Трансформаторный мост переменного тока для измерения параметров комплексных сопротивлений

Изобретение относится к электро- Измерительной технике и может быть Использовано при построении средств Измерений, предназначенных для определения параметров комплексных сопротивлений преимущественно малых значений.Цель изобретения - расширение диапазона измерений в сторону малых им р федансов и повышение точности измеений этих величин за счет функциоальной перестройки элементов измериельной цепи.На чертеже представлена структурая схема трансформаторного моста еременного тока.Трансформаторный мост содержитсточник 1 питания, первый трансформатор 2 напряжения с первичной 3, ос" 20овной вторичной 4 и вспомогательнойторичной 5 обмотками, второй трансорматор 6 напряжения с первичной 7вторичной 8 обмотками, компаратортоков с первой 10 и второй 11 ос ровными, вспомогательной 12 и выходой 13 обмотками, повторитель 14 наряжения, основную 15 и дополнительную 16 образцовые меры, объект 17 из- мерений, основной 18 и вспомогательный 19 потенциальные и основной 20 и вспомогательный 21 токовые зажимы для подключения объекта 17 измерений, первый 22, второй 23, третий 24 четвертый 25 и пятый 26 переключатели с цодвижными 27-31, первыми неподвижны-, ьи 32-35 и вторыми неподвижными 36- 40 контактами соответственно, дополнительный резистор 41, детектор 42 равновесия, резисторы 43-46, символизирующие паразитные сопротивления потенциальных и токовых участков ветви субъекта 17 измерений.Первичная обмотка 3 трансформатора 2 напряжения через подвижный 27 45 и первый неподвижный 32 контакты первого 22 переключателя совместно с первичной обмоткой 7 второго трансформатора б напряжения и вторым неподвижным контактом 37 второго переилючателя 23 подключена к источнику 1 питания. Первые выводы основной 4 и вспомогательной 5 вторичных обмоток п)ервого трансформатора 2 напряжения подключены к основному 18 и вспомогательному 19 потенциальным, а первые55 Выводы первой основной 10 и вспомогательной 12 обмоток компаратора 9 токов - к основному 20 и вспомогательному 21 токовым зажимам для подключения объекта измерений, вторые выводы первих основных обмоток 4 и 10 первого трансформатора 2 напряжения и компаратора 9 токов соединены между собой. Первый вывод вторичной обмотки 8 второго трансформатора 6 напряжения подключен к точке соединения второго неподвижного контакта 36 первого переключателя 22 и первого неподвижного контакта 33 второго переключателя 23 с первым выводом основной образцовой меры 15, второй вывод которой подключен к подвижному контакту 29 третьего переключателя 24, а его неподвижные контакты 34 и 38 подключены к выводам второй основной обмотки 11 компараторов 9 токов. Вход повторителя 14 напряжения подключен к подвижному контакту 28 второго переключателя 22, а выход - к первому выводу дополнитальной образцовой меры 16, второй вывод которой подключен к подвижному контакту 30 четвертого переключателя 25, а его неподвижные контакты 35 и 39 подключены к выводам вспомогательной обмотки 12 компаратора 9 токов. Первый вывод выходной обмотки 13 компаратора 9 токов подключен к подвижному контакту 31 пятого переключателя 26 и первому выводу дополнительного резистора 4 1 второй вывод которого совместно с неподвижным контактом 40 пятого переключателя 26 подключен к входу детектора 42.равновесия. Вторые выводы первичных обмоток 3 и 7 первого 2 и вторичных обмоток 5 и 8 второго 6 трансформаторов напряжения соответственно, а также обмоток 11 и 13 компараторов 9 токов совместно с вторым неподвижным контактом 38 третьего переключателя 24 и общим проводом источника 1 питания и детектора 43 равновесия подключены к общей шине моста.Устройство работает следующим образом.После подключения к зажимам 18-21 моста объекта 17 измерений осуществляется выбор диапазона измерений, в процессе которого при помощи схемособирающих переключателей 22-26 устанавливается соответствующая конфигурация измерительной цепи. При этом если импеданс объекта 17 измерений, 2 превышает суммарное паразитное со- противление 2 ветви объекта изме 1455324рений, то в мосте устанавливается такаяконфигурация измерительной це пи, при которой уравновешивание ее осуществляется по схеме сравнения токов или точнее магнитных потоков в компараторе 9 токов.". Такой конфи/гурации измерительной цепи соответ-, ствует следующее состояние схемосо/бирающих переключателей; подвижный контакт 27 первого переключателя 22. соединен с неподвижным контактом 32,. подвижный контакт 28 второго переключателя 23 в , с неподвижным контак-том 33, подвижный контакт 29 третьего