Трансформаторный мост для измерения малых комплексных сопротивлений

,80 1018027 А СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ, РЕСПУБЛИК 1 а 17 10 Н ПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт электродинамики АН Украинской ССР(56) 1. 1 Приборы для научных исследований.ф, 1971, М 4; с. 114, 115.2. 7. 7 авЕц 1 вЮ Ж 1 айу рвайц ркгев 3.-.еппедо. Йо рош 1 аку пхвМсп 1 ещрекакцккеквовейкал 1 р 1 аЫпоюуш 1, РАК, 9 5,1979, в, 265,(54)(57) ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ ДЛЯИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ КОМПЛЕКСНЫХ СОПРОТИВ.ЛЕНИЙ, содержащий. цепочку из двухпоследовательно соединенных токовымизажимами четырехзажимных измеряемогои.образцового сопротивлений, источник питания,.подключенный к токовымзажимам цепочки, двухступенчатыйтрансформатор с .двумя.,плечевыми и до-.полнительной обмотками, причем плечевые обмотки выполненй.на двух .серцеч.никах, а дополнительная обмотка выполнена на одном сердечнике, дополни-.тельный трехобмоточный трансформатори детектор равновесия, одна из плече вых обмоток двухступенчатоо трансаФорматора последовательно с первойобмоткой дополнительного трансформа"тора подключена к потенциальным зажимам измеряемого объекТа, вторая плечевая обмотка последовательно,с вто" .рой обмоткой дополнительногО траиСФОр"матора подключена к потенциальным зажимам образцового сопротивления, кзажимам третьей обмотки дополнительного трансформатора подключен детектор.равновесия, о т л и ч а ю щ и й-с я тем,.что, с целью новишения точности измерений, мост снабжен второйдополнительной обмоткой на двухсту- .пенчатом трансформаторе, расположенной на одном сердечнике, и вторим дФ-ф полннтельннн двулобнотоннна транофОР матором, причем первая обмотка вторс го дополнительного трансформатора под пленена третье(дополннтельньва 1 к по: 4 .тенциальным зажимам измеряемого"и об разцового сопротивлений, вторая ебиот ка дополнительного трансформатора пос .ледовательно. с двумя-дополнительийми обмотками двухступенчатого трансфор- злы матора подключена к четвертым(допв 9 т+ нительным) потенциальным зажимам. фВ-. аею меряемого и образцового сопротйьйаний .фы, 1 О 18 ОИступенчатый трансформатор с двумясердечниками, двумя плечевыми и дополнительной обмоткой, причем плечеИзобретение относится к электроиэ" мерительной технике и может быть ис 1 пользовано для измерения параметров комплексных сопротивлений посредством мостоных и компенсационных цепей пе;ременного тока.5Известен трансформаторный мост, ,содержащий, цепочку из двух последона тельно соединенных токовыми зажимами четырехэажимных измеряемого и образцового сопротивлений, источник питания, подключенный к токовым зажимам цепочки, два плечевых антотрансформатора, обмотки которых соединены парал лельно, образцовые резистор, конденсатор и детектор равновесия и два 15 двухобмоточных трансформатора, причем первая обмотка первого днухобмоточного трансформатора подключена к первым потенциальным зажимам измеряе. мого и образцового четырехзажимных сопротивлений, вторая обмотка этого трансформатора последовательно с пле чеными антотрансформаторами подключена к вторым потенциальным зажимам упомянутых четырехзажимных сопротин" д лений, первая обмотка второго двух- обмоточного трансформатора последонательно с образцовым реэистром включена в диагональ моста между потенци. альным зажимом измеряемого сопротивления и отпайкой от обмотки первого автотрансформатора, детектор равновесия подключен к второй обмотке втоРого двухобмоточного трансформатора, образцовый конденсатор включен между отпайкой от обмотки нторого автотрансф форматора и точкой соединения образЦового резистора с,перной обмоткой первого антотрансформатора 1.Недостатки этого устройства состоят в том, что не обеспечивается пря Мой измеряемой величины, а погрешности, обусловленные неточностью коЭффициента передачи первого двухобмоточного трансформатора, зависят.от Частоты и растут с уменьшением знаЧений измеряемого сопротивления,Кроме того, погрешности, обуслон" Ленные влиянием остаточных парамет" Ров обмоток плечевых автотрансформаторов и соединительных приводон, ог" Раничинают точность измерений и изМеняются при уравновешивании моста,Причем межобмоточные емкости первого (компенсирующего) днухобмоточно. го трансФорматора шунтируют образцовое сопротивление и ограничивают точ. ность измерений при увеличении этого сопротивления.