Трансформаторный мост для измерения составляющих комплексного сопротивления четырехзажимных резисторов

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоветскихСоциалистицескихРеспублик(51) М, Кл.е 6 01 Я 17/12 2) Заяв 77165/ о 06,10,нем заявк с присо оаударственный комитетСовета Министров СССРпо делам иэааретенийн открытий 3) Приоритет 3) Опубликов(088,8) ано 05,05,77 Бюллетень45) Дата опубли ания описания 07,07.7 В, Хахамо 2) Автор изобретения(71) Заявител 4) ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВЛЯЮШИХ КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЧЕТЫРЕХЗАЖИМНЫХ РЕЗИСТОРОВ Изобретение относиельной технике, може и точных измерениях я к электроизмерибыть использованоэлектрических и магнитных величин, а такж еличин, преобразуемь опротивление. электрически лектрическое ений наиб вления,Мостовые методы измер олееточны при измерении сопроти в томчисле на переменном токе,Известны трансформаторные мосты для 1 Оизмерения сопротивления четырехзажимныхрезисторов с двумя индуктивными делителями напряжения в синфазной цепи 111.Однако такие мосты применяют преимущественно для измерения сопротивления резисторов с малыми остаточными параметрами, так как при возрастании остаточныхпараметров, т.е. квадратурной составляющей, использование, моста становится затруднительным. Кроме того, при этом нель зя обеспечить раздельного отсчета в широком диапазоне изменения составляющих,Известен также трансформаторный мостдля измер " я составляющих комплексногосопротивления четырехэажимных резисторов 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 2.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, нуль индикатор равновесия, трансформаторы и операционный усилитель, снабжен двумя дополнительными операционными усил10 Первичная обмотка трансформатора тока 2 подключена последовательно с измеряемым резистором 17 к генератору 1. Нагрузкой вторичной обмотки является вход операционного усилителя 3 , в параллель пую цепь обратной связи которого подклю 1 е 1 ця последовательно первичная обмотка трансформатора 4 и вход индуктивного делителя .1 включе 11 ного и 11 версно" его наг 1 рузксй 51 впйотся с е 1 фаз 11 ая ООмоткй 1 1 компаратора 10. Нагрузкой трансформатораЯь.1 ЯетсЯ Операционный усилитель 7 В цепь обратной связи которого вкл 1 очен резистор 8, а на выходе - последовательно резистор 9 и вход индуктивного делителя 55 (1 вкп 10 енного инверсно, ЕГО пагрузкОЙ 51 вляется квадратурная обмотка 12 компаратора 10.Резистор сравнения 16 включен в цепь последовательной Обратной связи операци лями и двумя инверсно включенными индуктивными делителями подключеннымипараллельно синфазной и квадратурной обмоткам компараторатохов; вход одногоиз индикаторных делителей подключен в 5цепь абра гной связи упомянутого операционного усилителя, вхпюченного по схеме повторителя тоха. вход другого делителя связан с выходом первого дополнительногооперационного усилителя, включенного посхеме хвадратурного повторитепч тока, авход этого дополнительного усичителя подключен ко вторичной обмотке второго трансформатора тока, первичная обмотка которого связана с выходом согласуюшего операционного усилителя и входом первогоделителя, причем четвертая обмотка компаратора токов соединена с выходом второгодополнительного операционного усилителя,включенного по схеме с последовательной 20обратной связью по току, резистором обратной связи которого является четырехзажимный резистор сравнения, а вход второго дополнительного операционного .усилителя подключают к потенциальным зажимам резистора, сопротивление которого подлежит измерению.На чертеже изображена схема устройства,Трансформаторный мост состоит из ге- ЗОнератора 1, трансформатора тока 2, операционного усилителя 3, трансформаторатока 4, индуктивных делителей 5 и 6,операционного усилителя 7 с резисторами8 и 9, индуктивного компаратора токов 10 35с синфазной 11, квадратурной 12, компараторной 13 и индикаторной 14 обмоткамиоперационного усилителя 15 с резисторами сравнения 16 в цепи обратной связи. 234онного 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 подкгпочена к нулевому указателю равновесия 18.Мост работает следующим образом.Ток 1,лротекаюший через резистор 17 (составляющие комплексного сопротивлениякоторого подлежат измерению) и создаюший на нем напряжение х =х 2 для обеспечения широкодиапазонности трансформируется в ток 1 многопредельным транс 2форматором 2 с коэффициентом трансформации КтТок Э на выходе и в цепи обратной связи усилителя 3 вследствие выбранной схемы включения параллельной обратной связи при достаточно высоком коэффициенте усиления равен входному току 3 , а входное сопротивление усилителя 3 пренебрежимо мапо,Известно, что инверсно включенныи индуктивный делитель преобразует не напря жение, а ток с высокой точностью с коэффициентом преобразования КВыбранная схема подключения индуктивного делителя обеспечивает ток в синфазной обмотке 11 компаратора 10, равный произведению тока 32 трансформатора 2 и коэффициента деления Кг делителя 5.