УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВУХПОЛЮСНИКА
APPARATUS FOR DETERMINING PARAMETERS OF TWO-TERMINAL DEVICE

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.
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.
<mrow><mi>Δ</mi><mi>ψ</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>π</mi><mrow><mn>2</mn><mo>⋅</mo><mi>n</mi></mrow></mfrac></mrow>
В аналоге использована схема косвенного измерения параметров при формировании напряжения синусоидального воздействия на объект измерения, нашедшая применение благодаря инвариантности по отношению к характеру объекта измерения и его схеме замещения. В прототипе 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 персональной электронной вычислительной машины (ПЭВМ) производится подключение измерительной цепи сначала к объекту измерения, а затем к резистивной мере с соответствующими переключениями фазы опорного напряжения с дискретностью
, 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 ПЭВМ для вычисления действительной и мнимой составляющих напряжений на объекте измерения и резистивной мере. Из описания видно, что схема измерения, использованная в прототипе, требует фазовых измерений и четырехпроводной схемы подключения измеряемого объекта.
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.
Специфика эксплуатации изделий ракетно-космической техники выставляет свои требования для проведения измерения параметров двухполюсников, способствующие поиску новых технических решений в области измерений. Обозначим наиболее характерные из них:
- удаленность до 500 метров объекта измерения от средства измерения. Примером тому может служить процесс определения параметров комплексного сопротивления емкостного датчика измерения уровня заправки, вмонтированного в бак ракеты, которая находится в испытательном корпусе или на стартовом комплексе во время се заправки компонентами топлива;
- возможность измерения параметров нескольких двухполюсников;
- высокая относительная погрешность измерения параметров удаленных двухполюсников, коим является емкостной датчик уровня. Очевидно, что точность измерения напрямую связана с объемом гарантийных запасов топлива на борту ракеты. Чем выше точность, тем меньше гарантийные запасы топлива, тем выше эффективность ракеты, позволяющей вывести большую полезную нагрузку.
На точность измерения оказывают влияние ряд дестабилизирующих факторов:
- наличие паразитной электрической емкости между жилой и экраном линии связи, к которой подключается двухполюсник;
- возникновение в процессе эксплуатации паразитного сопротивления между жилами кабельной линии связи вследствие ее повреждения либо появления воды или льда в электросоединителях;
- возникновение в процессе эксплуатации обрывов жил измерительных и экранных цепей.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемому устройству является устройство, описанное в патенте РФ RU 2262115 С2, МПК: G01R 27/14, «Устройство для определения параметров двухполюсника», авторов Балакина С.В., Долгова Б.К., выбранное в качестве прототипа.
Устройство для определения параметров двухполюсника, содержащее первый блок задания схемы замещения, преобразователь ток-напряжение, выход которого через последовательно соединенные масштабный усилитель и аналогово-цифровой преобразователь подключен к первому входу блока управления измерением и к первому входу определителя параметров двухполюсников, второй вход которого подключен к первому выходу блока управления измерением, второй и третий выходы которого подключены соответственно к управляющим входам масштабного усилителя, аналого-цифрового преобразователя, при этом вход эталона подключен к выходу генератора синусоидального напряжения, управляющий вход которого подключен к первому выходу блока управления по частоте, второй выход которого подключен к третьему входу определителя параметров двухполюсников, а первый и второй входы блока управления по частоте подключены соответственно к первому выходу блока управления режимами и к четвертому выходу блока управления измерением, второй вход которого подключен ко второму выходу блока управления режимами.
Однако опыт работы прототипа показал, что при использовании упомянутого устройства для определения параметров двухполюсника, выбранного авторами за прототип, точность определения параметров снижается за счет влияния паразитной электрической емкости между проводниками и экранами кабельной линии связи и паразитного сопротивления между проводниками кабельной линии связи. Кроме того, прототип определяет параметры только одного двухполюсника, что малоэффективно для изделий ракетно-космической техники.
Таким образом, недостатком прототипа является недостаточная точность измерения параметров двухполюсника, обусловленная влиянием паразитных составляющих комплексного сопротивления кабельной линии связи на результат измерения, а также низкая технологичность, связанная с возможностью работы устройства только с одним определяемым двухполюсником.
