автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.05, диссертация на тему:Измерительные цепи и способы уравновешивания микропроцессорных универсальных прецизионных мостов переменного тока

АКАДЕМИЯ КАУК УКРАИНЫ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ

На правах рукописи

ВАСИЛЕНКО АЛЕКСАНДР ДМИТРИЕВИЧ

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ И СПОСОБЫ УРАВНОВЕШИВАНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УНИВЕРСАЛЬНЫХ ПРЕЦИЗИОННЫХ МОСТОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Специальность 05.11.05. - Приборы и методы измерения электрических и магнитных величин

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев - 1992

Работа выполнена в Институте электродинамики АН Украины.

Научный руководитель - лауреат Государственной премии СССР,

академик АН Украины Ф.Б. Гриневич.

Официальные оппоненты - 'доктор технических наук, профессор

Ю.А. Скрипкшс.

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник Л.П. Боровских.

Ведущее предприятие - арендное предприятие "Росток", г. Киев.

Защита состоится "2Х» 1992г., в Н час.,

на заседании специализированного совета Д 016.30.02 при Институте электродинамики АН Украины (252680, г. Киев-57, пр. Победа, 56, тел.446-91-15).

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке Института электродинамики АН Украины.

Автореферат разослан■ ■лу. хЛ ьф* 1992г.

Ученый секретарь специализированного совета, /

к.т.н., ст.н.с Ю.А.Масюренко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность 'твмч. Около столетия применяются мостовые методы измерения. Оки показали себя как наиболее гибкие, универсальные и точные методы определения параметров элементов электрических цепей. Среда 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 Л.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.Буднидкой, Ю.Л.Смоляра, Н.А.Фещенко, Р.Д.Тучина и выпускавшихся Киевским ПО "Точэлектроприбор") 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 увеличении 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 разделение 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 основе 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 О,OIS в полностью автоматическом режиме. Поэтому задача создания высокоточных универсальных широкодиапазонных измерителей ПКС с метрологическими характеристиками и функциональными возможностями, отвечаю»: ми современным требованиям, является актуальной.

№.пъ работа. Целью диссертационной работы является создание высокоточных микропроцессорных ivíoctob■ 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 микропроцессорных мостов переменного тока;

- разработка алгоритмов функционирования системы автоматического 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 уравновешивания, 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 функционирования 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 ИЦ в микропроцессорных мостах с образцовой мерой емкости с плече сравнения позволяют измерять ПКС индуктивного характера с большей точностью, чем обычные (чэстотонезависимыв) 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, поз юляют строить предельно простые, обладающие высокой сходимостью и гэстоянной в диапазоне измерения чувствительностью по измеряемым параметрш мостовые измерительные цепи для универсальных прецизионных микропроцессорных мостов переменного тока.

Предложенные способы уравновешивания 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 микропроцессорного 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 участии•автора 10%. Результаты исследований.использованы также при создании действующего образца прецизионной ком-• пыотерной измерительной системы для -поверки образцовых мер ИКС 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 (ШС-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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во- введении обосновывается актуальность темы исследований, формулируются -цель работы и основные задачи, решаемые в ней, а также полученные-научные .результаты и еащищаемые автором положения.

В первой главе рассмотрено современное состояние разработки высокоточных средств измерения ■ ПКС, а также - тенденции их разви-. ■гая как-у нас в стране, так и-за рубежом. Проводится сравнительный анализ характеристик приборов для .измерения ПКС, построенных с использованием метода прямого преобразования и мостового метода и показывается, что качественный скачок в метрологических характеристиках- приборов для измерения ПКС, построенных с использованием метода прямого преобразования, ДО уровней, достижимых в недавнее -время только в приборах, основанных на мостовом методе . измерения, стал возможен только благодаря внедрению и широкому использованию средств микропроцессорной техники. Показано, что наиболее реальным путем дальнейшего повышения точности измерения

ПКС является использование при построении измерителей уравновешенных мостовых измерительных цепей на базе элементов с тесной индуктивной связью совместно со встроенным микропроцессором. Использование микропроцессора подразумевает новую организацию эффективного уравновешивания измерительной цепи, упрощение системы автоматики, причем это упрощение не приводит к сужению функциональных возможностей систег.гы уравновешивания. При программной реализации алгоритмов уравновешивания, хранящихся в памяти микропроцессорной системы, появляется возможность использования гибких (адаптивных) алгоритмов применение которых 6 немикропро-цассоргах САУ было либо невозможно, либо сопряжено со значительными аппаратными затратам. При этом переход от одного алгоритма уравновешивания к другому может происходить в зависимости от состояния измерительной цепи, значения сопротивления объекта измерения, частоты рабочего сигнала и т.д.

