Трансформаторный мост для измеренияпараметров комплексных сопротивлений

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«i>842594

М

М, тс

@//==:.-, Ф

C (61) Дополнительное к авт, сеид-ву— (22) 3аявлено 020879 (21) 2803751/18-21 с присоединением заявки h6 (23) Приоритет

Опубликовано 300681. Бюллетень 89 24 (51)М К„з

G 01 R 17/12

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

РЗ) УДК 621- 317. .733 (088. 8) Дата опубликования описания (72) Автор изобретения

P.Ä. Тучин

1

„,,с (71) 3а яв итель, (54) ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении мостов переменного тока, предназначенных для измерения параметров электроли тических конденсаторов, нелинейных индуктивностей, электрохимических ячеек и других объектов, измерение параметров которых необходимо производить в условиях поляризации или подмагничивания магнитопровода объекта измерения полем постоянного тока.

Известны трансформаторные мосты, предназначенные для.измерения нелинейных объектов, измерительная цепь которых позволяет подключение источника поляризационного напряжения или источника тока подмагничивания(1 .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является трансформаторный измерительный мост, содержащий источник питания, трансформатор напряжения, одна из Вторичных обмоток которого питает ветвь измеряемого объекта, включающую в себя токозадающий образцовый элемент, объект измерения, повторитель напряжения, включенный параллельно объекту измерения, дополнительный образцовый резистор, а другая из вторичных обмоток - ветвь образцового импеданса, детектор равновесия, источник поляризационного напряжения постоянного тока Г2 .

Недостатком этого моста является снижение точности измерения из-за влияния источника постоянного напряжения и сложности- конструкции.

Цель изобретения - повышение точности измерения в.широком диапазоне частот и упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что трансформаторный мост для ! измерения параметров комплексных

15 сопротивлений,, содержащий источник питания, к которому подключен трансформатор напряжения, одна из вторичных обмоток которого соединена с последовательно соединенными первым

20 образцовым элементом, повторителем напряжения, параллельно которому включен объект измерения, и вторым образцовым элементом, а другая вторичная обмотка трансформатора напряжения соединена с одним выводом третьего образцового элемента, второй вывод которого соединен с детектором равновесия и вторым выводом второго образцового элемента, источник

30 постоянного напряжения, снабжен двух842594 полюсником на транзисторе, между коллектором и базой которого включен резистор смещения, вспомогательной цепочкой, состоящей из последовательно соединенных конденсатора и резистора, и усилителем, причем вход двухI полюсника подключен к одному иэ зажимов источника поотоянного напряжения, другой зажим которого соединен с высокопотенциальным зажимом объекта измерения, выход — к средней точке вспомогательной цепочки, другие выводы входящих в нее конденсатора и резистора подключены соответственно к выходу повторителя напряжения и к общему проводу, один из входов усилителя подключен к высокопотенциальному зажиму объекта измерения, другой — к выходу повторителя напряжения, а выход — к базовой цепи транзистора через разделительный конденсатор. 20 . На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого моста переменного тока.

Предлагаемый трансформаторный мост переменного тока состоит из источника 1 питания, трансформатора 2 напряжения с вторичными обмотками

3 и 4, образцовых элементов 5 и 6, объекта 7 измерения, повторителя 8 напряжения, дополнителЬного образцового резистора 9, детектора 10 равновесия, источника 11 постоянного напряжения, двухполюсника 12, состоящего из резистора 13 смещения и транзистора 14, вспомогательной цепочки 15 (конденсатора 15.1 и резистора 15.2), усилителя 16, содержащего вход 17, вход 18 и выход 19, разделительный конденсатор 20.

Предлагаемый мост -работает сле-. дующим образом. 40

При подключении источника 1 питания (генератора синусоидального напряжения) к трансформатору 2 напряжения на выводах его вторичных обмо-. ток 3 и 4 возникают ЭДС, которые, воздействуя на образцовые элементы

5 и 6, создают в ветвях моста соответственно измерительный и образцовый токи. Под действием измерительного тока на зажимах объекта 7 измерения возникает падение напряжения, которое при помощи повторителя 8 напряжения подводится к дополнительному образцовому резистору 9, создавая в нем ток, пропорциональный измеряемому импедансу. Этот ТоК сравнивается с током образцовой ветви моста (обмотка 4, образцовый эле,мент 6), а результат сравнения вос принимается детектором равновесия

10. Ток поляризации (или подмагни- @) чивания), возникающий под воздействием на объект 7 измерения напряжения источника 11, замыкается по цепи: общий провод (корпус) - объект 7 измерения — источник 11 постоянного 65 напряжения — двухполюсник 12 — резистор 15.2 вспомогательной цепочки

15 — общий провод.