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является транс" Форматорный мост, содержащий цепочку 60 иэ последовательно соединеннык токовыми зажимами измеряемого и двух идентичных образцонык сопротивлений, источник питания, подключенный к товые обмотки выполнены на двух сердечниках, а дополнительная обмотка выполнена на одном сердечнике, и допол" нительный трехобмоточный трансформа"гор, одна иэ плечевых обмоток двухступенчатого трансформатора последовательно с первой обмоткой дополнительного трансформатора подключенак потенциальным зажимам измеряемого объекта, вторая плечевая обмотка двух ступенчатого трансформатора последовательно с нторой обмоткой дополнительного трансформатора подключенак потенциальным зажимам первого образцового сопротивления, дополнительная обмотка двухступенчатого трансФорматора подключена к потенциальным зажимам второго образцового сопротивления, третья обмотка дополнительного трансформатора подключена к зажимам детектора равновесия (21,Недостатком известного устройства является сложность конструкции, обусловленная необходимостью в дублировании образцовых мер, Особенно сложно устройство при построении многопредельных мостов, Кроме того, при таком дублировании образцовых мер нарушается четырехзажимность их подключения и соединительные провода и контакты внесут дополнительную погрешность н результаты измерений,Цель изобретения - повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем,что трансформаторный мост для измерения малых комплексных сопротивлений,содержащий цепочку из двух последовательно соединенных токовыми зажимами четырехзажимних измеряемого и образцового сопротивлений, источник питания, подключенный к токовым зажимамцепочки, двухступенчатый трансформатор с двумя сердечниками и двумя плечеными и дополнительной обмотками,причем плечевые обмотки выполнены надвух сердечниках, а дополнительнаяобмотка выполнена на одном сердечнике, дополнительный трехобмоточныйтрансформатор и детектор равновесия,одна из плечевых обмоток двухступенчатого трансформатора последонатель" но с первой обмоткой дополнительного трансформатора подключена к потенциальным зажимам измеряемого объекта,вторая плечеваяобмотка последовательно с второй обмоткой дополнительного трансформатора подключена к потенциальным зажимам образцового сопротивления, к зажимам третьей обмотки дополнительного трансформатора подключен детектор равновесия, снабжен второй дополнительной обмоткой на двухступенчатом трансформаторе, раг полоковым зажимам цепочки, плечевой двухъ 65 женной на одном сердечнике, и вторым1018027 где 65 3дополнительным двухобмоточным трансФорматором, причем первая обмотка второго дополнительного трансформато. ра подключена к третьим (дополнительным) потенциальным зажимам измеряемого и образцового сопротивлений, вторая обмотка второго дополнительно го трансформатора последовательно с двумя дополнительными обмотками двухступенчатого трансформатора подключена к четвертым (дополнительным) по" 10 тенциальным зажимам измеряемого и образцового сопротивлений.На фиг. 1 и 2 представлены упрощен ные электрические схемы трансформатор ного моста. 15Устройство содержит источник 1 питания, измеряемое 2 и образцовое 3 сопротивления, соединенные токовыми зажимами последовательно с источником 1, к потенциальным зажимам измеряемого объекта подключены после- довательно обмотка 4 трансформатора 5 и обмотка 6 двухступенчатого транс" Форматора с сердечниками 7 и 8, а к потенциальным зажимам образцового сопротивления подключены последова- . тельно обмотка 9 трансформатора 5 и обмотка 10 двухступенчатого трансформатора. Обмотка 11 дополнительного трансформатора 12 подключена к треть им потенциальным зажимам измеряемого 30 и образцового сопротивлений,обмотка ,13 трансформатора 12 последовательно с обмотками 14 и 15 двухступенчатого трансформатора, выполненными на одном сердечнике 8, подключена последо вательно к четвертым потенциальным зажимам измеряемого и. образцового сопротивлений, Детектор 16 равновесия подключен к зажимам обмотки 17 трансФорматора 5. 40Мост работает следующим образом.Падение напряжения на измеряемом и образцовом сопротивлениях сравниваются с напряжениями на обмотках 6 и 10, При наличии разности сравнивае-мых напряжений возникают токи в обмотках 4 и 9 трансформатора 5. По основному параметру мост уравновешивается коммутацией витков в обмотке 6 до исчезновения магнитного потока в сердечнике трансформатора 5, крйтро.Лируемого детектором 16 равновесия Равновесие моста наступает при равен. стве ампер-витков в обмотках 4 и 9, т.е. при выполнении условия55ю= )у (,л) где ш, в - числа витков 4 и 9 соответственно; ф Х - токи в этих обмотках. 60 Значенйя токов Х, Х определяются из равенств(2 +Б )тивлений 2 и 32, 84 - полые сопротивления обмоток 6 и 10 двухступенчатогр трансформатора,Числа витков в обмотках 4 и 9 обыч но выбираются одинаковыми, т.е.