Пристрій для вимірювання добротності котушок індуктивності

Пристрій для вимірювання добротності котушок індуктивності, що містить джерело синусоїдної напруги, зразковий резистор, вимірюваний комплексний опір, повторювач напруги, блок віднімання, фазозсувач, наприклад, на основі інтегратора, причому джерело синусоїдної напруги, зразковий резистор та вимірюваний комплексний опір з'єднані послідовно, повторювач напруги, що під'єднаний до вимірюваного комплексного опору, прямий вхід блока віднімання підключений до джерела синусоїдної напруги, а інверсний - до виходу повторюва C2 2 (19) 1 3 81854 з'єднані з клемою для підключення вимірюваного комплексного опору, четвертий і п'ятий ви ходи блока зміщення параметрів вимірюваного комплексного опору з'єднані з клемою для підключення вимірюваного комплексного опору, другий вхід фільтра нижчих частот з'єднаний з шиною регулювання. Недоліком даного пристрою є велика похибка при вимірюванні добротності котушок індуктивності за несинусоїдності напруги живлення. Найбільш близьким по технічній суті до винаходу, що заявляється, є пристрій для роздільного вимірювання параметрів комплексного опору [А. с. СССР №1366969А1, Кл. G01R27/02, Б.И., 1988, №2], що містить: джерело синусоїдної напруги, зразковий резистор, вимірюваний комплексний опір, повторювач напруги, два блоки віднімання, фазозсувач, суматор, блок порівняння модулів, перемикачі, причому джерело синусоїдної напруги, зразковий резистор та вимірюваний комплексний опір з'єднані послідовно, повторювач напруги, що під'єднаний до вимірюваного комплексного опору, прямий вхід першого блока віднімання з коефіцієнтом підсилення приєднаний до джерела синусоїдної напруги, а інверсний - до виходу повторювача напруги, вхід фазозсувача за допомогою перемикача підключений до виходу повторювача напруги (при вимірюваннях модуля) або до джерела синусоїдної напруги (при інших вимірюваннях); суматор має одиничне підсилення, один його вхід за допомогою перемикача підключений до виходу повторювача напруги (при вимірюваннях фази) або до виходу блока віднімання (при інших вимірюваннях); другий блок віднімання має підсилення 0,5, його прямий вхід підключений до виходу фазозсувача, а інверсний до джерела синусоїдної напруги, другий вхід суматора за допомогою перемикача приєднаний до виходу блока віднімання (при вимірюваннях фази) або до виходу фазозсувача (при інших вимірюваннях); блок порівняння модулів через перемикач підключений до виходу блока віднімання або до виходу суматора, другий вхід блока порівняння модулів за допомогою перемикача підключений до виходу блока віднімання або блока віднімання фазозсувача. Недоліком даного пристрою є велика похибка вимірювань за умов несинусоїдності напруг. В основу винаходу поставлено задачу створення пристрою для вимірювання добротності котушок індуктивності, в якому за рахунок введення нових блоків та зв'язків між ними з'являється можливість вимірювання добротності котушок індуктивності за умов несинусоїдності напруг, що дозволяє підвищити точність вимірювання. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для вимірювання добротності котушок індуктивності, що містить джерело синусоїдної напруги, зразковий резистор, вимірюваний комплексний опір, повторювач напруги, блок віднімання, фазозсувач (на основі інтегратора), причому джерело синусоїдної напруги, зразковий резистор та вимірюваний комплексний опір з'єднані послідовно, повторювач напруги, що під'єднаний до вимірюваного комплексного опору, прямий вхід блока віднімання підключений до джерела синусо 4 їдної напруги, а інверсний - до виходу повторювача напруги, вхід фазозсувача підключений до виходу повторювача напруги; введені два синхронних детектори, цифро-аналоговий перетворювач послідовного наближення, компаратор, причому один вхід першого синхронного детектора підключений до виходу блока віднімання, а другий вхід першого синхронного детектора підключений до виходу фазозсувача; один вхід другого синхронного детектора підключений до виходу блока віднімання, а другий вхід другого синхронного детектора підключений до виходу повторювача напруги; вхід ци фро-аналогового перетворювача послідовного наближення підключений до виходу другого синхронного детектора, один вхід компаратора підключений до виходу першого синхронного детектора, а