменного тока
оптимальными являются измерительные цепи (КЦ) сравнения токов и сравнения напряжений нормальной структуры для измерения двух абсолютных ПКС на базе элементов с тесной индуктивной связью;
- показано, что предложенные структуры измерительных цепей и
способы их уравновешивания с использованием "зонирования"
позволяют существенно уменьшить относительную погрешность от
дискретности без изменения разрядности уравновешивающего
' элемента;
показано, что разработанное алгоритмы функциош.гования САУ с "гистерезисом" в районе "критических" точек позволяют создавать микропроцессорные мосты переменного тока высокой точности с устойчивым отсчетом в любой точке диапазона измерения;
покапано, что частотозависимые КЦ в микропроцессорных мостах с образцовой мерой емкости в плече сравнения позволяют измерять ПКС индуктивного характера с большей точностью, чем обычные (частотонезависимые) цепи.
Практическая ценность и реализация результатов работы:
Разработанные структуры универсальных измерительных цепей и способы их уравновешивания могут быть положены в основу при построении универсальных прецизионных микропроцессорных мостов переменного тока.
Полученные в работе структуры универсальных Щ, предназначенные для измерения двух абсолютных ПКС с произвольным фазовым углом, пог золяют строить предельно простыв, обладающие высокой сходимостью и гостоянной в диапазоне измерения чувствительностью по измеряемым параметрам мостовые измерительные цепи для универсальных прецизионных микропроцессорных мостов переменного тока.
Предложенные способы уравновеширчния измерительных цепей микропроцессорных мостов переменного тока дают возможность повысить точность измерения до 8 раз без изменения разрядности уравновешивающего элемента и повышения чувствительности индикатора равновесия.
Реализация предложенных способов подекадно-следящего уравновешивания в "критических" точках диапазона измерения обеспечивает абсолютную устойчивость САУ и полностью исключаем возникновение функциональной неустойчивости.
Результаты исследований использованы при разработке и внедрении в серийное производство на Киевском ПО "Точэлектроприбор" универсального прецизионного мін:ропроцессорного моста перемен-
- б -
ного тока Р5083 класса 0.02 (в режиме калибровки по внешней образцовой мере - 0,005). Годовой экономический эффект от использования- разработки составляет 1790 руб.-на единицу.изделия при долевом участииавтора 10%. Результаты исследований.использованы также при создании действующего образца прецизионной ком-- пьютерной измерительной системы для -поверки образцовых мер БКО 2-го и 3-го разрядов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на. Всесоюзной . научно-технической конференции- --"Измерительные информационные системы ..(ИИС-87)" г .Ташкент,. 1987 г, Всесоюзной научно-технической - конференции "Информационно-измерительные системы (ИИС-89)" г.Ульяновск, 1989, Республиканской научно-технической - конференции ' "Структурные методы повышения точности, чувствительности и быстродействия измерительных приборов и систем" г.Киев, 1985 г..
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в-том числе получено 7 авторских свидетельств -н изобретения.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из .введения, пяти глав основного текста, заключения, списка литературы и приложения и содержит 129 страниц основного текста, 60 страниц таблиц и иллюстраций. Список литературы включает 83 наименования.
