Трансформаторный измерительный мост Советский патент 1985 года по МПК G01R17/12 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров комплексных сопротивлений посредством мостовых и компенсационных це- 5 пей переменного тока, в частности, при измерении малых сопротивлений.

Цель изобретения - повьшение точности путем формирования компенсирующего напряжения, позволяющего устра- 1шть влияние остаточных параметров обмоток и соединительных проводов, и расширения пределов измерения,

На чертеже представлена структурная схема устройства, 5

Устройство содержит источник 1 питания, зажимы для подключения измеряемого объекта 2, образцовую меру 3 J двуступенчатый трансформатор с сердечниками 4 и 5. и обмотками 6-8, 20 разделительный трансформатор 9 с обмотками 10 - 12, детектор 13 равновесия, дополнительный трансформатор 1А с обмотками 15 - 17, усилитель 18, потенциальные зажимы 19 - 22, токовые зажимы 23 и 24 для подключения измеряемого объекта 2,

Обмотки б и 10 соединены последовательно и подключены к потенциальным зажимам 19 и 20 измеряемого объ- 30 екта. Обмотки 7 и11 соединены последовательно и подключены к потенциальным зажимам 21 и 22 образцовой меры 3 (резистора), Источник 1 подключен к зажимам обмотки 15 дополнительного 35 трансформатора 14, Обмотки 16 и 17 дополнительного трансформатора.14 соединены последовательно и подключены к токовым зажимам 23 и 24. Первьй вход усилителя 18 подключен к .зажи- 40 му соединения обмоток 7 и 11, а выход усилителя подключен к общему зaлcи fy обмоток 16 и 17. Второй вход усилителя 18 и первьй зажим обмотки . 8 соединен с общей щиной, а второй 45 зажим обмотки 8 - с токовым зажимом 24.

Число витков в обмотке 16 равно , числу витков в обмотке 6, Число витков в обмотках 7, 8 и 17 одинаковы. 50

Контроль состояния равновесия цепи осуществляется детектором 13, подключенным к зажимам обмотки 12.

Отношение напряжений на обмотках 6 и 7 дну ступ einia того трансформатора -ii олжно устанавливаться с высокой точностью, Дополнительньй трансформатор 14 и усилитель 18 служат для повьше11824

132

НИН точности козффициента передачи двуступенчатого трансформатора и защиты устройства от влияния токов утечек, через нежелательные емкостные проводимости относительно заземленного узла моста„ При этом точность коммутации обмотки 16 может быть ниже точности коммутации обмотки 6,

Применение разделительного трансформатора 9 позволяет исключить влияние сопротивления соединительного провода между измеряемым объектом и образцовой мерой.

Устройство работает следующим образом.

При подаче питающего напряжения на обмотку 15 наводятся ЭДС в обмотках 16 и 17, подключенных к зажимам сравниваемых сопротивлений. Падения напряжений на этих сопротивлениях сравниваются с напряжениями на обмотках 6 и 7. При неравенстве напряжений возникает ток неравновесия в обмотке 12. Коммутацией витков в обмотках 6 и 16 обеспечивается равенство ампервитков в обмотках 10 и 11, о чем свидетельствуют нулевые показания детектора 13.

Без учета погрешностей измерений условие равновесия цепи описывается равенством:

7 -( о m

сопротивление измеряемог

где

i V

объекта;

сопротивление образцовой

Z. меры;

числа витков в обмотках

m и .m, 6

6 и 7 соответственно. Число витков в обмотке 6 пропорционально измеряемому сопротивлению

В результате протекания остаточных токов по рабочим обмоткам 6 и 7 в момент равновесия цепи, возникают погрешности измерений, обусловленные влиянием остаточных сопротивлений обмоток 6 и 7 и соединительных проводов, к ним, ;

При отсутствии компенсации, если не учитывать влияния величин второго порядка малости, эти погрепшости могут быть определены из выражения:

