Трансформаторный мост для дистанционных измерений параметров комплексного сопротивления

 

ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ ДЛЯ ДИСТАНЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРА1№ТРОВ КС 1ПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ, содержащий источник питания, соединенный с первичной обмоткой трансформатора напряжения, к вторичным обмоткам которого подсоединены ветвь образцовой меры и ветвь измеряемого объекта , содержащая токозадающий образцовый резистор, подсоединенный одним выводом к первсялу зажиму для подключения объекта измерения, повторитель напряжения, вход которого подсоединен к эажимгш для подключения объекта измерения, преобразователь ток - нгшряжениё, к выходу которого подсое динен дойолнительный токозадающий И резистор, а к входу - дополнительный резистор, второй вывод которого соединен с первым выводом вспомогательного образцового резистора, детектор равновесия, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности измерения при значительном удалении объекта измерения, он снабжен дифференциальным усилителем,вторьм дополнительным резистором и вторым повторителем напряжения, входкоторого и второй вывод дополн1 тельного токозадающего резистора соединены с первым зажимом для подключения объекта измерения, выход - с первьм выводом вспомогательного образцово-, го резистора, второй вывод которого соединен с детектором равновесия, входы дифференциального усилителя подключены соответственно к выходу первого и второго повторителей напряжения , а выход через дополнительный резистор - к детектору равновесия , с которьви также соединен второй вывод образцовой меры, токозадающий образцовый резистор вторьм выводом соединен с вторичной обмоткой трансформатора напряжения непосредственно.

„„SU„„10.22061 A

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

Э ИСПЮ

РЕСПУБЛИК

3(51) G 01 R 17/

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОВЫ СВИДЕТЮЪСТВУ (21) 3401854/18-21 . (22) 25,02 ° 82 (46) .07.06.83 Бюл. Р 21 (72) Р,Д.Тучий

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЮ (53» 621 ° 317 ° 733 (088 ° 8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР

В 468162 кл ° 6 01 R 17/10, 1972

2. Авторское свидетельство СССР

Р 761915 кл G Ol R 12/12, 1.978 (прототип), 1 (54) (57) ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ ДЛЯ

ДИСТАНЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ

КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ, содержащий источник литания соединенный с первичной обмоткой трансформатора напряжения, к вторичным обмоткам которого подсоединены ветвь образцовой меры и ветвь измеряемого объекта, содержащая токозадающий образцовый резистор, подсоединенный одним выводом к первому зажиму для подключения объекта измерения, повторитель напряжения, вход которого подсоединен к зажимам для подключения объекта измерения, преобразователь ток— напряжение, к выходу которого подсоединен дойолнительный токозадающий резистор, а к входу — дополнительный резистор, второй вывод которого соединен с первым выводом вспомогательного образцового резистора, детектор равновесия, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности измерения при значительном удалении объекта измерения, он снабжен дифференциальным усилителем, вторым дополнительным резистором и вторым повторителем напряжения, вход которого и второй вывод дополнительного токозадающего резистора соединены с первым зажимом для подключения объекта измерения,, выход — с первым выводом вспомогательного образцово-. го резистора, второй вывод которого g соединен с детектором равновесия, входы дифференциального усилителя подключены соответственно к выходу первого и второго повторителей напряжения, а выход через дополнительный резистор — к детектору равнове- Я сия, с которым также соединен второй вывод образцовой меры, токозадающий образцовый резистор вторьм выводом соединен с вторичной обмоткой трансформатора напряжения К,"} непосредственно. К) (:Р

1022061

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении мостов переменного тока, предназначенных главным образом, для. измерений па- раметров объектов, удаленных иа 5 значительные расстояния.

Известны трансформаторные изме рительные мосты переменного тока, содержащие источник питания, трансформатор напряжения, вторичные об- 10 мотки которого питают ветвь измеряемого объекта и ветвь образцовой меры, вспомогательные резисторы,детектор равновесия(1).

Благодаря наличию в ветви измеря- 15 емого объекта токозадающего образца резистора и съема измерительной информации с потенциальных зажимов объекта измерения в таких местах обеспечивается четырехзажимное подключение объекта исследования, что дает воэможность использовать их для дистанционных измерений.

Однако при значительном удалении объектов измерения в таких местах возникает погрешность, связанная с влиянием подсоединительных проводников. Особенно заметной, эта погрешность становится тогда, когда значение токозадающего образцового резистора выбирается сравнительно небольшим, например для обеспечения больших измерительных токов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является мост, который содержит ис- 35 точник питания, соединенный с первичной обмоткой трансформатора на пряжения, к вторичным обмоткам которого подсоединены ветвь образцовой меры и ветвь измеряемого объекта, 40 включающая в себя токоэадающий образцовый резистор, подсоединенный к объекту измерения, повторитель напряжения, вход которого подсоединен к потенциальным зажимам объек- 45 та измерения, преобразователь ток— напряжение, к выходу и входу которого подсоединены соответствующие дополнительные резисторы, вспомогательный резистор, связанный с детектором рав- 50 новесия 2

Недостатком такого моста является наличие дополнительного подсоединительного проводника, связывающего резистор, стоящий на выходе преобразователя ток — напряжение с высоко- 55 потенциальным зажимом объекта измерения. Это усложняет систему подсоединительных проводников, требует дополнительной экранировки, связано с дополнительным расходом меди.,60

Цель изобретения — повышение точности измерения моста при значительном удалении объекта измерения.

