相差可變橋臂數字電橋的製作方法

2023-04-23 15:05:56

相差可變橋臂數字電橋的製作方法
【專利摘要】相差可變橋臂數字電橋。本發明為一種極簡設計的數字電橋。本發明使用數位訊號處理器為核心，通過在測量迴路中切換標準電阻，進行兩次相位測量而得到被測電抗。其精度原理上只依賴於二個方面：標準電抗精度；相位測量精度，從而可以消除A/D轉換誤差對測量結果的影響，得到較精確的測量數值。
【專利說明】相差可變橋臂數字電橋
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬於電磁測量中使用電橋法測量電抗領域。
【背景技術】
[0002]電抗的精確測量，經歷了從無源電橋到數位化電橋的過程。而數位化電橋又根據是否使用微處理器分為普通的數字電橋和智能數字電橋。現代的智能數字電橋大多使用自由軸法進行測量，其方法為將被測電抗和標準電抗(通常為電阻)串聯，測量交流電流在標準電抗和被測電抗中產生的壓降在正交軸上的投影，從而得到被測電抗值。其精度原理上依賴於三個方面:標準電抗精度；A/D轉換精度；相位測量精度。

【發明內容】

[0003]本發明使用獨創相差虛擬橋臂法，其特點為以極簡的線路達到較高精度的電抗值測量。其精度原理上只依賴於二個方面:標準電抗精度；相位測量精度，從而可以消除A/D轉換誤差對測量結果的影響
工作原理:本發明基於數位訊號處理技術研製。數位訊號處理器通過D/A轉換器和低通濾波器產生所要求頻率的正弦波形。得到被測電抗值需經兩次測量。第一次測量，標準電阻R1 —端與此正弦波信號A端相連，另一端B與被測電抗串聯，被測電抗另一端接到地端，A、B端通過過零比較器接至數位訊號處理器的增強型捕獲模塊(eCAP)埠，從而測得兩者之間相角Ci115第二次 測量，電阻R1被不同阻值的標準電阻R2取代，餘不變，得到相角α2。設ω為正弦波信號角頻率,在此頻率下,被測電抗實部為Zk，虛部為Z1，，則有如下關係:tg a J=Z1-T- (RJZr) 公式 Itg α 2=?+ (R2+Ze) 公式 2由以上兩式，可得到Zk和Z1,從而得到被測電抗Z
有益效果:現有的LCR數字電橋測量精度依賴於三個方面:標準電抗精度；A/D轉換精度；相位測量精度。在本發明中，標準電抗採用電阻器件。標準電阻精度和相位的測量精度都可以達到很高(10_6以上)，而A/D轉換器真實精度很難在較低成本和複雜度的情況下做到10_6以上。因此本發明可以用較低的成本達到高精度的電抗測量結果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0004]圖1是本發明的整體框圖
圖2是第一次測量各參數向量圖。圖中Zx為被測電抗。Zk與Z1為其實部與虛部分量。R1為標準電阻。Z1為Zx與R1串聯形成的複合電抗。α I為測得的相角
圖3是第二次測量各參數向量圖。圖中Zx為被測電抗。Zk與Z1為其實部與虛部分量。R2為標準電阻。Z2為Zx與R2串聯形成的複合電抗。α2為測得的相角。
【具體實施方式】[0005]在圖1中，數位訊號處理器按要求的固定速率向D/Α轉換器輸出正弦數據，在D/A轉換器的輸出端產生階梯波，經低通濾波器輸出正弦波。此波形加在二選一開關中心端，此點標註為A點。開關另兩端分別接不同阻值的標準電阻R1和R2，兩標準電阻的另一端連在一起，與被測電抗連接。此連接點標註為B。被測電抗另一端接地。A點與B點經過零接至DSP的增強型捕獲模塊(eCAP，可精確測量波形跳變時刻)。第一次測量開關將R1接入，測得兩路信號之間的相角α」第二次測量開關將R2接入，測得兩路信號之間的相角α2。由公式I和公式2計算得到被測電抗Rx。
【權利要求】
1.一種數字電橋，其特徵是，使用兩個或多個標準電抗與被測電抗構成測量迴路，通過測量不同標準電抗上的電壓的相位角得到被測電抗值。
2.根據權利要求1所述的數字電橋，其特徵是:使用數位訊號處理器產生正弦波電壓，此電壓加在標準電抗和被測電抗構成的串聯迴路上，並通過測量標準電抗上的電壓相位得到被測電抗值。
【文檔編號】G01R17/00GK103439557SQ201310403736
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月9日 優先權日:2013年9月9日
【發明者】張偉 申請人:哈爾濱天華宏達能源技術開發有限公司