В связи со сказанным выше, техническим результатом предлагаемого устройства для определения параметров двухполюсника является повышение точности измерения параметров двухполюсника, удаленных с помощью длинной кабельной линии связи от средства измерения и повышение технологичности, связанное с возможностью работы устройства с несколькими определяемыми двухполюсниками. Кроме того, устройство приобретает новое качество - измерение параметров кабельной линии связи, необходимое для проверки ее технического состояния.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для определения параметров двухполюсника, содержащем первый блок задания схемы замещения, преобразователь ток-напряжение, выход которого через последовательно соединенные масштабный усилитель и аналогово-цифровой преобразователь подключен к первому входу блока управления измерением и к первому входу определителя параметров двухполюсников, второй вход которого подключен к первому выходу блока управления измерением, второй и третий выходы которого подключены соответственно к управляющим входам масштабного усилителя, аналого-цифрового преобразователя, при этом вход эталона подключен к выходу генератора синусоидального напряжения, управляющий вход которого подключен к первому выходу блока управления по частоте, второй выход которого подключен к третьему входу определителя параметров двухполюсников, а первый и второй входы блока управления по частоте подключены соответственно к первому выходу блока управления режимами и к четвертому выходу блока управления измерением, второй вход которого подключен ко второму выходу блока управления режимами, в отличие от прототипа, введен блок коммутации, 4n измерительные клеммы которого подключены через экранированную кабельную линию связи к n двухполюсникам, где n - число двухполюсников, причем выход блока коммутации подключен на вход преобразователя ток-напряжение, а входы блока коммутации с первого по третий подключены соответственно к выходу эталона, выходу генератора синусоидального напряжения и к первому выходу блока переключения, причем первые входы блока сравнения и учитывающего блока объединены и подключены к выходу блока определения параметров двухполюсников, при этом выходы блока управления режимами с третьего по пятый подключены соответственно к управляющему входу ключа, к входу блока переключения и второму входу блока сравнения, а второй выход блока переключения подключен к четвертому входу определителя параметров двухполюсников, пятый вход которого через ключ соединен с выходами первого и второго блоков задания схемы замещения и со вторым входом учитывающего блока, выход которого, а также выход блока сравнения являются выходами устройства.
Признаки, характеризующие введение второго блока задания схемы замещения, подключение первого и второго блоков задания схемы замещения через управляемый ключ на вход определителя параметров двухполюсников и введение учитывающего блока, подключенного к выходу определителя параметров двухполюсников, а также через ключ к первому и второму блоку задания схемы замещения позволяют, в отличие от прототипа, подключить вторую схему замещения, отключить определяемый двухполюсник и измерить значения паразитного комплексного сопротивления кабельной линии, а также измерить значения сопротивления измерительных цепей, включая электросоединители, при подключенных технологических заглушках. Это дает возможность в процессе определения параметров двухполюсников учесть измеренные паразитные сопротивления линии связи, тем самым повышая точность измерений.
Признаки, характеризующие введение блока сравнения, подключенного к выходу определителя параметров двухполюсников, а также к выходу блока управления режимами позволяют, в отличие от прототипа, судить о состоянии кабельной линии связи и ее пригодности для измерений, тем самым, повышая точности измерений.
Признаки, характеризующие введение блока коммутации, подключение его клемм к определяемым двухполюсникам через кабельную линию, подключение к нему преобразователя ток-напряжение, генератора синусоидального напряжения, эталона и блока переключения, соединенного с определителем параметров двухполюсников и с блоком управления режимами позволяют, наряду с повышением точности измерений, последовательно определять параметры нескольких двухполюсников, тем самым повышая технологичность устройства.
Совокупность этих признаков позволяет в заявленном устройстве:
- уменьшить погрешность определения параметров двухполюсников до ±0,2% вследствие учета параметров линии связи;
- проверить техническое состояние кабельной линии связи и ее пригодность для измерений;
- определить последовательно параметры нескольких двухполюсников одним устройством.
Суть изобретения поясняется графическими материалами, на которых приведены:
на фиг. 1 - функциональная схема устройства для определения параметров двухполюсника;
на фиг. 2 - алгоритм управления определением параметров двухполюсник.
