Трансформаторный мост для измеренияпараметров комплексных сопротивлений

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 020879(21) 2803751/18-21с присоединением заявки Йо(51)м, К,з 6 01 8 17/12 Государственный коинтет СССР по делан изобретений н открытий(53) УДК 621. 317. .733 (088. 8) Дата опубликования описания 30 Р 631(71) Заявитель,(54) ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНЫХ .СОПРОТИВЛЕНИЙ Изобретение относится к электро- измерительной 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(13,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущностиявляется 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 Г 2.Недостатком этого моста являетсяснижение точности измерения из-завлияния источника постоянного напряжения и сложности. конструкции.Цель изобретения - повышение точности измерения в.широком диапазонечастот и упрощение конструкции,Поставленная цель достигаетсятем, что трансформаторный мост дляизмерения параметров комплексных 15 сопротивлений содержащий источникпитания, к которому подключен трансформатор напряжения, одна из вторичных обмоток которого соединена споследовательно соединенными первым 20 образцовым элементом, повторителемнапряжения, параллельно которомувключен объект измерения, и вторымобразцовым элементом, а другая вторичная обмотка трансформатора напря жения соединена с одним выводом третьего образцового элемента, второйвывод которого соединен с детектором равновесия и вторымвыводом второго образцового элемента, источник 30 постоянного напряжения, снабжен двухполюсником на транзисторе, между коллектором и базой которого включен резистор смещения, вспомогательнойцепочкой, состоящей из последовательно соединенных конденсатора и резистора, и усилителем, причем вход двухполюсника подключен к одному иэ зажимов источника поСтоянного напряжения, другой зажим которого соединенс высокопотенциальным зажимом объекта измерения, выход - к средней точке вспомогательной цепочки, другиевыводы входящих в нее конденсатораи резистора подключены соответственно к выходу повторителя напряженияи к общему проводу, один из входовусилителя 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 мостапеременного тока.Предлагаемый трансформаторныймост переменного тока состоит из источника 1 питания, трансформатора 2напряжения с вторичными обмотками3 и 4, образцовых элементов 5 и 6, объекта 7 измерения, повторителя 8напряжения, 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 следующим образом. 40При 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 элементы5 и 6, создают в ветвях моста соответственно измерительный и образцовый таки. 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 воспринимается детектором равновесия 10. Ток поляризации (или подмагни- ц) 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 цепочки15 - общий провод.Двухполюсник 12 обладает малымсопротивлением постоянному току ивесьма большим переменному току, Припомощи резистора 13 смещения рабочаяточка транзистора 14 выбирается таким образом, чтобы транзистор работал на плоской части характеристикиколлекторного тока. В этом случаесопротивление двухполюсника переменному току будет находиться в пределах от сотен тысяч Ом до десятковМОм.Так как усилитель 16 своими входами 17 и 18 подсоединен к высокопотенциальному зажиму объекта 7 измерения и выходу повторителя 8 напряжения соответственно он выделяетсигнал ошибки повторителя 8. Этотсигнал инвертируется и с выхода 19усилителя 16 через разделительныйконденсатор 20 подводится к базовойцепи транзистора 14 двухполюсника 12.Транзистор 14 повторяет этот сигнал,благодаря чему между выходом двухполюсника 12 (точка 21) и общим про. -водом (корпусом) действует алгебраическая сумма выходного напряженияповторителя 8 с сигналом его ошибки,т.е. напряжение, с высокой точностьюравное падению напряжения на зажимах объекта 7 измерения,Таким образом, источниК 11 постоянного напряжения оказывается включенным между точками, на которыхдействуют равные по фазе и амплитуде переменные напряжения. В результате, переменный ток через источникне протекает и эффект шунтированияизмеряемого инпеданса устраняется.Степень остаточного шунтирования(в виде погрешности), имеющего местоиз-за неидеальности применяемых активных устройств двухполюсника 12и усилителя 16 с единичным усилением,может быть определена при помощи выраженияУ : - . " 1" ао/о2О ггде 2 К - измеряемый импеданс;к - сопротивление двухполюсни 12ка 12 по переменному току;О - напряжение на объекте 7 изХмерения,О- напряжение между выходомдвухполюсника 12 (точка 21)и общим проводом,Напряжение О 21 может быть представлено следующим образомО . Ох й О + А ОК.КЪ (2) где а О - сигнал ошибки повторителя8 напряжения;К, Кь - коэффициенты передачи усилителя 16 и транзистора 14соответственно.Или 0 = Окх - ац (1-ККЗ)Сигнал ошибки аО равенЬ О = 02 х - Ох К 1или д О Ох (1- К., ), (4)где к 1 - коэффициент передачи повторителя 8 напряжения,Подставляя (4) в (3), а затем в(1), получим "Юд = Я(1-К,) (1-КК. ) 10 О (5)Подставйм в выражение (5) реальные значения. Предположим, что осуществляется измерение емкости в 1 мкфна частоте 50 Гц, а Р 1 = 104 Ом,К,1 = 0,999 (0,1), К = К 5 = 0,95(1-Ос 999) (1 Ос 95 Ос 95)"100104 6,28 501 . 10-60,00314 (б) т.е, 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 изобретенияТрансформаторный мост для измерения параметров комплексных сопротивлений, содержащий источник питания,к которому подключен трансформаторнапряжения, одна из вторичных обмотоккоторого соединена с последовательно соединенными первым образцовымэлементом, повторителем напряжения,параллельно которому включен объектизмерения, и вторым образцовым элементом, а другая вторичная обмоткатрансформатора 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 йс я тем, что, с целью повышенияточности измерения в широком диапазоне частот и упрощения конструкции, он снабжен двухполюсником натранзисторе, между коллектором ибазой которого включен резистор смещения, вспомогательной цепочкой,состоящей из последовательно соединенных конденсатора и резистора,и усилителем, причем вход двухполюсника подключен к одному из зажимовисточника Постоянного напряжения,другой зажим которого соединен,свысокопотенциальным зажимом объекта измерения, выход - к средней точке вспомогательной цепочки, другиевыводы входящих в нее конденсатораи резистораподключены соответственно к выходу повторителя напряженияи к общему проводу, один из входовусилителя подключен к высокопотенциальному зажиму объекта измерения,другой - к выходу повторителя напряжения, а выход - к базовой цепитранзистора через разделительныйконденсатор.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 468162, кЛ. О 01 Р 17/12, 1975.2. Авторское свидетельство СССРР 520546, кл, С 01 Р 17/12, 1976.842594 ль И. Бахтин Коштура Соста Техре ктор А Грицен Заказ 508 ВН 113035 ПП Патент", г. Ужгород, ул, Проект фили едактор С. Шевченко Тираж Государственного делам изобретений осква, Ж, Рауш732 Подписноекомитета СССРи открытийкая наб., д. 4/5