Поставленная цель достигается тем, что трансформаторный мост для дистанционных измерений параметров комплексного сопротивления, содержащий источник питания, соединенный с первичной обмоткой трансформатора напряжения, к вторичным обмоткам которого подсоединены ветвь образцовой меры и ветвь измеряемого объекта, содержащая токозадающий образцовый резистор, подсоединенный одним выводом к первому зажиму для подключения объекта измерения, повторитель напряжения, вход которого подсоединен к зажимам для подключения объекта измерения, преобразователь ток — напряже« ние, к выходу которого подсоединен дополнительный токозадающий резистор, а к входу — дополнительный резистор, второй вывод которого соединен с первым выводом вспомогательного., образцового резистора, детектор равновесия снабжен дифференциальным усилителем, вторым дополнительным резисто.ром и вторым повторителем напряжения, вход которого и второй вывод дополнительного токозадающего резистора соединены с первым зажимом для подключения объекта измерения, выход — с первым выводом вспомогательного образцового резистора, второй вывод которого соединен с детектором равновесия, входы дифференциального усилителя подключены соответственно к выходу первого и второго повторителей напряжения, а выход через дополнительный реэисторк детектору равновесия, с которым также соединен второй вывод образцовой меры, токозадающий образцовый резистор вторым выводом соединен с вторичной обмоткой трансформатора напряжения непосредственно.

На чертеже представлена схема трансформаторного моста.

Настоящий мост содержит источник

1 питания, первичную обмотку 2 трансформатора 3 напряжения, вторичные обмотки 4 и 5 трансформатора 3 напряже-. ния,, объект б измерения, образцовую мере 7, токозадающий образцовый резистор 8, токовые подсоединительные проводники 9 и 10, повторитель

11.напряжения, дополнительный резис тор 12, преобразователь ток — напряжение 13,дополнительный токоэадающий резистор 14, вспомогательный образцовый резистор 15, потенциальные подсоединительные проводники

16 и 17, повторитель 18 напряжения, дифференциальный усилитель 19,дополнительный резистор 20, детектор 21. равновесия.

Мост работает следующим рбразом.

При подключении источника 1 питания к первичной обмотке 2 трансформатора напряжения 3 во вторичных обмотках 4 и 5 трансформатора возникают напряжения, под действием которых в ветви объекта б измерения и ветви

1022061 образцовой меры 7 протекают соответствующие токи 1. и 12

Ток 1 создает на зажимах объек"I та измерения рабочее (измерительное) напряжение U>z а иа токовых подсоединительных проводниках 9 и 10- 5 параэитные падения (напряженийьО„ ..и

4Ц,соответственно. Сумма этиМ напряжений, (равная U„- =02„+до. +1ц., посредством повторителя 11 напряжения подводится к дополнительному резисто- lO ру 12, связанному с преобразователем ток — напряжение 13 ° Выходное напряжение преобразователя, воздействуя на дополнительный резистор 14, создает в цепи токовые подсоединительные Про; 15 водники — объект измерения компенсационный ток 1„, благодаря чему ток в ветви измеряемого объекта становится только функцией значения токозадающего образцового резистора 8, что эквивалентно устранению методической погрешности измерения, возникающей иэ-эа несоблюдения нера-. венства Rg>(Zx+aR„+aR ), где Rp2y

gR<,дН„ — сопротивление резистора 8, имйедайс объекта 6 измерения, сопротивления подсоединительных проводников. ф и 10, соответственно.

Под действием выходного напряжения повторителя 11 на вспомогательный образцовый резистор 15 возникает ток З0 <

19

Напряжение Ui);g действующее на зажимах объекта измерения. при помощи потенциальных подсоединительных проводников 16 и 17 подводится к 35 повторителю 18 напряжения.

Выходные напряжения повторителей

l1 и 18 поступают на вход дифференциального усилителя 19, на выходе которого образуется разность этих íà- 40 пряжений, представляющих собой суммарное падение напряжений на токовых подсоединительных проводниках /дб„+ .