другий - до виходу цифро-аналогового перетворювача послідовного наближення, вихід компаратора підключений до входу керування цифро-аналогового перетворювача послідовного наближення. На кресленні подана структурна схема пристрою для вимірювання добротності котушок індуктивності. На кресленні позначено: джерело синусоїдної напруги - 1, зразковий резистор - 2, вимірюваний комплексний опір - 3, повторювач напруги - 4, блок віднімання - 5, фазозсувач - 6, перший синхронний детектор - 7, другий синхронний детектор - 8, цифро-аналоговий перетворювач послідовного наближення - 9, компаратор - 10. При цьому до джерела синусоїдної напруги 1 приєднаний зразковий резистор 2 та вимірюваний комплексний опір 3, вхід повторювача напруги 4 з'єднаний з вимірюваним комплексним опором 3, а входи блока віднімання 5 з'єднанні з джерелом синусоїдної напруги 1 та виходом повторювача напруги 4, вхід фазозсувача 6 з'єднаний з виходом повторювача напруги, входи першого синхронного детектора 7 з'єднані з виходом блока віднімання 5 і виходом фазозсувача 6, входи другого синхронного детектора 8 з'єднані з виходом блока віднімання 5 і виходом повторювача напруги 4, вхід цифроаналогового перетворювача послідовного наближення 9 з'єднаний з виходом другого синхронного детектора 8, виходи першого синхронного детектора 7 і цифро-аналогового перетворювача послідовного наближення 9 з'єднані з входами компаратора 10, вихід компаратора 10 з'єднаний з входом керування цифро-аналогового перетворювача послідовного наближення 9. Робота пристрою основана на вимірюванні тангенса кута зсуву фаз між напругою та струмом на основній гармоніці: XL ( 1) tg j(1) = , R де XL( 1) - індуктивний опір на основній гармоніці; R - активний опір. Індуктивний опір v-ї гармоніки дорівнює: XL( v ) = v × XL(1) , Реактивна потужність на v-й гармоніці при цьому буде дорівнювати: 5 81854 Q( v ) = I2 × v × XL , ( v) (v ) де І(v) - струм v-ї гармоніки. Запишемо вираз: ¥ Q( v) å v = I(2 ) × XL(1) + I(2 ) × XL (2 ) + ... + I2v ) × XL( v) , 1 2 ( v =1 З останнього виразу: ¥ Q( v) ¥ å v = XL( 1) å I2v ) , ( v =1 v =1 звідки y^ ¥ Q (v) å v XL = v =1 . ( 1) ¥ 2 å I(v ) v =1 Активна потужність при цьому буде дорівнювати: ¥ ¥ ¥ 2 P = å P( v) = å I( v ) × R = R å I2 ) , (v v= 1 v=1 v= 1 звідки ¥ å P(v ) R = v=1 . ¥ 2 å I( v ) v=1 Тоді ¥ Q ¥ ¥ Q (v ) (v ) å v × å I2v ) å v ( v= 1 tgj = v = 1 = v=1 . ¥ ¥ ¥ 2 I × å P(v ) P( v ) å ( v) å v= 1 v= 1 v=1 Для отримання інтегрального виразу в умовах несинусоїдності використаємо інтегральне перетворення миттєвих стр уму та напруги: T ¥ Q( v) 1 = ò i( t ) ò u(t )dt dt , å v T v =1 0 u(t) - миттєві значення стуму та напруги; Т - період. Аналогічно T ¥ 1 å P(v ) = ò i( t ) × u(t )dt , T v =1 0 тоді ( ) T tgj(1) = 1 i( t )æ u(t )dt ö dt ç ÷ T è ø ò ò 0 1 T T ò i(t) × u( t)dt 0 . 6 Пристрій працює наступним чином. Джерело синусоїдної напруги 1 створює напругу, комплексне значення якої E з кутовою частотою ω, на зразковому резисторі 2 створюється напруга E ×R UR = , R+Z а на вимірюваному комплексному опорі 3 - напруга E×Z UZ = , R+Z де R - опір зразкового резистора; Z - вимірюваний комплексний опір. На виході повторювача напруги 4 створюється напруга u(t), що дорівнює напрузі на вимірюваному комплексному опорі 3, а на виході блока віднімання 5, напруга що пропорційна струму - i(t) через вимірюваний комплексний опір 3. В фазозсувачі 6 (на основі інтегратора) відбувається інтегрування напруги u(t): ∫u(t)dt. На виході першого синхронного детектора 7 отримуємо напругу: U1 = 1 T i( t ) T ò 0 (ò u ( t ) dt )dt , а на виході другого синхронного детектора 8 створюється напруга: T 1 U2 = ò i(t ) × u( t )dt . T 0 На виході цифро-аналоговий перетворювач послідовного наближення 9 створюється напруга kU2. Цифро-аналоговим перетворювачем послідовного наближення 9 здійснюється зрівноваження напруг U1 і kU2 доти, поки на виході компаратора 10 напруга не буде дорівнювати нулю. Напруга на виході компаратора 10 дорівнює нулю при рівності вхідних напруг. U1-U2=0, звідки T 1 ò i( t ) ò u( t )dt dt U1 T 0 K= = = tg j(1) . T U2 1 ò i(t ) × u( t )dt T 0 Таким чином, відлік добротності котушок індуктивності здійснюється за відношенням напруг U1 = k. U2 ( ) 7 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 81854 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601