Трансформаторный мост переменного тока

(5)5 ОПИСА ЗОБРЕТЕНИЕЛЬСТВУ ВТОРЯК СВ(71) Институт электродинамики АН(56) Авторское свидетельство СССРМ 468163, кл. 6 01 й 17/10, 1972,Авторское свидетельство СССРВ 1048416, кл, 6 01 й 17/10, 1981,7 8 4) ТРАНСФЕННОГО ТО Щ Изобретение о ной технике и мож приборах для измер лексных проводимо ческих величин при датчиков, в частнос ной электрической и электролитов конта ССР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ТОРНЫЙ МОСТ ПЕРЕтносится к измерительет быть использовано в ения параметров компстей, а также неэлектрипомощи импедансных ти для измерения удельроводимости растворов ктными четырехэлект1718126 родными ячейками, Цель изобретения - повышение точности измерения за счет снижения погрешности формирования режима заданного тока - достигается тем, что в устройство, содержащее генератор 1, трансформатор 2 напряжения, образцовую меру 7 сопротивления, обьект 9 измерения с двумя тбковыми 10, 16 и двумя потенциальными 11, 14 элементами, два повторителя 8 и Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров комплексных проводимостей, а также неэлектрических величин при помощи импедансных датчиков, в частности, при измерении удельной электрической проводимости растворов электролитов контактными четырехэлектродными ячейками,Известны трансформаторные мосты переменного тока для измерения параметров малых комплексных сопротивлений,Недостатком этих приборов является низкая точность измерения при наличии значительных шунтирующих проводимостей в тех случаях, когда сопротивления подводящих проводов составляют значительную величину. Кроме того, шунтирующие проводимости, имея реактивный характер, резка ограничивают также частотный диапазон известных устройств.Известен трансформаторный мост переменного тока, содержащий генератор, трансформатор напряжения с первичной обмоткой, подключенной к генератору и двумя вторичными обмотками, первый токовый зажим, подключенный к входу первого повторителя напряжения и через образцовую меру - к началу первой из вторичных обмоток, второй токовый зажим, соединенный с общей точкой прибора, потенциальные зажимы, подключенные через детектор равновесия и непосредственно к началу и концу второй вторичной обмотки.Недостатком известного устройства является низкая точность измерения, обусловленная сильным влиянием утечек с обмотками на другие элементы, а также низкой точностью измерения.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является трансформаторный мост переменного тока, содержащий генератор, трансформатор напряжения, образцовую меру, объект измерения, два повторителя напряжения и детектор равновесия, Для исключения влияния паразитных проводимостей отдельные 15 напряжения, детектор 13 равновесия введен второй трансформатор 12 напряжения. В таком трансформаторном мосте переменного тока путем изменения схемы подключения повторителя 8 напряжения и введения второго трансформатора 12 стало возможным повышение точности измерения благодаря некритичности к параметрам повторителя 8. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. обмотки выполнены экранированным проводом.Мост содержит генератор напряжения,трансформатор напряжения с первичной Б обмоткой и тремя вторичными обмотками,образцовую меру, токовые зажимы и потенциальные зажимы для подключения объекта измерения, для повторителя напряжения (ПН), объект измерения детектор равнове сия (ДР).Известный мост работает следующимобразом. Напряжение вторичной обмотки трансформатора напряжения приложено через образцовую меру к токовым зажимам 15 и вызывает ток, протекающий через объектизмерения. Повторитель напряжения служит для формирования на конце обмотки напряжения, равного сигналу на токовом зажиме. При этом последовательно вклю ценные обмотка и образцовая мера работают в режиме короткого замыкания, а ток 1 х, протекающий через объект измерения, ра- вен В 425 1 х =где ОП 4 - напряжение на обмотке;2 о - сопротивление образцовой меры.Падение напряжения на объекте измерения, создаваемое указанным током, снимается при помощи потенциальных зажимов и подается на последовательно включенные вторичную обмотку и детектор равновесия. Последний сравнивает поступающие на него напряжения и изменяет Э 5 число витков обмотки так, что в момент равновесия напряжение на обмотке равно напряжению на объекте измерения. Условие равновесия при этом имеет вид40 х=аа, 1В 5 Еогде Ох - проводимость объекта измерения;в 4, а 5 - числа витков вторичных обмоток.Повторитель напряжения и вторичнаяобмотка совместно с повторителем создают необходимое напряжение на конце вторичной обмотки и одновременно служат источниками защитных потенциалов, к которымподключаются экраны проводов, соединенных с потенциальными зажимами объектаизмерения,Недостатком известного моста является неточное формирование режима заданного тока, обусловленное следующимисоставляющими погрешности: первая - нагрузочная погрешность, вызванная подключением вторичной обмотки первоготрансформатора к низкоомным цепям питания ПН, в результате чего на омическомсопротивлении обмотки возникает падениенапряжения 02, которое приводит к погрешности д 1 .