Трансформаторный мост для измерения малых комплексных сопротивлений

 

Изобретение может быть использовано , в частности, для высокоточного измерения температуры с помощью термометров сопротивлений в океанографической аппаратуре. Трансформаторный мост для измерения малых комплексных сопротивлений содержит источник 1 питания, трансформатор 2 напряжения с первичной и вторичными обмотками 3-5 соответственно, усилитель 6 тока, индуктивный компаратор 7тока с входными и выходной обмотками 8-10 соответственно, указатель 11 равновесия, зажимы 12,1, 12.2 и 13.1 и 13.2 для подключения измеряемого объекта 21 по четырехпроводной схеме, управляемую образцовую меру 14, опорньш резистор 15, коммутатор 16 с ключами 22-25, сопротивления 17-20, блоки 26 и 27 управления и вычислений соответственно. Трансформаторный мост имеет повышенную точность измерений. 1 з.п. ф-лы, 3 Ш1. Q (

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G 01 R 17/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н автогеном свидкткльстам

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1056060 (21) 4158277/24-21 (22) 08.12.86 (46) 23.07.88. Бюл. 11 27 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Морского гидрофизи. ческого института АН УССР (72) Ю.И. Шаповалов и В,В. Холкин (53) 62).317.733(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1056060, кл. G 01 R 17/12, 1981 ° (54) ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ КОМПЛЕКСНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ (57) Изобретение может быть использовано, в частности, для высокоточного измерения температуры с помощью термометров сопротивлений в океанографической аппаратуре. Трансформаторный мост для измерения малых комплексных сопротивлений содержит источник 1 питания, трансформатор 2 напряжения с первичной и вторичными обмотками 3-5 соответственно, усилитель 6 тока, индуктивный компаратор 7 тока с входными и выходной обмотками

8-10 соответственно, указатель 11 равновесия, зажимы 12.1, 12.2 и 13.1 и 13.2 для подключения измеряемого объекта 21 по четырехпроводной схеме, управляемую образцовую меру 14, опорный резистор 15, коммутатор 16 с ключами 22-25, сопротивления 17-20, блоки 26 и 27 управления и вычислений й2 соответственно. Трансформаторный Cl мост имеет повыщенную точность изме- рений. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1411675

Изобретение относится к электроизмерительной технике, может быть использовано для измерений комплексных сопротивлений на переменном токе и, в частности, для высокоточного измерения температуры с помощью термометров сопротивлений в океанографической аппаратуре, и является усовершенствованием устройства по авт. 1О св. N !056060. (Цель изобретения — повышение точности измерений путем исключения погрешности от измерения сопротивления подводящих проводов. 15

На фиг. 1 приведена схема трансформаторного моста; на фиг. 2 — структурная схема блока управления; на фиг. 3 — алгоритм работы блока вычислении.

Трансформаторнь»й мост (фиг. 1) содержит источник 1 питания, трансформатор 2 напряжения, имеющий пер1 вичную 3, первую 4 и вторую 5 вторичные обмотки, усилитель 6 тока, индук- 25 тивный компаратор 7 тока, имеющий выходную 8, первую 9 и вторую 10 входные обмотки указатель 11 равновесия (нуль-орган), подключенный к выходной обмотке 8, зажимы 12.1, 12,2, 13.1 и 13.2 для подключения измеряемого объекта по четырехпроводной схеме, управляемую образцовую меру 14, соединенную с началом обмоток 5 и 10, опорный резистор 15 (К,к), 1 подключеннь»й одним выводом к коммутатору 16 с двумя группами переключения, а вторым — к началу обмотки 4.

Сопротивления 17 (rÄ, ), 18 (r4 ), 19 (r ) и 20 (rä, ) образованы со44Р 2. пр4 40 противлениями проводов, соединяющих измеряемый объект 21 (Rx) с зажимами

12 и 13 для его подключения, сопротивления r, r.кА, r и rì,являютКА 4 КА 2 КЯ З ся сопротивлениями ключей 23-25 ком45 мутатора 6. В состав моста включены также блок 26 управления и блок 27 вычислений. В состав блока 26 управления входят (фиг. 2) генератор ?8

TBKToBbIx импульсов, блок 29 синхронизации и кодирующий преобразователь 30.50

Устройство работает следующим образом.

Измерение производят в два цикла.