Представленная на фиг. 1 функциональная схема устройства для определения параметров двухполюсника содержит первый блок 1 задания схемы замещения, преобразователь 2 ток-напряжение, подключенный через последовательно соединенные масштабный 3 усилитель и аналогово-цифровой 4 преобразователь к первому входу блока 5 управления измерением и первому входу определителя 6 параметров двухполюсников, эталон 7, соединенный с генератором 8 синусоидального напряжения, управляющий вход которого подключен к первому выходу блока 9 управления по частоте, первый вход которого соединен с первым выходом блока 10 управления режимами, а второй вход с четвертым выходом блока 5 управления измерением, блок 11 коммутации, выход которого соединен с преобразователем 2 ток-напряжение, измерительные клеммы блока 11 коммутации подключены через измерительные проводники 24-1, …, 24-n, 26-1, …, 26-n с соответствующими экранами 25-1, …, 25-n, 27-1, …, 27-n кабельной линии к определяемым двухполюсникам 12-1, …, 12-n, а входы блока 11 коммутации с первого по третий подключены соответственно к эталону 7, генератору синусоидального напряжения 8, первому выходу блока переключения 13, при этом выходы блока 5 управления измерением со второго по третий подключены к управляющим входам масштабного усилителя, аналого-цифрового преобразователя, а первый выход блока управления измерением подключен ко второму входу определителя 6 параметров двухполюсников, первый выход которого подключен к первым входам блока 14 сравнения и учитывающего 15 блока, ключ 16, подключенный управляющим входом к третьему выходу блока 10 управления режимами, первый 1 и второй 17 блоки задания схемы замещения подключены через ключ 16 к пятому входу определителя 6 параметров двухполюсников и второму входу учитывающего 15 блока. При этом второй вход блока 5 управления измерением соединен со вторым выходом блока 10 управления режимами, пятый выход которого соединен со вторым входом блока сравнения, а четвертый выход подключен к управляющему входу блока 13 переключения, второй выход которого подключен к четвертому входу определителя 6 параметров двухполюсников, третий вход которого соединен со вторым выходом блока 9 управления по частоте, при этом выходы блока 14 сравнения и учитывающего 15 блока являются выходами устройства. Технологические заглушки 18-1, …, 18-n подключаются к кабельной линии связи, содержащей паразитные комплексные сопротивления экран проводник 21-1, …, 21-n, 22-1, …, 22-n, проводник-проводник 23-1, …, 23-n, представляющих собой двухполюсники и сопротивления кабелей и переходные сопротивления электрических соединителей 19-1, …, 19-n, 20-1, …, 20-n.
Представленный на фиг. 2 алгоритм управления определением параметров двухполюсника обеспечивает пояснение работы устройства фиг. 1. Блоки, выделенные пунктиром и включающие ту или иную функцию алгоритма, указывают на принадлежность этой функции в охватываемом блоке.
Согласно алгоритму фиг. 2 работа устройства состоит из двух режимов:
- вновь введенный режим настройки устройства, при котором от кабельной линии связи отключаются определяемые двухполюсники и, формируя синусоидальное напряжение, измеряются токи через эталон и паразитные комплексные сопротивления линии связи 21-1, …, 21-n, 22-1, … 22-n, 23-1, …, 23-n, с помощью подключения соответствующих групп блоком коммутации. Также в режиме настройки измеряются токи через сопротивления кабелей 19-1, …, 19-n, 20-1, …, 20-n с помощью подключения технологических заглушек 18-1, …, 18-n. После этого согласно схеме замещения двухполюсников, которым соответствуют паразитные комплексные сопротивления, определяются их параметры для последующего учета для их исключения из результата измерения и повышение точности измерения параметров двухполюсников. Также определенные паразитные комплексные сопротивления линии связи сравниваются с допустимыми пороговыми значениями для оценки пригодности линии связи для измерений параметров двухполюсников;
- режим работы устройства, который заключается в последовательном измерении токов через определяемые двухполюсники 12-1, …, 12-n с помощью формирования синусоидального напряжения и последующем определении их параметров согласно схеме замещения. При этом, в отличие от прототипа, вновь введен учитывающий блок 15, который после определения параметров двухполюсников через подключенную линию связи, учитывает полученные раннее паразитные составляющие комплексного сопротивления линии связи, тем самым повышает точность измерения параметров двухполюсников.
Устройство для определения параметров двухполюсников согласно фиг. 2 работает следующим образом.