где Он= Овх+Ов +Ов +02;Ов- падение напряжения между потенциальными выводами:О в , О в- падение напряжениямежду соответствующими потенциальнымии токовыми выводами:О = Ов+ 0 в+ 0 в(2)О = Ов+Ов +Ов - напряжениеОн при отсутствии тока, протекающего через обмотку,Для более подробного рассмотренияпогрешности рассмотрим эквивалентнуюсхему цепи питания ПН 1. По переменномутоку конденсатор фильтра Сф и источникипитания постоянного тока коротко замкнуты. Тогда из(1) и(2) для данной схемы имеем02 г 2 Овх + О вО Вф+Ег Овх+Ов +ОвПри условии, что Вф г иО в= О в)Ов, то д 1 = - ; ТиВфпичное значение сопротивления фильтраВф = 100 Ом, а для обмотки, например, 10витков г=0,01 Ом. Тогда д 1 = 0,02 ф .Вторая составляющая погрешности. обусловлена неидеальными параметрамиоперационного усилителя ПН 1, в частностиконечной величиной коэффициента ослабления синфазного сигнала Ксф; Эту погрешность можно оценить по формуле1 + 1 + О вгКсф 11 + О вКсфДля операционного усилителя с приемлемой частотой единичного усиления и скоростью нарастания выходного сигналатипичное значение Ксф = 80 дБ. Следовательно д 2 = 0,02% .Для известного моста, существует ещеодин источник погрешностей, обусловленный неидеальным подавлением синфазнойсоставляющей в дифференциальном детекторе равновесия, Эта погрешность соизмерима с погрешностью (Ъ.Отсюда, суммарная погрешность измерения составляет для известного моста д"5 = 0,04-0,056.Указанные составляющие погрешностиснижают точность измерения,Цель изобретения - повышение точности измерений.,10Поставленная цель достигается тем, чтов трансформаторный мост переменного тока, содержащий генератор, детектор равновесия, первый трансформатор напряжения 15 с первичной обмоткой, подключенной к генератору,и с первой, второй и третьей вторичными обмотками, первый и второй повторители напряжения, причем вход первого повторителя напряжения подключен 20 через образцовую меру сопротивления к началу регулируемой первой вторичной обмотки, а выход - к концу этой же обмотки, два токовых и два потенциальных зажима для подключения объекта измерения, причем 25 первый токовый зажим соединен с общейшиной, а первый потенциальный зажим - с входом второго повторителя напряжения, при этом соединительный провод выполнен экранированным, экран которого соединен 30 с первым выходом второго повторителя напряжения, второй выход которого и один из выводов генератора соединен с общей шиной, введен второй трансформатор напряжения с первой и второй обмотками, второй 35 токовый зажим для подключения объектаизмерения соединен через вторую вторичную обмотку первого трансформатора напряжения с входом первого повторителя напряжения, второй потенциальный зажим 40 через последовательно соединенныетретью вторичную обмотку первого трансформатора напряжения, вторичную обмотку второго трансформатора напряжения и детектор равновесия соединен с общей ши ной, начало первичной обмотки второготрансформатора напряжения соединено с первым выходом второго повторителя напряжения, конец ее и второй выход первого повторителя напряжения соединены с об щей шиной. Вторая и третья вторичные обмотки первого трансформатора напряжения и вторичная обмотка второго трансформатора напряжения, а также соединительные провода этих обмоток выпол нены экранированным проводом, причемэкран провода, соединяющего один из выводов вторичной обмотки с входом первого повторителя напряжения, подключен к выходу этого повторителя напряжений, а экран вторичной обмотки второго трансфор-. матора подключен к общей шине.Положительный эффект достигнут благодаря тому, что повторители напряжения передает сравнительно небольшой (по отношению к сигналу уравновешивания) сигнал относительной общей шины.На чертеже представлена схема предлагаемого моса.Паразитный мост содержит генератор 1, трансформатор 2 напряжения с первичной обмоткой 3, начало вторичной обмотки 4, которого через образцовуе меру 7 сопротивления, повторитель 8 напряжения (ПН) подключается к концу этой обмотки, объект 9 измерения, первый токовый вывод 10, которого через. вторичную обмотку Б соединен с входом ПН 8, первый потенциальный вывод 11 через третью вторичную обмотку 6 и вторичную обмотку трансформатора 12 подключен к детектору 13 равновесия, второй потенциальный вывод 14 через повторитель 15 напряжения соединен с первичной обмоткой трансформатора 12. Выходы обоих повторителей напряжения, детектора равновесия и второй токовый вывод 16 подключены к общей шине.Предлагаемый мост работает следую- щим образом.