Трансформаторный мост для измерения составляющих комплексного сопротивления четырехзажимных резисторов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06,10.75 (21) 2177165/21 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.05.77 Бюллетень № 17 (45) Дата опубликования описания 07.07.77

Союз Советских

Социалистимеских

Республик (11) 557323 (51) M. Кл.

Q Ol R 17/12

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам иэооретений и открытий (53) УЛЛ 621.317.733 (088. 8) И, В. Хахамов (72) Автор изобретения (71) Заявитель (54) ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СОСТАВЛЯЮЩИХ КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЧЕТЫРЕХЗАЖИМНЫХ РЕЗИСТОРОВ

Изобретение относится к электроизмерительной технике, может быть использовано при точных измерениях электрических и магнитных величин, а также неэлектрических величин, преобразуемых в электрическое сопротивление.

Мостовые методы измерений наиболее точны при измерении сопротивления, в том числе на переменном токе.

Известны трансформаторные мосты для щ измерения сопротивления четырехзажимных резисторов с двумя индуктивными делителями напряжения в синфазной цепи (11.

Однако такие мосты применяют преимущественно для измерения сопротивления ре- 5 зисторов с малыми остаточными параметрами, так как при возрастании остаточных параметров, т.е. квадратурной составляющей, использование, моста становится затруднительным. Кроме того, при этом нель gp зя обеспечить раздельного отсчета в широком диапазоне изменения составляющих.

Извес7ен также трансформаторный мост для измер " я составляющих комплексного сопротивления четырехэажимных резисторов, 25 содержащий источник питания, компаратор токов, нуль-индикатор, подключенный к индикаторной обмотке компаратора токов, два трансформатора тока, первичная обмотка одного из которых включена в цепь источника питания последовательно с измеряемым резистором, согласующий операционный усилитель, вход которого подключен ко вторичной обмотке упомянутого трансформатора тока f2).

Однако этому устройству присуши невысокая точность и неширокий диапазон дистанционного измерения составляющих комплексного сопротивления.

Бель изобретения — повышение точности и расширение диапазонов дистанционного измерения составляющих комплексного сопротивления — достигается тем, что трансформаторный мост, содержащий генератор, индуктивный компаратор токов, состоящий иэ магнитопровода с компараторной. квадратурной и индикаторной обмотками, нульиндикатор равновесия, трансформаторы и операционный усилитель, снабжен двумя дополнительными операционными усилите5573

Х 1

2 ЗЩС

>) 2,Д= R; б) Е = —.

1 J(6G!

2 лями и двумя инверсно включенными индуктивными делителями, подключенными параллельно синфазной:I хвадратурной обмоткам компаратора токов; вход одного из индикаторных делителей подключен в 5 цепь абра гной связи упомянутого операционного усилителя, включенного по схеме повторителя тоха. вход другого делителя связан с выходом первого дополнительного операционного усилителя, включенного по схеме хвааратурного повторителя тока, а вход этого дополнительного усилителя подключен ко вторичной обмотке второго трансформатора тока, первичная обмотка которого связана с выходом согласующего опе- 15 рацпонного усилителя и входом первого делителя, причем четвертая обмотка компаратора токов соединена с выходом второго дополнительного операционного усилителя, включенного по схеме с последовательной 20 обратной связью по току, резистором обратной связи которого является четырехзажимный резистор сравнения, а вход второго дополнительного операционного .усилителя подключают к потенциальным зажимам резисто- 25 ра, сопротивление которого подлежит измерению.

На чертеже изображена схема устройства.

Трансформаторный мост состоит из ге- ЗО нератора l, трансформатора тока 2, oIIeрационного усилителя 3, трансформатора тока 4, индуктивных делителей 5 и 6, операционногo усилителя 7 с резисторами

8 и 9, индуктивного компаратора токов 10 55 с синфазной 11, квадратурной 12, компараторной 1 3 и индикаторной 14 обмотками операционного усилителя 15 с резисторами сравнения 16 в цепи обратной связи.

Первичная обмотка трансформатора тока 2 подключена последовательно с измеряемым резистором 17 к генератору- 1.

