Трансформаторный мост для измерения параметров комплексных сопротивлений

 

1ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНЫ) СОПРОТИВЛЕНИЙ, содержащий источник питания, трансформатор напряжения с двумя вторичными обмотками, концы которых соединены с общей шиной, ветвь измеряемого объекта, состоящую из токозадающего образцового резистора, повторителя напряжения, входы которо.го подсоединены к потенциальным зажимам для подкл рчения объекта измерения, первый выход к общей шине, второй выход - к выводу вспомогательного образцового резистора, образцовую меру, один вывод которой соединен с началом второй вторичной обмотки трансформатора напряжения, детектор равновесия , один вывод которого соединен с общей шиной, дополнительный резистор, отличающи йся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем расишрения диапазона измерения в сторону больших импедансов при одновременном обеспечении больших измерительных токов и упрощения конструкции , он снабжен первым и вторым последовательно соединенными четырехполюсниками , вторым повторителем напряжения, разделительным конденсатором , преобразователем напряжение - ток, первый вход которого соединен с началом первой вторичной обмотки трансформатора напряжег НИН, второй вход - с токозадакяцим образцовым резистором, другой вывод которого подсоединен к шине, выход преобразователя напряжение-ток совместно с выходом первого четырехполюсника подсоединены к входу второго повторителя напряжения и через разделительный конденсатор к потенциальному зажиму для подключения объекта измерения, выход второго повторителя напряжения через дополнительный резистор подсоединен к общим входу первого и выходу второго четырехполюсников, вторые входы которых соединены с общей шиной, первый вход второго четырехполюсника соединен с источником постоянного напряжения, второй (Л вход второго повторителя напряжения соединен с выходом первого повторителя напряжения, вторые выводы образцовой меры и вспомогательного образцового резистора соединены с вторым выводом детектора равновесия. 2.Мост по П.1, отличающийся тем, что преобразователь напряжение-ток выполнен в виде основного и вспомогательного составных транзисторов, базы и эмиттеры основ ного и вспомогательного составных транзисторов соединены параллельно и 00 00 4;: подключены соответственно к первому j входу и выходу преобразователя напряжение-ток , а коллектор основного составного транзистора и соединенный с СО ним через дополнительный токозащаиодий резистор коллектор вспомогательного составного транзистора подключены к второму входу преобразователя напряжение-ток. 3.Мост по П.1, отличающийся тем, что каждый из четырехполюсников выполнен в виде составных транзисторов с резисторами питания , подсоединенными к источнику постоянного напряжения, второй вывод которого подключен к общей шине.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ЗШ G 01 R 17/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

6 . (.О ЮЗН Я

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВ,Ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 349 2033/18- 21 (22) 16.09.82 (46) 07.03.84. Вюл. М 9 (72.) P.Ä. Тучин (53) 621.317.733(088.8) (56) 1. Цифровой измеритель индук- тивности ЭМЦ7-2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации °

2. Авторское свидетельство СССР

9 761915, кл. 0 01 R 17/12, 22.08.78. (54) (57) 1ТРАнсфОРмАТОРный мост для

ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНЫМИ

СОПРОТИВЛЕНИЙ, содержащий источник питания, трансформатор напряжения с двумя вторичными обмотками, концы которых соединены с общей шиной, ветвь измеряемого объекта, состоящую из токоэадающего образцового резистора, повторителя напряжения, входы которого подсоединены к потенциальным зажимам для подключения объекта измерения, первый выход к общей шине, второй выход — к выводу вспомогательного образцового резистора, образцовую меру, один вывод которой соединен с началом второй вторичной обмотки трансформатора напряжения, детектор равновесия, один вывод которого соединен с общей шиной, дополнительный резистор, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем расширения диапазона измерения в сторону больших импедансов при одновременном обеспечении больших измерительных токов и упрощения конструкции, он снабжен первым и вторым последовательно соединенными четырехполюсниками, вторым повторителем напряжения, разделительным конденсатором, преобразователем напряжение — ток, первый вход которого соединен с началом первой вторичной обмотки трансформатора напряже-. (19> SU (1и A ния, второй вход — с токозадающим образцовым резистором, другой вывод которого подсоединен к р .- ей шине, выход преобразователя найряжение-ток совместно с выходом первого четырехполюсника подсоединены к входу второго повторителя напряжения и через разделительный конденсатор к потенциальному зажиму для подключения объекта измерения, выход второго повторителя напряжения через дополнительный резистор подсоединен к общим входу первого и выходу второго четырехполюсников, вторые входы которых соединены с общей шиной, первый вход второго четырехполюсника соединен с источФ ником постоянного напряжения, второй вход второго повторителя напряжения соединен с выходом первого повторителя напряжения, вторые выводы образцовой меры и вспомогательного образцового резистора соединены с вторым выводом детектора равновесия.