Вначале блок 10 управления режимами задает режим работы устройства. В этом случае в блок 13 переключения выдается количество определяемых двухполюсников для последующего их подключения, в блок 14 сравнения выдаются пороговые значения паразитных комплексных сопротивлений линии связи, которые впоследствие будут сравниваться с определенными, далее блок 10 управления режимами задает режим настройки либо измерения.
После этого устройство переходит к соответствующему режиму работы.
При режиме настройки устройство измеряет токи через паразитные комплексные сопротивления линии связи согласно алгоритму, представленному на фиг. 3. В этом случае оператором осуществляется отключение определяемых двухполюсников 12-1, …, 12-n от линии связи. Второй 17 блок задания схемы замещения через ключ 16, которым управляет блок 10 управления режимами, выдает в определитель 6 параметров двухполюсников схему замещения и расчетные зависимости для определения паразитных комплексных сопротивлений 21-1, …, 21-n, 22-1, …, 22-n между экранами и проводниками соответствующих электрических цепей линий связи. Затем блоком 10 управления режимами устанавливается признак k=1, который характеризует работу с электрическими цепями линии связи первого двухполюсника.
После этого блок 13 переключения устанавливает признак работы с линией связи k-го двухполюсника, блоком 10 управления режимами устанавливается признак j=1, характеризующий измерения комплексных сопротивлений 21-1, …, 21-n первой группы экран-проводник k-го двухполюсника.
Затем блок переключения 13 выдает сигнал блоку 11 коммутации на подключение соответствующей j-той группы, в данном случае 21-1 и блок 5 управления измерением измеряет токи через соответствующие паразитные комплексные сопротивления линии и эталон и выдает результат в определитель 6 параметров двухполюсников согласно алгоритму фиг. 4.
i
В этом случае, согласно алгоритму фиг. 4 блок 10 управления режимами выдает в блок 13 переключения количество переключений в соответствии с количеством необходимых частот ω, которое равно количеству элементов двухполюсника, согласно схеме замещения, а в блок 5 управления измерением значения частот, на которых будут проводиться измерения.
Далее блоком 5 управления измерением выставляется признак установки первой частоты i:=1 и выдается сигнал со значением первой частоты в блок 9 управление по частоте, который в свою очередь фиксирует данное значение в определителе 6 параметров двухполюсников и выставляет значение первой частоты в генератор 8 синусоидального напряжения для питания подключенной цепи.
Блок 10 управления режимами устанавливает признак j:=1, при котором будет измеряться ток через эталон 7 (представляет собой эталонный резистор). По результатам анализа условия равенства данного признака единице блок 13 переключения выдает сигнал блоку 11 коммутации на подключение выхода эталона 7 к преобразователю 2 ток-напряжение.
Затем блок 5 управления измерение проводит измерение тока. В этом случае ток через эталон с выхода блока коммутации 11 поступает через преобразователь ток-напряжение 2 на вход масштабного усилителя 3. Масштабный усилитель обеспечивает усиление напряжения в соответствии с масштабом, который ему задает блок управления измерением 5. С выхода масштабного усилителя напряжение поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 4, который управляется блоком 5 управления измерением. Оцифрованное значение измеренного тока поступает в блок управления измерением 5 для управления масштабом усиления. Управление масштабом усиления направлено на повышение точности работы АЦП. Масштабирование построено таким образом, что цифровое значение снимаемого с АПЦ сигнала не должно быть меньше половины емкости АЦП. Алгоритм масштабирования представлен на фиг. 4. Согласно этому алгоритму анализируется число α, которое равно отношению значения полной емкости АЦП к цифровому значению измеренного тока. Исходя из вычисленного значения числа α, выбирается один из четырех масштабов (8; 4; 2; 1). Измеренное с соответствующим масштабом значение тока фиксируется в определителе 6 параметров двухполюсников.
Далее, если j не равно 2, его значение в блоке управления режимами 10 увеличивается на единицу и блок 13 переключения формирует сигнал в блок 11 коммутации на подключение к выходу генератора 8 синусоидального напряжения и к входу преобразователя ток-напряжение измеряемой цепи и процесс измерения тока повторяется аналогично вышеописанному.
