Трансформаторный мост для измерения параметров комплексных сопротивлений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК Н 9) ЯО ин 7 12 3".,Г(;0 К)ЗЯБЕЙ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ обрым л ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(53) 621.317.733(088.8) (56) 1. Цифровой измеритель индуктивности ЭМЦ 7-2. Техническое описание и инструкция по эксплуата- ии Ц2. Авторское свидетельство СССР 9 761915, кл. 0 01 В 17/12, 22.08.7 (54) (57) 1 ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ, содержащий источник питания, трансформатор напряжения с двумя вторичными обмотками, концы которых соединены с общей шиной, ветвь измеряемого объекта, состоящую из токоэадающего образцового резистора, повторителя напряжения, входы которого подсоединены к потен циальным зажимам для подключения объекта измерения, первый выход к общей шине, второй выход - к выводу вспомогательного образцового резистора, образцовую меру, один вывод которой соединен с началом второй вторичной обмотки трансформатора напряжения, детектор равновесия, один вывод которого соединен с общей шиной, дополнительный резистор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем расширения диапазона измерения в сторону больших импедансов при одновременном обеспечении больших измерительных токов и упрощения конструкции, он снабжен первым и вторым последовательно соединенными четырехполюсниками, вторым повторителем напряжения, разделительным конденсатором, преобразователем напряжение - ток, первый вход которого соединен с началом первой вторичной обмотки трансформатора напряже-. ния, второй вход - с токозадающим образцовым резистором, другой вывод которого подсоединен к р-ей шине, выход преобразователя найряжение-ток совместно с выходом первого четырехполюсника подсоединены к входу второго повторителя напряжения и через разделительный конденсатор к потенциальному зажиму для подключения объекта измерения, выход второго повторителя напряжения через дополнительный резистор подсоединен к общим входу первого и выходу второго четырехполюсников, вторые входы которых соединены с общей шиной, первый вход второго четырехполюсника соединен с источе ником постоянного напряжения, второй вход второго повторителя напряжения соединен с выходом первого повторителя напряжения, вторые выводы образцовой меры и вспомогательного разцового резистора соединены с вто выводом детектора равновесия.2. Мост по п.1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что преобразователь напряжение-ток выполнен в виде основного и вспомогательного составных транзисторов, базы и эмиттеры основного и вспомогательного составных транзисторов соединены параллельно и подключены соответственно к первому входу и выходу преобразователя напряжение-ток, а коллектор основного составного транзистора и соединенный с ним через дополнительный тбкозадаю:ций резистор коллектор вспомогательного составного транзистора подключены к второму входу преобразователя напряжение-ток.3. Мост по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что каждый из четырехполюсников выполнен в виде составных транзисторов с резисторами, питания, подсоединенными к источнику постоянного напряжения, второй вывод которого подключен к общей шине.1078343 10 20 25 30 Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть использовано при построении мостов переменного тока или аналогичных устройств, предназначенных для измерения параметров комплексных сопротивлений, в частности параметров катушек индуктивности с ферритовыми магнитопроводами.Известен цифровой измеритель индуктивности ЭИЦ 7-2, предназначенный для измерения индуктивности катушек, измерительная цепь которого выполнена по схеме прямоугольно-координатного компенсатора переменноготока, использующий метод формирования и сравнения компенсирующих напряжений с напряжением,действующимна испытуемом объекте, основанным на одном из алгоритмов координированного однонаправленного поразрядного уравновешивания с выработкой управляющих воздействий с помощью фаэочувствительных ийдикаторов Ц .Недостатками устройства являются узкий диапазон измерений и регулировки измерительного тока, а также относительно низкая точность измерений. Наиболее близким к изобретению. по технической сущности и техническому решению является мост переменного тока, содержащий источник питания, трансформатор напряжения, к вторичным обмоткам которого подсоединены ветвь образцового импеданса и З 5 ветвь измеряемого объекта, включающая в себя сумматор, токозадающий образцовый резистор, повторитель напряжения, вход которого подсоединен к потенциальным зажимам объекта 40 измерения, а выход через вспомогательный образцовый резистор - к детектору равновесияпреобразователь напряжение-ток, выход которого через дополнительный резистор подсоещинен к потенциальному зажиму объек та, а один из входов через другой дополнительный резистор - к выходу повторителя напряжения 2 .Недостатки известного моста переменного тока заключаются в том, что 50 он не обеспечивает измерение больших индуктивностей, особенно в тех случаях, когда через объект измерения необходимо пропускать большие измерительные токи, а также в том, 55 что для обеспечения больших измерительных токон в цепи измеряемого объекта не только сумматор, но и преобразователь напряжение-ток должен обладать значительной электри ческой мощностью, ибо он также, как и сумматор, нагружается на токозадающие резисторы с малым сопротивлением и что он имеет сложную конструкцию. 