В начальный момент времени на выходе блока 29 синхронизации, входящего в состав блока 26 управления, вырабатывается управляющий сигнал, по которо" му коммутатор 16 устанавливается в положение 1 и подключает в мост по четырехпроводной схеме измеряемый объект 21 (например, термометр сопротивления). В этом случае напряжение на выходе усилителя тока равно

Г44 2 К где ʄ— сопротивление нагрузки (обмотка 9 компаратора 7 тока).

Выходной ток I„,» на нагрузке Е„ в этом случае равен эо(ц Км("" гпту ) (3) 1140 где К м ь» 1„1 коэффициент передачи трансформаторного моста;

И,Ж,!1З,1 14 — числа витков обмоток 4, 5, 9 и 10 соответственно.

Сопротивления ключей коммутатора

16 на результат измерения не влияют.

По окончании первого цикла преобразования кодирующий преобразователь

30 формирует сигнал окончания, по которому блок 29 синхронизации вырабатывает управляющий сигнал, переклю14 IT чающий коммутатор 1 6 в положение 2 и записывающий к од первого и р ео б ра з ования N »» o < » в память блок а 2 7 вычислений . По этому сигналу в трансформато рнь»й мост подключается и о т р ех и р оводной сх еме опорный резистор 1 5 и отключается иэмер я емый объект 2 1 . н т» (2)

+ Rx + п» з+гкА 4

ПР2

Система автоматического уравновешивания по алгоритму уравновешивания, задаваемому кодирующим преобразователем 30 блока 26 управления, производит преобразование величины измеряемого объекта 21 в кодовый эквивалент. В момент уравновешивания по сигналу с нуль-органа 11 на первом выходе блока 26 управления (первом выходе кодирующего преобразователя

ЗО) устанавливается код, значение которого соответствует величине образцовой меры 14. Этот код поступает одновременно на первый вход блока 27 вычислений. Результатом измерения в первом цикле является величина R < образцовой меры 14, при которой достигается уравновешивание моста:

l 411475

lIpoue . c чре>>б >я.«»>.»«t>e > код<>нь>й

4 вивалент (на тот раз величины опорного резистора) повторяется. В момент равновесия палряжения 1! „,в, на выходе усилителя 6 тока равно

QY(lr sxY (r +г +Р яр 4 fspQ

Выходной ток на нагрузке Zg в этом случае равен:

Пв (1

r„pi +гор +Ra+r n< +Z>

Результатом измерения во втором цикле является величина образцовой меры 14, при которой достигается уравновешивание моста:

R 3o Ixx) K (r„p» +гор +Ro) (6)

При г,р, =r яра =г р (это равенство обычно выполняется) в нормальных условиях и с учетом соотношения г„р r„ „ +

+ь r < при воздействии температуры: орФ о

R эо(ац = K»»$R о+ (гярм+ ярЪ )) (8) где r — сопротивление проводника ябан в нормальных условиях (например, при принятой фиксированной температуре);

4 г — изменение сопротивления

npt проводника под воздействием температуры.

По окончании второго цикла преобразования кодирующий преобразователь

30 формирует сигнал окончания, по .которому блок 29 синхронизации вырабатывает управляющий сигнал, переключающий коммутатор 16 в исходное (пер" вое) положение и записывающий код второго преобразования N„ < > в пайo(è мять блока 27 вычислений .

В блоке 27 вычислений производит. ся расчет окончательного (скорректированного) результата измерений 011 обработкой результатов, полученных в первом и втором циклах уравновешивания, по алгоритму, приведенному на фиг. 3. Для реализации алгоритма используется значение кода Naogtt1я, зафиксированное с помощью данного моста для опорного резистора при нормальных условиях. Это значение может быть получено при градуировке моста, например, при градуировке измерительного преобразователя температуры, которым является измеряемый объект, и хранится в памяти блока вычислений

10 в течение межповерочного интервала.

Окончательный (скорректированный} результат измерения на выходе предлагаемого устройства получают расчетом, производимым в блоке 27 вычис15 лений по соотношению (В = К вЂ” "" *" (9)

ЭО Зо (11 2

20 где Ь К, — разность результатов измерений величины опорного резистора, полученных при воздействии влияющего фак" тора (температуры) .и при нормальных условиях

Ь ао (xx) = 1 м(В о+2 (гор í +Ьго ))

1 м®о+2гпрн )1<м 28r„pg . (10)

Тогда

R30 = K»»(R х +(горн +о гор )

-K„4ro = K jR„+r„p„j (11)

Таким образом, изменение сопротивления соединительного провода при воздействии температуры исключается из результата измерения, что повьппает точность измерения предлагаемым

40 устройством. Расчеты в блоке 27 вычислений по соотношению (9) производятся с кодовыми эквивалентами величин, входящих в соотношение, что отражено в алгоритме вычислений на

45 фиг. 3. При необходимости в блоке 27 вычислений могут рассчитываться значения измеряемой величины в физических единицах.