Для образования широкодиапазонной квадратурной ветви выходной ток усилителя 3 трансформируется трансформатором 4 в ток З,с коэффициентом трансформации Кт и преобразуется в токравный2 овходному, но сдвинутый на 90 с помоц 1 ью операционного усилителя 7:Э. =Т Т1 2Известны два варианта ь.вадратурной цепи:О) 2,=Я;б)Е = - . 1 ОбИх можно реализовать в предлагаемоммосте одновременно, если коммутироватьрезистор и конденсатор переключателем изветви Обратной связи в выходную ветвьоперационного усилителяЗля удобства можнопринять дпя фиксированных частот К С = 2При предлагаемом способе подключенияиндуктивного делителя 6 через обл 1 отку12 протекает токЭ5Подключение обмоток 11 и 12 к Выходным зажимам индуктивных делителей 5, 6,включенных инверсно, существенно снижает влияние их комплексного сопротивле- фния на результат измерения в широком диапазоне изгленения коэффициентов деленияи К , соответствующих широкому диаь 1 И 2пазону измеряемых составляющих сопротивления резистора 17,15При достаточно высоком коэффициентеусиления усилителя 15 ток 1 В цепи хомпараторной обмотки 13 благодаря принятойпоследовательной обратной связи по токуравен отношению напряжения О на резис - фторе 17 к сопротивлению Х резистора сравнения 16, причем резистор 16 может бытьчетырехзажимным, и, следовательно, егопараметры могут быть определены с оченьвысокой точностью, особенно, если его сопротивление равно 10, где и - целое число или цуль, Возможность применения резистора с сопротивлением 10 следуетиз предложенного использования индуктивных делителей, обеспечивающих точное урав- Зновешивание при любых составляю 1 цих сопротивления резистора 17.При этом уравнение изглерения принимает видДля удобства эксплуатации рекомендуется выбирать множители к, 11,- 40ю, лиК %% 12 или их соответствующие произведенйя равными одному из значений 10, где Р- целое положительное или отрицательное число или ноль,При малых токах через резистор 17 из 4 схеглы можно исключить трансформатор 2 и операционный усилитель 3, Тогда в вышеприведенной формуле следует принять т, =1Если в качестве второго параметра необ 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 реактивный элемент, преимущественно конденсатор.Переключив цепь,состоящую из первичной обмотки трансформатора 4 и входа индуктивного делителя, к выходу усилите ПЯ 1 5 и подклю 1 ив ОбмотГу .1. .) В цепи ОО -ратной сВязи усилителя 3, можггэ пзм=рнтьсоставляющие гг овсдимостп по параллельцо 11схеме замещения,Таким Образом, благодаря предложен 11 ОЙсхеме измерительной цепп тра 11 сформаторнсго моста и инверсно 11 одключег 1 ными токовому компаратору индуктив 1 ыми делителями тока и операционными ус 1 лителями сс Выходным токовым сигналом стало Возможным четырехзажимное Включение какобразцового, так и измеряемого резисторов без потребления энергии с их потенциальных зажимов что обеспечивает возможность точного дистанционного измережя),РРИЧЕ -6 ь "З Одфь 1 РО-.,; ь ь" тф п; г1-, Г 1ЧТО ПОЗВО ЯСТ МИОГОК.,с 1 ТГ,:, ПОВ 111 СТЬ ТО 1 Г 1 ОСТ 1, ИЗМЕРЕ 1 Ц 1 Я В 1 ЦИР 1 Г 1,СМ;П 1,Ц 1;Оьэ Г,ТОМ ЧИСЛЕ и ОЧЕНЬ .,11"1 В 1 Х СО 11 РОТИВ;.Е 11 ИЙбольшой ПРОВОдим ости ) .Ормула изобретенияТрансформатор 1 БЙ мОст для измерения составля 1 ащих комплексного сопоотивпения с 18 н:1 рехзажимных РезистОРОВ со держащий источник питагп 1 я компаратор токОВ, Гль-цндикатор, подключенн,ш к индикаторной обмотке компаратора токов, два трансфорглатора тока, первичная обмотка Одного из которых включена в цепьлоточника питания последовательно с измеряемым резистором, согласу 1 ош 11 й Операциогпгый усилитечь ВхОд которого соединен со Вторичной обмоткой упомянутого трансформатооа гока, О т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазонов дистан - ционного измерения составляющих 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 упомянутого Операционного усилителя, включенного по схеме повторителя тока, вход другого делителя связан с выходом первого дополнительного операционного усилителя, включенного по схеме квадратурного повторителя тока, а вход этого дополнительного операц 1 онного усилителя связан со вторичной Обглоткой второго трансформатора тока, первичная обмотка которого связана с выхсдом согласующего операционного усилителя и входом первого делителя, причем четвертаяЗаказ 842/58 Тираж 1101 Подписное ЦНИИПИ 1 осударственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская набд, 4/5Филиал ППП "Патентф, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 обмотка компаратора токов соединена свыходом второго дополнительного операциодного усилителя, включенного по схеме споследовательной обратной связью по току резистором обратной связи которогоявляется четырехзажимный резистор сравнения, а вход второго дополнительногооперационного усилителя соединяют с потенциальными зажимами резистора, сопротивление которого подлежит измерению,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1, С ЬИп з 2. Аъ АИегМ по СоеМоъойорч о 1 1 Ъе сейнт йоиЫе Ъис 1 е Расс 1 ЕЕ ч. 109,962, НИ У Рос.1 ЕЕ ч НО, 19632, Братусь Ю. В. и др. Мост с индуктивно связанными плечами, Проблемы технической электродинамики. "Наукова дум ка", КиевВ 1973, с. 43.