Трансформаторный мост для измерения взаимной индуктивности

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХЕСПУБЛИК 9) ОБРЕТЕ ТВУ И ВИДЕГЕЛЬС К .АВТОРСКО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАН И(71) Институт электродинамики АН УССР (72) М.Н.Сурду, А,А.Михаль и Н.Е.Изволенская(56) Приборы и техника эксперимента, 1975,: Ь 1, с, 245-247;Авторское свидетельство СССР ЬЬ 1553911, кл. О 01 В 19/00, 1990.(54) ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЗАИМНОЙ ИНДУКТИВНОСТИ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при высокочастотном измерении взаимной индуктивности. Трансформаторный мост. содержит генератор 1, катушку 4 взаимной 1 1721523 А 1 2индуктивности, повторитель 5 напряжения и детектор 2 равновесия, С целью повышения точности измерения и упрощения конструкции мост снабжен мерой 3 емкости, последовательно соединенными блоком 6 вычитания и управляемым делителем 7 напряжения. Блок 6 вычитания, управляемый делитель 7 напряжения выполнены в виде трансформатора с регулируемой выходной вторичной обмоткой и нерегулируемой первичной обмоткой, включенной между. выходами повторителя 5 напряжения и генератора 1, В мосте для измерения взаимной индуктивности. используется одна образцовая мера вместо трех. Кроме того, исполнение предлагаемого делителя является менее трудоемким, чем изготовление Б компаратора токов. Точность измерения моста возрастает в полтора раза. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.5 10 Изобретение относится к измерительной технике, в частности к высокочастотнымустройствам для измерения взаимной индуктивности.Известны устройства для измерениявзаимной индуктивности, принцип работыкоторых основан на сравнении напряже-ний, наводимых на вторичных обмотках катушки датчика и образцовой катушки.Недостатками этих устройств являютсясложность автоматизации процесса уравновешивания, низкая точность измерения ималое быстродействие, которые обусловлены конструктивными особенностями образцовой меры сравнения, представляющейсобой набор вариометров.Наиболее близким к предлагаемому потехнической сущности является компенсационно-мостовое устройство, в которомсравниваются ток в первичной обмотке инапряжение на вторичной обмотке катушкивзаимной индуктивности, Мост содержитгенератор 1, катушку взаимной индуктивности, вторичная обмотка которой через последовательно соединенные повторительнапряжения (ПН), интегратор (выполненный на операционном усилителе А 1) и меру(Я 1), подключенную к нерегулируемой обмотке компаратора токов (КТ). Регулируемая обмотка КТ через первичную обмоткукатушка подключена к генератору, нерегулируемая обмотка КТ соединена с детектором равновесия (ДР),В результате прохождения тока черезпервичную обмотку катушки взаимной индуктивности в ее вторичной обмотке возникает напряжениеи=1) аМ,где- ток генератора.Это напряжение подается на ПН, имеющий коэффициент передачи, равный единице, и большое входное сопротивление(поэтому ток во вторичной цепи катушки непротекает).Выходное напряжение ПН преобразуется в ток при помощи интегратора (выполненного на образцовых мерах С 1, К 1 и ОУ А 1)и образцовой меры Кг11О) аС 181 йгТок 11 создает в сердечнике компаратора токов магнитный. поток, который компенсируется другим магнитным потоком,образуемым в результате прохождения токачерез первичную обмотку катушки взаимной индуктивности и регулируемую обмоткувг КТ. ДР вырабатывает управляющее воздействие на изменение числа витков до техпор, пока оба потока не будут рэвнц. Из условия равновесия (11 = 1) следует,что М=С 181 йг -п 12а 1ГДЕ %1 И ГП 2 - КОЛИЧЕСТВО ВИТКОВ СООТВЕТСТ- венно обмоток 6 и 8,Подобрав соответствующим образом параметры п 11, К 1, йг, С, получим прямой отсчет между числом витков обмотки п 12 и взаимной индуктивностьюМ.