переключателя 24 - с неподвижным контактом 34, подвижный контакт 30 четвертогопереключателя 25 - с неподвижным контактом 39, а подвижный контакт 31 пятого переключателя 26 с неподвижным контактом 40. В;этом случае ветвь объекта измерений по" лучает питание от первого трансформатора 2 напряжения, а ветвь сравнения - от второго трансформатора 6 напряжения, регулировкой числа витков вторичной обмотки 8 которого осуществляется подекадное уравновеши" вание моста. При помощи повторителя 14 напряжения и дополнительной образцовой меры 16 в момент равновесия в ветвь объекта 17 измерений вводятся ток компенсации 1, равный по амплитуде, но противоположный по направлению току 1, протекающему через объект измерений, в результате чего основные обмотки 4 и 10 трансформатогров 2 напряжения и компаратора 9 токов, соответственно обесточиваются, что эквивалентно устранению погрешности от влияния паразитных сопротивлений ветви объекта измерений. Состояние равновесия моста фиксируется по показаниям детектора 42 равновесияБлагодаря низкому входному сопротивлению последнего, компаратор 9 токов находится в режиме короткого замыкания, что обеспечивает линеаризацию линий уравновешивания.Уравнение равновесия рассматриваемой кофигурации измерительной цепи имеет вид: где ш щ - число витков оеновнойвторичной обмотки 4 первого трансформатора 2напряжения и вторичной обмотки 8 второго трансформатора 6 напряжениясоответственно;и и, - число витков вторичных .оосновных обмоток 10 и 11компаратора,9 токов;2 - сумма сопротивлениИ резисторов 43 и 44, 10 Из (1) видно, что при 2с 2 и11 погрешность измерения 2 пал(2) 15 будет достаточно мала. Напротив, при2 Ъ 2эта погрешность заметно искажает результат измерения, а при2м 2 измерение крайне затрудненоиз-за того, что ток в веТви объекта 20 измерений определяется не измеряемымимпедансом, а паразитным сопротивлением 2 , этой ветви.Для устранения этого недостаткапри переходе к измерениям достаточно 25 малых имтгедансов в мосте осуществляется функциональная перестройка измерительной цепи в такую конфигурацию, при которой уравновешиваниепроводится по схеме сравнения напря жений.Такая конфигурация образуется,благодаря следующему состоянию переключателей: подвижный контакт 27 первого переключателя 22 соединен с неЗ 5 подвижным контактом 36, подвижный контакт 28 второго переключателя 23с неподвижным контактом 37, подвижный контакт 29 третьего переключателя 24 - с неподвижным контактом 38, 40 подвижный контакт 30 четвертого переключателя 25 - с неподвижным контактом 35, а подвижный контакт 31пятого переключателя 26 отсоединен отнеподвижного контакта 40 этого пере 45 ключателя.В этом случае происходит сравнение,двух измерительных напряжений: напряжения Пдействующего на выводах вторичной основной обмотки 4 пер вого трансформатора 2 напряжения, инапряжения 0 , действующего на зархжимах объекта 17 измерений. Напряжение б возникает от протекания черезгхобъект 17 измерений тока 1, создаваемого при помощи повторителя 14напряжения и дополнительной образцовой меры 16; Повторитель 14 напряжения в этом случае получает питаниенепосредственно от источника 1 пита(6) ия через контакты 28 и 37 второго переключателя 23, а первый трансфоратор 2 напряжения " от второго транс орматора 6 напряжения, к вторичной Ф обмотке которого через контакты 3 и 36 первого переключателя 22 подлючается первичная 3 обмотка первоо трансформатора 2 напряжения. Разость й 0 между напряжениями Ущ, и 10 , действующая в точках 47 и 48 изерительной цепи, воспринимается оботкой 10 компаратора 9 токов, котоый в этом случае благодаря отключеному дополнительному резистору 44 1 Б аботает в качестве трансформатора апряжения. В момент равновесия иэмеФ рительной цепи Пю, = П, в результачего ток через вторичную основную мотку 4 первого трансформатора 2 наяжения не течет, паразитное сопрот вление 43 влияния на точность изме" р ний не оказывает. По этой же причи" не не оказывает влияния и сопротивлен е 44. 2 Б В общем виде уравнение равновесияфя данной конфигурации измерительнойтрепи имеет вид:30 40 напряжение источника 1 питания;число витков первичных обмоток 3 и 7 первого 2 и второго 6 трансформаторов напря"4 Б жения соответственно;импеданс дополнительной образцовой меры 15;коэффициент передачи напряжения повторителя 14 напряжения;суммарное паразитное сопротивление резисторов 46,и 47 ветви образцового тока.