2. Мост по п.1, отличающийся тем, что преобразователь напряжение-ток выполнен в виде основного и вспомогательного составных транзисторов, базы и эмиттеры основного и вспомогательного составных транзисторов соединены параллельно и подключены соответственно к первому входу и выходу преобразователя напряжение-ток, а коллектор основного составного транзистора и соединенный с ним через дополнительный тбкозадаю:ций резистор коллектор вспомогательного составного транзистора подключены к второму входу преобразователя напряжение-ток.

3. Мост по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что каждый из четырехполюсников выполнен в виде составных транзисторов с резисторами;питания, подсоединенными к источнику постоянного напряжения, второй вывод которого подключен к общей шине.

1078343

15

25

Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть использовано при построении мостов переменного тока или аналогичных устройств, предназначенных для измерения параметров комплексных сопротивлений, в частности параметров катушек индуктивности с ферритовыми магнитопроводами.

Известен цифровой измеритель индуктивности ЭИЦ7-2, предназначенный для измерения индуктивности катушек, измерительная цепь которого выполнена по схеме прямоугольно-координатного компенсатора переменного тока, использующий метод формирования и сравнения компенсирующих напряжений с напряжением, действующим на испытуемом объекте, основанным на одном из алгоритмов координированного однонаправленного поразрядного уравновешивания с выработкой управляющих воздействий с помощью фаэочувствительных ийдикаторов (Ц .

Недостатками устройства являются узкий диапазон измерений и регулировки измерительного тока, а также относительно низкая точность измерений.

Наиболее близким к изобретению. по технической сущности и техническому решению является мост переменного тока, содержащий источник питания, трансформатор напряжения, к вторичным обмоткам которого подсоединены ветвь образцового импеданса и ветвь измеряемого объекта, включающая в себя сумматор, токозадающий образцовый резистор, повторитель напряжения, вход которого подсоединен к потенциальным зажимам объекта 40 измерения, а выход через вспомогательный образцовый резистор — к детектору равновесия преобразователь напряжение-ток, выход которого через дополнительный резистор подсоещинен к потенциальному зажиму объек- 45 та, а один из входов через другой дополнительный резистор — к выходу повторителя напряжения (2) .

Недостатки известного моста переменного тока заключаются в том, что он не обеспечивает измерение больших индуктивностей, особенно в тех случаях, когда через объект измерения необходимо пропускать большие измерительные токи, а также в том, 55 что для обеспечения больших измерительных токон в цепи измеряемого объекта не только сумматор, но и преобразователь напряжение-ток должен обладать значительной электри- 60 ческой мощностью, ибо он также, как и сумматор, нагружается на токозадающие резисторы с малым сопротивлением и что он имеет сложную конструкцию. 65

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей путем расширения диапазона измерения в сторону больших импедансов при одновременном обеспечении больших измерительных токов в ветви измеряемого объекта и упрощении конструкции моста.

Поставленная цель достигается тем, что трансформаторный мост для измерения параметров комплексных сопротивлений, содержащий источник питания, трансформатор напряжения с двумя вторичными обмотками, концы которых соединены с общей шиной, ветвь измеряемого объекта, состоящую из токозадающего образцового резистора, повторителя напряжения, входы которого подсоединены к потенциальным зажимам для подключения объекта измерения, первый выход" к общей шине, второй выход — к выводу вспомогательного образцового резистора, образцовую меру, один вывод которой соединен с началом, второй вторичной обмотки трансформатора напряжения, детектор равновесия, один вывод которого соединен с общей шиной, дополнительный реэистор, снабжен первым и вторым последовательно соединенными четырехполюсниками, вторым повторителем напряжения, разделительным конденсатором, преобразователем напряжение — ток, первый вход кс срого соединен с началом первой вторичной обмотки трансформатора напряжения, второй вход — с токозадающим образцовым резистором, другой вывод которого подсоединен к общей шине, выход преобразователя напряжение— ток совместно с выходом первого четырехполюсника подсоединены к входу второго повторителя напряжения и через разделительный конденсатор к потенциальному зажиму для подключения объекта измерения, выход вто" рого повторителя напряжения через дополнительный резистор подсоединен к общим входу первого и выходу второго четырехполюсников, вторые входы которых соединены с общей шиной, первый вход второго четырехполюсника подсоединен к источнику постоянного напряжения, второй вход второго понторителя напряжения соединен с выходом первого повторителя напряжения, вторые выводы образцовой меры и вспомогательного образцового резис-, тора соединены с вторым выводом детектора равновесия.