После того как токи через эталон будут измерены и зафиксированы, алгоритм перейдет к анализу условия i=h. В случае если частота, на которой проводиться измерение, не единственная, блок 5 управления режимами увеличит переменную i на единицу и проведет измерение на второй частоте по вышеописанному алгоритму. После того, как измерение токов через измеряемую цепь и эталон будет проведено на всех заданных частотах, алгоритм закончит свою работу.
Согласно алгоритму фиг. 3 блоком 10 управления режимами анализируется условие j=2. Оно не выполниться, поскольку было проведено измерение токов только через одну группу экран-проводник, значение j увеличиться на единицу и алгоритм перейдет к измерению токов через вторую группу экран-проводник 22-1, …, 22-n.
Затем блоком 17 задания схемы замещения выдается схема замещения и расчетные зависимости для определения паразитных комплексных сопротивлений 23-1, …, 23-n между проводниками соответствующих линий связи к двухполюсникам, блок 11 коммутации по сигналу блока 13 переключения коммутирует группу проводник-проводник соответствующего k-го двухполюсника и блок 5 управления измерением определяет токи и выдает результат в определитель 6 параметров двухполюсников согласно алгоритму фиг. 4. Далее анализируется условие измерения токов через все линии связи n двухполюсников, и если оно не выполняется, значение k инкрементируется и подключается группа проводников следующего двухполюсника.
После того, как токи через все паразитные комплексные сопротивления 21-1, …, 21-n, 22-1, …, 22-n, 23-1, …, 23-n будут измерены и зафиксированы определителем 6 параметров двухполюсников, оператор подключит к линии связи со стороны двухполюсников технологические заглушки 18-1, …, 18-n, которые представляют собой перемычки между проводниками линии связи.
Далее, устанавливается признак работы с линией связи первого двухполюсника k:=1, в определитель 6 параметров двухполюсников выдаются схема замещения и расчетные зависимости для определения сопротивлений кабелей и соединителей 19-1, …, 19-n, 20-1, …, 20-n, блок 11 коммутации по сигналу блока 13 переключения подключает группу проводник-проводник k-го двухполюсника, и блок 5 управления измерением измеряет и выдает в определитель 6 параметров двухполюсников токи через кабельную линию и эталон согласно фиг. 4. Далее блок 10 управления режимами анализирует условие измерения токов через все сопротивления кабелей и соединителей и, в случае если оно не выполняется, переходит к измерению токов через следующую группу проводников.
После того как будут измерены токи через все проводники линии связи определитель 6 параметров двухполюсников вычислит параметры паразитных комплексных сопротивлений линии связи 19-1, …, 19-n, 20-1, …, 20-n, 21-1, …, 21-n, 22-1, …, 22-n, 23-1, …, 23-n по ранее выданным ему схемам замещения и зафиксирует их в блоке 14 сравнения и учитывающем 15 блоке согласно фиг. 2. Далее блоком 14 сравнения будет проведено сравнение значений паразитных комплексных сопротивлений линии связи с ранее введенными пороговыми значениями. В случае, если определенные значения паразитных комплексных сопротивлений превысят пороговое значение, то устройство установит признак неисправности линии связи и закончит работу. В случае исправности линии связи оператор подключит к ней определяемые двухполюсники и устройство перейдет к определению их параметров.
При этом блок 10 управления режимами с помощью ключа 16 подключит к определителю 6 параметров двухполюсников первый блок 1 задания схемы замещения, в результате чего последним будут выданы в определитель 6 параметров двухполюсников схемы замещения определяемых двухполюсников и расчетные зависимости. После блоком 10 управления режимами будет установлен признак определения параметров первого двухполюсника k:=1 и блок 13 переключения выдаст сигнал в блок 11 коммутации на подключение первого определяемого двухполюсника 12-1.
Далее, блоком 5 управления измерением измеряются токи через первый двухполюсник и фиксируется в определителе 6 параметров двухполюсников согласно алгоритму фиг. 4.
После этого в определителе 6 параметров двухполюсников определяются параметры двухполюсника и фиксируются учитывающим 15 блоком, в которое затем вносятся используемые при измерении и настройке схемы замещения и расчетные зависимости, и оно учитывает определенные паразитные комплексные сопротивления линии связи в соответствии со схемами замещения, также исключает их влияние на результат определения параметров двухполюсников.
Затем, если количество определяемых двухполюсников не равно единице, значение k инкрементируется и алгоритм переходит к определению параметров следующего двухполюсника.
