Трансформаторный мост переменного тока для измерения параметров комплексных сопротивлений

 

Изобретение относится к электрс измерительной технике и может быть использовано в устройствах для определения параметров комплексных сопротивлений преимущественно малых значений. Цель изобретения - расширение диапазона измерений в сторону малых импедансов и повышение точности измерений этих величин - достигается путем функциональной перестройки элементов измерительной цепи. Для этого в трансформаторный мост переменного тока дополнительно введены второй трансформатор 6 напря е - ния с обмотками 7 и 8 и пять переключателей 22-26, при помощи которьос осуществляется функциональная перестройка измерительной цепи и конфигурации , и происходит уравновешивание в схеме сравнения токов и напряжений . 1 ил. с р (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5д 4 G 01 R 17/12 с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4211043/24-21 (22) 18.03.87 (46) 30.01.89. Бюл. Ф 4 (72) Ю.В. Братусь, А.Д. Василенко, Н.И. Михайленко, О.А. Орнатский, М.Н. Сурду и P.Ä. Тучин (53) 621.317.733(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 520545, кл. G 01 R 17/12, 1974.

Авторское свидетельство СССР

Р 930132, кл. G 01 R 17/12, 1982. (54) ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

КОМПЛЕКСНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ (57) Изобретение относится к электро измерительной технике и может быть использовано в устройствах для

„.SU„„1455324 А1 определения параметров комплексных сопротивлений преимущественно малых значений. Цель изобретения — расширение диапазона измерений в сторону малых импедансов и повышение точности измерений этих величин — достигается путем функциональной перестройки элементов измерительной цепи.

Для этого в трансформаторный мост переменного тока дополнительно введены второй трансформатор 6 напряЖе= ния с обмотками 7 и 8 и пять переключателей 22-26, при помощи которых . осуществляется функциональная перестройка измерительной цепи и конфигурации, и происходит уравновешивание в схеме сравнения токов и напряжений. 1 ил.

1455324

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть

Использовано при построении средств

Измерений, предназначенных для определения параметров комплексных сопротивлений преимущественно малых значений.

Цель изобретения — расширение диапазона измерений в сторону малых им- 10 ф едансов и повышение точности измеений этих величин за счет функциоальной перестройки элементов измериельной цепи.

На чертеже представлена структурая схема трансформаторного моста еременного тока.

Трансформаторный мост содержит сточник 1 питания, первый трансформатор 2 напряжения с первичной 3, ос" 20 овной.вторичной 4 и вспомогательной торичной 5 обмотками, второй трансорматор 6 напряжения с первичной 7 вторичной 8 обмотками, компаратор токов с первой 10 и второй 11 ос- 25 ровными, вспомогательной 12 и выходой 13 обмотками, повторитель 14 наряжения, основную 15 и дополнительную 16 образцовые меры, объект 17 измерений, основной 18 и вспомогательный 19 потенциальные и основной 20 и вспомогательный 21 токовые зажимы для г1одключения объекта 17 измерений, первый 22, второй 23, третий 24„ четвертый 25 и пятый 26 переключатели с цодвижными 27-31, первыми неподвижны-, ь и 32-35 и вторыми неподвижными 364 0 контактами соответственно, дополнительный резистор 41, детектор 42 равновесия, резисторы 43-46, символизирующие паразитные сопротивления по1 енциальных и токовых участков ветви субъекта 17 измерений.

Первичная обмотка 3 трансформатоРа 2 напРяжения чеРез подвижный 27 45 и первый неподвижный 32 контакты первого 22 переключателя совместно с п ервичной обмоткой 7 второго трансформатора б напряжения и вторым неп одвижным контактом 37 второго переи лючателя 23 подключена к источнику

1 питания. Первые выводы основной 4 и вспомогательной 5 вторичных обмоток п)ервого трансформатора 2 напряжения п одключены к основному 18 и вспомогательному 19 потенциальным, а первые