65 Цель изобретения - расширениефункциональных воэможностей путемрасширения диапазона измерения в сторону больших импедансов при одновременном обеспечении больших измерительных токов в ветви измеряемого объекта и упрощении конструкции моста.Поставленная цель достигаетсятем, что трансформаторный мост дляизмерения параметров комплексныхсопротивлений, содержащий источникпитания, трансформатор напряжения с двумя вторичными обмотками, концы которых соединены с общей шиной,ветвь измеряемого объекта, состоящую из токозадающего образцовогорезистора, повторителя напряжения,входы которого подсоединены кпотенциальным зажимам для подключения объекта измерения, первый выход " к общей шине, второй выход - к выводу вспомогательного образцовогорезистора, образцовую меру, одинвывод которой соединен с началом,второй вторичной обмотки трансформатора напряжения, детектор равновесия, один вывод которого соединен с общей шиной, дополнительный реэистор, снабжен первым и вторым последовательно соединенными четырехполюсниками, вторым повторителемнапряжения, разделительным конденсатором, преобразователем напряжение - ток, первый вход кссрогосоединен с началом первой вторичной обмотки трансформатора напряжения, второй вход - с токозадающим образцовым резистором, другой вывод которого подсоединен к общей шине выход преобразователя напряжение - ток совместно с выходом первого четырехполюсника подсоединены к входу второго повторителя напряжения и через разделительный конденсатор к потенциальному зажиму для подключения объекта измерения, выход вто" рого повторителя напряжения через дополнительный резистор подсоединен к общим входу первого и выходу второго четырехполюсников, вторые входы которых соединены с общей шиной, первый вход второго четырехполюсника подсоединен к источнику постоянного напряжения, второй вход второгопонторителя напряжения соединен свыходом первого повторителя напряжения, вторые выводы образцовой мерыи вспомогательного образцового резис-,тора соединены с вторым выводомдетектора равновесия. Преобразователь напряжение-ток выполнен в ниде основного и вспомогательного составных транзисторов, базы и эмиттеры основного и вспомогательного составных транзисторов соединены параллельно и подключенысоответственно к первому входу и выходу преобразователя напряжение-ток,коллектор основного составного транзистора и соединенный с ним черездополнительный токозадающий резистор коллектор вспомогательного составного транзистора подключены квторому входу преобразователя напряжение-ток.Кроме того, каждый из четырехполюсников выполнен в виде составных 10транзисторов с резисторами питания,подсоединенными к источнику постоянного напряжения, второй вывод которого подключен к общей шине,Введение в мост преобразователя 15напряжение-ток, структурной характеристикой которого является высокоевыходное сопротивление по переменному току, устраняет влияние токоэадающего образцового резистора на методическую погрешность, что расширяет диапазон измерения в сторонубольших импедансов, а выполнениепреобразователя и четырехполюсниковв виде составных транзисторов совместно с возможностью применениятокоэадающнх образцовых резисторовмалых номинальных значений обеспечивает большие измерительные токи прималых энергетических потерях, чтоупрощает конструкцию моста,Введение второго повторителя напряжения устраняет влияние разделительного конденсатора на результатизмерения.. 35На чертеже представлена функциональная схема трансформаторного моста для измерения параметров комплексных сопротивлений.Устройство содержит источник.1 40 питания, трансформатор 2 напряжения с первичной обмоткой 3 и вторичными обмотками 4 и 5, преобразователь 6 напряжение-ток, имекиций первый вход 7, второй вход 8, выход 9 и со держащий основной составной транзис-тор, выполненный на транзисторах 10 и 11 и резисторе 12 питания, вспомогательный составной транзистор, выполненный на транзисторах 13 и 14. 50 резисторе 15 питания и дополнительном токоэадающем резисторе 16, токо- задающий образцовый резистор 17, разделительный конденсатор 18, объект 19 измерения, первый повторитель 20 напряжения, вспомогательный образцовый резистор 21, ббразцовый импеданс 22, детектор равновесия 23, второй повторитель 24 напряжения, дополнительный резистор 25, первый четырехполюсник 26, выполненный в виде сос тавного транзистора, состоящего иэ транзисторов 27 и 28 и резисторов 29-31 питания , и второй четырехполюсник 32, выполненный в виде составного транзистора, состоящего 65 из транзисторов 33 н 34 и резисторов 35-37 питания, источник 38 по . - тоянного напряжения, общий провод (земля) 39, зажимы 40-42.Устройство работает следующимобразом.При включении источника 1 питания на выводах обмотки 4 трансформатора 2 возникает напряжение,которое подводится к первому входуТ преобразователя 6 напряжение-токи общему проводу (земляф) 39. Далеезто напряжение при помощи основного составного транзистора, выполненного на транзисторах 10 и 11 подводится к зажимам токоэадающегообразцового резистора 17, преобразуется в ток и передается в коллекторную цепь транзистора 11 (ток 1 ),При помощи вспомогательного составного транзистора, выполненного натранзисторах 13 и 14 и включенногомежду первым входом 7 и вторымвходом 8 преобразователя 6 через дополнительный токозадающий резистор16, выделяется разность напряжений,действующих на выводах обмотки 4 ина выводах токозадающего образцового резистора 17. Разностное напряжение, представляющее собой сигналпогрешности, вносимой основным составным транзистором при передаченапряжения от обмотки 4 к токоэадающему образцовому резистору 17, преобразуется в ток и передается в кол-,лектопную цепь транзистора 14 (токУ )Токи 1 1суммируются, образуя на выходе 9 преобразователя 6измерительный ток 1, который обтекает разделительный конденсатор: .18 и объект 19 измерения.