Мост переменного тока

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для определения параметров комплексных сопротивлений в широком диапазоне значений. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет снижения аддитивной погрешности, обусловленной остаточным падением напряжения на паразитном импедансе в цепи объекта измерения, и за счет снижения мультипликативной погрешности, обусловленной наличием паразитного импеданса в цепи образцовой меры,- достигается путем введения в мост переменного тока двух дополнительных блоков 15 и 16 дифференциальных преобразователей, у которых вторые входы первого и второго делителей напряжений подключены соответственно к началу и концу цепи, соединяющей выход неинвертирующего цифроаналогового преобразователя 3 с зажимом для подключения объекта измерения для первого дополнительного блока и цепи, соединяющей выход инвертирующего цифроаяалогового преоб (Л С о CJ Ј со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 R 17/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4691918/21 (22) 15,05.89 (46) 28.02.91. Бюл. ¹ 8 (71) Институт электродинамики AH УССР (72) М,Н.Сурду, В.Г.Мельник, А.А.Вдовин и В.В.Козьменко (53) 62.1.317,733(088.8) (56) Авторское сввидетельство СССР

¹ 951156, кл, G 01 R 17/10, 1980.

Мост переменного тока Р5084, (54) МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для определения параметров комплексных сопротивлений в широком диапазоне значений. Цель изобретения — повышение точности измерения за счет

„„ 4 „„1б31448 А1 снижения аддитивной погрешности, обусловленной остаточным падением напряжения на паразитном импедансе в цепи обьекта измерения, и за счет снижения мультипликативной погрешности, обусловленной наличием паразитного импеданса в цепи образцовой меры,— достигается путем введения в мост переменного тока двух дополнительных блоков 15 и 16 дифференциальных преобразователей, у которых вторые входы первого и второго делителей напряжений подключены соответственно к началу и концу цепи, соединяющей выход неинвертирующего цифроаналогового преобразователя 3 с зажимом для подключения объекта измерения — для первого дополнительного блока и цепи, соединяющей выход инвертирующего цифроаналогового преоб1631448

15

25

45 разователя 2 с образцовой мерой 14 — для второго. Благодаря введению компенсирующих напряжений указанные составляющие погрешности измерения уменьшаются на 2-4 порядка в зависимости от рабочей частоты и погрешностей применяемых элементов. На практике это позволяет уменьшить погрешности измерения в области

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для определения параметров комплексных сопротивлений в широком диапазоне значений.

Цель изобретения — повышение точности измерения за счет снижения аддитивной погрешности, обусловленной остаточным падением напряжения на паразитном импе,„ансе в цепи объекта измерения, и за счет снижения мультипликативной погрешности, обусловленной наличием паразитного импеданса в цепи образцовой меры.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства, Устройство содержит генератор 1, два подключенных к нему управляемых делителя 2 и 3 напряжения (УДН) на операционных усилителях, первый иэ которых используется в инвертирующем, а второй — в неинвертирующем режиме работы, детектор 4 равновесия, основную образцовую камеру

5, включенную между выходом инвертирующего УДН и первым зажимом детектора равновесия, зажимы 6 и 7 для подключения объекта измерения, первый иэ которых соединен с первым зажимом детектора равновесия, а второй — с выходом неинвертирующего УДН, первый дифференциальный преобразователь 8 (ДП-1) с делителями 9 и 10 напряжения, установленнйми на входе операционного усилителя 11, дополнительную образцовую меру 12, включенную между выходом первого дифференциального преобразователя 8 и зажимом 7 для подключения обьекта измерения. Позициями 13 и 14 обозначены паразитные импедансы цепей объекта измерений и образцовой меры. Второй и третий дифференциальные преобразователи 15 и 16 (ДП-2 и ДП-3) соединены вторыми входами делителей напряжения соответственно с началами и концами цепей, содержащих паразитные импедансы 13 и 14.

° Выход второго преобразователя соединен с вторым зажимом детектора равновесия и первым входом первого делителя третьего малых импедансов до уровня .основной погрешности измерения (в 10 — 100 раз в зависимости от класса моста), а также расширить диапазон измерения и разрешающую способность от 10 -10 до 10 10 Ом, следовательно, достигается поставленная цель — повышение точности измерения, 1 ил. дифференциального преобразователя, выход которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя УДН 2.

Мост переменного тока работает следующим образом.