Для автоматических мостов переменного тока, построенных на базе элементов с тесной индуктивной связью, погрешность измерения может Сыть определена как:

<5 = & +<5 +6 •

изм ом ид • стр доп *

где: <5qm - погрешность образцовой меры сравнения;

<5ВД - погрешность индуктивного делителя напряжения:

6стр ~ погрешность от несовершенства структуры измерительной цепи;

6доп ~ Дополнительные погрешности (от начальных паразитных параметров измерительной цепи и клеммно-го устройства, влияния внешних условий и др.).

Анализ составляющих погрешности измерения показывает, что повышение- точности может идти путем уменьшения любой из составляющих погрешности, однако обычно первые две составляющие минимизированы. В уменьшении двух других составляющих лежит реальный путь повышение точности измерения, заключающийся в:

а) снятии с измерительной цепи необходимости выполнения вычислительных Функций и, в связи с этим, в предельном упро щении измерительной цепи;

б) переходе к измерительным цепям, предназначенным для измерения двух абсолютных параметров;

в) разработке и реализации способов и устройств, уменьшающих составляющую ¿стр погрешности измерения.

Во второй глчве рассматриваются ИЦ прецизионных универсаль-

ных трансформаторных мостов переменного тока, методика синтеза измерительных цепей (как специальных, так и на их базе универсальных).

Любая уравновешенная измерительая цепь, в том числе и трансформаторная, содержит, по крайней мере две ветви передачи сигнала: ветвь объекта измерения и ветвь образцовой меры, описы-вамые коэффициентами передачи К1 и К2. Простейшим решение уравнения равновесия будет в том случае, когда коэффициенты имеют вид:

где: М1 и М£ - коэффициенты передачи четырехполюсников, расположенных в ветвях моста.

При измерении двух параметров рх и qI комплексного сопротивления 1 , отнеся измеряемые параметры к их максимальным значениям, уравнение равновесия можно записать в вида: М

2

где: К& - комплексный коэффициент, определяющий отношение сопротивления произвольной образцовой меры Z0 к максимальному значению основной составляющей сопротивления объекта измерения.

В зависимости от типа используемой образцовой меры и основного измеряемого параметра коэффициент " может принимать семь различных значений. Условие прямого отсчета будет выполнено, ес-г' правая часть последнего выражения - функция регулируемых параметров, изоморфная с характеристической функцией Ир^Ч^), которую можно разложить, по крайней мере, на два сомножителя. С учетом этих условий уравнение равновесия имеет вид: М • 1

2 О

Иэоморфность левой и правой части последнего уравнения обеспечивается при 16 значениях коэффициентов передачи М, и М2, сведенных в работе в таблицу. Реализация отдельных звеньев ИЦ, входящих в ве"ви моем и имеющих коэффициенты передачи М,и М2, выполняется с использованием известных принципов синтеза линейных цепей по заданным амплитудно-фазовым характеристикам. В результате признания описанной методики синтеза измерительных цепей на базе 1-лсмектов с тесной индуктивной связью, предназначенных для изме ения ПКС по любой из восьми двухэлементных эквивя-

лентных схем замещения (при измерении одного абсолютного и одного относительного параметров) или четырех эквивалентных схем (при измерении двух абсолютных параметров), могут быть реализованы десятки измерительных цепей.

Показано, что измерительная цепь микропроцессорного моста переменного тока может выполнять только измерительные функции, при этом обеспечивается прямой отсчет тех параметров, измерение которых наиболее "удобно". Под наиболее "удобным" следует понимать такое измерение, при котором ИЦ обладает постоянной чувствительностью, высокой сходимостью, прямыми и ортогональными линиями уравновешивания. Такими цепями являются Щ нормальной структуры, т.е. такие, в которых с помощью ИЦ сравнения токов измеряются ПКС, пропорциональные, проводимости (параметры па-раллэльных схем), либо с помощью ИЦ сравнения напряжений измеряются ПКС, пропорциональные сопротивлению (параметры последовательных схем замещения).