Так, например, при использовании в мосте в качестве измеряемого объекта термометра сопротивления на выходе блока 27 вычислений можно получить значение измеряемой температуры (в

С), используя статическую характеристику преобразования, имеющую, например, вид:! () j О./>

1 де С, С,, (., С „— к(з 1>q;I(((I(2ïç ы

С1 « Ит)РС:К(>Й Х,>— рактеристики (реабраза?за? ия, Пof((HБНHb(2 ПРET (Г?: G,GУИРО??КР .

?5 устройстве осуществляетс» так>((е частичная кс>мпенсаци". Г:огпсшнсст=.й, ОбуслОвленных уходОм х-(pзKтео . T!",к злементов схемы (усил?л ге.„й тат(а, образцовой меры) пад Блияп.-.!ем д c;16)(лизирующих факторов, Бр †. "=:Ного ст(рРння, Эта можно показаT. на п.р" icjе погрешности Образцов ОЙ ме)зь: ..(редпа; 0" жИВ, Ита СОПРатИВЛЕНИЕ СОРЦИИтвт 2?j-",— ных пров адов остается пеизм 1::::,,, найденная poз?(ас". ь зll l-ic >цй;.бj -10! ТсБЬГХ IЕР Ь Р.а (1> ? s З аф ПССИРСВС(л. ()Х Д)тя апорнor о согротивления (-(OTopo; 00:-.

Р I я так>((е >12изме)(EIbb,() д т-,аз;г Й(r дестабилизирующего фактпра и при сга

BoQTTействиц, обуслствг па .)" :,и-;"1?)ле(Я фат(тизеского сапротивлен;я o(ip "= ца.->0. ((M2pbj„22 погрешностью, т, 2,. ( ( ( т> ( а 1С ЗО (11 } =- 1 З(> ..- — т.>Г;.,; где К, (3 — значен :е 0(- . >азвсавай )л: рс;

Заj>(»K(ИВ(БP;(IIC(-. ?T та-,т-т(Л?С- -.Е -.;Бам .?(OP(.0 1 = :ИС>С— (Ре Р» г О .О;1?2i(CТБ. Пт Д стаби>.(изирующ го с(,а?стop=-., например,, 17)>? градуиро?зке.;

R (>b — зна (ение образцовой меры.„

> зафиксирав G;IH02 ?ipse псзд(с.;(:.;. - Иенцам Озорна;! р ""з)лс.та)з =

Р, г ри воздеi=lc 1âl-.è цес-.бц?> ИЗИОутг>?Гт . 0 7G " т а-ВР

Такое изменение абразпааай;.(с ры - u (BHocHT В. соотВРтстВии у?>ВБИРнием преобразования трансфо)>матарнс о маста адд)лтиБ?лу)о составл пс(с(")в пс>г(>2)())?ссти постоянную B диа-. GGOT =. H co(>pG зования. Зто пазвал(ет и;паijbGOHGT=

ИЗМЕНЕНИЕ СанрОТИВЛ(.lзия обраЗПОВОЙ меры, зафиксирава нно е пр.-. Бк>гс ен-.-; з(OI7OPHO M CO IIP 0 Т? ?БЛ 2 НИ?», г:,?т "i O С(?()12 T—

ВЛЕНИЯ КаррЕК тцИ::ОКПЗаl",;тй „СТ;->О:l. Тва. 1(одставляя зафиксиэавa!1.102 з:(а иенце разности оаразца.зай 1 рн п ус-ловие коррекции, 9)> ?3-1(т,г((> -тс грешность преабразав"-.í i-.", с. =,.-GG а)133,".; о бааз b(0,30(УМ2НЫЧт127 С Я Б T(P 8 Р" за т.; » 0()" .»l!-(gQ I ,6 R9(> (т т ?