Погрешность измерения взаимной индуктивности в известном мосте определяется следующим образом дм = динт+ дкг+ дпн,где динт погрешность интегратора, которая определяется погрешностью от статизмэ ОУ, а также погрешностью образцовых мер (для большинства ОУ при рабочей частоте 1 кГц составляет 0,1 о );дрг - погрешность образцовой меры сопротивления (для образцовых резисторовтипа С 5-б 1, применяемых в данном устройстве), равная 0,01 о ;дпн - погрешность коэффициента передачи ПН (для наиболее распространенныхОУ на частоте 1 кГц составляет приблизительно 0,1;).Тогда дм = 0,21 .Недостатками прототипа являются погрешность интегратора и ПН, а также сложность устройства, обусловленная тем, что визмерительной цепи используется три образцовых меры, ОУ и КТ,Целью изобретения является повышение тОчности измерения и упрощение конструкции устройства,Поставленная цель достигается тем, чтов трансформаторный мост для измерениявзаимной индуктивности, содержащий генератор, первце и вторые клеммы для подключения первичной и вторичной обмотоккатушки взаимной индуктивности, повторитель напряжения и детектор равновесия,первый вывод которого и первый вывод генератора соединены с общей шиной, введены меры емкости, последовательносоединенные блок вычитания и управляемый делитель напряжения, первый выводкоторого соединен с общей шиной, а второй -с первой клеммой для подключения Вторичной обмотки катушки взаимной индуктивности, при этом вторая клемма дляподключения вторичной обмотки катушкивзаимной индуктивности соединена с вторым выводом детектора равновесия, выходкоторого соединен с управляющим входомделителя напряжения, второй вывод генератора через меру емкости соединен с первойклеммой для подключения первичной обмотки катушки взаимной индуктивности и спервым входом повторителя напряжения,первый выход которого соединен с первымвходом блока вычитания, второй. вывод генератора соединен с вторым входом блока 5вычитания, вторая клемма для подключенияпервичной обмотки катушки взаимной индуктивности, вторые вход и выход повторителя напряжения и третий вход блокавычитания соединены с общей шиной. Кроме того, вычитающее устройство и управляемый делитель напряжения выполнены ввиде трансформатора с регулируемой выходной вторичной и нерегулируемой первичной обмотками, включенными между 15выходами повторителя напряжения и генератором.На фиг. 1 дана схема известного моста;на фиг. 2 - схема предлагаемого моста; нафиг, 3 - схема предлагаемого моста с регулируемым числом витков,Мост содержит генератор 1, ДР 2, первый выход генератора 1 соединен с однимиз выводов образцовой меры 3 емкости,второй вывод которой соединен с первой 25клеммой для подключения первичной обмотки катушки 4 взаимной индуктивности ипервым входом ПН 5, второй вход которогоподключен к второй клемме первичной обмотки катушки взаимной индуктивности, к 30второму выводу генератора и к общей шине,выход ПН 5 соединен с первым входом блока б вычитания, второй вход которого соединен с первым выходом генератора, выходвычитающего устройства подключен к входу 35делителя 7 напряжения (ДН), на управляющий вход которого поступает код с выходадетектора 2 равновесия, вход которого соединен с первой клеммой вторичной обмоткикатушки 4 взаимной индуктивности, вторая 40клемма этой обмотки подключена к ДН, Второй и третий выходы ПН 5, вычитающего бустройства и ДР 2 соответственно подключены к общей шине. Точки 8-12 (фиг, 3) обозначают регулируемое число витков, 45Предлагаемый мост работает следующим образом.Под действием напряжения, приложенного к образцовой мере 3 емкости, в цепипервичной обмотки катушки взаимной индуктивности протекает ток 1, который приводит к падению-напряжения на мереемкости, Напряжение в точке соединениямеры Со и первичной обмотки катушки взаимной индуктивности поступает на вход РН, 55имеющего коэффициент передачи, равныйединице, и большое входное напряжение.