Трансформаторный мост для дистанционных измерений параметров комплексного сопротивления

(51)01 В 17/12 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ СТВУ К АВТОРСКОМУ УДА)фСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СС ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТО(56) 1, Авторское свидетельство СССР В 468162 кл,6 01 В 17/10, 19722. Авторское свидетельство СССР В 761915 кл, С 01 В 17/12, 1978 (прототип),(54)(57) ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ ДЛЯ ДИСТАНЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ КОИПЛжКСНОГО СОПРОТИВЛжНИя,содержащий источник литания соединенный с первичной обмоткой трансформатора напряжения, к вторичным обмоткам которого подсоединены ветвь образцовой меры и ветвь измеряемого объекта, содержащая токозадающий образцовый резистор, подсоединенный одним выводом к первому зажиму для подключения объекта измерения, повторитель напряжения, вход которого подсоединен к зажимам для подключения объекта измерения, преобразователь ток - напряжение, к выходу которого подсое динен дойолнительный токозадающий ЯО 1022061 А резистор, а к входу - дополнительный резистор, второй вывод которого соединен с первым выводом вспомогательного образцового резистора, детектор равновесия, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения при значительном удалении объекта измерения, он снабжен дифференциальным усилителем, вторым дополнительным резистором и вторым повторителем напряжения, вход которого и второй вывод дополнительного токозадающего резистора соединены с первым зажимом для подключения объекта измерения выход - с первым выводом вспомогательного образцово-. го резистора, второй вывод которого Е соединен с детектором равновесия, входы дифференциального усилителя подключены соответственно к выходу первого и второго повторителей напряжения, а выход через дополнительный резистор - к детектору равнове- Я сия, с которым также соединен второй вывод образцовой меры, токоза- :ффффф дающий образцовый резистор вторьм выводом соединен с вторичной обмоткой трансформатора напряжения ЬР непосредственно.Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьиспользовано при построении мостовпеременного тока, предназначенныхглавным образом, для. измерений па-раметров объектов, удаленных иа 5значительные расстояния.Известны трансформаторные измерительные мосты переменного тока,содержащие источник питания, трансформатор напряжения, вторичные обмотки которого питают ветвь измеряемого объекта и ветвь образцовоймеры, вспомогательные резисторы,детектор равновесия 1Благодаря наличию в ветви измеряемого объекта токозадающего образцарезистора и съема измерительной информации с потенциальных зажимовобъекта измерения в таких местахобеспечивается четырехзажимное подключение объекта исследования, чтодает воэможность использовать их длядистанционных измерений.Однако при значительном удаленииобъектов измерения в таких местахвозникает погрешность, связанная свлиянием подсоединительных проводников Особенно заметной, эта погрешность становится тогда, когда значение токозадающего образцового резистора выбирается сравнительно небольшим, например для обеспечениябольших измерительных токов,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому изобретениюявляется мост, который содержит источник питания, соединенный с первичной обмоткой трансформатора напряжения, к вторичным обмоткам которого подсоединены ветвь образцовоймеры и ветвь измеряемого объекта, 40включающая в себя токоэадающий образцовый резистор, подсоединенныйк объекту измерения, повторительнапряжения, вход которого подсоединен к потенциальным зажимам объекта измерения, преобразователь ток -напряжение, к выходу и входу которогоподсоединены соответствуюшие дополнительные резисторы, вспомогательныйрезистор, связанный с детектором равновесия 2Недостатком такого моста является наличие дополнительного подсоединительного проводника, связывающегорезистор, стоящий на выходе