Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ методов измерения параметров пассивных двухполюсников, расположенных в многополюсной электрической цепи. постановка задачи исследования 14
1.1 Сравнительная оценка известных методов измерения параметров ПКД, расположенных в МЭЦ типа треугольник и звезда 14
1.2. Сущность косвенного метода измерения параметров отдельного ПКД на базе ИЦ с ПДН или ПДТ 22
1.3. Анализ погрешности косвенного метода измерения параметров отдельного ПКД от неинформативных параметров ИЦ на базе ПДН и ПДТ 29
1.4. Постановка задачи исследования 42
2. Разработка методики анализа и синтеза измерительных цепей, реализующих алгоритм изменения конфигурации измерительной цепи 44
2.1. Синтез измерительных цепей для измерения модуля КП и КС отдельного ПКД 44
2. 2. Синтез измерительных цепей для измерения модуля КП и КС ПКД, расположенного в МЭЦ типа П 52
2.3. Синтез измерительных цепей для измерения модуля КП и КС ПКД, расположенного в МЭЦ типа Т и Н 60
2.4. Анализ и синтез измерительных цепей для измерения составляющих КП и КС исследуемого ПКД* расположенного в МЭЦ типа П,Т и К 66
2.4.1 Амплитудный способ измерения составляющих КП и КС исследуемого ПКД
2.4.2 Фазовый способ измерения составляющих КП и КС исследуемого ПКД 72
2.4.3 Амплитудно-фазовый способ измерения составляющих КП и КС исследуемого ПКД 12
Выводы 83
3 Синтез структурных схем средств измерения параметров пкд и функциональных преобразователей
3.1 Разработка структурных схем функциональных преобразователей и средств измерения, реализующих амплитудный способ 84
3.2 Разработка структурных схем функциональных преобразователей и средств измерения, реализующих фазовый способ 91
3.3 Разработка структурных схем функциональных преобразователей и средств измерения, реализующих амплитудно-фазовый способ 95'
Выводы /OS
4 Разработка комплекса для измерения значения сопротивления прецизионных резисторов и результаты экспериментальных исследований 109
4.1 Выбор ИЦ и разработка структурной схемы измерительного комплекса 109
4.2 Описание измерительного комплекса и принцип его работы 116
4.3 Программное обеспечение измерительного комплекса 121
4.4 Результаты моделирования точностных характеристик измерительного комплекса 121
Выводы
Заключение
Библиографический список
Приложение
- Сущность косвенного метода измерения параметров отдельного ПКД на базе ИЦ с ПДН или ПДТ
- Синтез измерительных цепей для измерения модуля КП и КС ПКД, расположенного в МЭЦ типа П
- Разработка структурных схем функциональных преобразователей и средств измерения, реализующих фазовый способ
- Описание измерительного комплекса и принцип его работы
Введение к работе
Актуальность темы. Представление электрических цепей в виде двухполюсников, расположенных в многополюсной электрической цепи (МЭЦ), образованной соединением двухполюсников в замкнутую структуру типа треугольник СП типа) или разомкнутую структуру типа звезда (Т и Н типа ), успешно применяется в радиоэлектронике, электросвязи, электрохимии, медицине, биологии, для контроля параметров и диагностики устройств, а также при получении информации от параметрических датчиков.
Большой вклад в разработку методов и средств измерения параметров пассивных комплексных двухполюсников внесли научные коллективы, руководимые Т. М. Алиевым, JL И. Волгиным, Ф. Б. Гриневичем, М. А. Гаврилюком, В. С. Гутниковым, М. А. Земельманом, С. л. Млюковичем, К. Б. Карандеевым, В. JCL Кнеллером, Б. Я. Лихтциндером, А. К Мелик-Шахназаровым, А. И. Мартяшиным, П. В. Новицким, П. IL Орнатским, А. ф. Прокун-цевым, іа А. Скрипником, М. їй Тузом, Б. И. Швецким, В. М. Шляндиным, Г. А. ііїгамбергером и другими.
Повышение требований к точности и быстродействию измерения параметров пассивных комплексных двухполюсников (ПКД), совершенствование цифровых средств измерения и измерительных информационных систем, внедрение микропроцессорной техники позволило в последнее десятилетие расширить использование косвенных, совокупных и совместных измерений. Для реализации этих измерений можно применять выпускаемые промышленностью высокоточные узлы цифровых приборов для измерения напряжения, тока, фазы. Однако широкое использование совокупных и совместных измерений сдерживается отсутствием методики анализа и синтеза измерительных цепей (ИЦ) с заранее прогнозируемыми свойствами.
