Трансформаторный мост переменного тока

 

ОП ИСАЙ Й Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ и АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пц 588562

Сшоз Советскик

Сокиалистичсских

Республик (61) Доно Illèòåëüèoñ к авт. свил-ву (22) Заявлено 23.12.74 (21) 2087501/21 (51) М. Кл.- G 01 17/12 с прпсосди: гппсм =аявки Л

Госуларствеввый комитет

Совета Министров СССР по аелам изобретений и открытий (23) Приоритет (13) Опубликовано 15.01.78. Бюллетень ¹ 2 (l5) Дата опубликования описания 2б.01.78 (53) УДК 621.317.733 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. Н. Карандеев и T. И. Карандеева

Институт электродинамики АН Украинской ССР (7 1 ) 3 а я в!! т cл ь (54) ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к элсктроизмерительной технике, а точнее к той ее области, которая занпмасгся измерением параметров комплексных сопротивлений на переменном токе.

Известны устройства для измерения параметров трсхэлсмснтных двухполюсников. Для точного определения параметров трехэлементных двухполюсников используется мост переменного тока, предназначенный для измерения двух параметров конденсаторов по параллельной схеме замещения.

Для определения трех параметров двухпо,I осинка производят сначала измерения двух параметров на нескольких частотах, а затем осуществляют пересчет по известным аналитическим выражениям (1).

Эти устройства обладают одним существенным недостатком: в них используются регулирусмыс меры сопротивления (резисторы, конденсаторы). Так как регулируемые меры могут быть изготовлены с меньшей точностью, чем постоянные, то и измерение с их помощью производится с мсньшей точностью. Кроме того, при использовании регулируемых мер сопротивления линии уравновешивания представляют из себя окружности. Это приводит к возникновению связи между контурами уравновсшивания, которая ухудшает окружность процесса уравновешивания, а в ряде случаев даже делает уравновешивание моста невозможным.

1-1аиболсе близким к изобретению по технической сущности является трансформаторный мост переменного тока для измерения параметров конденсаторов по параллельной двухэлсмснтной схеме замещсния. С помощью этого моста снимается частотная характеристика двухполюсника, а затем по известным анали10 тическим зависимостям производится пересчет и определяются искомые параметры трехэлементного двухполюсника (2). Однако известное устройство не обеспечивает раздельный отсчет по всем трем измеряемым параметрам.

l5 Это приводит к усложнению устройства, так как для обеспечения необходимого быстродействия математическая обработка результатов измерения (пересчет параметров) должна производиться автоматически, т. е. с привле20 ченисм специализированных цифровых вычислительных устройств или машин, и для обеспечения заданной точности измерения количсство мостов переменного тока для измерения двух параметров конденсаторов должно рав25 няться количеству частот измерения.

Цель изобретения — повышение точности измерения и уменьшение времени измерения путем обеспечения раздельного отсчета трех измеряемых параметров. Это достигается тем, 30 что трансформаторный мост переменного то588502 (4) в результате получим

mn+m n

/ 2

1 2

Пх

+ /, СЯ,и, — —

П4

> (и,о, +увС,П,) = О. (6) Кх ./ Сх

g,+ -c „

17l2 Сосх 73 (7) — о>2-С

2 х х

7П2П2Досх р

Д2 -+- 472C2

lхт, — /,И, = 0. (2) 60

I, — U" (и,о, + /и,о7С,)

ПГ (3) для определения тока I,, найдем сначала напряжение U,-, которое подается на объект измсрения. Оно будет равно: 65

С R, Ср 83 (13) ка для измерения параметров трехэлементного двухполюсника, представляющего собой последовательную цепь из резистора и параллельно соединенных конденсатора и резистора, содержащий генератор синусоидального напри кения изменяющейся частоты, трансформатор напряжения, компаратор токов, измеряемый объект и образцовые меры, детектор равновесия и устройство уравновешивания, снабжен промежуточным трансформатором и суммирующим устройством, одни входы которого соединены через резисторы с одними плечевыми обмотками трансформатора напряжения, а другие — через конденсаторы с другими плечевыми обмотками трансформатора папряхкения, выход; суммирующего устройства соединен с первичной обмоткой промежуточного трансформатора, регулируемая вторичная обмотка которого соединена последовательно с псрегулируемой плечевой обмоткой основного трансформатора напряжения в ветви измеряемого двухполюсника.

Схема трансформаторного моста переменного тока представлена на чертеже.

Мост содержит генератор 1 синусоидального напряжения изменяющейся частоты; основной трансформатор 2 напряжения с генераторной и плечевыми nl, П2 и пр обмотками (обмотки и> и п3 выполнены декадно-регулируемыми), объект 3 измерения (трехэлеиентный двухполюсник); образцовые меры gp, R>, R2

Ср, С1, суммирующее устройство 4 на основе операционного усилителя; суммирующее устройство 4 на основе операционного усилителя; промежуточный трансформатор 5, вторичная обмотка п; которого выполнена декадно-регулируемой и соединена последовательно с нерсгулируемой обмоткой п1.,компаратор б токов с обмотками ml, m2 и и,.; детектор 7 равновесия; устройство 8 уравновешивания, управлявшее изменением числа витков обмоток

"., n3и п;.