Это позволит снизить эффект шунтирования мерц Со низким Яви управляемого делителя: Выходное напряжение ПН поступает на один из входов вычитающего устройства,на второй вход которого подается напряжение с генератора, Таким образом, напряжение, действующее на выходе вычитающегоустройства, равное падению напряжения намере Со, поступает на вход ДН. Под действием управляющего сигнала с выхода ДРизменяется коэффициент передачи ДН дотех пор, пока напряжение ДН и Мне станутравны,Из условия равновесия, следует что1М= Кдн,иР Согде и) - частота;Со - мера емкости;Кдн - коэффициент передачи управляемого ДН.6Если в качестве ДН использовать трансформатор напряжения с регулируемым числом витков, то функцию вычитающегоустройства можно реализовать на первичной обмотке этого трансформатора (ТН), Вэтом случае первичная обмотка ТН подключается одним выводом к выходу ПН, вторым -к выходу генератора, а регулируемая вторичная обмотка одним выводом подключается к вторичной обмотке взаимнойиндуктивности, а другим выводом - к ДР,что не влияет на погрешность измерения иеще более упрощает устройство конструктивно.Таким образом, преимуществом предлагаемого моста по сравнению с прототипом является то, что величина погрешности .измерения взаимной индуктивности дм будет определяться погрешностью коэффициента передачи ПН дпн (на ПН поступаетлишь часть напряжения в отличии от прототипа), погрешностью образцовой меры дсо(мера емкости Р 597) и нестабильностью частоты. Нестабильность частоты генераторанапряжений на уровне 10 достигается беззначительных аппаратурных затрат и приводит к частотной погрешности д = 0,01 ,При использовании в качестве Со меры Р 597(кл. точн. 0,02) и ПН, аналогичного прототипу, получим:дм = дпн + дсо + 2 д, = 0,14;.В приведенной формуле,. не учитывается погрешность, вносимая ДН, так как погрешность ТН, выполненных поитерационной схеме, идентична погрешности, вносимой токами компаратора токов, иравна 0,001,В заявляемом мосте для измерения взаимной индуктивности используется однаобразцовая мера вместо трех по прототипу.Кроме того, исполнение предлагаемого делителя является менее трудоемким, чем иэ готовление КТ, в частности изготовление регулируемых обмоток, не говоря об их количестве, КТ с целью повышения помехоустойчивости помещают в электромагнитный экран, так как к обмоткам КТ подходят сигналы от ввсокоомных источников. В связи с тем, что одна из обмоток регулируемая, экранирована КТ еще более усложняется,Таким образом, точность измерения предлагаемого моста, по сравнению с прототипом, возросла в два раза и упрощена конструкция устройства.Формула изобретения 1. Трансформаторный мост для измерения взаимной индуктивности, содержащий генератор, первые и вторые клеммц для подключения первичной и вторичной обмоток катушки взаимной индуктивности, повторитель напряжения и детектор равновесия, первый вывод которого и первый вывод генератора соединены с общей шиной, отличающийся тем,что,сцелью повышения точности измерения и упрощения конструкции, в него введены мера емкости, последовательно соединенные блок вычитания и управляемый делитель напряжения, первый вывод которого соединен с общей шиной, а второй - с первой клеммой для подключения вторичной обмотки катушки взаимной индуктивности, при этом вторая глемма для подключения вторичной 5 обмотки катушки взаимной индуктивностисоединена с вторым выводом детектора равновесия, выход которого соединен с управляющим входом делителя напряжения, второй вывод генератора через меру емко О сти соединен с первой клеммой для подключения первичной обмотки катушки взаимной индуктивности и с первым входом повторителя напряжения, первый выход которого соединен с первым входом блока вы читания, второй вывод генератора - свторым входом блока вычитания, вторая клемма для подключения первичной обмотки катушки взаимной индуктивности, вторые вход и выход повторителя напряжения 20 и третий вход блока вычитания соединены собщей шиной.2.Мостпоп,1,отличающийся тем,что блок вычитания и управляемый делитель напряжения выполнены в виде трансформа 25 тора с регулируемой выходной вторичнойобмоткой и нерегулируемой первичной обмоткой, включенной между выходами повторителя напряжения и генератором.1721523 Составитель М.СурдуТехред М,Моргентал Корректор С.Шевкун Редактор Л,Гратилло Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 950 Тираж Подписное ВНИИПИ Государвтвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушскэя наб., 4/5