;+aU>/. Фаза выходного напряжения дифференциального усилителя выбирает- 45 ся такой, чтобы ток 14, возникающий под действием этого напряжения на дополнительный резистор 20, вычитался бы из тока 13 . Благодаря это,му, в процессе уравйовешивания моста, .детектор 21 равновесия реагирует толь5 ко на разность между током 1>, создаваемым ветвью образцовой меры. и .той частью тока 1>, которая пропорционадьная параметрам объекта измерения.

01- ш2

3 у (2) о о и„ к„ э= "," (з) ! где 2р — импеданс образцовой меры 7)

R>- сопротивление резистора 15;

I1Ip,m - число витков обмотки 2 и 5 трансформатора напряжения 3, соответственно;

К вЂ” коэффициент передачи повто1 рителя 11 напряжения; ,ц„ — напряжение .источника 1 питания,, Напряжение U> может быть представ- . лено следующим образом

Uð т„ лР +.аР +2 1 ху

ЙО "+ p 1оо о где Ro

R о

При К„р жение (6) ! О

Р )+

0 Ро (8) Таким образом, влияние токовых подсоединительных проводников на точность измерения мостовой цепи будет устранено. 60

Изложенное легко подтвердить аналитически путем вывода уравнения равновесия с учетом особенностей вышеописанного механизма работы мостовой цепи.

Равновесие характеризуется уравнением

3 -Э =32 сф (1) токи 1> и 1 равны:

"=(""+Z„)(3 "). (4)

Для токов 1„и 1к справедливы выражения

)(„Р Р, ()„"„(), 3 йР +дР + g, (ь) .1+ t 1 о Р о сопротивление токозадаюшего резистора 8; сопротивление резистора 14;. сопротивление резистора 12; число витков обмотки 4 трансформатора 3 напряжения; коэффициент преобразования преобразователя ток — напряжение 13. !

=1 ° К =1 ° R =2 и R =R выра2 о 0 примет вид

Подставляя (7) . и (5) в (4),получим .

1. ъ Ч

U =4Р +йй +Z 1

„! „

Ro "

1 1 о у множив левую и правую части уравне. ния (8) на выражение 1Р +" Р +2х

1 х

1+— .

1022061 о

2 0 1 х щ о где выражение (17) (К„(»»,У+»,»,).(и +KK 7(K K,) fI1 ln

4 (о о будем иметь

35. ((»и»а», )(»» +»„(»„-» (» ) R R

0 рения с мостом.

Составитель И»Бахтина

Редактор Т,Киселева Техред С.Мигунова Корректор Г.Решетник

Заказ 4032/36 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и.открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Ужгород, ул. Проектная, 4

Филиал ППП . .Патент, и произведя несложные преобразования, получим да +ь|„ +г„

Подставляя (9) в (3), найдем эна-.

5 чение тока 13

Ь»» +4@ +Z .Ï

Имея ввиду, что дифференциальный усилитель 19 чувствителен к разнос ти подаваемых на его входы напряже ний, выРажение дпя тока 14 может бйть45 записано следующим образом

Zx 2

20 где R — сопротивление допалнитель4 ного резистора 207

К,Q — коэффициенты передачи напряжения повторителя 18 и дифференциального Усилите- 25 ля 19, соответственно.

Подставив в (ll) выражение (9)

:и значение Uz„ равное

m1

2х „, 30 (12)

Zx Rо ( или после преобразований 40 ((»и„»», )»„» +K„(K -» )» ) т, о R » e

Произведя далее постановку выра- ;45 жения (3) с учетом (10), а также выl ражений (13) и (2) в (1), получим:

"к о "„

Ur о (e )

2о откуда после соответствующих преобразований и при условии В„=В., найдем следующее выражение для измерительного импеданса: представляет собой погрешность, обусловленную наличием токовых подсоединительных проводников и активных устройств:повторителей ll и 18 напряже" ; ния и дифференциального усилителя 19.:

Не трудно видеть, что при К =Ку

==К =1 погрешностьФхобращается в О, На практике указанные коэффициенты передачи напряжения будут отлич- ны от нуля, тем не менее легко добиться, чтобы погрешностью(была бы пренебрежимо мала. Например, при выполнении активных повторителей 11, l8 и усилителя 19 с коэффициентами передачи равными К„=К2=К =0,99, что составляет. в процейтном выражении 13 и достигается беэ каких-либо затруднений,бх составит, примерно, 0,01% ° ри К,(=К2=КЭ=ОK 999 (0K1 ) х уменьшит ся уже до 0,001%.

Таким образом, предлагаемое иэобретение дает возможность производить дистанционные измерения параметров комплексных величин без снижения точности, что достигается относительно простыми средствами: введением второго повторителя напряжения, дифференциального усилителя и дополнительного резистора. Отметим также и то обстоятельство, что подключение дополнительного оборудования (элементы 11-14,19-20), принимающего участие в компенсации влияния подсоединительных проводников, осуществляется внутри измерительной цепи, благодаря чему уменьшается число проводников, связывающих объект изме