Трансформаторный мост переменного тока Советский патент 1986 года по МПК G01R17/12 

t

Изобретение относится к электро- измеритео }ьной технике и может быть использовано при построении мостов переменного тока, предназначенных, для высокоточных измерений параметров комплексных сопротивлений.

Целью изобретения является повы- П1ение точности измерения за счет исключения неравномерности погреш- ности измерения по диапазонам и за счет исключения влияния остаточных параметров и паразитных связей между элементами моста.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Трансформаторный мост переменного тока содержит источник 1 питания, подключенный к первичной обмотке 2 трансформатора 3 напряжения с двумя вторичными обмотками 4 и 5, переключатель 6 диапазонов с контактами 6.1 -6.6, первые выводы перек.пючате- ля соединены с секциями обмотки 4, а вторые - с зажимом для подключения объекта 7 измерения, компаратор 8 то ков с обмотками 9-11, .обмотка 9 которого через переключатель 6 соединена с вторым зажимом для подключения объекта 7 измерения, вспомогательный трансформатор 12 напряжения - с первичной обмоткой 13 и вторичной обмоткой 14, первичная обмотка -13 которого соединена с образцовой мерой 15 емкости, а вторичная обмотка 14 - с образцовой мерой 6 сопротивления, дополнительная обмотка 7 вспомогательного трансформатора 12 напряжения подключена к всномогательным вет вям,, состоящим из потенциометров 18.1-18.П, конденсаторов 9.1-19.п и коммутаторов 20.1-20.п, детектор 21 равгювесия, подключенный к обмотке 11 компар 1тора токов. I

Устройство работает следующим образом.

При включении источника питания на обмотках 4 и 5 трансформатора 3 напряжения возникают напряжения, под действием которых в ветви объекта 7 измерения и в образцовой ветви создаются токи .,„ и .,„ соответственно

с Д i и

Эти токи, протекая но обмоткам 9 и 10 компаратора 8 токов, создают в сердечнике последнего соответствую щие магнитные потоки, результат срав нения которых воспринимается детектором 21 равновесия. Сигналы, вырабатываемые детектором 21 рарновесик.

1277002

to

15

20

25

30

35

40

45

используются для ург.вновешивания моста.

Выбор диапазона измерений в процессе уравновешивания моста осуществляется регулировкой числа витков обмотки 4 трансформатора 3 напряжения и числа витков обмотки 9 компаратора 8 токов при помощи контактов 6.1-6.6 переключателя 6 диапазонов.

Благодаря механической связи синхронно с контактами переключателя 6 диапазона включаются коммутаторы 20.1--20.ь вспомогательных ветвей таким образом, что после выбора диапазона измерений включенной остается только та вспомогательная ветвь, которая соответствует выбранному

диапазону измерений,

Каж;.т;ая из вспомогательных ветвей создает корректирующий ток 1„, ког

торый уменьшает влияние па точность измерения паразитных связей межсду элементами моста, остаточных .парамет ров элементов моста, недостаточной злектромагнит и)й связи между плечевыми обмотками трансформатора напряжения и компаратора токов, а также неравенства значения образцовой меры емкости номинс;льному (расчетному значению). Регулировка тока Т„

tS

осуществляется в процессе метрологической настройки моста и состоит в установлении такого положения движков потенциометров вспомогательных ветвей, при котором показания на от- счетном устройстве моста не станут равными паспортному (действительному ) значению подсоединяемых к мосту высокоточных мер емкости.

Количествегпаые соотношения между параметрами основной мостовой цепи и :вспомогательноЙ1 ветви могут быть найдены путем вывода уравнения равновесия моста с учетом действия механизма коррекции.

Условие равновесия моста имеет вид

wl..

где wl

wl

HI

55

амперв.;1тки ветви объекта измерения;

ампервитки ветви образцовых мер.

Ампервитки wl, для реактивной составляющей равны -т.

.

uJC,

(2)

где t) - напряжение источника 1 питания;m,m число витков обмоток 2 и 4

трансформатора 3 напряжения; п - число витков обмотки 9 компаратора 8 токов; uJ - круговая частота; Cjf - емкость объекта 7 измерения, Ампервитки ветви образцовых мер (также для реактивной составляющей) определяются выражением

Wl + HL i illd rl lSjB h 2 mMO ™3

(3)

де in - число витков обмотки 5 трансформатора 3 напряжения; fij - число витков обмотки 10

компаратора 8 токов; hi,,In - число витков обмоток 13 и 17 вспомогательного трансформатора 12 напряжения со20 мал (он составляет десятые и даже сотые доли процента от корректируемого сигнала), к элементам вспомога тельным ветвей не представлется высоких метрологических требований.

ответственно; С„- емкость образцовой меры 15; 25 Ухудшение точности измерения, вызыК - коэффициент деления потенциометра 18;

Баемое нестабильностью элементов вспомогательных ветвей, определяетс

емкость конденсаторе 19. Сравнивая выражения (2) и (3) и решая их относительно С, получим

с + (4)

С ---2-2 г Ч m,n, °

Так как действие погрешностей

моста может быть оценено как измене-........- - m о

ние-отношении числа витков -;

п.™ - и емкости G, выражение (4) мо1

жет быть представлено следующим обра-- зом:

т„п

(i+SJ(i + g,)(i.5 1 i

+ }2.l{ 5Kn2oL

ИЛИ

,

+6 + п, р

т,.,

п° 1 1

тз.т ПдКпСо5

m

.