преобразователяток - напряжение с высокопотенциальным зажимом объекта измерения. Это усложняет систему подсоединительных проводников, требует дополнительной экранировки, связано с дополнительным расходом меди. ,60Цель изобретения - повышение точности измерения моста при значительном удалении объекта измерения,Поставленная цель достигаетсятем, что трансформаторный мост для дистанционных измерений параметровкомплексного сопротивления, содержащий источник питания, соединенныйс первичной обмоткой трансформаторанапряжения, к вторичным обмоткам которого подсоединены ветвь образцовоймеры и ветвь измеряемого объекта, содержащая токозадающий образцовыйрезистор, подсоединенный одним выводом к первому зажиму для подключенияобъекта измерения, повторитель напряжения, вход которого подсоединен кзажимам для подключения объекта измерения, преобразователь ток - напряжение, к выходу которого подсоединендополнительный токозадающий резистор,а к входу - дополнительный резистор,второй вывод которого соединен с первым выводом вспомогательного образцового резистора, детектор равновесия снабжен дифференциальным усилителем, вторым дополнительным резисто.ром и вторым повторителем напряжения,вход которого и второй вывод дополнительного токозадаюшего резистора соединены с первым зажимом для подключения объекта измерения, выход - с первым выводом вспомогательного образцового резистора, второй вывод которого соединен с детектором равновесия,входы дифференциального усилителя подключены соответственно к выходу первого и второго повторителей напряжения,а выход через дополнительный реэисторк детектору равновесия, с которымтакже соединен второй вывод образцовой меры, токозадающий образцовыйрезистор вторым выводом соединен свторичной обмоткой трансформатора напряжения непосредственно,На чертеже представлена схематрансформаторного моста,Настоящий мост содержит источник1 питания, первичную обмотку 2 трансформатора 3 напряжения, вторичные обмотки 4 и 5 трансформатора 3 напряже-.ния объект б измерения, образцовуюмере 7, токозадающий образцовый резистор 8, токовые подсоединительные проводники 9 и 10, повторитель11 напряжения, дополнительный резистор 12, преобразователь ток - напряжение 13,дополнительный токоэадающий резистор 14, вспомогательный образцовый резистор 15,потенциальные подсоединительные проводники16 и 17, повторитель 18 напряжения,дифференциальный усилитель 19,дополнительный резистор 20, детектор 21.равновесия,Мост работает следукнаим рбразом.При подключении источника 1 питания к первичной обмотке 2 трансформатора напряжения 3 во вторичных обмотках 4 и 5 трансформатора возникают напряжения, под действием которых в ветви объекта 6 измерения и ветви1022061 образцовой меры 7 протекают соответствующие токи 1. и 12Ток 1 создает на зажимах объекта измерения рабочее (измерительное)напряжение 02, а иа 1 токовыхфподсоединительных проводниках 9 и 10- 5параэитные падения (напряженийьО;.и4 ,соответственно. Суъща этих-напряжений,равная,О =02 х+дО.+д 0,посредством повторителя 11 напряженияподводится к дополнительному резистору 12, связанному с преобразователемток - напряжение 13Выходное напряжение преобразователя, воздействуя надополнительный резистор 14, создаетв цепи токовые подсоединительнце про; )5водники - объект измерения компенсационный ток 1, благодаря чему токв ветви измеряемого объекта становится только Функцией значения токозадающего образцового резистора 8,что эквивалентно устранению методической погрешности измерения, возникающей иэ-эа несоблюдения нера-.венства Воэ(ех+дВ+дВ), где Во 2 х,ДВ,дВ - сопротивление резистора 8,имйедайс объекта 6 измерения, сопротивления подсоединительных проводников.и 10, соответственно.Под действием выходного напряженияповторителя 11 на вспомогательныйобразцовый резистор 15, возникает ток З 0зНапряжение П, действующее назажимах объекта измерения, при помощи ефпотенциальных подсоединительных проводников 16 и 17 подводится к 35повторителю 18 напряжения.