После того как будут определены параметры всех двухполюсников, также k=n, устройство выдаст результат и закончит работу.
Работу устройства с конкретным двухполюсником рассмотрим на примере измерения параметров емкостного датчика уровня заправки бака, заполняемого диэлектрической жидкостью (например, керосином).
Д
Д
Д
Емкостному датчику уровня, которым является двухполюсник 12-1, соответствует схема замещения, приведенная на фиг. 5, где: С есть рабочая электрическая емкость датчика, которая несет полезную информацию об уровне заправки бака. Электрическая емкость С при заправке бака является величиной переменной, так как изменение значения электрической емкости вносит диэлектрическая проницаемость неэлектропроводной жидкости, заполняющей датчик по мере заполнения бака; R - сопротивление утечки через диэлектрик, которое зависит от заправляемой жидкости. В силу специфики эксплуатации изделий ракетно-космической техники емкостной датчик уровня может быть удален от средства измерения на расстояние до 500 метров.
Согласно признакам формулы, от кабельной линии связи отключают определяемый двухполюсник и, формируя напряжение на n заданных частотах, проводят измерение токов через линию связи и эталон и, используя схему замещения, определяют значения паразитных комплексных сопротивлений линии связи.
Согласно фиг. 1 емкостной датчик уровня 12-1 отключается от линии связи, выполненной в виде проводников 24-1, 26-1 и соответствующих экранов 25-1, 27-1, подключенных к блоку 11 коммутации.
На фиг. 1 показано, что между проводниками линии связи, а также между проводниками и соответствующими экранами, существует паразитные комплексные сопротивления 21-1, 22-1, 23-1, представляющие собой двухполюсники. В данном случае, при определении параметров емкостного датчика уровня согласно его схеме замещения, большую погрешность при измерении вносят такие дестабилизирующие факторы линии связи, как электрическая емкость и электрическое сопротивление, подключенные параллельно датчику. Поэтому схема замещения паразитных комплексных сопротивлений 23-1 будет выглядеть аналогично схеме замещения емкостного датчика уровня фиг. 5.
В результате формирования синусоидального напряжения на паразитных комплексных сопротивлений 23-1, для протекающих через них токов справедливы следующие выражения для электрической емкости С и параллельно соединенного с ней электрического сопротивления R:
V - падение напряжения на двухполюснике.
1
2
Согласно признакам, поскольку двухполюсник включает в себя два определяемых элемента - электрическую емкость и электрическое сопротивление, измерение необходимо проводить на двух разных частотах ω и ω.
Модули измеряемых полных токов через двухполюсник можно записать следующим выражением:
ω1
I - значение измеренного тока на первой частоте;
ω2
I - значение измеренного тока на второй частоте;
ω1
ω2
I, I - падения напряжений на двухполюснике при измерении на первой и на второй частотах соответственно;
ω1, ω2 - значения первой и второй частот.
ω1
ω2
ЭТ
Для определения значения напряжений I, I на двухполюснике, согласно предлагаемому изобретению проводят измерение значений токов через эталон, например, резистор сопротивлением R. Результаты измерений фиксируют, то есть заносят в память устройства.
Значения токов через эталон соответствуют выражениям
<mrow><msubsup><mi>I</mi><mrow><mi>ω</mi><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>Э</mi><mi>Т</mi></mrow></msubsup></mrow>
- значение измеренного тока на первой частоте;
<mrow><msubsup><mi>I</mi><mrow><mi>ω</mi><mn>2</mn></mrow><mrow><mi>Э</mi><mi>Т</mi></mrow></msubsup></mrow>
- значение измеренного тока на второй частоте.
ω1
ω2
<mrow><msubsup><mi>I</mi><mrow><mi>ω</mi><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>Э</mi><mi>Т</mi></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>I</mi><mrow><mi>ω</mi><mn>2</mn></mrow><mrow><mi>Э</mi><mi>Т</mi></mrow></msubsup></mrow>
В соответствии с вышеописанными признаками формулы изобретения значения величин I, I,
,
измерены и зафиксированы. В конечном счете, получаем два уравнения (3), (4) и два неизвестных параметра R, С.
После аналитических преобразований имеем следующие выражения для определения паразитного комплексного сопротивления между проводниками:
ПП
С - паразитная емкость между проводниками;
ПП
R - паразитное сопротивление между проводниками.