Актуальность исследований по созданию методики анализа и синтеза измерительных цепей, алгоритмов инвариантного измерения параметров отдельного ПКД и ПКД, расположенного в исследуемой МЭЦ, отмечена на различных научно-технических конференциях.
Целью работы является разработка средств измерения параметров пассивных двухполюсников, расположенных в многополюсных электрических цепях, на основе алгоритма изменения конфигурации измерительной цепи, без нарушения целостности исследуемой МЭЦ.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
осуществлен анализ методов построения измерителей параметров как отдельного ПКД, так и ПКД, расположенного в МЭЦ типа треугольник и звезда;
обоснована целесообразность использования совокупного и совместного измерения параметров ПКД на основе алгоритма изменения конфигурации измерительной цепи, содержащей пассивные делители напряжения (ПДН) или тока (ПДТ) ;
разработана методика анализа и синтеза Щ, которая позволила синтезировать структурные схемы Щ с ПДН и ПДТ и на их основе реализовать амплитудный, фазовый и амплитудно-фазовый способы измерений параметров ПКД;
разработаны структурные схемы одноканальных и двухканаль-ных функциональных преобразователей, двухканальных измерителей параметров отдельного ПКД и ПКД, расположенного в исследуемой МЭЦ;
разработан и экспериментально исследован многопредельный измерительный комплекс для измерения значения сопротивления прецизионных резисторов.
методы исследования. Б работе использованы основные положения теории функции комплексного переменного, теории линейных электрических цепей, теории матриц и ненаправленных графов, с использованием методов имитационного моделирования на ЭВМ.
Научная новизна. Новыми являются следующие результаты диссертационной работы :
предложена методика на базе анализа матриц и ненаправленных графов известных ИЦ, позволяющая создать матрицы и графы для синтеза новых ИЦ;
получены аналитические выражения амплитудного, фазового и амллитудно-фазового способов совокупного и совместного измерений параметров исследуемого ВДД;
синтезированы обобщенные структурные схемы измерителей параметров ПКД, расположенных в исследуемой МЭЦ;
синтезирована структурная схема двухканального комплекса для'измерения значения сопротивлений прецизионных резисторов.
Практическая ценность работы
Разработанная методика анализа и синтеза ИЦ позволила повысить эффективность проектирования широкодиапазонных измерителей параметров ІЩ, расположенных в МЭЦ.
Созданные универсальные структурные схемы измерителей параметров ПКД обеспечивают независимость результатов измерений от параметров ПКД, расположенных в других ветвях исследуемой МЭЦ, параметров ИЦ и тракта преобразования сигналов. Они ориентированы на использование как существующих, так и вновь осваиваемых промышленностью, цифровых вольтметров, амперметров, фазометров, мини-и микро- ЭВМ,
Разработанный широкодиапазонный измерительный комплекс для дистанционного измерения сопротивления прецизионных резисторов обеспечивает независимость результата измерений от изменения переходных сопротивлений зажимов, сопротивлений жил и изоляции экранированных кабелей, параметров ключей, внутреннего сопротивления источника энергии, входных сопротивлений амперметров.
Основные научные результаты, выносимые на защиту:
методика анализа и синтеза измерительных цепей, реализующих на базе алгоритма изменения конфигурации ИЦ, совокупные и совместные измерения параметров ПКД, расположенного в МЭЦ типа треугольник и звезда;
новые структурные схемы измерителей параметров ПКД, реализующие амплитудный, фазовый и амплитудно-фазовый способы измерения, обеспечивающие инвариантность результата измерения к параметрам ПКД, расположенных в других ветвях исследуемой МЭЦ, ИЦ и тракта преобразования сигналов;
структурная схема двухканального измерительного комплекса для дистанционного измерения значений сопротивлений прецизионных резисторов на базе цифровых амперметров и мини-ЭВМ.
Реализация результатов работы. Полученные в диссертационной работе результаты использовались при разработке:
измерительных цепей, структур, алгоритмов и принципиальных схем вторичных преобразователей приборов измерения параметров движения в НИИФИ г. Пензы;
измерительного комплекса для измерения действительного значения сопротивления прецизионных постоянных резисторов с допускаемым отклонением (0,005,... ,0,05)% в НИЙЭМП г. Пензы.
Полученный экономический эффект от внедрения результатов
диссертационной работы составил в НИШИ и НЙИЭМП, соответственно, 83 тыс. руб. и 49 тыс. руб.