55 выводы первой основной 10 и вспомогательной 12 обмоток компаратора 9 токов — к основному 20 и вспомогательному 21 токовым зажимам для подключения объекта измерений, вторые выводы первих основных обмоток 4 и 10 первого трансформатора 2 напряжения и компаратора 9 токов соединены между собой. Первый вывод вторичной обмотки

8 второго трансформатора 6 напряжения подключен к точке соединения второго неподвижного контакта 36 первого переключателя 22 и первого неподвижного контакта 33 второго переключателя 23 с первым выводом основной образцовой меры 15, второй вывод которой подключен к подвижному контакту 29 третьего переключателя 24, а

его неподвижные контакты 34 и 38 подключены к выводам второй основной обмотки 11 компараторов 9 токов. Вход повторителя 14 напряжения подключен к подвижному контакту 28 второго переключателя 22, а выход — к первому выводу дополнительной образцовой меры 16, второй вывод которой подключен к подвижному контакту 30 четвертого переключателя 25, а его неподвижные контакты 35 и 39 подключены к выводам вспомогательной обмотки 12 компаратора 9 токов. Первый вывод выходной обмотки 13 компаратора 9 токов подключен к подвижному контакту

31 пятого переключателя 26 и первому выводу дополнительного резистора

4 1 второй вывод которого совместно с неподвижным контактом 40 пятого переключателя 26 подключен к входу детектора 42.равновесия. Вторые выводы первичных обмоток 3 и 7 первого 2 и вторичных обмоток 5 и 8 второго 6 трансформаторов напряжения соответственно, а также обмоток 11 и 13 компараторов 9 токов совместно с вторым неподвижным контактом 38 третьего переключателя 24 и общим проводом источника 1 питания и детектора 43 равновесия подключены к общей шине моста.

Устройство работает следующим образом.

После подключения к зажимам 18-21 моста объекта 17 измерений осуществляется выбор диапазона измерений, в процессе которого при помощи схемособирающих переключателей 22-26 устанавливается соответствующая конфигурация измерительной цепи. При этом если импеданс объекта 17 измерений, Е превышает суммарное паразитное со- противление Z ветви объекта изме14553? 4 рений, то в мосте устанавливается такая конфигурация измерительной це. пи, при которой уравновешивание ее осуществляется по-схеме сравнения токов или точнее магнитных потоков в компараторе 9 токов."- Такой конфи/ гурации измерительной цепи соответ-, ствует следующее состояние схемосо/ / бирающих переключателей; подвижный контакт,, 27 первого переключателя 22.

I соединен с неподвижным контактом 32,. подвижный контакт 28 второго переключателя 23 вЂ, с неподвижным контак- том 33, подвижный контакт 29 третьего переключателя 24 — с неподвижным контактом 34, подвижный контакт 30 четвертого переключателя 25 — с неподвижным контактом 39, а подвижный контакт 31 пятого переключателя 26 с неподвижным контактом 40. В;этом случае ветвь объекта измерений получает питание от первого трансформатора 2 напряжения, а ветвь сравнения — от второго трансформатора 6 напряжения, регулировкой числа витков вторичной обмотки 8 которого осуществляется подекадное уравновешивание моста. При помощи повторителя

14 напряжения и дополнительной образцовой меры 16 в момент равновесия в ветвь объекта 17 измерений вводятся ток компенсации I равный по амплитуде, но противоположный по направлению току I„ протекающему через объект измерений, в результате чего основные обмотки 4 и 10 трансформатог ров 2 напряжения и компаратора 9 токов, соответственно обесточиваются, что эквивалентно устранению погреш1 ности от влияния паразитных сопротивлений ветви объекта измерений. Состояние равновесия моста фиксируется по показаниям детектора 42 равновесия °

Благодаря низкому входному сопротивлению последнего, компаратор 9 токов находится в режиме короткого замыкания, что обеспечивает линеаризацию линий уравновешивания.

Уравнение равновесия рассматриваемой кофигурации измерительной цепи имеет вид: где m, m — число витков оеновной вторичной обмотки 4 первого трансформатора 2 напряжения и вторичной обмотки 8 второго трансформатора 6 напряжения соответственно; п,, и — число витков вторичных о основных обмоток 10 и 11 компаратора,9 токов;

Е„ — сумма сопротивлений резисторов 43 и 44.