вл=а При этом уравнение равновесия цепи (1) с учетом зависимостей (2 щэинимает вид73 ГХоЪзЪ 4Если не учитывать влияния внутренних сопротивлений обмоток 6 и 10 и сопротивлений соединительных проводов, то известна зависимость 4 4где ш, в - числа витков в обмоткахб и 10 соответственно,С учетом зависимости (4) уравнениеравновесия цепи (3) принимает видЩг= , СМКак следует из последнего уравнения, равновесия мостовой цепи можно достичь регулировкой числа витков ш в обмотке б, причем число витков в регулируемой обмотке пропорционально измеряемой величине и, следовательно, обеспечивается прямой отсчет 2,Приведенный анализ состояния равновесия цепи произведен для идеальных характеристик элементов без учета влияния остаточных параметров обмоток, образцовых элементов и сопротивлений.соединительных проводов, При реальных измерениях необходимо компенсировать погрешности, вносимые перечисленными остаточными параметрами цепи, в устройстве осуществляется компенсация следукщим образом.Погрешности, обусловленные влиянием остаточных сопротивлений обмоток 6 и 10, соединительных проводов к ним компенсируются посредством.двухступен чатого выполнения плечевого трансформатора, Двухступенчатый трансформатор, имеет две обмотки 14 и 15 намагничива; ния, выполненные на сердечнике 8, по которым протекает главная часть тока, и обмотки измерительные 6 и 10 с очень большим входным сопротивлением. Работу устройства можно пояснить на эквивалентной схеме если представить двухступенчатый трансформатор в вице двух трансформаторов, выполненных сб. ответственно на сердечниках 7 и 8 раздльно, как показано на фиг. 2.Обмотки 6 и 8, выполненные на сер. дечниках, при этом разбиваются надве последовательно соединенные обмотки каждая. Обмотки б и 10 выполне. ны на сердечнике 8, обмотки 18 и 19, имеющие такое же число витков, как и обмотки б и 10, соответственно, выполнены на сердечнике 7. 5Позициями 20 и 21 (2,2) обозначены соответственно остаточные сопротивления обмоток б и 10 и соединительных пронодов к ним 22 (Ея - сопротивление соединительного провода 10 между измеряемым 2 и образцовым 3 сопротивлениями, 23 и 24. (Е, Ея) остаточные сопротивления обмоток 14 и 15 и соединительных проводов к ним Зи;-Еи Ея =Ел, Число витков в обмотке 14 равно числу витков в обмотке б, число витков в обмотке 15 равно числу витков н обмотке 10.Основной магнитный поток создается в сердечнике В током намагничива, 20 ния, протекающим по обмоткам 14 и 15, При отсутствии трансформатора 12 обмотки 14 и 15 шунтируют сопротивление Ея соединительного провода, что вносит дополнительную погрешность в результаты измерений. Посредством трансформатора 12 напряжение с зажимов нежелательного сопротивления Е,. включается с напряжениями обмоток 14 и 15 и, таким образом, эта погрешность компенсируется.Напряжение на зажимах обмотки 14 отличается от напряженияна зажимах измеряемого сопротивления на величину падения напряжения на нежелательном сопротивлении Е . Напряжение на З 511зажимах обмотки 15 отличается от напряжения на эажимах обраэцоного сопротивления на величину падения напряжения на нежелательном сопротивлении Еп Такие же напряжения соот нетственно возникают на зажимах обмоток б и 10, расположенных на том же сердечнике 8. Таким образом, к за. жимам обмоток 18 и 19 приложены разности напряжений между напряжениями на зажимах обмотки б и сопротивлении 2 и на зажимах обмотки 10 и сопротин-. ленин 3, соответстненно. Эти разности напряжений достаточно малы и рав-ны соответственно падениям напряжений на сопротивлениях Еи Еи Приэтом магнитный поток в сердечнике 7,обусловленный малыми напряжениями,приложенными к обмоткам 18 и 19, дос.таточно мал и поэтому полные сопротивления обмоток 18 и 19, обусловлен.ные этим потоком, достаточно велики,что существенно огранйчинает токи,протекающие по обмоткам б, 18 и 10,19 соответственно, и таким образомобеспечивается существенное снижвниепогрешностей, возникающих из-за влияния сопротивлений 2, 2.Предлагаемое устройство имеет слв.дующие технико"экономические преимущества, по сравнению с базовым устройством,Повышение точности измерений, упрощение конструкции и удешевлениепредлагаемого устройства обеспечива"ется эа счет того, что громоздкий идорогой набор образцовых мер, исполь.эуемый в базовом приборе, заменяетсядешевым и миниатюрным днухобмоточнымтрансформатором с нерегулируемыми обмотками, При этом повышается надежность работы устройства, так как исключается необходимость и дополнительной коммутации дублирующего набораобразцовых мер,Преимущества устройства особенноочевидны при построении многопредель.ных автоматических мостов, Так, например, при обеспечении б пределовизмерений в известном устройстве необходимо применять б дополнительныхобразцовых мер и обеспечить их коммутацию при переключении пределов, т.е.необходимо еще по крайней мере б реле и устройство для управления ихкоммутацией, Контакты реле и соединительные провода вносят дополнительныепогрешности в результаты измерений.Эти элементы в данном устройствеисключены и заменены одним днухобмоточным трансформатором.