При построении ИЦ по разработанной методике с использованием коэ'|фициентов М, и М2 может быть проведен предварительный анализ некоторых свойств ИЦ по виду коэффициентов М, и М2 (нелинейность отображающей функции По отношению к регулируемым параметрам - одному или двум, частотная зависимость результата измерения и т.д.). Такие ИЦ при желании могут быть исключены из рассмотрения. С использованием методики разработана группа специальных ИЦ (сравнения токов и сравнения напряжений), предназначенных для измерения двух абсолютных ПКС с произвольным фазовым углом. С целью повышения точности измерения параметров объектов индуктивного характера предложен ряд частотозависимых ИЦ, исследованы их характеристики и сформулированы требования, предъявляемые к отдельным узлам мостовой измерительной цепи (МИЦ).

Разработанная методика дала возможность на базе специальных ИЦ синтезировать ушгеерсальные измерительные цепи, обеспечиваюсь» измерение на всей комплексной полуплоскости по двум эквивалентным схемам в.двух структурах - со сравнением токов и сравнением напряжений. Основные принципы построения универсальных цепей - максимальное использование в каждой из структур ИЦ группы блоков, узлов и устройств, применяемых в других структурах; предельно простая структурная перестройка цепи; отсутствие влияния неиспользуемых элементов на результат измерения.

На Рис.1 и 2 приведены схемч двух разработанных универсаль-ш.'х измерительных цепей. Первая .> них предназначена для измере-

кия ПКС в игроком диапазоне значений, вторая - для прецизионного измерения ПКС низкоомшх объектов (ниже 100 кОм).

В третьей главе рассмотрены структуры ИЦ для измерения основных, наиболее часто встречающихся з практике измерения ПКС пар параметров, проанализированы их характеристики, влияющие на точность измерения. Рассмотрены методы существенного улучшения метрологических характеристик таких цепей.

В результате проведенного анализа КЦ различного типа показано, что относительная чувствительность хотя бы по одному из регулируемых параметров не остается постоянной в десятичном диапазоне измерения Z,, а имеют место десятикратные ее вариации, что приводит к аналогичному изменению погрешности уравновешивания и, в конечном счете, к изменению погрешности измерения. Измерение Zs в десятичном диапазоне сопровождается и десятикратным изменением относительной погрешности от дискретности уравновешивающего элемента (из-за ее зависимости от значения кода уравновешивающего элемента). Показан путь уменьшения погреши- ют измерения, заключающийся в разработке методов уменьшения вариации чувствительности в диапазоне измерения, уменьшения вариации погрешности от дискретности.

Разработаны способы повышения точности измерения с помощью ИЦ различной структуры (как нормальных, так и аномальных), заключающиеся ■ в уменьшении вариаций чувствительностей (следовательно и погрешности уравновешивания) и вариации погрешности от дискретности. Для уменьшения этих погрешностей предложено ограничить диапазон изменения кода уравновешивающего елемента узкой областью в зоне максимальных значений, а весь диапазон изменения разбить на ряд поддиапазонов - "зон" а0..ап, имеющих одинаковую относительную ширину. Пусть прибор начинает уравновешивание от максимальных значений кода N , находясь на поддиапазоне а0, соответствующем максимальному значению Zx, а равновесное значение расположено на поддиапазоне af. В процессе уравновешивания значение кода изменяется скачком с II . до N

min max

и одновременно с помощью дополнительного устройства (например, дополнительного делителя напряжения) изменяется номинальное соотношение сигналов ветвей объекта измерения и образцовой меры в

^¡пазс

- раз. Значение кода вновь изменяется в процессе уравновеши-

Nmin

вания до момента фиксации равновесия. Очевидно, что значение кода не соответствует значению сопротивления объекта измерения,

поэтому для получения результата измерения численное значение кода, при котором достигнуто равновесие, делится дополнительным делительным устройством на коэффициент, определяемый соотношением:

к=п N К = п - ;

тт(к—1)

При этом результат измерения определяется как: муб

^изм" -г '

Л

При обеспечении одинаковой относительной ширшй! "зон" вариация относительной погрешности от дискретности будет величиной постоянной и иметь минимальное значение при минимальной относительной ширине "зоны" (т.е. при максимальном числе "зон" - п). Число "зон" выбирается исходя из допустимой вариации Л<5Д(Л0П) значения относительной погрешности от дискретности: 1

п--;

Все необходимые вычисления, связанные с использованием донного способа уравновешивания, выпо/цяются встроенным в прибор микропроцессорным контроллером по программе, хранящейся в памяти микропроцессорной систеш.