Напряжение генератора 1 подается на объект измерения через масштабирующий

УДН 3, Коэффициент преобразования последнего изменяется дискретно по поддиапазонам измерения с кратностью, определяемой коэффициентом перекрытия поддиапазона, который, в свою очередь, соответствует диапазону регулирования коэффициента передачи УДН 2. С помощью последнего осуществляется плавная регулировка напряжения, подаваемого на образцовую меру 5. Токи, протекающие через объект измерения Ix и меру взаимно вычитаются во входной цепи детектора 4 равновесия. Процесс уравновешивания моста заключается в выборе поддиапазона измерения с помощью УДН 3, при котором ток объекта измерения наиболее близок к току образцовой меры и в плавном регулировании УДН 2 до достижения минимальной амплитуды тока на входе детектора равновесия. Результатом уравновешивания являются коды на входах УДН в момент равновесия моста, которые соответствуют мантиссе и порядку измеряемого параметра объекта измерения. Грубая компенсация влияния паразитного импеданса 13 на результат измерения осуществляется эа счет его обесточивания компенсирующим током

35 lx, который формируется дифференциальным преобразователем 8 и дополнительной образцовой мерой 12, Напряжение, прикладываемое.к мере 12 с выхода преобразователя 8, равно сумме амплитуд напряжений на выходах УДН 2 и УДН 3, поэтому ток! равен току I>, а в момент равновесия lo = — Ix.

Из-за неидеальности элементов дифференциального преобразователя 8.и меры 12 компенсирующий ток !к.отличается от тока

Ix на некоторую величину Лlx. Поэтому на паразитном импедансе Znx (13) ветви обьекта измерения имеется падение напряжения

1631448

+ lo x по + д1 Znx

= 1

7о Zp

Uz ЛЬ Znx. Это приводит к аддитивной погрешности измерения

ЛZ =Znx А, где дк = Л1к/1к.

Для устранения указанной погрешности напряжение 0у„„выделяется дифференциальным преобразователем 15 и подается на второй зажим детектора равновесия. При этом значение тока Ix определяется выражением

1х= —" () -дк д "" ), где Ux — напряжение на выходе УДН-3; д1 — относительная погрешность преобразования дифференциальных преобразователей 15 и 16, а аддитивная погрешность измерения уменьшается до величины

7 дк д1 . Znx

Znx +Zn

Наличие паразитных сопротивлений Znp (14) в цепи образцовой меры, а также подача напряжения Uz íà детектор равновесия приводит к появлению двух мультипликативных составляющих погрешности измерения, соответственно равных д1 Z Zno . д2 2 UZnx где Up — напряжение на выходе УДН 2.

Первая из этих погрешностей уменьша1 ется в — раз выделением с помощью дифО1 ференциального преобразователя 16 падения напряжения на Z«и подачей этого напряжения на неинвертирующий вход операционного усилителя УДН-2. Вторая составляющая мультипликативной погрешности устраняется подачей напряжения О „„на преобразователь 16. При этом относительная погрешность формирования тока 4, определяющая мультипликативную погрешность измерения, определяется выражением

Преимуществом моста переменного тока по сравнению с прототипом является существенное уменьшение дополнительных аддитивной и мультипликативной погрешностей измерения, которые возникают при определении малых импедансов из-за уве20

50 личения отношения паразитных импедансов подводящих цепей к импедансам обьекта и образцовой меры, Благодаря введению компенсирующих напряжений указанные составляющие погрешности измерения уменьшаются в

1 раз, т,е. на 2 — 4 порядка, в зависимости от о1 рабочей частоты и погрешностей применяемых элементов, На практике это позволяет уменьшить погрешности измерения в области малых импедансов до уровня основной погрешности измерения (в 10 — 100 раз, в зависимости от класса моста), а также расширить диапазон измерения и разрешающую способность от величин порядка 10

-г

10 Ом до величин порядка 10 — 70 Ом, Формула изобретения

Мост переменного тока, содержащий генератор, подключенные к нему инвертирующий и неинвертирующий управляемые делители напряжения, детектор равновесия, основную образцовую меру, включенную между выходом инвертирующего управляемого делителя напряжения и первым зажимом детектора равновесия, первый и второй зажимы для подключения объекта измерения, причем первый подключен к первому зажиму детектора равновесия, а второй — к выходу неинвертирующего управляемого делителя напряжения, первый дифференциальный преобразователь на основе операционного усилителя с двумя делителями напряжения на входах, у которого первый вход первого делителя, подключенного к неинвертирующему входу усилителя соединен с общей шиной, первый вход второго соединен с выходом усилителя, который через дополнительную образцовую камеру соединен с вторым зажимом для подключения обьекта измерения, а вторые входы первого и второго делителей соединены соответственно с выходами неинвертирующего и инвертирующего управляемых делителей напряжения, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй и третий дифференциальные преобразователи, у которых вторые входы первого и второго делителей напряжения подключены соответственно к началу и концу цепи, соединяющеи выход неинвертирующего управляемого делителя напряжения с вторым зажимом для подключения обьекта измерения — для второго дифференциального преобразователя, и цепи, соединяющей выход инвертирующего управляемого делителя напряжения с образцовой мерой — для

1631448

Составитель В.Семенчук

Техред М.Моргентал Корректор Л,Бескид

Редактор M.Òîâòèí

Заказ 542 Тираж 408 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 третьего, причем первые входы первых делителей напряжения соединены у второго дифференциального преобразователя с общей шиной, а у третьего — c выходом второго дифференциального преобразователя и вторым зажимом детектора равновесия, при этом выход третьего дифференциального преобразователя подключен к второму входу инвертирующего управляемого дели5 теля напряжения.