Апробация работы. Основные положения проведенных исследований были доложены и обсуждены на 14-ой, 15-ой, 16-ой, 17-ой и 18-ой научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Пензенского завода-втуза при заводе ВЭМ, филиала ПЛИ (г. Пенза, 1983,... ,1986г.), научно-технической конференции "Проектирование и эксплуатация информационно-вычислительных комплексов" (г. Пенза, 1983г.), областном семинаре "Математические методы и задачи исследования сложных систем" (г. Пенза, 1984г.), 5-ой Всесоюзной конференции " Проблемы метрологического обеспечения систем обработки измерительной информации " (г. Москва, Л984г.)» 4-ой научно-технической конференции КамАЗ-КамПИ " Научно-производственные и социально-экономические проблемы производства автомобиля "(г. Набережные Челны, 1988г.).
Публикации. Основные результаты работы освещены в 12 публикациях; среди которых 4 статьи, 3 тезиса докладов на научно-технических конференциях, 1 зарегистрированный отчет по НИР, 4 авторских свидетельства на изобретения.
диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, библиографического списка, насчитывающего 107 наименований, и четырех приложений. Основной текст (без библиографического списка и приложений) содержит 137 страниц, включая 52 рисунка и 8 таблиц.
В первом разделе, на основе проведенного анализа алгоритмов измерения параметров как отдельного ПКД, так и ПКД, расположенного в МЭЦ типа треугольник и звезда, выявлена перспективность косвенного, совокупного и совместного измерений. Реализация этих алгоритмов, при использовании микропроцессорной техники, не вызыва-
1-і
ет больших затруднений и обеспечивает независимость результата
измерения от изменений параметров источника тока 1д с внутренней
комплексной проводимостью 1U или источника напряжения lq с
внутренним комплексным сопротивлением / и . В основу построения
комплекса для измерения параметров ПКД положен принцип двухка-
нальности, когда фиксируются напряжение на зажимах источника тока
Iq и падение напряжения на элементах ПДН или ток источника нап
ряжения Гд и ток через элементы ПДТ. Информация об измеряемом
параметре исследуемого ПКД определяется как отношение этих напря
жений или токов . Для обеспечения инвариантности результата
измерения к параметрам ИЦ ( ненулевым значениям входных комплек
сных проводимостей преобразователей напряжения или вход
ных комплексных сопротивлений 1ІЛ2 преобразователей тока и их
коэффициентов передачи Н{> /) используется алгоритм изменения
конфигурации ИЦ.
Во втором разделе представлена методика анализа и синтеза структурных схем ИД, которые реализуют, на базе алгоритма изменения конфигурации ИЦ с ПДН и ПДТ, совокупное или совместное измерение параметров ПКД.
Третий раздел посвящен вопросам разработки структурных схем измерителей параметров ПКД и функциональных преобразователей.
В четвертом разделе работы рассматриваются вопросы практической реализации разработанных алгоритмов и структурной схемы измерительного комплекса, предназначенного для дистанционного (от 10 до 100 м) измерения сопротивления прецизионных резисторов в диапазоне от 10 Ом до 100 кОм в условиях реального производства.
В заключении сформулированы основные результаты работы.
В приложении 1 представлены документы, подтверждающие внедрение в практику результатов работы.
В приложении 2 приведены программа и результаты имитационного моделирования измерительного комплекса.
В приложении 3 приведен протокол метрологической аттестации измерительного комплекса для измерения номинального значения прецизионных постоянных резисторов с допускаемым отклонением (0,005,... , 0,05)%.
В приложении 4 приведено программное обеспечение измерительного комплекса.
Исследования, выполненные в диссертационной работе, является частью научно-исследовательских работ, проводимых по темам НИР N 860 N ГР77032114, N 1055 N ГР79075707, N 93/84-034 N ГР01840030974, N 20-02 N ГР01880039867, N 0-05 N ГР01900065783.
