Трансформаторный мост для измерения параметров комплексных сопротивлений Советский патент 1984 года по МПК G01R17/12 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении мостов переменного тока или аналогичных устройств, предназначенн для измерения параметров комплексных сопротивлений, в частности параметров катушек индуктивности с ферритовыми магнитопроводами.

Известен цифровой измеритель индуктивности ЭМЦ7-2, предназначенный для измерения индуктивности катушек, измерительная цепь которого выполнена по схеме прямоугольно-коорлщнатного компенсатора переменного тока, использующий метод формирования и сравнения компенсирующих напряжений с напряжением/действующим на испытуемом объекте, основанным на одном из алгоритмов координированого однонаправленного поразрядного уравновешивания с выработкой управляющих воздействий с помощью фазочувствительных индикаторов fj.

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 втричным обмоткам которого подсоединены ветвь образцового импеданса и ветвь измеряемого объекта, включающая в себя сумматор, токозадающий образцовый резистор, повторитель напряжения, вход которого подсоединен к потенцисшьным зажимам объекта измерения, а выход через вспомогательный образцовый резистор - к детектору равновесия преобразователь напряжение-ток, выход которого через дополнительный резистор подсое(динен 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 он не обеспечивает измерение больших индуктивностей, особенно в тех случаях, когда через объект измерения необходимо пропускать большие измерительные токи, а также в том, что для обеспечения больших измерительных токов в цепи измеряемого объекта не только сумматор, но и преобразователь напряжение-ток должен обладать значительной электрической мощностью, ибо он также, как и сумматор, нагружается на токозадающие резисторы с малым сопротивлением и что он имеет сложную конструкцчю.

Цель изобретения - расширение функционсшьных возможностей путем расширения диапазона измерения в сторону больших импедансов при одновременном обеспечении больших измерительных токовВ ветви измеряемого объекта и упрощении конструкции моста.

Поставленная цель достигается тем, что трансформаторный мост для

0 измерения параметров комплексных сопротивлений, содержащий источник питания, трансформатор напряжения с двумя вторичными обмотками, концы которых соединены с общей шиной,

5 ветвь измеряемого объекта, состоящую из токозадающего образцового резистора, повторителя напряжения, входы которого подсоединены к потенциальным зажимам для подключеQ ния объекта измерения, первый выходк общей шине, второй выход - к выводу вспомогательного образцового резистора, образцовую меру, один вывод которой соединен с началом,

5 второй вторичной обмотки трансформатора напряжения, детектор равновесия, один вывод которого соединен с общей шиной, дополнительный резистор, снабжен первым и вторым последовательно соединенными четырехполюсниками, вторым повторителем напряжения, разделительным конденсатором, преобразователем напряжение - ток, первый вход ксюрого соединен с началом первой вторич ной обмотки трансформатора напряжения, второй вход - с токозсшающим образцовым резистором, другой вывод которого подсоединен к общей шине выход преобразователя напряжение 0 ток совместно с выходом первого четырехполюсника подсоединены к входу второго повторителя напряжения и через разделительный конденсатор к потенциальному зажиму дли подклк 5 чения объекта измерения, выход второго повторителя напряжения через дополнительный резистор подсоединен к общим входу первого и выходу второго четырехполюсников, вторые вхоQ ды которых соединены с общей шиной, первый вход второго четырехполюсника подсоединен к источнику постоянного напряжения, второй вход второго повторителя напряжения соединен с выходом первого повторителя напряжения, вторые выводы образцовой меры и вспомогательного образцового резистора соединены с вторым выводом детектора равновесия.

0 Преобразователь напряжение-ток. выполнен в виде основного и вспомогательного составных транзисторов, базы и эмиттеры основного и вспомогательного составных транзисторов

5 соединены параллельно и подключены

соответственно к первому входу и выходу преобразователя напряжение-ток коллектор основного составного транзистора и соединенный с ним через дополнительный токозадакхций резистор коллектор вспомогательного составного транзистора подключены к второму входу преобразователя напряжение-ток.

Кроме того, каждый из четырехполюсников выполнен в виде составных транзисторов с резисторами питания, подсоединенными к источнику постоянного напряжения, второй вывод которого подключен к общей шине.

