Трансформаторный мост для измерения малых комплексных сопротивлений Советский патент 1983 года по МПК G01R17/10 

|ф

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров комплексных сопротивлений посредством мостовых и компенсационных цепей переменного тока.

Известен трансформаторный мост, .содержащий .цепочку из двух последовательно соединенных токовыми зажимами четырехэажимных измеряемого и образцового сопротивлений, источник питанкяt подключенный к токовым зажимам цепочки, два плечевых автотрансформатора, обмотки которых соединены параллельно, образцовые резистор, конденсатор и детектор равновесия и два двухобмоточных трансформатора, причем первая обмотка первого двухобмоточного трансформатора подключена к первым потенциальнь1м зажимам измеряемого и образцового четырехэажимных сопротивлений, вторая обмотка этого трансформатора последовательно с плачевыми автотрансформаторами подключена к вторым потенциальным зажимам упомянутых четырехзажимных сопротивлений, первая обмотка второго двухобмоточного трансформатора последовательно с образцовым резистром включена в диагональ моста между потенциальным 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 второго автотранс форматора и точкой соединения образцового резистора с .первой обмоткой первого автотрансформатора 1.

Недостатки этого устройства состоят в том, что не обеспечивается пряМой измеряемой величины, а погрешности, обусловленные неточностью коэффициента передачи первого двухобмоточного трансформатора, зависят.от Частоты и растут с уменьшение знаЧений измеряемого сопротивле.ния.

Кроме того, погрешности, обусловленные влиянием остаточных параметров обмоток плечевых автотрансформаторов и соединительных приводов, ограничивают точность измерений и изменяются при уравновешивании моста.

Причем межобмоточные емкости первого (компенсирующего) двухобмоточного трансформатора шунтируют оЗразцовое сопротивление и ограничивают точность измерений при увеличении этого сопротив л .

Наиболее близким к игобретению по технической сущности является трансформаторный мост, содержащий цепочку из последовательно соединенных токовыми зажимами измеряемого и двух идентичных образцовых сопротивлений, источник питания, подключенный к токовым зажимам цепочки, плечевой двухступенчатый трансформатор с двумя сердечниками, двумя плечевыми и дополнительной обмоткой, причем плечевые обмотки выполнены на двух сердечниках, а дополнительная обмотка выполнена на одном сердечнике, и дополнительный трехобмоточный трансформа гор, одна из плечевых обмоток двухступенчатого трансформатора последовательно с первой обмоткой дополнительного трансформатора подключена к потенциальным зажимам измеряемого объекта, вторая плечевая обмотка двухступенчатого трансформатора последовательно с второй обмоткой дополнительного трансформатора подключена к 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 2,