Сущность косвенного метода измерения параметров отдельного ПКД на базе ИЦ с ПДН или ПДТ
Простейшие преобразователи параметров КП и КС исследуемого ПКД в напряжение или ток можно построить на основе структурной схемы, содержащей источник питания (тока 1р с внутренней проводимостью Уд или напряжения # с внутренним сопротивлением Z0 ) и пассивный делитель напряжения или тока. Один из элементов ( Y или Zx ) ПДН является исследуемым ПКД, а второй С Tj или Z 0р образцовым, однородным по характеру сопротивления одной из составляющих КП и КС исследуемого ПКД. Варианты эквивалентных схем преобразователей параметров КП и КС исследуемого ПКД в напряжение и ток изображены на рис. 1.2а, б. В первой из приведенных схемхаІ » "сі -etc соответственно, напряжение на зажимах источника тока ід, падения напряжений на исследуемом ПКД 1% и образцовом двухполюснике \ . На второй схеме ic, [, ia, соответственно, ток источника напряжения Гд , токи через исследуемый ПКД Z и образцовый двухполюсник Z0$.
Для получения однозначной информации о составляющих КС / или КП 1 исследуемого ПКД необходимо выбрать образцовый двухпо люсвик/ или ї$ однородный по характеру сопротивления или проводимости одной из составляющих КС или КП исследуемого ПКД. Обозначим; А составляющая КС, однородная по характеру сопротивления составляющей С\ образцового двухполюсника $ , У" составляющая исследуемого КС, неоднородная по характеру сопротивления образцового двухполюсника /. оЬ - Если (л Rd0 , тоJ ReljJ hlx , а еслисЦ = 1т 16д J5=ImZx,f hZ% Обозначим: h составляющая исследуемой КП, однородная по характеру проводимости составляющей у образцового двухполюсника 1 , а/и- составляющая исследуемой КП, неоднородная по характеру у Таким образом , при У Н& ї составляющие І записываются в виде ti=$6Yx , М lftlki & при V = Ш Y$% составляющие Yx записываются в виде
Зависимости падений напряжений на исследуемом ПКД hV TiJU и образцовом двухполюснике 1 } у С рис Л. 2а) имеют вид :V -Ua Фазовые сдвиги падений напряжений ]]tfj и (J относительно напряжения питания и г имеют вид: где знак "-" характеризует индуктивный характер исследуемого ІЖД при его параллельной схеме замещения и активном характере проводимости образцового двухполюсника.
В зависимости от напряжений, снимаемых с измерительной цепи, или токов, в различных ветвях цепи, известны четыре обобщенные структурные схемы измерителей параметров ПКД (ИП ПКД) ( рис. 1.3).
Первые две структурные схемы ( рис. 1.3а,б ) содержат в качестве источника тока - источник гармонического сигнала (ИГС), пассивный делитель напряжения, составленный из последовательно соединенных исследуемого ЇЇКД І и образцового двухполюсника первый (ПНІ) и второй (ПН2) преобразователи напряжения и функциональный преобразователь (ФП).йгорые две структурные схемы ( рис. 1.3в,г ) содержат в качестве источника напряжения - ИГС, пассивный делитель тока, составленный из параллельно включенных исследуемого ПКД Z/ и образцового двухполюсника Z$ первый (ПТ1) и второй (ПТ2) преобразователи тока и ФП.
Большое многообразие ИП ПКД на основе пассивных делителей напряжения и тока определяется лишь особенностями структуры функционального преобразователя [67, 81,...,98].
Наиболее перспективным, при измерениии составляющих КС или КП исследуемого ПКД, с точки зрения уменьшения аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности тракта преобразования сигналов, является ФП со встроенным микропроцессором С 79].
Возможность уменьшения указанной погрешности на основе математической обработки информации заключается в следующем. Преобра зуем уравнения (1.14) и (1.15) к виду
Синтез измерительных цепей для измерения модуля КП и КС ПКД, расположенного в МЭЦ типа П
Для синтеза измерительной цепи, содержащей исследуемую МЭЦ типа П, образованную последовательным соединением двухполюсников проводимости [ I J измерительной цепи, изображенной на рис, 1. 4а, прибавить матрицу проводимости [ jfj А вида:получим где [ і jj - матрица проводимости Щ, содержащая параметры прово-димостей исследуемой МЭЦ типа XIНа рис. 2.9а изображен ненаправленный граф ИЦ, содержащий исследуемую МЭЦ типа П.
Известно, что для определения параметров исследуемого ПКД, входящего в ИЦ, можно исходить из ее структуры, не прибегая к записи уравнений в матричной форме. Это возможно при использовании топологических методов анализа электрических цепей [6,17].