Введение в мост преобразователя напряжение-ток, структурной характеристикой которого является высокое выходное сопротивление по переменному току, устраняет влияние токозадающего образцового резистора на методическую погрешность, что расширяет диапазон измерения в сторону больших импедансов, а выполнение преобразователя и четырехполюсников в виде составных транзисторов совместно с возможностью применения токозадаюшх образцовых резисторов Мсшых номинальных значений обеспечивает большие измерительные токи при малых энергетических потерях, что упрощает конструкцию моста.

Введение второго повторителя напряжения устраняет влияние разделительного конденсатора на результат измерения.

На чертеже представлена функциональная схема трансформаторного моста для измерения паргилетров комплексных сопротивлений.

Устройство содержит источник 1 питания, трансформатор 2 напряжения с первичной обмоткой 3 и вторичными обмотками 4 и 5, преобразователь 6 напряжение-ток, имеющий первый вход 7, второй вход 8, выход 9 и содержащий основной составной транзистор, выполненный на транзисторах 10 и 11 и резисторе 12 питания, вспомогательный составной транзистор, выполненный на транзисторах 13 и 14, резисторе 15 питания и дополнительном токозадающем резисторе 16, токоЗсшакхций образцовый резистор 17, разделительный конденсатор 18, объект 19 измерения, первый повторитель 20 напряжения, вспомогательный образцовый резистор 21, Образцовый импеданс 22, детектор равновесия 23, второй повторитель 24 напряжения, дополнительный резистор 25, первый четырехполюсник 26, выполненный в виде составного транзистора, состоящего из транзисторов 27 и 28 и резисторов 29-31 питания , и второй четырехполюсник 32, выполненный в виде составного транзистора, состоящего

из транзисторов 33 и 34 и резисторов 35-37 питания, источник 38 постоянного напряжения, общий провод (земля) 39, зажимы 40-42.

Устройство работает следующим образом.

При включении источника 1 питания на выводах обмотки 4 трансформатора 2 возникает напряжение, которое подводится к первому входу Т преобразователя 6 напряжение-ток и общему проводу (земля 39. Дгшее это напряжение при помощи основного составного транзистора, выполненного на транзисторах 10 и 11 подводится к зажимам токозадакяцего образцового резистора 17, преобразуется в ток и передается в коллекторную цепь транзистора 11 (ток 1 X При помощи вспомогательного составного транзистора, выполненного на транзисторах 13 и 14 и включенного между первым входом 7 и вторым входом 8 преобразователя 6 через дополнительный токозадающий резистор 16, выделяется разность напряжений, действующих на выводах обмотки 4 и на выводах токозадающего образцового резистора 17. Разностное напряжение, представляющее собой сигнал погрешности, вносимой основным составным транзистором при передаче напряжения от обмотки 4 к токозадающему образцовому резистору 17, преоразуется в ток и передается в кол-, лекто ную цепь транзистора 14 (ток Токи IQ, , 1д2 суммируются, образуя на выходе 9 преобразователя 6 измерительный ток 1 , обтекает разделительный конденсатор . 18 и объект 19 измерения.

Под действием тока 1 на выводах разделительного конденсатора 18, служсццего для развязки объекта измерения по постоянному току, возникает напряжение и, а на зажимах объекта 19 измерения - иапряже1гае U2, которое посредством повторителя 20 напряжения воздействует на вспомогательный образцовый резистор 21, создавая ток i.

Одновременно с этим при помощи вторичной обмотки 5 трансформатора 2 напряжения и образцового импеданса 22 создается образцовый ток 1, который в процессе уравновешивания измерительной цепи сравнивается с током ij. Результат сравнения воспринимается детектором 23 равновесия.

Суммарное напряжение е zf действующее между зажимом 40 и общи проводом 39, прикладывается к эквивалентному сопротивлению Rgxe. представляющему собой параллельное соединение выходных сопротивлений преобразователя 6 напряжение-ток и четырехполюсника 26,в результате чего образуется ток i|. Ток ij. уменьшает значение основного измерительного тока 1, что приводит к появлению методической погрешности 5-,. Устранение этой погрешности осуществляется посредством тока компенсации IK, который создается при помощи дополнительного резистора 25 и выходных напряжений последовательно включенных первого и второго повторителей 20 и 24 напряжения,Ток 1 втекает во входную цепь первого четырехполюсника 26, а с его выхода поступает в ветвь объекта измерения восстанайливая значение основного измерительного тока 1.ч .

