Мост переменного тока для измерения больших сопротивлений

 

(72) Авторы изобретения

Ф (И. В. Братусь и В., П. Карпенко . - ЮС6 Д; ц, „"

1 ";г !! А. Вч-Н"

g sl ТЕ К Вц, у q, rã1 (Институт электродинамики AH УкраинскоЦ CCP kf6Jf.: pgy,, f7I) Заявитель (54) МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

БОЛЫИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Изобретение относится к электроизмерительной технике, точнее,к об-» ласти, которая связана с измерением параметров комплексных сопротив-. лений при помощи мостовых и компенсационных цепей переменного тока.

Известен метод, при котором высокоомные сопротивления измеряются в четырехплечей мостовой цепи на постоянном токе. В качестве образцовой меры при этом используются ими таторы высокоомных сопротивлений, построенные на базе интегратора с конденсатором на выходе. При этом обеспечивается высокая точность измерения P 1 ). . Недостатком данного метода является то, что измеряется только основной параметр резистора " омическое сопротивление.

При использовании резисторов в цепях переменного тока весьма важно знать его постоянную времени, ко торая на постоянном токе не измеряется.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является трансформаторный мост, содержащий источник питания, измеряемый объект две образцовых меры, трансформатор напряжения с первичной обмоткой, к которой подключен источник питания, и двумя вторичными обмотками, подключенными к первым зажимам изме-.. ряемого объекта и образцовой меры соответственно, и детек.Ьр равновесия, включенный между точкой сое" ц динения иэмвряемого объекта и образцовой меры и заземленной шиной моста $2).

Недостатком этого устройства является необходимость применения

М высокоомного образцового резистора при" измерении высокоомных сопротивлений.

Высокоомные резисторы (боле 10 Ом), котодйе можно испольэовать в качест3 96064 ве меры либо недостаточно стабильны (непроволочные резисторы) либо обладают большой постоянной времени (микропроволочйые резисторы). Их при менение снижает точность измерений.

Если в качестве образцовых применяются точные резисторы средних значений, а требуемый коэффициент передачи обеспечивается большим отношением витков плечевых обмоток, то 1ф при этом снижается чувствительность мостовой цепи, что также отражается на точности измерений, Целью изобретения является повышение точности и чувствительности 15 измерений.

Поставленная цель достигается тем

3 что мост переменного тока для измерения больших сопротивлений, содержащий источник литания, измеряемый

26 объект, образцовые меры, плечевой трансформатор напряжения с первичной обмоткой, подключенной к зажимам источника питания и вторичными обмотками, первые зажимы которых подключе- 25

- ны соответственно к первым зажимам измеряемого объекта и образцовых мер, вторые зажимы вторичных обмогок соединены с заземленной шиной моста, и детектор равновесия, включенный меж9 З1) ду точкои соединения вторых зажимов измеряемого объекта и образцовых мер и заземленной шиной моста, снабжен неинвертирующим усилителем напряжения с образцовым элементом в цепи обратной связи и с делителем напряжения, подключенным к выходу неинвертирующего усилителя напряжения, первый вход неинвертирующего усилителя напряжения подключен к входу детектора равновесия, второй вход неинвертирую- 499 щего усилителя напряжения подключен к средней точке делителя напряжения,а вто рой вывод делителя напряжения соединен с заземленной шиной моста, причем в качестве одной иэ образцовых мер ис- 45 пользован интегратор с конденсато-, ром, включенным на выходе интегратора.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 при" 50 веден вариант схемы устройства с интегратором -в качестве образцовой меPbl .

Устройство (фиг.1 ) содержит источ ник 1 питания, плечевой трансформа- 55 тор 2 напряжения с обмотками 3-, из меряемый объект 6, образцовый резистор 7,äåòåêòîð 8 равновесия, не0 4 инвертирующий усилитель 9 напряжения делитель 10 и 11 напряжения, образ" цовый резистор 12.

Иост уравновешивается коммутацией витков в обмотке 5.

При равновесии моста число витков в регулируемой обмотке g пропорционально сопротивлению измеряемого объ екта 6. KoHTpollb состояния равновесия осуществляется посредством детектора 8 равновесия.

Повышение чувствительности моста осуществляется следующим образом. .

Сигнал с детектора 8 равновесия подается на усилитель 9, в цепи обратной связи. которого включен резис-.

/ тор 12, сопротивление которого равно сопротивлению образцового резистора

7. Ток через резистор 12 подается в диагональ детектора 8 равновесия.

Если обозначим сопротивление образцового резистора 7 через R и, соответственно, равное ему сопротивление резистора 12 также через R, то подключение усилителя 9 с резистором 12(фиг.1 ) эквивалентно подклю- . чению сопротивлений (-R ) параллельно детектору 8.