Выражения для напряжений на входах ПН1 и ПНЕ для ИЦ с пассивным делителем напряжения можно записать, используя формулу Мезона С 413.где Jfn - значение напряжения на входе І -ого ПН для J -ой измерительной цепи, [: - ток независимого источника тока } ой измерительной цепи, //; - системная функция ИД, котораяопределяется отношением величин, измеряемой і -ым ПН і -ой измерительной цепи, к величине тока h независимого ИТ, Д\, - величина It -го пути передачи через С -ый ПН, растю-ложенный в I -ой ИД, Ллу - алгебраическое дополнение соответствующего пути передачи, #? - число путей передачи через / -ыйТак как первый ПН с входной комплексной проводимостью подключен параллельно источнику тока (ИТ) с внутренней комплексной представляет собой входное сопротивление ИЦ и путь передачи всегда равен единице Г17] .Из графа ИЦ, изображенного на рис. 2. 9а, путем короткого замыкания ветвей I и, і lj получим ненаправленный граф деформированной цепи, изображенной на рис. г. 96. Ее определитель, равный суммепроводимостей 11, t 3 , 14 ,10 , и является алгебраическим до полнением Ауу пути передачи через ПН1. Преобразователь напряжения ПН с входной комплексной проводимостью подключен к выходу ИЦ. Определяемая системная функция представляет собой передаточное сопротивление Щ, путь передачи равен проводимостии алгебраическое дополнение пути передачи равно единице.
Учитывая, что определители обеих системных функций имеют одно и тоже значение, то выражение для отсчета параметров исследуемого ПКД имеет вид :
В отличии от методической погрешности измерения параметров отдельного двухполюсника добавляется зависимость результата измерения от параметров двухполюсника Y& входящего в одну из ветвей исследуемой МЭЦ.
Рассмотрим возможность исключения методической погрешности измерения параметров пассивного комплексного двухполюсника, расположенного в МЭЦ типа IL
При восстановлении ИЦ из деформированной по числителю системной функции (рис. Z. 96) возможны дополнительно два варианта ИЦ, ненаправленные графы которых изображены на рис. 2.10а,б. Для них путь передачи и алгебраическое дополнение пути передачи через ПН1 имеет то же значение, что и для ИЦ, ненаправленный граф которой изображен на рис. Z. 9а. Это соответствует выводам, полученным в разделе 2.1.
Определители полученных ИЦ не совпадают между собой и не совпадают с определителем исходной ИЦ.
С учетом значений для входных и передаточных сопротивлений синтезированных ИЦ, выражения для отсчета параметров исследуемого ПКД имеют вид :
Решая систему уравнений (2.11) и (2.12), (2.11) и (2.13), (2.12) и (2.13), получим отсчет модуля 13 исследуемого ІВД, расположенного в МЭЦ типа ILсодержащей МЭЦ типа П
Полученные уравнения отсчета модуля 15 измеряемого ПКД, расположенного в исследуемой МЭЦ типа П, идентичны уравнениям (2.3), (2.5), (2.6) отсчета модуляУУотдельного ПКД.
Аналогично можно синтезировать Щ и для случая, когда образцовый двухполюсник Y3 расположен в МЭЦ типа її, образованную соединением двухполюсников
На рис. 2.116 изображен направленный граф ИЦ, содержащий первую МЭЦ типа П, составленную из ПКД вторую МЭЦ типа П, составленную из ПКД на рис. 2.11а, в изображены направленные графы Щ, в которых исключены (например, закорочены) неизмеряемые ПКД 10 и ПКД хЭ, соответственно, однако, алгебраическое дополнение Д,, одинаково для всех ИЦ.
В качестве примера реализации алгоритма измерения (2.15) на рис. 2.12а и 2.13а изображены структурные схемы ЙЦ, двухтактное изменение конфигурации в которых осуществляется с помощью двухпози-ционных управляемых ключей К1 и К2 в соответствии с ненаправленными графами, изображенными на рис. 2.126,в и 2.136,в.
Анализ структурной схемы Щ, изображенной на рис. 2.13а, позволяет сделать важный вывод о возможности существенного расширения верхнего диапазона измерения путем исключения влияния проводимости изоляции не только между зажимами 1 и 0, 2 и 0, 3 и 0, но и зажимами 1 и 2, 2 и 3, экранируя эти зажимы (или только зажим 2) и соединяя экраны с общей шиной 0. Шунтирующее действие на величину проводимости X j исследуемого ПКД и величину проводимости х4 образцового ПКД будет оказывать лишь воздушный промежуток
между этими зажимами,а проводимость изоляции между каждым из зажимов и общей шиной, как показано выше, не влияет на результат измерения.