Для доказательства обеспечения раздельноо отсчета измеряемых параметров в предлагаемом мосте, определим условие его равновесия. Запишем соотношение токов, протекающих в компараторе токов (дитектор 7 равновесия имест близкое к нулю входное сопротивление): т„ lу = I,.m, — I,m,. (1)

В момент равновесия ток 1,- равен нулю и мы получим уравнение:

Выразим токи I u Ip через напряжение питания измерительной цепи U, генератора 1 и параметры элементов цепи.

25 зо

4О

U„= и+ X

n„np

X (n. +7,.СЯ,) " .

Rl / П, Тогда ток I, будет равен и-, (R

771 Г l П2 i /ОС1Й273

U„ и R1

Х

nà /.с, /4 —, 2 2 2

+ g„ + 2C„

Подставим (3) и (5) в (2), приведем левую часть полученного выражения к общему знаменателю и умножим обе части этого выражения на

Приравнивая порознь вещественную и мнимую составляющие к нулю, окончательно получим:

/ П3 Сх и,m, + т,n., =, " — т,и,о, Для измерения трех независимых параметров объекта необходимо, чтобы мост был уравновешен как минимум на двух частотах, т. е. условие равновесия не должно зависеть от частоты. Поскольку в уравнении (8) имеются частотно-зависимый и частотно-независимый члены, а условие равновесия не должно зависить от частоты, то необходимо, чтобы эти два члена независимо друг от друга равнялись нулю, т. е. т,n,Ñß, — т,C,ïÄ„= О (9)

П4

m2С 1ПЗКХ (10)

g + <„2С

Из уравнения (9) найдем Р»

П37П1ПÇClR2 (1 1)

n4m2n3Cp

Определим из (10) Сх и подставим в (7). После преобразования получим

R2 П3 и,т, + пг,и, . т,и,д,߄—

Р1 П4 (12)

С»

Элементы цепи выбираются так, что выполняется условие

588502

Подставляя (11) и (12) и делая преобразования с учетом (13), окончательно получим

n,т,— и,n, — "- =О, Cõ откуда (14)

Подставляя (11) и (14) в одно из уравнений (7) .. (8), получим

Яx: — Qo (15)

Таким образом из выражений (11), (14) и (15) видно, что выбирая в качестве регулируемых параметров обмотки n, n и и>, получим раздельный отсчет соответственно IIo измеряемым параметрам Rx-, С» и g».

Из уравнения (6) видно, что при поочередном изменении (регулировке) чисел витков обмоток и;, пз и п/ происходит линейное изменение либо активной, либо реактивной, либо одновременно активной и реактивной составляющих, т. е. что линии уравновешивания по всем трем параметрам будут прямыми.

Реализация предлагаемого устройства позволит существенно уменьшить аппаратурные затраты на создание приборов для точного измерения трех параметров двухполюсников.

Так как такие схемы замещения присущи ряду конденсаторов, работающих в диапазоне частот, то создание упомянутых устройств позволит повысить качество контроля конденсаторов.

Формула изобретения

Трансформаторный мост переменного тока для измерения параметров трехэлементного двухполюсника, представляющего собой последовательную цепь из резистора и параллельно соединенных конденсатора и резистора, содержащий генератор синусоидального

5 напряжения изменяющейся частоты, трансформатор напряжения, подключенный к генератору, компаратор токов, измеряемый объект и образцовые меры, подключенные с одной сто„-оны к обмоткам трансформатора напья10 жения, а с другой — к обмоткам компаратора токов, детектор равновесия и устройство уравновешивания, подключенные к указательной обмотке компаратора токов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности из1/ мерения и уменьшения времени измерения путем обсспечения раздельного отсчета трех измеряемых параметров, он снабжен промежуточным трансформатором и суммирующим устройством, одни входы которого соединены

20 через резисторы с одними плечевыми обмотками трансформатора напряжения, а другие— через конденсаторы с другими плечевыми обмотками трансформатора напряжения, выход суммирующего устройства соединен с первич25 ной обмоткой промеи»уточного трансформатора, регулируемая вторичная обмотка которого соединена последовательно с нерегулируемой плечевой обмоткой основного трансформатора напряжения в ветви измеряемого двухполюс3 / ника.

Источники информации, принятые во вни/мание при экспертизе

35 1. Авторское свидетельство СССР Х 356571, кл. G 01R 17/06, 1970.

2. «Трансформаторные измерительные мосты» под ред. К. Б. Карандеева, М„1970, с. 169.

888502

Корректор Е. Хмелева

Ре;I,актор 11. Коган

Подниспос

Заказ 3253, 11 11зд, ¹ 144 Тираж 1109

11ПО Государстве! Illol комитста Совета Министров СССР по дслам пзобрстс нгй и отк1>ытий

113035, Москва, )К-ЗЗ, Раугнская наб., д, 4, 5

Тпггог рггфня, нр. Сапунова, 2

Составитсль П, Лягин

Тсхрсд И. Михайлова! !