Бла1-одаря тому, что второй четырехполюсник 32 имеет высокое выходное сопротивление, а первый четырехполюсник 26 низкое входное, ток iff практически не ответвляется во второй четырехполюсник и замыкается по цепи: выходы первого и второго повторителей 20 и 24 напряжения дополнительный резистор 25 - первый четырехполюсник 26 - разделительный конденсатор 18 - объект 19 измерения - общий провод 39.

По причине высокого выходного соротивления первого четырехполюсника 26 измерительный ток t в него также практически не ответвляется, а замыкается по цепи: выход 9 преобразователя 6 напряжение-тдк - разделительный конденсатор 18 - объект 19 измерения - общий провод 39.

Преобразователь 6 напряжение-ток и четырехполюсники 26 и 32,получают питание от источника постоянного напряжения, подключаемого к зажимам 41. При помощи резисторов 12 и 15, 29-31 и 35, 36 осуществляется выбор режима работы по постоянному току преобразователя 6 и четырехполюсников 26 и 32. Резисторы получают питание от источников постоянного напряжения, подключаемого к зажимам 41.

Фактором, ограничивающим диапазон измерения больамх импедансов в данном устройстве является не токозадающий образцовый резистор, как это имеет место в известных мостах, а эквивалентное сопротивление параллельное соединение выходн|лх сопротивлений преобразователя 6 напряжение-ток и первого четырехполюсника 26.

Из теории транзисторных цепей известно, что выходное сопротивление транзисторных каскадов, близких по структуре тем, которые в качестве примера реализации применены в преобразователе напряжение-ток и четырехполюсниках, может быть дос5 таточно высоким -и в зависимости от параметров элементов каскада и его конкретного схемотехнического решения составлять сотни и тысячи мегаом. Транзисторные каскады при

0 использовании транзисторов типа КТ 3102, КТ815 с коэффициентами усиления обеспечивают выходное сопротивление 50-80 МОм.

Это способствует расширению диа5 пазона измерений моста в сторону больших импедансов, а независимость

значения токозадакщего образцового резистора от измеряемого импеданса позволяет применять резисторы

0 малых номинальных значений, т.е. осуществлять установку больших измерительных токов. Например, для обеспечения измерительного тока 100 мА возможно использование резистора

5 100 Ом, при. STOM напряжение, подводимое к нему, должно составлять 10 в, что примерно в 30 раз меньше, чем это необходимо для аналогичного случая у известного, моста. Во столь0 ко же раз примерно снизится и необходимая для создания указанного тока электрическая мрщность, что упростит реализацию электронных блоков в предлагаемом устройстве.

с В предлагаемом устройстве используется только один разделительный конденсатор, причем влияние его импеданса на точность измерения устраняется. Это позволяет использовать разделительный конденсатор ма лых габаритов, что упрощает конструкцию моста.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет достаточно простыми средства1ми сущест5 венно улучшить технические характеристики известных трансформаторных мостов - расширить диапазон измерения в сторону больших импедансов при одновременной установке больших

0 измерительных токов, упростить конструкцию.

Оно может быть использовано для усовершенствования выпускаемого в нашей стране цифрового измерите5 ля индуктивности ЭМЦ7-2 и других приборов аналогичного назначения, ветвь измеряемого объекта которых содержит токозадающий образцовый резистор.

1ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНЫ) СОПРОТИВЛЕНИЙ, содержащий источник питания, трансформатор напряжения с двумя вторичными обмотками, концы которых соединены с общей шиной, ветвь измеряемого объекта, состоящую из токозадающего образцового резистора, повторителя напряжения, входы которо.го подсоединены к потенциальным зажимам для подкл рчения 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, отличающи йся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем расишрения 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 напряжег НИН, второй вход - с токозадакяцим образцовым резистором, другой вывод которого подсоединен к 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 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 источником постоянного напряжения, второй (Л вход второго повторителя напряжения соединен с выходом первого повторителя напряжения, вторые выводы образцовой меры и вспомогательного образцового резистора соединены с вторым выводом детектора равновесия. 2.Мост по П.1, отличающийся тем, что преобразователь напряжение-ток выполнен в виде основного и вспомогательного составных транзисторов, базы и эмиттеры основ ного и вспомогательного составных транзисторов соединены параллельно и 00 00 4;: подключены соответственно к первому j входу и выходу преобразователя напряжение-ток, а коллектор основного составного транзистора и соединенный с СО ним через дополнительный токозащаиодий резистор коллектор вспомогательного составного транзистора подключены к второму входу преобразователя напряжение-ток. 3.Мост по П.1, отличающийся 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.