Под действием тока 1 на выводахразделительного конденсатора 18,служащего для развязки объекта измерения по постоянному току, возникает напряжение б а на зажимахобъекта 19 измерения - напряжение62, которое посредством повторителя 20 напряжения воздействует навспомогательный образцовый резистор 21, создавая ток 1.Одновременно с этим при помощивторичной обмотки 5 трансформатора2 напряжения и образцового импеданса 22 создается образцовый ток ХЭ,который в процессе уравновешиванияизмерительной цепи сравнивается стоком 1 . Результат сравнениявоспринимается детектором 23 равновесия,Суммарное напряжение 6 х 0 +0 ,действующее между зажимом 40 й общимпроводом 39, прикладывается к эквивалентному сопротивлению Вээ, представляющему собой параллельное соединение выходных сопротивлений преобразователя 6 напряжение-ток и пер 107834340 вого четырехполюсника 26, в результате чего образуется ток 1. Ток 1уменьшает значение основного измерительного тока 1, что приводит кпоявлению методической погрешности.Устранение этой погрешности осуществляется посредством тока компенсации 1 ц, который создается при помощи дополнительного резистора 25и выходных напряжений последовательно включенных первого и второго повторителей 20 и 24 напряжения,Ток 1втекает во входную цепь первого четырехполюсника 26, а с его выходапоступает в ветвь объекта измерения,восстанавливая значение основного 15измерительного токаБлагодаря тому, что второй четырехполюсник 32 имеет высокое выход-ное сопротивление, а первый четырехполюсник 26 низкое входное, ток 201 к практически не ответвляется вовторой четырехполюсник и замыкаетсяпо цепи: выходы первого и второгоповторителей 20 и 24 напряжения -дополнительный резистор 25 - первыйчетырехполюсник 26 - разделительныйконденсатор 18 - объект 19 измерения - общий провод 39,/По причине высокого выходного сопротивления первого четырехполюсника 26 измерительный ток 1 в неготакже практически не ответвляется,а замыкается по цепи: выход 9 преобразователя 6 напряжение-ток - разделительный конденсатор 18 - объект19 измерения - общий провод 39.3Преобразователь 6 напряжение-токи четырехполюсники 26 и 32,получаютпитание от источника постоянногонапряжения, подключаемого к зажимам41. При помощи резисторов 12 и 15,29- 31 и 35, 36 осуществляется выборрежима работы по постоянному токупреобразователя б и четырехполюсников 26 и 32, Резисторы получаютпитание от источников постоянного 45напряжения, подключаемого к зажимам 41.Фактором, ограничивающим диапазон измерения больших импедансовв данном устройстве является не токоэадающий образцовый резистор, какэто имеет место в известных мостах,а эквивалентйое сопротивление В-параллельное соединение выходныхсопротивлений преобразователя 6 55напряжение-ток и первого четырехполюсника 26.Из теории транзисторных цепейизвестно, что выходное сопротивление транзисторных каскадов, близкихпо структуре тем, которые в качестве примера реализации применены впреобразователе напряжение-ток ичетырехполюсниках, может быть достаточно высоким и в зависимостиот параметров элементов каскада иего конкретного схемотехническогорешения составлять сотни и тысячимегаом. Транзисторные каскады прииспользовании транзисторов типаКТ 3102; КТ 815 с коэффициентами1 усиления 100 обеспечивают выходное сопротивление 50-80 МОм.Это способствует расширению диапазона измерений моста в сторонубольших импедансов, а независимостьзначения токозадающего образцового резистора от измеряемого импеданса позволяет применять резисторымалых номинальных значений, т.е. осуществлять установку больших измерительных токов. Например, для обеспечения измерительного тока 100 мАвозможно использование резистора100 Ом, при этом напряжение, подводимое к нему, должно составлять10 В, что примерно в 30 раз меньше,чем это необходимо для аналогичногослучая у известного моста, Во столькэ же раэ примерно снизится и необходимая для создания указанного тока электрическая мОщность, ,то упростит реализацию электронных блоковв предлагаемом устройстве.В предлагаемом устройстве используется только один разделительныйконденсатор, причем влияние егоимпеданса на точность измерения устраняется. Это позволяет использовать разделительный конденсатор малых габаритов, что упрощает конструкцию моста,Таким образом, предлагаемоетехническое решение позволяет достаточно простыми средствами существенно улучшить технические характеристики известных трансформаторныхмостов - расширить диапазон измерения в сторону больших импедансовпри одновременной установке большихизмерительных токов, упроститьконструкцию.Оно может быть использовано дляусовершенствования выпускаемогов нашей стране цифрового измерителя индуктивности ЭИЦ 7-2 и другихприборов аналогичного назначения,ветвь измеряемого объекта которыхсодержит токозадающий образцовыйрезистор./ 8 Тираж 711ВНИИПИ Государственногопо делам изобретени 113035, Москва, Ж, Рауш коми и каяПодпнсета СССРкрытий ное