Выходные напряжения повторителей11 и 18 поступают на вход дифференциального усилителя 19, на выходе которого образуется разность этих напряжений, представляющих собой суммарное падение напряжений на токовыхподсоединительных проводниках РдО+;+дО/. Фаза выходного напряжениядифференциального усилителя выбирается такой, чтобы ток 4 , возникающийпод действием этого напряжения надополнительный резистор 20, вычитался бы из тока 13 . Благодаря это,му, в процессе уравйрвешивания моста,.детектор 21 равновесия реагирует толь 5ко на разность между токОм 12 , создаваемым ветвью образцовой мерц, итой частью тока 1 , которая пропорционадьная параметрам объекта измерения,55 0 пг3 (2) о тгде Хр - импеданс образцовой меры 7)В - сопротивление резистора 15що,щг- число витков обмотки 2 и 5трансформатора напряжения 3,соответственно;К - коэффициент передачи повто 1рителя 11 напряжения;(8) ния (8) на выражение дх +дя +гх х 1 -оТаким образом, влияние фтоковых 1 подсоединительных проводников на точность измерения мостовой цепи будет устранено. 60Изложенное легко подтвердить аналитически путем вывода уравнения равновесия е учетом особенностей вышеописанного механизма работы мостовой цепи. Равновесие характеризуется уравнениемэ -эс)о ро сопротивление токозадаюшего резистора 8;сопротивление резистора 14) сопротивление резистора 121 число витков обмотки 4 трансформатора 3 напряжения; коэффициент преобразования преобразователя ток - напряжение 13.=1 К =1 В =2 и В =В выраг О О примет вид Подставляя (7) . и (5) в (4),получим . г ъ чЙ =(дх +ай+2 )1 1 х дй +ай+УхВо "+ )гоу множив левую и правую части уравне(в)40 1по выра-; 4 е вы 50 к ак (к к 2 к-рой ДК , гаяо Составитель И.БахтинаРедактор Т,Киселева Техред С.Мигунова ректор Г.Решетник Подпис Заказ 4032/36 Тираж 710ВНИИПИ Государственного комитпо делам изобретений и,откры 113035, Москва, Ж, Раушска а СССРйнаб., д, 4 филиал ППП Патентк, г. ужгород, ул. Проектная,и произведя несложные преобразования,Подставляя (9) в (3), найдем эна 5чение тока 13 ЬЙ +йР 1+Ч,щК 1 х 1) 1. . (1 о) йО ЩО ."1 Имея ввиду, что диФФеренциальный усилитель 19 чувствителен к разнос ти подаваемых на его входы напряжений, выражение дпя тока 14 может быть 5 записано следующим образом11 Ех 220 где К - сопротивление допалнительного резистора 20 у К,К - коэФФициенты передачинапряжения повторителя 18 идиФФеренциального усилителя 19, соответственно.Подставив в (11) выражение (9) :и значение 0, равноеили после преобразованийкимк,кк,кк-к )кО 1Произведя далее постановкужения (3) с учетом (10), а таражений (13) и (2) в (1), пол(1 йооткуда после соответствующих преобразований и при условии В=В найдем следующее выражение для измерительного импеданса: представляет собой погрешность, обусловленную наличием токовых подсоединительных проводников и активных устройств:повторителей 11 и 18 напряже ф; ния и диФФеренциального усилителя 19,.Не трудно видеть, что при К=Ку =-К=1 погРешностьФкхобРащаетсЯ в О,На практике указанные коэффициенты передачи напряжения будут отлич-ны от нуля, тем не менее легко добиться, чтобы погрешностьокХбыла бы пренебрежимо мала. Например, при выполнении активных повторителей 11, 18 и усилителя 19 с коэФФициентами передачи равными К=К 2=К =0,99, что составляет. в процейтном выражении 13 и достигается беэ каких-либо затрудНений,б;,составит, примерно, 0,01При К=К =К =0,999 (0,1)д уменьшится уже до 0,001%.Таким образом, предлагаемое изобретение дает возможность производить. дистанционные измерения параметров комплексных величин без снижения точности, что достигается относительно простыми средствами: введением второго повторителя напряжения, диФФеренциального усилителя и дополнительного резистора. Отметим также и то обстоятельство, что подключение дополнительного оборудования (элементы 11-14,19-20), принимающего участие в компенсации влияния подсоединительных проводников, осуществляется квнутри измерительной цепи, благодаря чему уменьшается число проводников, связывающих объект измерения с мостом.