ТЕХНИК(> ЗКОНОМ)СН СОК ИС: llP(3И ГЧ))тРС Г " ва, которые ма?.-> т быт — K(>17>:=! 2"-:ы пр = лс (1 0 (111 3 ОВ с()(1»;.(C TpCцс Тl>с> 3 с) К (ю i JII!T-ся, 1(ве>кдР В с 21 0 В .! 013! )Iц2 ниц та -? На сз (измерений за c÷2т E(c K>I((>" 2:(H?i па— грешностц,, Вызванной изменениями саiiР01ЦБП2НИЙ ПРОВОДОВ т (аРДИ":)ЯЮЩИХ ИЗ

1(Р г>немb?Й 0áú2K ò т„ тpf-. - "((>арма тс1p??bjì

1.(ос-.-(>y!> Iipr(Баздейств;.;.:. TI!bcтабилизи.",. III.;,"Ьак7 аров . G тск (2 за с=?ет сви .т= 1(Я Па Г i32?1)НОС ТСЙ = t >З;i:. НЫ (l%:3 (2".тР

: ((гя (.,т)1 >-а)- .,—.>-2т>;;(С -;-;.-т; 2-1)(i!I- 1;7 OH В;.;ОД,::.—

Г(.. В ..: СТ, i:с>ц и, пс>лаза Баi!! („: ", .". polic "Б 1. дО (1 Тт(а ОТСЯ С т)ИХ(2НИР 1(- Г j>2((1?(0CÒÅ ИЗМР ррн.:(я Б / --:/, 5 раза,. о )-. (т. и а с 3 О б;-;; т е н и Я (л»- (т ф Г " т" тт т (С>r П т»З " . 21П:Я >:;ат((т Х КО(!I)Г)ек(?) > Г С:Пт>а-, Г(Б —.

3:и!", Р ., г. ?3 ., С (-3 Oil., -, >т т»вЂ” ,iCт. ЛЕЧСПЦЯ -10 Г;ЕШ (та С Тт» ат И -?МЕНеи.)Я с:01?j с jf":=. Снliя пад ВодHGI .iх и с задав

: = i 0  —., 2 Tråíû ОПО ОE(L P 3 и("ГО>т I(ОМ—

i j1" ; (3 ) 0» ((ч т(с> а 13 Л 2 ?) I?1 H б>1 0 К В Е ГЧ И С.? 2 ттв?1 З Та;1 -;т (тв(>Й, )-С>-; СПОРНОГО

И-,; тт: = -.:; ат?0),(Г(2>ЗО)»т

01>;-",>1 .:-И. Я . ITO,>ÌGJ Я»за За,.()(Н TbiP. KOHTGK

Т Ы П -" ?P» С Й Г т> «т> П П Ы К О М l (У ", * а Т а Б G Б (Л Ю Ч 2

"»3) М2ЖДУ ОКОБЫМ 3 аж?-.МС»м» ЗМРРЯЕ) -;0 0

Об. зе?(f G Hi началам 12рвой ВхаднаЙ аб ..i0! KI ЦНГ>тт;"(Т(ЛБПОГО КОМГGБс1ТС>)ва ТОКа > гока, i(àpj)G?.(нн", разо(лк(-:уть е контакты .. ОЕ)) т Г(З "(тг(Ка(;Iтт>" а «таа 0 i (12?Ib) C Ы" атт :.:(G .:::" -"2 -, i! —.G -; 0!3(-: И » и ):: тт: т-(=т ., сд -;". тат>с -а сае> тт(1 " т с т?и;>;1Б„-?я)с>1(()лм о?л с.,ра=-,-ò.,.,.""....ç-..c!1. м. 17(: 3»ji(-ртзым Вхс,т?)» а а 3 Г, )ВЩ(т»)?.(Вкатл;3(, .," МУ(>" TG ТС>, а т"

> I 0i(П Р- БЛЕИИЯ С OIT 2 тВЦТ . 2? 3PG7 ОTJ !.> "...j J,ç . >» ., 3(1 ();>у(С>1((т ()» П (>20 б?> а 3 а-.:! т! ?1

1<11675 образователя, первым выходом — первый выход кодирующего преобразователя, вторым выходом — выход блока синхронизации, третьим выходом — выход генератора тактовых импульсов, соединенный с вторым входом кодирующего преобразователя и первым входом блока синхронизации, второй вход которого подключен к второму выходу кодирующе5 го преобразователя, 1411б75

Составитель В. Семенчук

Редактор А. Ворович ТехредЛ,Олейник. Корректор N. Пожо

Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3650/41

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4