Из (1) видно, что при Z„ Z u

I„ I погрешность измерения па

2 х к (2) х

15 будет достаточно мала. Напротив, при (Z Ъ Z „ эта погрешность заметно искажает результат измерения, а при

Z „ ъ Ех измерение крайне затруднено из-за того, что ток в веТви объекта измерений определяется не измеряемым импедансом, а паразитным сопротивлением Z „„, этой ветви.

Для устранения этого недостатка при переходе к измерениям достаточно

2Б малых имттедансов в мосте осуществляется функциональная перестройка измерительной цепи в такую конфигурацию, при которой уравновешивание проводится по схеме сравнения напря30 жений.

Такая конфигурация образуется,благодаря следующему состоянию переключателей: подвижный контакт 27 первого переключателя 22 соединен с неЗ5 подвижным контактом 36, подвижный контакт 28 второго переключателя 23 с неподвижным контактом 3 7, подвижный контакт 29 третьего переключателя 24 — с неподвижным контактом 38, 4о подвижный контакт 30 четвертого переключателя 25 — с неподвижным контактом 35, а подвижный контакт 31 пятого переключателя 26 отсоединен от неподвижного контакта 40 этого пере4Б ключателя °

В этом случае происходит сравнение . двух измерительных напряжений: напряжения U,,,,действующего на выводах вторичной основной обмотки 4 пер5О вого трансформатора 2 напряжения, и напряжения U, действующего на зарх жимах объекта 17 измерений. Напряжение U возникает от протекания через гх объект 17 измерений тока I» создаваемого при помощи повторителя 14 напряжения и дополнительной образцовой меры 16; Повторитель 14 напряжения в этом случае получает питание непосредственно от источника 1 пита1455324 ия через контакты 28 и 37 второго переключателя 23, а первый трансфоратор 2 напряжения — от второго транс. орматора 6 напряжения, к вторичной

Ф обмотке которого через контакты

3 и 36 первого переключателя 22 подлючается первичная 3 обмотка первоо трансформатора 2 напряжения. Разt ость dU между напряжениями Ущ, и 10 действующая в точках 47 и 48 изерительной цепи, воспринимается оботкой 10 компаратора 9 токов, котоый в этом случае благодаря отключеному дополнительному резистору 44 15 аботает в качестве трансформатора апряжения. В момент равновесия изме° рительной цепи U = Uz<, в результа чего ток через вторичную основную мотку 4 первого трансформатора 2 на-20 яжения не течет, паразитное сопрот вление 43 влияния на точность изме" р ний не оказывает. По этой же причи" не не оказывает влияния и сопротивлен е 44. 25

Zx Ik ° (3) !

Очевидно, что ш,шд

Э

m ш,,(4) U, = U„

Ук К

= — — т к Z«Е„° (5) 40 напряжение источника 1 питания;

-число витков первичных обмоток 3 и 7 первого 2 и второго 6 трансформаторов напря 45 жения соответственно; импеданс дополнительной образцовой меры 15 ; коэффициент передачи напряжения повторителя 14 напряжения; суммарное паразитное сопротивление резисторов 46.и 47 ветви образцового тока.

i подстановки (4) и (5) в (3) ripe U

®е md

Z о

После п олучают

Urmsmg Ur ZxK

mф mîé Ео+Е с р (6) В общем виде уравнение равновесия

- фя данной конфигурации измерительной трепи имеет вид:

Отсюда

Z = — - — - (1 — — - -) . ш т Ео Zпа

1 (7) moi шo К Ео

Из (7) следует, что источником погрешности в данном случае является

1 паразитное сопротивление Z«< токовой ветви объекта измерений, а значение этой погрешности

6„= ——

Епар (8)

Ео зависит не от величины измеряемого импеданса Z а от значения импеданса

Z дополнительной образцовой меры 16.