В работе исследованы различные варианты выполнения "зонирования" диапазона в Щ различной структуры (нормальной и аномальной' при уравновешивании на фиксированной частоте и диапазоне частот, способы уменьшения вариаций чувствительностей как в области больших, татс и малых значений, преимущества и недостатки того или иного способа.

Показано, что уменьшение максимального значения относительной погрешности от дискретности происходит без изменения разрядности уравновешивающего элемента и порога чувствительности индикатора равновесия. Разработанные структуры Щ, реализующие "зонирование", позволяю* снизить значение погрешности от дискретности при фиксированном числе разрядов уравновешивающего элемента до 8 раз, что практически эквивалентно введению в него дополнительного десятичного разряда уравновешивания.

В четвертой главе проводятся исследования системы автоматического уравновешивания прецизионных универсальных мостов переменного тока, направленные на обеспечение измерения в полностью автоматическом рекиме независимо от величины измеряемого кмяе-

данса и характера реактивности объекта измерения.

Подробно рассмотрены алгоритмы подекадно-следящего уравновешивания мостов переменного тока, обеспечивающие возможность осуществления следящего режима измерения, позволяющего непрерывно отслеживать за небольшими изменениями импеданса объекта измерения. Анализируются различные алгоритмы работы САУ и показывается, что при уравновешивании многопредельного, многодекадного универсального моста переменного тока имеется ряд точек, в которых принципиально возможно появление неустойчивости, которая носит функциональный характер и точки ее появления могут быть предсказаны заранее. Такими точками являются стыки поддиапазонов измерения, стыки декад, граница квадрантов на комплексной полуплоскости, соответствующая границе объектов емкостного и индуктивного характеров, точка в диапазоне измерения, соответствующая смене структуры ИЦ (переход от структуры ИЦ со сравнением токов к структуре Щ со сравнением напряжений) и др.

Для устранения функциональной неустойчивости в любой "критической" точке диапазона измерения разработан общий подход к решению этого вопроса (независимо от точки, в которой устраняется неустойчивость). Он заключается в том, что в районе каждой из "критических" точек выделяется некоторая дополнительная зона изменения кода уравновешивающего элемента (зона "гистерезиса"), иирина которой заведомо превышает как погрешность уравновешивания, так и погрешность нестыковки (поддиапазонов, "зон", декад и т.д.). На Рис.3 представлены графики изменения кода уравновешивающего элемента при уравновешивании обычным способом (а) и с гистерезисом (б).

Реализация дополнительной зоны изменения кода уравновешивающего элемента осуществляется путем введения дополнительных состояний в многодекадный делитель напряжения (уравновешивающий элемент.) Обычный многодекадный делитель в квждой декаде содержит десять состояний (0...9) и его доработка для осуществления уравновешивания с "гистерезисом" заключается во введении в-декады двух дополнительных состояний: одного - сверх состояния "девять", другого - ниже нулевого состояния. Таким образом, декада дополняется двумя состояниями - "Ю" и "-1". Для мостов переменного тока, у которых состояние декад соответствует состоянию индикаторного табло, реализация списанного метода устранения неустойчивости сопряжена с необходимостью применения арифметического пересчетного устройства,что может существенно усложнить

прибор. Минимальные сложности при реализации уравновешивания с "гистерезисом" возникнут в том случав, когда основным элементом системы автоматического уравновешивания ИЦ является микропроцессорный контроллер. В этом случае переход к многодекадному десятичному отсчету производится преобразованием реального кода уравновешивающего элемента (УЭ) путем программного пересчета и выдачей результата измерения на индикаторное табло.

Проанализировано влияние ширины зоны "гистерезиса" на погрешность измерения и определена допустимая ширина этой зоны в зависимости от допустимой погрешности от дискретности.

Разработаны способы подекадно - следящего уравновешивания с использованием зон "гистерезиса" вблизи "критических" точек в диапазоне измерения. Подробно рассмотрены процессы уравновешива-кия на стыках декад уравновешивания, на -границах поддиапазинов и "зон", при измерении параметров объектов, в которых активная составляющая сопротивления (проводимости) преобладает, а реактивная - близка к нулю.

Исследованы процессы уравновешивания МИЦ, работающих в условиях переменной чувствительности по одному из параметров. Разработаны способы уравновешивания, обеспечивающие приведение отношения чувствительностей к .единице,

8 пятой главе отражена практическая реализация результатов исследований. Описаны функциональные схемы измерительных цепеЯ, устройств и приборов, разработашшх с участием автора. Технические характеристики разработанных приборов приведены ниже.