подстановки (4) и (5) в (3) Е = - - - - (1 -- ),шш Ео ЕпаИз (7) следует, что источником погрешности в данном случае является1 паразитное сопротивление Епа токовой ветви объекта измерений, а значение этой погрешности16= --Епар(8)2 озависит не от величины измеряемого импеданса 2, а от значения импеданса Е дополнительной образцовой меры 16, Так как значение Е может быть выбрано относительно большим легко выдержать неравенство Ео2, при кото 1ром погрешность 3 п может быть уменьшена до приемлемого значения, В силуПОСтОЯНСтВа ЗиаЧЕНИй Е о И Епар ПОу 3грешность отакже становится постоянной и независимой от измеряемого импеданса величиной, в связи с чем может быть. учтена в результатах измерений.Из (7) следует также и то обстоятельство, что в данной конфигурации измерительной цепи протяженность диапазона измерений малых величин не ограничена значением измеряемого импе- данса настолько, насколько это позволяет чувствительность детектора равновесия и допустимый энергетический уровень тока, протекающего через объект измерений, или напряжения, возникающего на его зажимах в процессе измерения. Практически диапазон измерения малых импедансов в данной измерительф ной цепи по сравнению с прототипом может быть расширен на 3-5 порядков.Таким образом, данное техническое решение по сравнению с прототипом позволяет существенно расширить диапазон измерений комплексных сопротивлений в сторону малых импедансов и повысить при этом точность измерений за счет введения в трансформаторный мост переменногот тока второгоплечевого трансформатора напряжения дополнитйьного резистора и пяти переключателей, при помощи которых осуществляется функциональная перестройка измерительной цепи и конфигурации, при которой уравновешивание происходит в схеме сравнения токов, в конфигурацию, при которой происходит уравно вешивание в схеме сравнения напряжений.455324 Составитель В. СеменчукТехред Ч.Дидык Корректор В. Бутяга Редактор Л. Пчолинская Заказ 745353 Тираж 711 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Проиэводс 1 венно;полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 гФормула изобретенияТрансформаторный мост переменного тока для измерения параметров комплексных сопротивлений, содержащий источник питания, первый вывод которого соединен с общей шиной, основ" ную и дополнительную образцовые меры, первый трансформатор напряжения, первый вывод первичной обмотки которого соединен с общей шиной, компаратор,токов, первые выводы основных обмоток которых подключены соответственно к основным потенциальному и токовому зажимам для подключения объекта измерения, а вторые выводы соединены между собой, первые выводы вспомогательньм обмоток подключенысоответственно к.вспомогательным по- , тенциальному и токовому зажимам для подключения объекта измерений, вто ,рой вывод вспомогательной обмотки первого трансформатора напряжения и второй вывод второй основной обмотки компаратора токов подключены к общей шине моста, повторитель напряжения, выход которого подключен к дополнительной образцовой мере, детектор равновесия, первый вывод которого соединен с первым выводом выходной обмотки компараторов токов и с общей шиной, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений в сторо,:ну малых импедансов и повышения точности измерений этих величин, в него введены второй трансформатор напряжения, пять переключателей и дополнительный резистор, причем первый вывод первичной обмотки второго трансформатора напряжения непосредственно,а первый вывод первичной обмотки первого трансформатора напряжения через 5подвижный и неподвижный контакты первого переключателя подключены к второму выводу источника питания, к которому также через подвижный и неподвижный контакты второго переключате ля подключен вход повторителя напряжения, при этом вторые неподвижныеконтакты первого и второго переключателей и первый вывод основной образцовой меры подключены к первому 15 выводу вторичной обмотки второготрансформатора напряжения, второйвывод которой и второй вывод первичной обмотки, а также второй неподвижный контакт третьего ггереключа теля подключены к общей шине моста,вторые выводы основной и дополнительной образцовых мер подключенысоответственно к подвижным контактам третьего и четвертого переклю чателей, при этом второй неподвижный контакт третьего переключателяподключен к первому выводу второйосновной обмотки компаратора токов,неподвижные контакты четвертого пе- ЗО реключателя подсоединены соответственно к выводам вспомогательной обмотки компаратора токов, подвижныйконтакт пятого переключателя и первый вывод режимного резистора подЗ 5 ключен к второму выводу выходной обмотки компаратора токов, а один иэнеподвижных контактов пятого гереключателя и второй вывод дополнительного резистора соединены с вторым 40 выводом детектора равновесия.