Двухполюсник 12 обладает малым сопротивлением постоянному току и весьма большим переменному току. При помощи резистора 13 смещения рабочая точка транзистора 14 выбирается таким образом, чтобы транзистор работал на плоской части характеристики коллекторного тока. В этом случае сопротивление двухполюсника переменному току будет находиться в пределах от сотен тысяч Ом до десятков

MOM.

Так как усилитель 16 своими входами 17 и 18 подсоединен к высокопотенциальному зажиму объекта 7 измерения и выходу повторителя 8 напряжения соответственно он выделяет сигнал ошибки повторителя 8. Этот сигнал инвертируется и с выхода 19 усилителя 16 через разделительный конденсатор 20 подводится к базовой цепи транзистора 14 двухполюсника 12.

Транзистор 14 повторяет этот сигнал, благодаря чему между выходом двухполюсника 12 (точка 21) и общим проводом (корпусом) действует алгебраическая сумма выходного напряжения повторителя 8 с сигналом его ошибки, т.е. напряжение, с высокой точностью равное падению напряжения на зажимах объекта 7 измерения.

Таким образом, источник 11 постоянного напряжения оказывается включенным между точками, на которых действуют равные по фазе и амплитуде переменные напряжения. В результате, переменный ток через источник не протекает и эффект шунтирования измеряемого инпеданса устраняется.

Степень остаточного шунтирования (в виде погрешности), имеющего место из-за неидеальности применяемых активных устройств двухполюсника 12 и усилителя 16 с единичным усилением, может быть определена при помощи выражения

У = — . " 1" ао/о ">

"zx где 2< - измеряемый импеданс;

R — сопротивление двухполюсни.— и. ка 12 по переменному току;

U> — напряжение на объекте 7 изХ мерения, 0 „ — напряжение между выходом двухполюсника 12 (точка 21) и общим проводом.

Напряжение Ug1 может быть представлено следующим образом

0 U - 50 + АUK K (2) где а 0 - сигнал ошибки повторителя

8 напряжения;

К, КЬ - коэффициенты передачи усилителя 16 и транзистора 14 соответственно.

842594

Или 1.1, = uzx

Сигнал ошибки аО равен

Uzx — " х или д U Uz (1- К.,7, (4) где К вЂ” коэффициент передачи повторителя 8 напряжения.

Подставляя (4) в (3), а затем в (1), получим

У = -„-" (1-К ) (1- К, К ) 1ОО% (g)

Подставйм в выражение (5) реальные значения. Предположим, что осуществляется измерение емкости в 1 мкФ на частоте 50 Гц, а Р.1 = 10 Ом, К,1 = 0,999 (0,1%), К = К5 = 0,95 (5%),. тогда (1-0 999) (1 Ос95 Оc 95)." 100%

104. 6,28. 50 1 - 10-6

О, 00314% (6) т.e. остаточное шунтирование измеряемого импеданса внутренним сопротивлением источника поляризующего напряжения исчезающе мало,. даже при .использовании. достаточно грубых вспомогательных активных устройств.

Предлагаемое техническое решение отличается простотой реализации и может располагаться внутри прибора,. занимая при этом весьма ограниченную часть его конструкции, оно не нуждается в электромагнитной экранировке и обеспечивает высокую точность измерения.

Обладая такими качествами, предлагаемое решение найдет широкое применение там, где измерение параметров комплексных сопротивлений осуществляется в условиях поляризации объекта измерения или подмагничива-, ния магнитопровода объекта измерения постоянным током.

Формула изобретения

Трансформаторный мост для измерения параметров комплексных сопротивлений, содержащий источник питания, к которому подключен трансформатор напряжения, одна из вторичных обмоток которого соединена с последовательно соединенными первым образцовым элементом,.повторителем напряжения, параллельно которому .включен объект измерения, и вторым образцовым элементом, а другая вторичная обмотка трансформатора напряжения соединена с одним выводом третьего образцового элемента, второй вывод которого соединен с детектором равновесия и вторым выводом второго образцового элемента, источник постоянного напряжения, о т,л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения в широком диапазоне частот и упрощения конструкции, он снабжен двухполюсником на транзисторе, между коллектором к базой которого включен резистор смещения, вспомогательной цепочкой, состоящей из последовательно соединенных конденсатора и резистора, и усилителем, причем вход двухполюсника подключен к одному из зажимов источника Постоянного напряжения, другой зажим которого соединен,с высокопотенциальным зажимом объекта измерения, выход — к средней точке вспомогательной цепочки, другие выводы входящих в нее конденсатора и резистора подключены соответственно к выходу повторителя напряжения и к общему проводу, один из входов усилителя подключен к высокопотенциальному зажиму объекта измерения, другой — к выходу повторителя напряжения, а выход — к базовой цепи транзистора через разделительный конденсатор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 468162, кл. G 01 R 17/12, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

9 520546, кл. G.01 R 17/12, 1976.

842594

Составитель И. Бахтина

Редактор С. Шевченко Техред М. Коштура Корректор A. Гриценко

Заказ 5087/50 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35 Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4