Исследуемая МЗЦ типа Т является дуальной МЗЦ типа П и поэтому, путем дуальных преобразований ненаправленных графов ИЦ, изображенной на рис. 2.10а и 2. На,б можно синтезировать ненаправленные графы ИД, изображенные на рис.2.14а,б,в, содержащие исследуемую МЗЦ типа Т. Аналогично можно синтезировать путем дуальных преобразований ненаправленных графов ИЦ, изображенных на рис. 2.11а,0,в, ненаправленные графы ИД, изображенные на рис. 2.15а,б,в, содержащие две МЭЦ типа Т, в одной из которых расположен исследуемый ПКД , а во второй - образцовый двухполюсник . Полученные ненаправленные графы ИЦ ( рис. 2Л4а,б,в и 2Л5а,б,в ) позволяет синтезировать структуры ИД, реализующие алгоритм изменения конфигурации ИЦ для измерения модуля исследуемого ПКД, расположенного в МЭЦ типа Т, в соответствии с уравнениями (2.7), (2.8), С 2.9).
На рис. 2.16а и 2Л7а изображены структурные схемы измерительных цепей, реализующие алгоритм изменения конфигурации ИЦ для измерения модуля Z J ПКД, расположенного в МЭЦ типа Т, в соответствии с математической моделью (2.8). Изменение конфигурации ИД осуществляется в соответствии с ненаправленными графами, изображенными на рис. 2Л66, в и 2.176,в двухпозиционными управляемыми ключами К1 и К2.Рассмотрим процесс измерения параметров ПКД, расположен
Разработка структурных схем функциональных преобразователей и средств измерения, реализующих фазовый способ
Фазовый способ измерения тангенса угла потерь (tOu) и составляющих КП и КС исследуемого ПКД осуществляется, как показано в разделе 2, соответственно, за два и три такта изменения конфигурации измерительной цепи. При этом на каждом такте измерения необходимо получить информацию о фазовом сдвиге напряжения /І Ші на выходе ПН2 относительно напряжения /?/ щ на выходе ПТ1 или тока Hzi2i на выходе ПТ2 относительно тока ftflfj на выходе ПИ. Преобразование в цифровой двоичный код фазовых сдвигов между указанными напряжениями или токами осуществляется с помощью фазо-цифрового преобразователя (ФЦП). В качестве ФЦП можно использовать цифровой фазометр, выход которого через МД связан с ЭВМ.
Алгоритм измерения LQu исследуемого ПКД реализуется ФП, структурная схема которого изображена на рис. 3. 6. Она содержит ФЦП, МД, РУС и ЭВМ.
Для примера рассмотрим процесс измерения щи на базе измерительной цепи, структурная схема которой изображена на рис. 2.20, и функционального преобразователя, структурная схема которого изображена на рис. 3. 6.
В первом такте измерения по команде ЭВМ, передаваемой через МД и РУС, срабатывают в Щ ключи К1 и К2, соединяя зажим с с зажимом d и зажим b с зажимом е, образуя конфигурацию Щ в соответствии с графом, изображенным на рис. 2. 206. Сигналы /?/ /// и 1 2/ с выходов ГГГ1 и ПТ2 поступают, соответственно, на первый и второй входы ФЦП, с выхода которого-код if Щ$ г , пропорциональный разности фазового сдвига Тц тока // с ВЫХ0Яа относительно напряжения питания tp и фазового сдвига rjf тока #//# с выхода ІТИ относительно напряжения питания EQ , поступает через МД в ЭВМ и запоминается. После запоминания кода о команде ЭВМ, передаваемой через МД и РУС, изменяется в ИЦ состояние ключей, причем К1 и К2 размыкаются, а КЗ и К4 замыкаются, соединяя зажим b с зажимом Ґ и зажим с с зажимом g, образуя конфигурацию ИЦ в соответствии с графом, изображенным на рис. 2. 20в. Сигналы с выходов ЇЇТ1 и ПТ2 поступают, соответственно, на первый и второй входы ФЦП, с выхода которого код уу пропорциональный фазовому сдвигу тока Hilfj с выхода ПТ2 относительно тока Ylil{{ с выхода ПТ1; поступает через МД в ЭВМ. ЭВМ рассчитывает значение ши по формуле
На рис. 3. 7 изображена структурная схема ФЇЇ, реализующая фазовый способ измерения составляющих КП и КС исследуемого ПКД, которая отличается от структурной схемы ФП, изображенного на рис. 3.6, наличием у РУС выходов t и w.