Преобразователь напряжение-ток. выполнен в ниде основного и вспомогательного составных транзисторов, базы и эмиттеры основного и .вспомогательного составных транзисторов соединены параллельно и подключены

1078343 соответственно к первому входу и выходу преобразователя напряжение-ток, коллектор основного составного транзистора и соединенный с ним через дополнительный токозадающий резистор коллектор вспомогательного составного транзистора подключены к второму входу преобразователя напряжение-ток.

Кроме того, каждый из четырехполюсников выполнен в виде составных 10 транзисторов с резисторами питания, подсоединенными к источнику постоянного напряжения, второй вывод которого подключен к общей шине.

Введение в мост преобразователя 5 напряжение-ток, структурной характеристикой которого является высокое выходное сопротивление по переменному току, устраняет влияние токоэадающего образцового резистора на методическую погрешность, что расширяет диапазон измерения в сторону больших импедансов, а выполнение преобразователя и четырехполюсников в виде составных транзисторов совместно с возможностью применения токоэадающнх образцовых резисторов малых номинальных значений обеспечивает большие измерительные токи при малых энергетических потерях, что упрощает конструкцию моста.

Введение второго повторителя напряжения устраняет влияние разделительного конденсатора на результат измерения. . 35

На чертеже представлена функциональная схема трансформаторного моста для измерения параметров комплексных сопротивлений.

Устройство содержит источник.1 49 питания, трансформатор 2 напряжения с первичной обмоткой 3 и вторичными обмотками 4 и 5, преобразователь

6 напряжение-ток, имеккций первый . вход 7, второй вход 8, выход 9 и со- 45 держащий основной составной транзис- тор, выполненный на транзисторах

10 и 11 и резисторе 12 питания, вспомогательный составной транзистор, выполненный на транзисторах 13 и 14, резисторе 15 питания и дополнительном токоэадающем резисторе 16, токозадающий образцовый резистор 17, разделительный конденсатор 18, объект

19 измерения, первый повторитель 20 напряжения, вспомогательный образцовый резистор 21, ббразцовый импеданс

22, детектор равновесия 23, второй повторитель 24 напряжения, дополнительный резистор 25, первый четырехполюсник 26, выполненный в виде сос- 60 тавного транзистора, состоящего иэ транзисторов 27 и 28 и резисторов

29-31 питация, и второй четырехполюсник 32, выполненный в виде составного транзистора, состоящего 5 из транзисторов 33 н 34 и резисторов 35-37 питания, источник 38 по-.— тоянного напряжения, общий провод (земля) 39, зажимы 40-42.

Устройство работает следующим образом.

При включении источника 1 питания на выводах обмотки 4 трансформатора 2 возникает напряжение, которое подводится к первому входу

Т преобразователя 6 напряжение-ток и общему проводу (земля ) 39. Далее зто напряжение при помощи основного составного транзистора, выполненного на транзисторах 10 и 11 подводится к зажимам токоэадающего образцового резистора 17, преобразуется в ток и передается в коллекторную цепь транзистора 11 (ток I ), При помощи вспомогательного составного транзистора, выполненного на транзисторах 13 и 14 и включенного между первым входом 7 и вторым входом 8 преобразователя 6 через дополнительный токозадающий резистор

16, выделяется разность напряжений, действующих на выводах обмотки 4 и на выводах токозадающего образцового резистора 17. Разностное напряжение, представляющее собой сигнал погрешности, вносимой основным составным транзистором при передаче напряжения от обмотки 4 к токоэадающему образцовому резистору 17, преобразуется в ток и передается в кол-, лекторную цепь транзистора 14 (токТ )

Токи Т... I суммируются, образуя на выходе 9 преобразователя 6 измерительный ток 1, который обтекает разделительный конденсатор: .

18 и объект 19 измерения.

Под действием тока I на выводах разделительного конденсатора 18, служащего для развязки объекта измерения по постоянному току, возникает напряжение U... а на зажимах объекта 19 измерения — напряжение

U> которое посредством повторителя 20 напряжения воздействует на вспомогательный образцовый резистор 21 ° создавая TQK Ig °

Одновременно с этим при помощи вторичной обмотки 5 трансформатора

2 напряжения и образцового импеданса 22 создается образцовый ток I>, который в процессе уравновешивания измерительной цепи сравнивается с током I< . Результат сравнения воспринимается детектором 23 равновесия.