Для работоспособности устройства необходимо, чтобы паразитные комплексные сопротивления между проводниками 24-1, 26-1 и соответствующими экранами 25-1, 27-1 линии связи были не больше заданного значения. В конкретном примере схема замещения паразитных комплексных сопротивлений 21-1, 22-1 будет соответствовать параллельно соединенным электрической емкости и электрического сопротивления согласно фиг. 5.
При этом поочередно формируя синусоидальное напряжение на паразитных комплексных сопротивлениях 21-1, 22-1 на 2-х заданных частотах, проводят измерение токов через них и эталон. Затем согласно признакам формулы изобретения в соответствии со схемой замещения определяют параметры комплексного сопротивления линии связи, выражения которых аналогичны формулам (7) и (8) и представлены ниже
ЭП
С - паразитная емкость между экраном и проводником;
ЭП
R - паразитное сопротивление между экраном и проводником.
Признаки, характеризующие подключение к линии связи технологической заглушки 18-1, позволяют оцепить значения переходных сопротивлений проводников 19-1,20-1.
Формируя синусоидальное напряжение на проводниках 24-1 и 26-1 на 2-заданных частотах при подключенной технологической заглушке, проводят измерение токов через комплексное сопротивление между проводниками линии связи и эталон и оценивают сопротивление проводников по следующей формуле:
K1
K22
R и R - сопротивления проводником линии связи.
Согласно признакам формулы изобретения по полученным значениям параметров комплексных паразитных сопротивлений линии связи и сопротивлений проводников, представленных выражениями (7), (8), (9), (10) и (11), с помощью блока сравнения 14, судят о ее состоянии и выдают результат q о ее пригодности. Например, при значении сопротивления изоляции между проводником и его экраном, около 200 кОм, в результат определения параметров двухполюсника будет вноситься существенные искажения и такой результат определения параметров двухполюсника считать достоверным нельзя. Или, если сопротивления кабелей больше 20 Ом, это свидетельствует либо о повреждении кабельной сети, либо о наличии цепи или льда в электросоединителях. Таким образом, вышеописанная совокупность признаков формулы изобретения позволяет проводить проверку технического состояния кабельной линии связи, тем самым повышая достоверность результатов измерения.
Д
Д
Согласно признакам формулы изобретения после этапа настройки осуществляется подключение емкостного датчика уровня к линии связи и, формируя синусоидальное напряжение на датчике на 2-заданных частотах, проводят измерение токов через него и эталон. Затем согласно признакам формулы изобретения в соответствии со схемой замещения определяют его электрическую емкость С и электрическое сопротивление изоляции R, выражения которых аналогичны формулам (7) и (8) и представлены ниже
В примере конкретной реализации устройства с высокой точностью определяются: емкостная составляющая полного сопротивления емкостного датчика, зависящая от степени заполнения его жидкостью; активная составляющая, которая характеризуется сортностью керосина и сопротивлением изоляции датчика. Учет активной составляющей при определении уровня существенным образом повышает точность измерения уровня заправки, соответственно повышается эффективность ракеты за счет снижения гарантийных запасов топлива.
Согласно признакам формулы изобретения, полученные параметры комплексного сопротивления линии связи, с помощью учитывающего блока 15, учитывают при определении параметров двухполюсника, подключенного через линию связи, чем обеспечивают повышение точности определения параметров двухполюсника. В конкретном примере, когда в качестве двухполюсника использован емкостный датчик уровня, схема замещения которого приведена на фиг. 5, полученную паразитную электрическую емкость между проводниками 24-1, 26-1 кабельной линии, вычитают из полученной при измерении на длинной линии связи электрической емкости двухполюсника, а полученное паразитное электрическое сопротивление вычитают из полученного при измерении электрического сопротивления двухполюсника, тем самым повышая точность измерения.
Заявленное устройство авторами апробировано на макетном изделии. В настоящий момент авторами создается аппаратура контроля параметров цепей, которая предназначена для модернизации наземной аппаратуры одной из стартовых пусковых установок полигона «Плесецк».
Используемая литература
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.
2. Патент РФ RU 2262115 С2, МПК: G01R 27/14 «Устройство для определения параметров двухполюсника», авторов Балакина С.В., Долгова Б.К.