Ыпрузкой вторичной обмотки является вход операционного усилителя 3, в параллель- 45 ную цепь обратной связи которого подключены последовательно первичная обмотка трансформатора 4 и вход индуктивного делителя з, BKJnonåIIíoão икверсно," его нагру-GICCß ;JH. IHO OII C: HôHI IIHH OOMOTKQ 1 1 EOMпаратора 10. 1-1агрузкой трансформатора является операционный усилитель 7, в цепь обратной связи которого вктпочен резистор 8, а на выходе — последовательно резистор 9 и вход индуктивного делителя 55 (1 вклю - енного IIHBepcHo, Его HBI p 3KQH является квадратурная обмотка 12 компаратора 10.

Резистор сравнения 16 включен в цепь последовательной обратной связи операци- 00

23

4 онного усилителя 15, ко входу которого подключают потенциальные зажимы резистора 17, составляющие комплексного сопротивления которого подлежат измерению.

Нагрузкой операционного усилителя 15 является компараторная обмотка 13 компаратора токов 10, индикаторная обмотка 14 которого подключена к нулевому указателю равновесия 18.

Мост работает следующим образом.

Ток Л.„,лротекакнций через резистор 17 (составляющие комплексного сопротивления которого подлежат измерению) и создающий на нем напряжение 0х = Z„, для обеспечения широкодиапазонности трансформируется в ток а многопределЬным транс2 форматором 2 с коэффициентом трансформации К .

Ток д на выходе и в цепи обратной связи усилителя 3 вследствие выбранной схемы включения параллельной обратной связи при достаточно высоком коэффициенте усиления равен входному току Л, а входное сопротивление усилителя 3 пренебрежимо мало.

Известно, что инверсно включенныи индуктивный делитель преобразует не напря« жение, а ток с высокой точностью с коэффициентом преобразования К

Выбранная схема подключения индуктивного делителя обеспечивает ток в синфазной обмотке 11 компаратора 10, равный произведению тока 32 трансформатора 2 и коэффициента деления К г делителя 5.

Для образования широкодиапазонной квадратурной ветви выходной ток усилителя 3 трансформируется трансформатором

4 в ток 14 с коэффициентом трансформации Кт и преобразуется в ток, равный

2 о входному, но сдвинутый на 90 с помощью операционного усилителя 7:

J. =

Кт Кт Х

Известны два варианта ьвадратурной цепи:

Их можно реализовать в предлагаемом мосте одновременно, если коммутировать резистор и конденсатор переключателем из ветви обратной связи в выходнгю ветвь операционного усилителя. Для удобства можно принять для фиксированных частот k С = 2..

557323

При предлагаемом способе подкл(очения индуктивного делителя 6 через обл(отку

12 протекает ток

5

Подключение обмоток 11 и 12 к Выходным зажимам индуктивных делителей 5, 6, включенных инверсно, существенно снижает влияние их комплексного сопротивления на результат измерения в широком диапазоне изгленения коэффициентов деления и К „, соответствующих широкому диа 1 82 пазону измеряемых составляющих сопротивления резистора 17.

При достаточно высоком коэффициенте усиления усилителя 15 ток,i В цэии коипараторной обмотки 13 благодаря принятой последовательной обратной связи по току равен отношению напряжения 0 на резисторе 17 к сопротивлению Z, резистора сравнения 16 причем резистор 16 может бьггь четырехзажимным, и, следовательно, его параметры могут быть определены с очень высокой точностью, особенно, если его сопротивление равно 10, где т(— целое число или цуль. Возможность применения резистора с сопротивлением 10 следует из предложенного использования индукгивных делителей, обеспечивающих точное урав- З новешивание при любых составляю(цих сопротивления резистора 17.

При этом уравнение изглерения принимает вид

Х„ гт — z к + 2

К и @ (Ц К 0

3 3 Т

Йля удобства эксплуатации рекомендуется выбирать множигели ((л л(((2

Тл 3 (1(3 (2 или их соответствующие произведенйя равными одному из значений 10, где P- це > лое положительное или отрицательное число или ноль.