1. Универсальный микропроцессорный мост переменного тока типа Р5083 предназначен для измерения параметров объектов с произвольным фазовым углом в широком диапазоне значений и широком диапазоне частот в автоматическом регзшэ. Применение встроенного микропроцессорного контроллера в качество основного элемента САУ позволило реализовать ряд слота адаптивных алгоритмов уравновешивания прецизионной универсальной ИЦ, предназначенной для измерения четырех различных пар абсолютных параметров, а также ряд дополнительных режимов: калибровки по внешней образцовой мере, синхронизации генератора с частотой, питающей сети, усреднения результатов измерения и т.д. Основные технические характеристики:

Предел допускаемого значения основной относительной погрешности измерения (Ж) 0,02

Предел допускаемого значения основной

погрешности измерения в режиме калибровки по внешней образцовой,мэре {%) 0,005 Диапазон измерения:

по емкости (О) 10...10"16

по индуктивности (Гн) 10~а...107

по сопротивлению (Ом) 10-5...1010

Рабочая частота 3000 значений в диапа-

зоне 0,1.. .ЮОкГц 2. Птущизионччл автоуатизированиая измерительная система '¿W-') предназначена для поверки образцовых мер параметров комплексного сопротивления высшей точности (2-го и 3-го разрядов) на пяти ф;:кслрй«ак:кх частотах в диапазоне от 50Гц до ЮОкГц. Синозны* технические характеристики:

Нелинейность функции преобразования

по емкости и сопротивлении 1-Ю-.6

Нелинейность функции преобразования

по тангенсу фазового угла и потерь 2-Ю~°

Диапазон измерения до емкости (Ф) 10?...Ю-19

Диапазон измерения по сопротивлению (Ом) 10-7...1014

Диапазон измерения по тангенсу

угла потерь и фазового угла 3-Ю~1..3-10б

Для получения требуемой точности в процессе измерения без участия оператора осуществляется ряд калибровок: калибровка ве-ктормерного АЦП, трансформаторного делителя напряжения, взаимная калибровка декадных мер,- калибровка блока формирования квадратурных компенсирующих напряжений, калибровка образцовых мер поддиапазонов .

Метрологическая аттестация АКС проводилась по специальной методике, позволяющей обойтись без использования образцовых мор высокой точности. Методика аттестации утверкдена НПО "ВНИИ,! им. Д.И.Менделеева" (г.Санкт-Петербург). В результате аттестации доказано, что основная относительная погреишость AMC не превышает 10"6.

g приложениях помещены акты внедрения приборов, разработанных при участии автора, расчет экономического эффекта от внедрения результатов разработки моста переменного тока Р5083. Оеновнне результаты работы заключаются в следующем: 1. Проанализированы пути построения микропроцессорных прецизионных универсальных мостов переменного тока. Показано, что использование 1Щ на базе элементов с тесной индуктивной связью

для измерения двух абсолютных параметров комплексного сопротивления совместно со встроенным з мост микропроцессорном контроллером позволяет существенно повысить точность измерения и расти-рить дагапазоны измерения.

2. Предложена методика построения универсалы:^ измерительных цепе.! трансформаторных мостов переменно го тока и'ка ее базе разработан ряд структур прецизионных универсальных ИЦ для микропроцессорных мостов переменного ток'а.

3. Исследована зависимость погрешности уравновешивания различных типов ИЦ трансформаторных мостов переменного тока от параметров объекта измерения и показана возможность повышения точности "зонированием" диапазона изменения кода уравновешивающего элемента внутри поддиапазона измерения.Предложены структуры реализующие указанный метод.

4. Проанализированы особенности функционирования САУ прецизионных универсальных мостов переменного тока и показано, что з диапазоне измерения существует ряд "критических" точек, в которых возможно возникновение функциональной неустойчивости, для микропроцессорных мостов переменного тока предложены специальные алгоритмы подекадно-следящего уравновешивания ИЦ с "гистерезисом", полностью устраняющие явление функциональной неустойчивости в работе СА".

5. Исследованы погрешности уравновешивания МИЦ, работающих в условиях переменной чувствительности по одному из параметров, предложены способы уравновешивания, полностью исключающие "перекосы" чувствительностей.

6. Предложены алгоритмы калибровок блоков формирования квадратурных компенсирующих напряжений, обеспечивающие высокую точность измерения ПКС.