Под действием приложен ного напряжения в цепи объекта 9 измерения протекает ток, ПН 8 служит для формирования в точке подсоединения обмотки 5 к образцовой мере 7 сопротивления потенциала, близкого к нулю, в результате чего объект измерения находится в режиме заданноготока, Обмотка Б имеет одинаковое с обмоткой 6 число витков и служит для компенсации падения напряжения между потенциальными зажимами объекта. Вследствие этого передаваемое ПН 8 напряжение существенно уменьшается, так кекВоЯ+йИ,где В - образцовая мера сопротивления;Й и В - сопротивление между потенциальными и токовыми выводами,при этом значительно снижеатся требования к точности коэффициента передачи и входного сопротивления повторителя напряжения, Таким образом, между выводами 10 и 16 объекта протекает ток Й 4,Зогпз Вогде вз - число витков первичной обмоткитрансформатора 2 напряжения;й 4- число витков первой вторичной обмотки трансформатора 2 напряжения;Оо - нэпряжение генератора,Этот ток приворит к падению напряжения на элементах й Ях и й объекта измерения, Падение напряжения междупотенциальными выводами 1.1 и 14 снимается при помощи ПН 15 и трансформатора 12и сравнивается с напряжением на обмотке6 при помощи детектора равновесия. Мостуравновешивается путем изменения числавитков обмотки 4. В момент равновесия на 10 пряжения на обмотке 6 равно падению напряжения между выводами 11 и 14, Иэусловия равновесия следует, что измеряемая проводимость Ох определяется следую-,щим выражением15 1 П 34 1Вх П 6 Йогде е 6 - число витков третьей вторичнойобмотки трансформатора 2 напряжения.В момент равновесия ток в цепи ком 20 пенсации (вывод 11, обмотка 6 и вторичнаятрансформатора 12 ДР) не протекает, следовательно параметры В 1 и Й 2 не влияют нарезультат иэмерения.Для исключения влияния паразитных25 проводимостей на результат сравнения обмотку 6, вторичную обмотку трансформатора 12 и связь между ними выполняютэкранированным проводом, экран которогосо стороны входа ДР подключен к общей30 шине, Обмотку 5 также выполняют экранированным проводом, а экран подключают квыходу ПН 8. Тем самым обеспечиваетсяэквипотенциальная защита передаваемыхсигналов.35 В предлагаемом мосте выход (цепи питания) ПН 8 подключен к общей шине,Вследствие этого нагруэочная погрешностьд, характерная для известного моста, отсутствует, а погрешность за счет конечного по 40 давления синфазной составляющей Йопределяется, как6=1/К,ф,где Ксф - коэффициент ослабления синфазного сигнала операционного усилителя,45 Для типичных операционных усилителей Ксф = 80 дБ, Поэтомуд 2 = 0,01%.Преимуществом предлагаемого мостаявляется более высокая точность измере 50 ния, по сравнению с известным она увеличивается в 4-5 раз. формула изобретения 1, Трансформаторный мост переменного тока, содержащий генератор, детектор равновесия, первый трансформатор напряжения с первичной обмоткой, подключенной к генератору, и с первой, второй и третьей вторичными обмотками, первый и10 Составитель Н. ИзволенскаяТехред М,Моргентал Корректор С. Черни Редактор Н.Яцола Заказ 878 Тираж Подписное 8 НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород; ул,Гагарина, 101 второй повторители напряжения, вход первого повторителя напряжения подключен через образцовую меру сопротивления к началу регулируемой первой вторичной обмотки, а выход - к концу этой же обмотки, два токовых и два потенциальных зажима для подключения объекта измерения, причем первый токовый зажим соединен с общей шиной, а первый потенциальный зажим - с входом второго повторителя напряжения, при этом соединительный провод выполнен экранированным, а экран которого соединен с первым выходом второго повторителя напряжения, второй выход которого и один из выводов генератора соединены с общей шиной, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен второй трансформатор напряжения с первичной и вторичной обмотками, второй токовый зэжим для подключения обьекта измерения соединен через вторую вторичную обмотку первого трансформатора напряжения с входом первого повторителя напряжения, второй потенциальный зажим через последовательно соединенные третью вторичную обмотку первого трансформатора напряжения, вторичную обмотку второго 5 трансформатора напряжения и детекторравновесия соединен с общей шиной, начало первичной обмотки второго трансформатора напряжения соединено с первым выходом второго повторителя напряжения, 10 а конец - с общей шиной,2, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что вторая и третья вторичные обмотки первого трансформатора напряже ния и вторичная обмотка второготрансформатора напряжения, а также соединительные провода этих обмоток выполнены экранированным проводом, причем экран провода, соединяющего один иэ вы водов вторичной обмотки с входом первогоповторителя напряжения. подключен к вы.ходу этого повторителя напряжений, а экран - вторичной обмотки второго трансформатора подключен к общей шине.