При малых токах через резистор 17 из схеглы можно исключить трансформатор 2 и операционный усилитель 3. Тогда в вышеприведенной формуле следует принять т, 1 °

Если в качестве второго параметра необ- 50 ходимо измерить отношение квадратурной составляющей к основной, индуктивный делитель 5 включают до операционного усилителя. Если при этом резистор 17 реактивный, в качестве резистора сравнения 55 следует выбрать реактив(и(И элемент, преимущественно конденсатор.

Переключив цепь,состоящую из первичной обмотки трансформатора 4 и входа индуктивного делителя, к выходу усилите- 60.(H 15 и одключив 06MGTÃ (1 3 13 le(((1 О э

Ратной сВЯзи Ус((литэля Зл 1 -i d(.Î изм=Рнть составляющие 7" овсдимост(: по параллель((ой схеме замещения.

Таким Образом, благодаря пред:(оже(и(ой схеме измерительнОй цепи трансqiGp:(QTOpr(cro моста и инверсно подктпоченнь((ли токсВому компаратору индуктив(ь(ми делителями тока и операционными ус (лителями ". с выходным токовым сигналом стало возможным чегырехзажимное Включение как образцового, так и измеряемого резисторов без потребления энергии с их потенциальных зажимов (что обеспечивает возможность точного дистанционного измерения), (\ Р Ит. ЕМ . бь аз, 0 с ((,;, О Зт; 1 "л", I. g.. т rn,,ь р, \ ,,-, г1

ЧТО i!03130, >(Е! М((сиокj.:ci(((:.i Иеь(:(С! 1 Ь ТО.(Jl0CTb Из.„ла((.-;(». }3 (((ЯРО(; .,;; —;И,И; ., 01(В В

ТО. Ь(ЧИС "Ie и ОЧЕНЬ ъ,. а (Ь Х COilP ò1 ;Ãe(ä((" (. большОЙ ПРОВОдимОсти ) .

opMy;,аизобрегьни

Тран фоиматОр((ь(Й мОст ((гя измерения составл(иащих комплексного согротив:(е(шл "(eT(:!рехзажимных Резис гОРОВ сд— держашик источ((ик пита(и(я,, компаратор гоков, пу((ь-индикатор, подключе((нш к индикаторнсй обмотке комиара-.ора токов, два трансфор;латора тока, первичная Обмотка ОцНОГО И:3 КОТОРых вкл(очена В ((crib истопника питания последовательно с измеряемым резисторол, согласу:ощий операционный усилитель, вход которого соединен со Вторичной обмоткой упомянутого грансфооматОРа гока, 0 r л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазонов дистан— ционного измерения с((ставляющих комплексного сопротивления, он снабжен двумя дополнительными операционными усилителями и двумя инверсно Включенными индуктивными делителями, подключенными параллельно синфазной и квадратурной обмот— кам компаратора токов, при этом вход одного из делителей соединен с цепью обратной связи упомя((утого операционного усилителя, Включенного по схел(е повторителя тока, вход другого делителя связан с выходом первого дополнительного операционного усилителя, включе(и(ого по схеме квадратурного повторителя тока, а вход этого дополнительного операи;(Онного усилителя связан CO вторичной Обмоткой BTQрого трансформатора тока, первичная обMGTKB которого связана с выхсдом согласующего операционного усилителя и входом первого делителя, причем четвертая

557323

Составитель П. Лягни

Редактор Б, федотов Техред И. Асталош Корректор Л. Веселовская

Заказ 842/5 8 Тираж 1 1 01 Подпис ное

БНИИПИ 1 осударственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 обмотка компаратора токов соединена с выходом второго дополнительного операциодного усилителя, включенного по схеме с последовательной обратной связью по току резистором обратной связи которого

3 является четырехзажимный резистор сравнения, а вход второго дополнительного операционного усилителя соединяют с потенциальными зажимами резистора, сопротивление которого подлежит измерению.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.С ЬИпя D. Ам Alter àÎù Cur eM оъо йорч о 1Ъе Ъейч1,1оиЫе bridge Proc

I EE ц. 409, 962, Н1И У. Proc. I EE v. НО, 1963

2. Братусь Ю. В. и др. Мост с индуктивно связанными плечами, Проблемы технической электродинамики. "Наукова думка", Киев, 1973, с. 43.