Так как значение Z может быть выбрано относительно большим легко выдер,1 жать неравенство Е я Z „, при кото1 ром погрешность 8 может быть уменьшена до приемлемого значения, В силу

I постоянства значений Z о и Z noВ! грешность о „ также становится постоянной и независимой от измеряемого импеданса величиной, в связи с чем может быть. учтена в результатах измерений.

Из (7) следует также и то обстоятельство, что в данной конфигурации измерительной цепи протяженность диапазона измерений малых величин не ограничена значением измеряемого импеданса настолько, насколько это позволяет чувствительность детектора равновесия и допустимый энергетический уровень тока, протекающего через объект измерений, или напряжения, возникающего на его зажимах в процессе измерения. Практически диапазон измерения малых импедансов в данной измеритель/ ной цепи по сравнению с прототипом может быть расширен на 3-5 порядков.

Таким образом, данное„ техническое решение по сравнению с прототипом позволяет существенно расширить диапазон измерений комплексных сопротивлений в сторону малых импедансов и повысить при этом точность измерений за счет введения в трансформаторный мост переменногот тока второго плечевого трансформатора напряжения дополните ьного резистора и пяти переключателей, при помощи которых осуществляется функциональная перестройка измерительной цепи и конфигурации, при которой уравновешивание происходит в схеме сравнения токов, в конфигурацию, при которой происходит уравно вешивание в схеме сравнения напряжений.

) 455324

Составитель В. Семенчук

Техред Ч.Дидык Корректор В. Бутяга

Редактор Л. Пчолинская

Заказ 7453/53 Тираж 711 Подписное

BHHHfIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

11303$, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

Формула изобретения

Трансформаторный мост переменного тока для измерения параметров комплексных сопротивлений, содержащий источник питания, первый вывод которого соединен с общей шиной, основную и дополнительную образцовые меры, первый трансформатор напряжения, первый вывод первичной обмотки которого соединен с общей шиной, компаратор,токов, первые выводы основных обмоток которых подключены соответственно к основным потенциальному и токовому зажимам для подключения объекта измерения, а вторые выводы соединены между собой, первые выводы вспомогательньм обмоток подключены соответственно к.вспомогательным потенциальному и токовому зажимам для подключения объекта измерений, вто» ,рой вывод вспомогательной обмотки первого трансформатора напряжения и второй вывод второй основной обмотки компаратора токов подключены к общей шине моста, повторитель напряжения, выход которого подключен к дополнительной образцовой мере, детектор равновесия, первый вывод которого соединен с первым выводом выходной обмотки компараторов токов и с общей шиной, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений в сторо:ну малых импедансов и повышения точности измерений этих величин, в него введены второй трансформатор напряжения, пять переключателей и дополнительный резистор, причем первый вывод первичной обмотки второго трансформатора напряжения непосредс твен но, а первый вывод первичной обмотки первого трансформатора напряжения через

5 подвижный и неподвижный контакты первого переключателя подключены к второму выводу источника питания, к которому также через подвижный и неподвижный контакты второго переключате10 ля подключен вход повторителя напряжения, при этом вторые неподвижные контакты первого и второго переключателей и первый вывод основной образцовой меры подключены к первому

15 выводу вторичной обмотки второго трансформатора напряжения, второй вывод которой и второй вывод первичной обмотки, а также второй неподвижный контакт третьего иереключа20 теля подключены к общей шине моста, вторые выводы основной и дополнительной образцовых мер подключены соответственно к подвижным контактам третьего и четвертого переклю25 чателей, при этом второй неподвижный контакт третьего переключателя подключен к первому выводу второй основной обмотки компаратора токов, неподвижные контакты четвертого пе30 реключателя подсоединены соответственно к выводам вспомогательной обмотки компаратора токов, подвижный контакт пятого переключателя и первый вывод режимного резистора подЗ5 ключен к второму выводу выходной обмотки компаратора токов, а один иэ неподвижных контактов пятого гареключателя и второй вывод дополнительного резистора соединены с вторым

4б выводом детектора равновесия.