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 нару цается четырехэажимность их подключения и соединительные провода и контакты внесут дополнительную погрешность в 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 четырехзажимных измеряемого и .образцового сопротивлений, источник питания, подключенный к токовьом зажимам цепочки, двухступенчатый трансформатор с двумя сердечниками и двумя плечевыми и дополнительной обмотками, причем плечевые обмотки выполнены на двух сердечниках, а дополнительная обмотка выполнена на одном сердечнике, дополнительный трехобмоточный трансформатор и детектор равновесия, одна из плечевых обмоток двухступенчатого трансформатора последовательно с первой обмоткой дополнительного трансформатора подключена к потенциальным зажимам измеряемого объекта, вторая плечевая обмотка последовательно с второй обмоткой дополнительного трансформатора подключена к потенциальным зажимам образцового сопротив.ления, к зажимам третьей обмотки дополнительного трансформатора подключен детектор равновесия, снабжен второй дополнительной обмоткой на двухступенчатом трансформаторе, расположенной на одном сердечнике, и вторым дополнительным двухобмоточным трансформатором, причем первая обмотка второго дополнительного трансформатора подключена к третьим (дополнительным) потенциальным зажимам измеряемого и образцового сопротивлений, вторая обмотка второго дополнительного трансформатора последовательно с двумя дополнительными обмотками двухступенчатого трансформатора подклю чена к четвертым (дополнительным) потенциальным зажимам измеряемого и об..разцового сопротивлений. На фиг. I и 2 представлены упрошен ные электрические схемы трансформатор нрго моста. . Устройство содержит источник 1 питания, измеряемое 2 и образцовое 3 сопротивления, соединенные токовыми зажимами последовательно с источником 1, к потенциальным зажимам измеряемого объекта подключены последовательно обмотка 4 трансформатора 5 и обмотка 6 двухступенчатого трансфарматора с сердечниками 7 и 8, а к потенциальным зажима образцового сопротивления подключены последовательно обмотка 9 трансформатора 5 и обмотка 10 двухступенчатого трансформатора. Обмотка 11 дополнительного трансформатора 12 подключена к третьим потенциальным зажимам измеряемого и образцового сопротивлений, обмотка .13 трансформатора 12 последовательно с обмотками 14 и 15 двухступенчатого трансформатора, выполненными на одном -сердечнике 8, подключена последовательно к четвертьм потенциальным зажимам измеряемого IL образцового сопротивлений. Детектор 16 равновесия подключен к зажимам обмотки 17 трансформатора 5. Мост работает следующим образом. Падение напряжения на измеряемом и образцовом сопротивлениях сравниваются с напряжениями на обмотках 6 и 1.0. При наличии разности сравнивае мых напряжений возникают токи в обмотках 4 и 9 трансформатора 5. По ос новному параметру мост уравновешивается коммутацией витков в обмотке б до исчезновения магнитного потока в сердечнике трансформатора 5, контро.лируемого детектором 16 равновесия. Равновесие моста наступает при равен стве ампер-витков в обмотках 4 и 9, т.е. при выполнении условия . где m. , , числа витков 4 и 9 соответственно;t, , 0. токи в этих обмотках. Значения токов 1 , 4 определяются из равенств Ч (T,+V () ) (t,Z4} -и - напряжение на зажимах источника 1J и ток в цепочке сопроIz +z yтивлений 2 и 3; полые сопрэтивле ния обмоток б и 10 двухступенчатого трансформатора. Нисла витков в обмотках 4 и 9 обычно выбираются одинаковыми, т.е. . При этом уравнение равновесия цепи (1) с учетом зависимостей (2) принимает вид Если не учитывать влияния внутренних сопротивлений обмоток б и 10 и сопротивлений соединительных прово(ЦОБ, то известна зависимость т,-- числа витков в обмотках где т, 6 и 10 соответственно. С учетом зависимости (4) уравнение равновесия цепи (3) принимает вид ,Как следует из последнего уравнения, равновесия мостовой цепи можно достичь регулировкой числа витков т в обмотке б, причем число витков в рехулируемой обмотке пропорционально измеряемой величине и, следовательно, обеспечивается прямой отсчет Zy. Приведенный анализ состояния рав- новесия цепи произведен для идеальных характеристик эле 1ентов без учета влияния остаточных параметров обмоток , образцовых элементов и сопротидлений соединительных проводов. При реальных измерениях необходимо компенсировать погрешности, вносимые перечисленными остаточными параметрами цепи, в устройстве осуществляется компенсация следующим образом. Погрешности, обусловленные влийнием остаточных сопротивлений обмоток 6 и 10, соединительных проводов к ним компенсируются посредством-двухступенчатого 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 б и 10 с очень большим входньол сопротивлением. Работу устройства можно пояснить на эквивалентной схеме, если представить двухступенчатый трансформатор в виде двух трансформаторов, выполненных соответственно на сердечниках 7 и 8 раздельно, как показано на фиг. 2. Обмотки б и 8, выполненные на сердечниках, при этом разбиваются на

две прследовательно соединенные обмотки каждая. Обмотки 6 и 10 выполнены на сердечнике 8, обмотки 18 и 19, имеквдие такое же число витков, как и обмотки 6 и 10, соответственно, выполнены на сердечнике 7.

Позициями 20 и 21 (2у,|, Z,,.,) обозначены соответственно остаточные сопротивления обмоток б и 10 и соединительных проводов к ним 22 (ZM,) - сопротивление соединительного, провода между измеряемым 2 и образцовым 3 сопротивлениями, 23 и 24. (2, остаточные сопротивления обмоток 14 и 15 и. соединительны.х проводов к ним «. витков в обмотке 14 равно числу витков в обмотк.е б, число витков в обмотке 15 равно числу витков в об.мотке 10,

Основной магнитный поток создается в сердечнике 8 током намагничивания, протекающим по обмоткам.14 и 15. При отсутствии трансформатора 12 обмотки 14 и 15 шунтируют сопротивление 2ц соединительного провода, что вносит дополнительную погрешность в результаты измерений. Посредством . трансформатора 12 напряж.ение с зажимов нежелательного сопротивления 1у включается с напряжениями обмоток 14 и 15 и, таким образом, эта погрешность компе.нсируется.