у Zc +

ZJ

Q 7 7 .6 1

где Zg, Zj - остаточные параметры

(активные сопротивления и индуктивные рассеяния .обмоток 6 и 10 соединительных проводов к зажимам 19 и 20 измеряемо го объекта; Zg, Zj - остаточные параметры обмоток 7 и 11 и соединительных проводов к за жимам 21 и 22 образцово меры; ZgH Ъ- - входные сопротивления об моток 6 и 7. Снижение погрешности у достигается снижением токов, протекающих по обмоткам 6 и 7 в момент равновесия цепи, что обеспечивается совместным применением дополнительного трансфор матора 14 и усилителя 18 при двуступенчатом трансформаторе, В результате подачи на зажимы обмотки 8 напряжения, точно равного падению напряжения на образцовой мере 3, обеспечивается протекание намагничивания сердечника 5 по обмотке 8 и пренебрежимо малых токов по обмоткам 6 и 7, что приводит к увеличению входных сопротивлений обмоток 6 и 7 и снижению влияния остаточных сопротивлений этих обмоток и соединительных проводов к ним на точность измерительной цепи. Для обеспечения высокой точности компенсации указанных погрешностей необходимо, чтобы напряжения на зажимах образцовой меры 3, обмоток 7, 17 и 8 быпи равны между собой с высокой точностью. В действительности поскольку коммутация витков в обмотке 16 производится с меньшей дискрет ностью, чем в обмотке 6, а также из-за влияния остаточных параметров обмоток 7 и 17 и соединительных проводов к ним, напряжения на обмотках 7 и 17 отличаются от напряжения на образцовой мере на величину л i , соответствующую указанной погрешности. Эта разность напряжения сущест- вует также между напряжениями на обмотках 7 и 8. Компенсация этой погрешности осуществляется усилителем 18, Разность напряжений 41 на зажимах обмоток 7 и 8 подается на вход усилителя 18, выходное напряжение усилителя суммируется с напряжением обмотки 17 и подается ни зажимы обмотки 8 и, таким образом, компенсируется указанная погрешность. Кроме того автоматически снижены погрешности измерений, возникающие из-за влияния токов утечек через нежелательные емкостные проводимости между элементами моста и заземленным узлом. Путем совместного действия дополнительного трансформатора 14 и усилителя 18 потенциал точки соединения обмоток 7 и 11 приводится к потенциалу земли, что исключает протекание токов утечек между корпусом прибора (заземленным) и первичными цепями детектора равновесия и автоматически снижает погрешности измерения из-за токов утечек, . В результате совместной коммутации обмоток 6 и 16 обеспечивается постоянная величина рабочего тока в ветвях моста при его уравновешивании, не зависящая от измеряемого сопротивления, что позволяет снизить зависимость чувствительности цепи от величины измеряемого сопротивления в диапазоне измерений и повышает точ-ность измерений. При формировании компенсирующего напряжения исключено шунтирование образцового сопротивления, что позволяет расширить пределы измерений в сторону больштс сопротивлений без видимых ограничений.

1 . ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ИЗМЕРИТЕ, ЛЬНЫЙ МОСТ,содержащий источник питания, токовые зажимы для подключения последовательно соединенных измеряемого объекта и .образцовой меры, двуступенчатьй трансформатор, на двух сердечниках которого расположены две обмотки, а на одном из сердечников расположена одна третья обмотка, разделительный трансформатор с тремя обмотками н детектор равновесия, подключенный к первой обмотке разделительного трансформатора, первая обмотка двуступенчатого трансформатора, соединенная последовательно с второй обмоткой разделительного трансформатора, подключена параллельно зажимам для подключения измеряемого объекта, вторая обмотка двуступенчатого трансформатора, соединенная последовательно с третьей обмоткой разделительного.трансформатора, подключена параллельно потенциальным зажимам дляподключения образцовой меры, первьй вьтод третьей обмотки двуступенчатого трансформатора подключен к первому по енциальному зажиму для подключения образцовой меры, о тл и чающийся тем, что, с целью повьшешш точности и расширения пределов измерений, мост снабжен дополнительным трансформатором с тремя обмотками и ус1шителем, первичная обмотка дополнителБного трансформатора подкпючена к зажимам источника питания, один из которых соединен с обО) щей шиной, две вторичные обмотки дополнительного трансформатора соедине-; ны последовательно и подключены к . токовым зажимам для подключения последовательно соединенных измеряемого объекта и образцовой меры, первый вход усилителя подключен к выводу второй обмотки двуступенчатого трансформатора, соединенному с вьшодом третьей сю обмотки.разделительного трансформаГС 4iai тора, второй вход усилителя соединен с общей шиной, выход усилителя подключен к вьтоду первой вторичной обмотки дополнительного трансформатора, со |единенному с вьшодом второй вторич- |ной обмотки дополнительного трансформатора, второй вывод третьей обмотки двустзгаенчатого трансформатора соединен с общей шиной. 2. Мост по п. 1, отличающийся тем, что первая вторичная I обмотка дополнительного трансформатора выполнена регулируемой