,S. ,S.

с„

- погрешности моста, оцениваемые через изменение отношения витков и емкости образцовой меры 15.

Из выражения (6) видно, что при равенстве

-8 -ь&

.1

га

Э (7)

которое достигается в процессе регулировки потенциометров.18.1-18.и на каждом из диапазонов измерений, выражение (6) становится равным

(8)

5аП2 с

m,n

т.е. Погрешности измерения устраняются.

Поскольку уровень сигнала коррекции, необходгошй для компенсации указанных погрешностей, достаточно

мал (он составляет десятые и даже сотые доли процента от корректируемого сигнала), к элементам вспомогательным ветвей не представлется высоких метрологических требований.

Ухудшение точности измерения, вызыУхудшение точности измерения, вызыБаемое нестабильностью элементов вспомогательных ветвей, определяется

выражением

лс

S S.

о/ /о

где д

S

100 - 9) - изменение погрешности измерения моста из-за нестабильности элементов вспомогательных ветвей;

о - погрешность моста, достигнутая в результате корректировки;

о - суммарная нестабильность элементов вспомогательной ветви, %.

Из (9) видно, чтoл& является 45 величиной высокого, порядка малости. Например, если в результате регули- ровки достигнута точность измерений, равная 0,015% (т.е. &„ 0,015%), а 5 1%, т.е. 5 - относительно вели- jg ка, общая погрешность измерения моста ухудшается на значение

д5 55-- o,oooi5%,,

т.е. на ничножно малую величину.

Таким образом, изобретение позволяет простыми средствами повысить точность трансформаторных мостов переменного тока.

Формула изобретения

Трансформаторньш мост переменного тока, содержащий источник питания, выходами подключенньм к первич- ной обмотке трансформатора напряжения, первые выводы первой вторичной обмотки которого через соответствующие контакты переключателя диапазонов соединены с первой клеммой для подключения объекта измерения, первый вывод второй вторичной обмотки трансформатора напряжения соединен с первыми выводами образцовой меры емкости и первичной обмотки вспомо- гательного трансформа тора напряжения, первый вывод первой вторичной обмотки которого соединен с первь м выводом образцовой меры сопротивления, второй вывод которой и второй вывод образцовой меры емкости сое- . динепы с первым выводом первой обмоки компаратора токов, первые выводы второй обмотки которого через соответствующие контакты переключателя диапазонов соединены .с второй клеммой для подключения объекта измерения, К третьей обмотке компаратора токов входами подключен детектор рановесия, а вторые выводы первой и второй вторичных обмоток трансформаСоставитель В. Семенчук Редактор К. Волощук Техред л.Сердюкова Корректор д. Обручар

Заказ 6661/37Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфрп еское предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

тора напряжения, второй вывод перво вторичной обмотки и второй вывод первичной обмотки вспомогательного трансформатора, напряжения и вторые выводы .первых двух обмоток компаратора токов соединены с общей шиной, о т- л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьпления точности измерения за счет исключения неравномерности погрешности измерения по диапазонам и за счет исключения влияния остаточных параметров и паразитных связей между элементами моста, в него введены вспомогательные ветви, каждая из которых состоит лз потенциометра конденсатора и коммутатора, причем конденсатор включен между средними выводами потенциометра и подвижным контактом коммутатора, неподвижные контакты коммутаторов всех ветвей подсоединены к первому выводу первой обмотки компаратора токов, два

других вывода потенциометра всех ветвей подсоединены соответственно

к выводам дополнительной обмотки вспомогательного трансформатора напряжения, средний вывод которой подсоединен к общей шине, а подвижный контакт каждого из коммутаторов соединен механически с соответствующим контактом переключателя диапазонов.

Изобретение может быть использовано при построении мостов переменного тока, предназначенных для высокочастотных измерений параметров комплексных сопротивлений. Цель изобретения - повьшгение точности измерения - достигается за счет исключения влияния остаточных параметров и паразитных связей между элементами моста. Для этого в устройство дополнительно введены вспомогательные ветви, каждая из которых состоит из потенциометра, конденсатора и коммутатора. На чертеже показаны источник 1 питания, первичная обмотка 2, вторичные обмотки 4 и 5 трансформатора 3, переключатель 6 диапазонов с контактами 6.1-6.6, объект 7 измерения, компаратор 8 токов с обмотками 9-11, вспомогательньм трансформатор 12 с обмотками 13 и 14, образцовые меры емкости 15, сопротивления 16, дополнительная обмотка 17, трансформатор 12, вспомогательные ветви, состоящие из потенциометров 18.1-18,п, конденсаторов 19.1-19.п и коммутаторов 20.1-20.п, детектор 21 равновесия. 1 ил. 1н