Напряжение на зажимах обмотки 14 отличается от напряжения .на зажимах измеряемого сопротивления на величину падения напряжения на нежелательном сопротивлении Z. Напряжение на зажимах обмотки 15 отличается от напряжения на зажимах образцового сопротивления на величину падения напряжения на нежелательном сопротивлении Z, Такие же напряжения соответственно возникают на зажимах обмоток б и 10, расположенных на том же сердечнике 8. Таким образом, к зажимам обмоток 18 и 19 приложены разности напряжений между напряжениями на зажимах обмотки 6 и сопротивлении 2 и на зажимах обмотки 10 и сопротивлении 3, соответственно. Эти разности напряжений достаточно малы и равны соответственно падениям напряжений на сопротивлениях 2,. При этом магнитный поток в сердечнике 7, обусловленный малыми напряжениями, приложенными к обмоткам 18 и 19, достаточно мал и поэтому полные сопро-. тивления обмоток 18 и 19, обусловленные этим потоком, достаточно велики,

что существенно ограничивает токи, протекающие по обмоткам 6, 18 и 10, 19 соответственно, и таким образом обеспечивается существенное снижение погрешностей, возникающих из-за алияния сопротивлений 2yiy Z .

Предлагаемое устройство имеет следующие технико-экономические преимущества, посравнению с базовым устройством.

Повышение точности измерений, упрощение конструкции и удешевление предлагаемого устройства обеспечивается за счет того, что громоздкий и дорогой набор образцовых мер, используемый в базовом приборе, заменяется дешевым и миниатюрным двухобмоточным трансформатором с нерегулируемыми обмотками. При этом повышается надежность работы устройства, так как исключается необходимость в дополнительной коммутации дублирующего набора образцовых мер.

Преимущества устройства особенно очевидны при построении многопредельных автоматических мостов. Так, например, при обеспечении б пределов измерений в известном устройстве необходимо применять б дополнительных образцовых мер и обеспечить их коммутацию при. переключении пределов, т.е.

необходимо еще по крайней мере б реле и устройство для управления их коммутацией. Контакты реле и соединительные провода вносят дополнительные погрешности в результаты измерений

Эти элементы в данном стройстве исключены и заменены одним двухобмоточ;ным трансформатором.

ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ КОМПЛЕКСНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ,, содержаший цепочку из двух последоват;ельно соединенных токов вди з,ажимами четырехэажймных измеряемого и образцового сопротивлений, источник питания, подключенный к токовым , зажимам цепочки, двухступенчатый трансформатор с .двумя, плечевыми и jjo-; полнительной обмотками, причем плечевые обмотки выполнены.на двух .сердечниках, а дополнительная обмотке выполнена на одном сердечнике, дополни-тельный зерехобмоточный трансформатор и детектор равновесия/ одна из плече вых обмоток двухступенчатого трансФорматора последовательно с первой обмоткой дополнительного трансфорка тора подключена к потенциальным заж:Имам измеряемого объекта, вторая плечевая обмотка посладовательно.с второй обмоткой дополнительного трансформатора подключена к потенциальнь№1 зажимам образцового сопротивление; к зажимам третьей обмотки дополнительного трансформатора подключен де ек;тор равновесия, о т л и ч а ю щ в йс я тем, что, с целью повышения TOJ4ности измерений, мост снабжен Взгоррй дополнительной обмоткой яадвухату. пен чатом трансформаторе, рЭ1СООД ;ренной на одном сердечнике и вторым д полнительным двyxo6MpTO4iftftt тр 1й форматором, причем первая обмотка вт6р« го дополнительного тра сфОЕалатс ра псад С ключена третьим (дополннтел нь11м):К,по-; тенцнальным з ажимам иэмеряемйго.и обраэдового сопротивлений, вifopes а«й«эт- S ка дополнительного трансформатора ледовательно с двумя яопол1яительвымн обмотками двухступенчатого трансфер-, мафора подключена к четвертым ( нительным) потенциальным зажимам- I|B-. меряемого и образцового conpOTjtuf AieHtijtl

ff

VA.J

/

7,

nrwi

U

w