Структурная схема СИ, реализующая фазовый способ измерения составляющих КП и КС исследуемого ПКД, расположенного в ШЦ типа звезда [102], изображена на рис. 3.8а. Состояние в первом, втором и третьем тактах изменения конфигурации ИЦ отражают ненаправленные графы, изображенные на рис. 3. 8б,в,г. При реализации как амплитудного, так и фазового способов измерения составляющих КП и КС исследуемого ПКД, расположенного в МЭЦ типа звезда, в качестве ЇЇТ2 необходимо использовать преобразователь тока с большим входным сопротивлением, так как во втором такте измерения С г=0, s=l, t=l, w=0 ) все напряжение ИЗ прикладывается ко входу ПТ2. Кроме того, в данной структурной схеме ИЦ, в отличии от структурной схемы ИЦ, изображенной на рис. 2.22, исключено инвертирование сигнала на входе ІГГ2 от такта к такту, что упрощает процесс формирования сигналов, пропорциональных фазовым сдвигам. После получения информации о фазовых сдвигах г[ , т т$ в трех последовательных циклах (.рис. 3.86,в,г), ЭВМ рассчитывает значения составляющих КД и КС по двухэлементной параллельной или последовательной схеме замещения в соответствии с уравнениями,- приведенными в табл. 2. 3 или 2. 4.
Амплитудно-фазовый способ измерения составляющих исследуемого ПКД, в отличии от амплитудного и фазового, осуществляется за два такта изменения конфигурации измерительной цепи. При этом на каждом такте измерения необходимо получить информацию об амплитудном (средневыпрямленном, действующем) значении токов У1[1и на выходах ПТ, а также информацию о фазовых сдвигах тока fttL д; на выходе ЇЇТ2 относительно тока #//// на выходе ПТ1. Аналогично и для дуальных цепей с преобразователями напряжения.
Рассмотрим в качестве примера ФП, структурная схема которого изображена на рис. 3. 9. Она содержит два АЦП, ФЦП, МД, РУС и ЭВМ.Выразив значения /// и і»/ через параметры измерительной цепи, структурная схема которой изображена на рис. 2.7, и, полагая
Преобразование в цифровой двоичный код токов с выходов ПГ1 и UF2 осуществляется одновременно с преобразованием в цифровой двоичный код фазового сдвига тока с выхода ІГГ2 относительно тока с выхода ПТ1 в каждом такте измерения. ЭВМ рассчитывает значение модуля и составляющих КП и КС исследуемого ПКД в соответствии с полученными уравнениями.
Описание измерительного комплекса и принцип его работы
На рис. 4.2 представлена схема электрических соединений измерительного комплекса, содержащего: блок коммутации ; два цифровых вольтметра типа Щ-ЗІ; источник тока типа Щ-12; два вспомогательных блока питания типа ЛИТО-30, для питания коммутирующих элементов блока коммутации; мини-ЭВМ типа ДВК-2М; два интерфейса параллельного обмена информацией типа И2 (15КС-180- 032); два блока сопряжения ВСІ, БС2.
Образцовая мера }\и и измеряемый резистор P—fC$ подключаются по двух- или четырехзажимной схеме к гнездам на передней панели блока коммутации, принципиальная схема которого приведена на рис. 4.3, На задней панели блока коммутации расположены гнезда для подключения источника энергии измерительной цепи, вспомогательных блоков питания коммутирующих элементов, входных цепей вольтметров Щ-31 и разъем первого блока сопряжения ВСІ.
Управление коммутацией в измерительной цепи, запуск цифровых вольтметров ЦВ1 и ЦВ2, обработка данных и вывод результата измерения осуществляется по программе, заложенной в ЭВМ.
В данном измерительном комплексе реализованы два режима измерения:- измерение значения сопротивления резисторов, кратных 10;- измерение значения сопротивления.резисторов, некратных 10 с номиналами, например, по ряду Е192.
Блок коммутации реализован на герконовых реле, которые являются перспективными элементами для коммутации напряжений и токов малых уровней, обладают высокой надежностью коммутации и гальванической развязкой управляющей и коммутируемой цепей.
Работа блока коммутации заключается в следующем. Герконовые реле К1, КЗ и К2, К4 по команде ЭВМ, передаваемой через промежуточные реле КБ и Кб, осуществляют подключение источника энергииИЦ и изменение направления тока через исследуемый и образцо вый резисторы.