Покажем какое повышение чувствительности получено в предлагаемом устройстве.

При отсутствии усилителя 9 в схеме известного моста напряжение U на о зажимах детектора 8, определенное путем простого расчета цепи, равно

U ° Л °, о р„ia где U4 - напряжение на зажимах обмбтки

IJ. - напряжение на зажимах обмотки 5;

Й - сопротивление измеряемого объекта 6; и © - сопротивление образцового резистора 7.

Относительная чувствительность измерений равна «або

Оо» аОРХ) 1 х где +R< = - относительное при<х ращение сопротивления P,.

Так как при измерении больших сопротивлений R F77 R чувствительность моста невелика.

5 9606

В предлагаемом устройстве посредством усилителя 9 осуществлено подключение сопротивления (-К ) параллельно детектору. В этом случае при расчете цепи известным методом (например, методом контурных токов)по/ лучаем напряжение на зажимах детек— тора где .обозначения совпадают с обозначениями, принятыми для известного моста; Р - сопротивление резистора 7 и 12.

Относительная чувствительность измерений в этом случае

Как видно из сравнения выражений; (2) и (4), в изобретении относитель" ная чувствительность измерений возросла в число раэ, равное отношению рассматриваемых чувствительностей

/ 0» х Я, ц%(,1 Й) о о ц /

Если принять значение R„ 10 ° R,, и, следовательно о = 10 U, то чувствительность данного устройства уве-, личивается в 100 раэ.

Ва фиг. 2 показан вариант схемы данного устройства, позволяющего измерять сверхвысокоомные резисторы.

Устройство содержит источник 13 пи- тания, плечевой трансформатор 14 напряжения с обмотками 1 -18, измеря- 40 емый объект 19, образцовый конденсатор 20, детектор 21 равновесия, интегратор 22 с резистором 23 на входе и конденсатором 24 в цепи обратной связи, конденсатор 25, неинвертирующий усилитель 26 напряжения с делителем 27 и 28 напряжения и конденсатором .29 в цепи обратной связи.

Мост уравновешивается коммутацией витков в обмотках 17 и 18. Число вит ков в обмотке 17 пропорционально реак. " . тивной составляющей измеряемого объ- . екта, характеризующей его постоянную времени. Число витков в обмотке

18 пропорционально измеряемому сопро тивлению объекта 19.

Повышение чувствительности моста осуществляется усилителем 26 напря,жения аналогичным описанному путем.

40 б

При этом емкость конденсатора 29 выбирается равной емкости конденсатора 25.

Технико-экономическйй эффект иэоб ретения заключается в существенном повышении чувствительности и точности измерений высокоомных резисторов, достигаемом сравнительно простым"путем. При этом чувствительность линейно зависит от значения измеряемого сопротивления, что существенно упрощает процесс уравновешивания многопредельной мостовой цепи.

Дополнительное повышение точности измерений может быть достигнуто путем замены образцового резистора интегратором с конденсатором на выходе. Интегратор несложно выпоЛнить с точным коэффициентом передачи. Конденсатор на выходе интегратора имеет малую емкость и его точность также высока.

Применение предлагаемого устройст ва позволяет измерять с высокой точностью сверхвысокоомные резисторы до сотен ГОм.

Формула изобретения

1. Иост переменного тОка для измерения больших сопротивлений, содержащий источник питания, измеряемы объект, образцовые меры, плечевой трансформатор напряжения с первичной обмоткой, подключенной к зажимам источника питания и вторичными обмотками, первые зажимы которых подключены соответственно к первым зажимам измеряемого объекта и образцовых мер вторые зажимы вторичных обмоток соединены с заземленной шиной моста, и детектор равновесия, включенный между точкой соединения вторых зажимов измеряемого объекта и образцовых мер и заземленной шиной моста, о т-! л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений„мост. снабжен не. инвертирующим усилителем напряжения с образцовым элементом в цепи обратной связи и делителем напряжения, подключенным к выходу неинвертируащего усилителя напряжения, первый вход неинвертирующего усилителя напряжения подключен к входу детектора равновесия, второй вход неивертирующего усилителя напряжения подключен к средней точке делителя напряжения - 7

960640 второй вывод делителя напряжения соединен с заземленной шиной моста.

2. Мост по ni1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве одной иэ образцовых мер включен интегратор с конденсатором на выходе интегратора.

ВНИИПИ Заказ 7254/50

Тираж 717 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Илюкович А. М. Методы имитации больших сопротивлений "Измерительная техника", 1978, У 12, с. 50, 2. Трансформаторные измерительные мосты. Под ред. К. Б. Карандеева.

"Энергия", М., 1970, с. 169.