Суммарное напряжение бх б +U действующее между зажимом 40 и общим проводом 39, прикладывается к эквивалентному сопротивлению и „, представляющему собой параллельное соединение выходных сопротивлений преобразователя 6 напряжение-ток и пер1078343

40 вого четырехполюсника 26, в результате чего образуется ток I< . Ток I< уменьшает значение основного измерительного тока I, что приводит K появлению методической погрешности

Устранение этой погрешности осуществляется посредством тока компенсации I<, который создается при помощи дополнительного резистора 25 и выходных напряжений последовательно включенных первого и второго пов- 10 торителей 20 и 24 напряжения,Ток I< втекает во входную цепь первого четырехполюсника 26, а с его выхода поступает в ветвь объекта измерения, восстанавливая значение основного 15 измерительного тока

Благодаря тому, что второй четырехполюсник 32 имеет высокое выходное сопротивление, а первый четырехполюсник 26 низкое входное, ток 20

I практически не ответвляется во второй четырехполюсник и замыкается по цепи: выходы первого и второго повторителей 20 и 24 напряжения— дополнительный резистор 25 — первый четырехполюсник 26 — разделительный конденсатор 18 — объект 19 измерения — общий провод 39.

По причине высокого выходного сопротивления первого четырехполюсни- 30 ка 26 измерительный ток 1» в него также практически не ответвляется, а замыкается по цепи: выход 9 преобразователя 6 напряжение-ток — разделительный конденсатор 18 — объект

19 измерения — общий провод 39.

Преобразователь 6 напряжение- ток и четырехполюсники 26 и 32.получают питание от источника постоянного напряжения, подключаемого к зажимам

41. При помощи резисторов 12 и 15, 29- 31 и 35, 36 осуществляется выбор режима работы по постоянному току преобразователя б и .четырехполюсников 26 и 32. Резисторы получают питание от источников постоянного 45 напряжения, подключаемого к зажимам 41.

Фактором, ограничивающим диапазон измерения больших импедансов в данном устройстве является не то- 50 коэадающий образцовый резистор, как это имеет место в известных мостах, а эквивалентйое сопротивление Н „ — параллельное соединение выходных сопротивлений преобразователя 6 55 напряжение-ток и первого четырехполюсника 26.

Из теории транзисторных цепей известно, что выходное сопротивление транзисторных каскадов, близких по структуре тем, которые в качест-. ве примера реализации применены в преобразователе напряжение-ток и четырехполюсниках, может быть достаточно высоким и в зависимости от параметров элементов каскада и его конкретного схемотехнического решения составлять сотни и тысячи мегаом. Транзисторные каскады при использовании транзисторов типа

KT 3102; КТ815 с коэффициентами

1 усиления 100 обеспечивают выходное сопротивление 50-80 MOM.

Это способствует расширению диапазона измерений моста в сторону больших импедансов, а независимость значения токозадающего образцового резистора от измеряемого импеданса позволяет применять резисторы малых номинальных значений, т.е. осуществлять установку больших измерительных токов. Например, для обеспечения измерительного тока 100 мА возможно использование резистора

100 Ом, при этом напряжение, подводимое к нему, должно составлять

10 В, что примерно в 30 раз меньше, чем это необходимо для аналогичного случая у известного моста. Во столькз же раэ примерно снизится и необходимая для создания указанного тока электрическая мОщность, .то упростит реализацию электронных блоков в предлагаемом устройстве.

В предлагаемом устройстве используется только один разделительный конденсатор, причем влияние его импеданса на точность измерения устраняется. Это позволяет использовать разделительный конденсатор малых габаритов, что упрощает конструкцию моста.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет достаточно простыми средствами существенно улучшить технические характеристики известных трансформаторных мостов — расширить диапазон измерения в сторону больших импедансов при одновременной установке больших измерительных токов, упростить конструкцию.

Оно может быть использовано для усовершенствования выпускаемого в нашей стране цифрового измерителя индуктивности ЭИЦ7-2 и других приборов аналогичного назначения, ветвь измеряемого объекта которых содержит токозадающий образцовый резистор.

1078343

Составитель В. Семенчук

Редактор О, Бугир Техред A.Áàáèíåö Корректор A. Знмокосов

Заказ 950/38 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4