Реле К7, К8 и К9} К10 позволяют изменять направление тока через вольтметры ЦВ1 и ЦВ2 в любом из тактов измерения. С помощью реле К11 и К12 осуществляется изменение конфигурации измерительной цепи.
Блок сопряжения (ВС) осуществляет прием управляющих сигналов от ЭВМ для синхронизации работы измерительной цепи и передачу измеренных значений токов в канал ЭВМ. Он состоит из двух плат ВСІ и БС2. ВСІ содержит мультиплексор, узел формирования сигнала запуска ЦВ1, регистр состояния ключей (РСК) блока коммутации и узел формирования сигнала прерывания ЭВМ для считывания данных. БС отличается от ВСІ лишь тем, что в нем отсутствует РСК блока коммутации.
Мультиплексор в блоках ВСІ и ВС2 осуществляет передачу результатов измерения с ЦВ1 и ЦВ2 (Щ-31) и согласование разрядности слова цифрового вольтметра (40бит) и слова ЭВМ (Іббит). Слово цифрового вольтметра считываетея за три канальных цикла "ввод данных".РСК осуществляет хранение управляющей информации на время измерения.
Узлы формирования сигнала прерывания представляют собой триггеры запросов прерывания. Они устанавливаются сигналами "разрешение считывания" с цифровых вольтметров и сбрасываются в ноль с началом цикла ЭВМ "ввод данных".В табл. 4.1 приведены коды управляющих слов в различных тактах измерения, а в табл. 4. 2 показаны коды управления переключени ем направления тока, протекающего через измеряемый и образцовый 1(ч резисторы. На рис. 4. 4 приведена диаграмма управляющего слова.Работа блока сопряжения обусловлена особенностью работы интерфейса параллельного обмена Ш (15КС-180-032).С приходом сигнала "вывод данных" разрешается прием управляющего слова на РСК и на триггер узла формирования сигнала запуска вольтметров.
Сигналы формирования конфигурации измерительной цепи, включения питания и запуска вольтметров приходят через интервалы времени, заданные управляющей программой. С приходом сигнала "разрешения считывания" от вольтметров ЦВ1 и ЦВ2 формируется сигнал "прерывание", позволяющий ЭВМ обратиться к подпрограмме. ЭВМ вырабатывает сигнал "ввод данных" и на шины ВДОО и ВД01 поступают соответствующие кодовые комбинации (0,1,2), позволяющие считывать результат измерения , подключая шины приемного регистра блока И2 поочередно к различным частям входного слова регистра цифрового вольтметра.4. 3. Программное обеспечение измерительного комплексаПрограмму управления и обработки можно условно разделить на следующие части:- начальный диалог, позволяющий настроить систему на определенный режим измерения и обработки;- управление процессом измерения и обработки результата для резисторов, номиналы которых кратны 10;- управление процессом измерения и обработка результата для резисторов с номинальным значением сопротивления по ряду Е192;- вывод протокола результатов измерения; мультиплексора
Биты управления полярностьюизмерительной цепиБит Z - реле К5- конечный диалог.После запуска программы на терминал ЭВМ выдается сообщение, инструктирующее оператора, как настроить систему на статистическую обработку результата измерения.
Далее определяется необходимость изменения направления тока через измеряемый резистор. Если такая необходимость имеется, то на экран дисплея выводятся величины сопротивления резистора как при различных направлениях тока через исследуемый резистор, так и среднее значение этих величин. В протоколе измерений распечатывается только среднее значение сопротивления резистора.
Если необходимо измерять несколько резисторов одного номинала, то по следующей инструкции необходимо указать число резисторов в партии. При этом перед запуском появляется инструкция "Подключите очередной резистор из партии" столько раз, сколько необходимо измерить резисторов. Этот режим можно использовать для подгонки до номинального значения сопротивления резистора, указывая на запрос о размере партии резисторов, необходимое число измерений. В этом случае можно получить протокол подгонки на терминале или на печатающем устройстве.
Следующая инструкция указывает оператору как настроить систему на измерение резисторов с номиналами, кратными 10 и некратными 10 (ряд Е 192). Далее программа идет по одной из двух ветвей.
По указанию программы, оператор выбирает номер диапазона измерения резисторов из таблицы, которая печатается на терминале.
Далее, определив номер диапазона, программа сообщает оператору, какие необходимо подключить образцовые меры, какие должны быть пределы измерения вольтметров (Щ-31) и величину тока стабилизации источника тока, питающего измерительную цепь.Затем появляется инструкция, позволяющая оператору осущест