7. Исследована возможность снижения погрешности измерения параметров объектов с индуктивным характером реактивности и показано, что использование для этой цели частотозависимых ШЦ позволяет повысить точность измерения индуктивности.

8. По результатам проведенных исследований при участии автора разработан и серийно выпускается микропроцессорный универсальный мост переменного тока Р5083; разработан, изготовлен и передан заказчику для опытной эксплуатации действующий образец ирецизионной АИС для поверки образцовых мер ПКС высшей точности, техническая документация на которую передана для проведения ОКР я внедрения в серийное производство.

Основные публикации ¡ra теме диссертации:

1. A.C. 1455324-, СССР, МКИ3 G01 R 17/12. Трансформаторный мост переменного тока для измерения параметров комплексных сопротивлений. / Ю.В. Братусь, А.Д. Василенко, Н.И. Михайленко, М.Н. Сурду, Р.Д, Тучин (СССР:.- 8 с.ил.

2. A.C. 1081555, СССР, МКИ3 G01 R 17/10. Автоматический ий-' фровой мост переменного тока. / МЛТ. Сурду, А.Д. Василенко, Ю'.А. Смоляр, Н.И. Михайленко, В.Г. Мельник (СССР).- 4 с.ил,

3. A.C. 1213424, СССР, МКИ3 G01 R 17/10. Цифровой экстремальный мост со следящим уравновешиванием. / Ф.Б. Гриневич, М.Н. Сурду, А.Д. Взскленко и др. (СССР).-4 с.ил. '

4. A.C. 983555, СССР, МКИ3 001 • R 17/10. Автоматический цифровой мост переменного тока. / М.Н. Сурду, А.Д. Василенко, В.Г. Мельник и др. (СССР).- б с.ил.

5. A.C. 1190269, СССР, МКИ3 G01 R 17/10. Автоматический цифровой мост переменного тока. / М.Н. Сурду, А.Д. Василенко, В..Г. Мельник и.др. (ССОР).- 2 с.ил.

6. A.C. 1429044, СССР, МКИ3 G01 R 17/12. Способ выбора поддиапазона измерений в экстремальных универсальных мостах переменного тока. / Ф.Б. Гриневич, М.Н. Сурду, А.Д. Василенко и др. (СССР). - 8 с.ил.

7. A.C. 1679397, СССР, МКИ3 G01 R 17/12. Цифровой автоматический мост переменного тока. / М.Н. Сурду, А.Д. Василенко, O.A. Орнатский и др. (СССР).-4 с.ил.

8. Василенко А.Д. Автоматический цифровой мост переменного тока с пониженной погрешностью от дискретности уравновешивающего элемента. // Элементы и схемы электроизмерительных устройств и систем // Киев. Наукова думка.- 1985, с.23-25.

9. Сурду М.Н., Василенко А.Д., Мельник В.Г. и др. Сочетание структурных и алгоритмических методов при улучшении метрологических характеристик микропроцессорных мостов переменного тока.

. // Респ. научн.-техн. конф. "Структурные методы повышения точности, чувствительности и быстродействия измерительных приборов и систем": Тез.докл.- Киев, 1985, вып.2, с.28.

10. Гриневич Ф.Б., Сурду М.Н., Василенко А.Д., и др. Широкополосный универсальный микропроцессорный мост переменного тока. // VIH Всесоюзная научн.-техн. конф. "ИИС-87". Тез.докл.-Ташкент» 1987> ч.2, с.23.

1U Грйневйч Ф.Б., Сурду М.Н., Василенко А.Д. Частотоядри--сима.е микропроцессорные мосты переменного тока для измор^ни« нн-

дуктивностей в диапазоне частот. // IX Всесоюзная научн.-техн. конф. "ШС-89". Тез.докл.- Ульяновск, 1989, ч.2, с.249.

В работах 1-7 соискателем било предложено ввести в соответствующее устройства существенные признаки, позволяющие получить положительный эффект. В этих работах результаты получены при равном участии-авторов. В работе 9 проведен анализ алгоритмических методов улучшения метрологических характеристик микропроцессорных мостов переменного тока. В рёботе 10 предложены структуры 1Щ п способы их уравновешивания. В работе 11 предложены структуры частотозависимых МЩ микропроцессорных мостов переменного тока.

Соискатель:

Рис.1

Рис. г

P¡ Vfrt'J

tie'*' p¡ у //о'/

Рис M