Трансформаторный мост переменного тока для измерения параметров индуктивности Советский патент 1986 года по МПК G01R17/12 

I

Изобретение относится к электро- измерительной технике и может быть использовано при построении измерителей параметров индуктивности пре- H iyinecTBeHHo нелинейного характера.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности измерения путем обеспечения режимов заданного напряжения и безразрывности цепи объекта измерения в процессе уравновешивания.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит источник 1 питания, трансформатор 2 напряжения с первичной 3 и вторичными 4 и 5 обмотками, операционный усилитель 6 q образцовыми элементами (резисторами) 7-9,, вспомогательный трансформатор 10 напряже ия с первичной 11 и вторит.ной. 12 обмотками, въ сокопо- тенциальньш 13 и низкопотеь циальный 4 зажимы объекта 15 измерения, вход операционного усилителя 6 совместно с первичной обмоткой 1 1 вспомог хтель ного трат сформатора 10 напряжения подсоединен к первой втори -иной (збмот ке 4 трансформатора 2 нанряжении, другой вход - к вторичной обмотке 12 вспомогательного трансформатора 10 напряжения, а вь ход операционног о усилителя соединен с высокопотенциальным 14, объект 15 измерения, преобразователь 16 ток - напряжение с образцовым резистором 17 в цепи обратной связи, дополните;ар:,ный образцовый резистор 18, вход преобразователя 16 подсоединен к ннзко- потенниалъному зажиму 15 объекта измерения, а выход через дополнргтель- Kbrii образцовый резистор 18 - к первой обмотке компаратора 19 Т оков с обмотками 20-22, к гЕОСледней из которых подсоединен детектор 23 равно- веош, образцовый резистор 24, включенный мелщу второй вторичной обмоткой 5 трансформатора 2 напряжения и второй обмоткой 2 комнаратора 19 токов,, ключ 25, подключенный к входам оп(;рационного усилителя 6.

Устройство работает след топцгм образом.

При подключении источника 1 питания к трансформатору 2 напряжения на выводах его вторичных обмоток 4 и 5 возникают соответствующие нгптря- жения. Из напряжения, действующего

12770033:

на обмотке 4,, при помощи операционного усршителя 6 формируется напряжение Ug, подводимое к объекту 15 измерения. Под действием напряжения

S

3

U(,( В объекте 1 5 измерения возникает-ток Ij,x5 который при помощи преобразователя 16 ток - напряжение преобразуется в 1шпряжение U, а затем при помощи дополнительного образцового резистора 18 - в ток 1,, втекающий в обмотку 20 компаратора 19 токов. В магнитопроводе компаратора 19 токов ток в(),п,ает магнит- нъй поток, который сравнивается с магнитным потоком, создаваемьм образцовой ветвью моста, состоят,ей из вторичной обмотки 5 трансформатора 2 напряжения,, образ;1;ового резистора 24 и обмотки 21 компаратора 19 токов. Результат срав :ения магнитных потоков восприню ается .детектором 23 равновесия, по сигналам которого мост приводится в состояние равновесия .

Равновесие моста характеризуется уравнением;

vl,.,.

I 1 /

где - амиервитк:г1 обмотки 20 компаратора 19 токов; vi ампервитки обмотки 21 компаратора 19 токов. Используя методы расчета электрических цепей, легко найти, что

35

.Sb.R..,

(vL + R )R.

(2)

(3)

де m , m,

t-i, , т

w с„

число БИТКОВ обмоток 4 и 5 трансформатора 2 напряжения соответственно ;

-число витков обмоток 11 и 12 вспомогательного трансформатора I О напряжения соответственно;

-число витков обмоток 20 и 21 компаратора 19 токов соответственно;

-круговая частота;

-емкость образцового конденсатора 7;

«„.К, ,R,.,,R,,R,

-сопро гршления образцо- вых резисторов 8, 17,

3

24 и 9

12

соотвеп ствснно:

LjiiRx - параметры объекта 15 измерения.

Приравнивая правые части уравнений (2), (3) и имея в виду, что тангенс угла потерь объекта измерения определяется выражением

л

;g о

D л

LO L

получим

Из (5) видно, что при уравновешивании моста изменением числа витков п обмотки 20 компаратора 19 токов обеспечивается npHNSoA отсчет по индуктивности, а синхронное изменение числа витков т - обмотки 4 трансформатора 2 напряжения и числа витков п. обмотки 21 компаратора 19 токов при

обеспе

чивает регулировку амплитуды напряжения, подаваемого на объект 15 измерения до начала уравновешивания. Из уравнения (5) также следует, что вь;- бор диапазона изм ерений в мосте может осуществляться изменением сопротивления образцовых резисторов J 7 и 18, что исключает разрывы в цепи объекта измерений в процессе уравновеши вания. Для обеспечения этого качества смена резистора 17 сопровождается предшествующим, ей включением и последующим (после смены резистора 17) выключсгнием ключа 25. Следовательно, в мосте обеспечивается строгий pe«iiM заданного напряжения с сохранением безразрывности цепи объекта измерений в процессе уравновешивания. Уравновешивание измерителъной цепи по тангенсу угла потерь, осуп;ествляемое изменением числа витков т обмотки I2 вспомогательного трансформатора 10 напряжения, даже при tp;0 1 не нарушает существенно энергетический режим цепи объекта измерения, так как уже при достижении равновесия на старшей декаде по тангенсу угла потерь синфазное напряжение, подводимое к объекту измерений, становится на порядок меньше квадратурного.

Таким образом, наличие в трансформаторном мосте строго устанавливае

4

10

5

20

5

0

мого режи ма заданного напряжения и безразрывность ветви измеряемого объекта в процессе уравновешивания позволяет осуществлять корректное измерение параметров широкого класса нелинейных индуктивных элементов.

Формула изобретения

Трансформаторньп мост переменно- г о тока для измерения параметров индуктивности, содержащий источник питания, подключенный к об- мотке трансформатора напряжения, первые выводы двух вторичных обмоток которого соединены с общей шиной, вспомогательны трансфорь:атор напряжения, первые-выводы первичной и вторичной обмоток которого соединены с общей шиной, операционньгР, усилитель с первым образцовые элементом в цепи обратно связи, вход операционного усилителя через второй образцовый элемент соединен с вторым коммутируемым в 1водом первой вторичной обмотки трансформатора напрялчения и вторым выводом первичной обмот1-л1 вспомогательного трансформатора напряжения и через третий образцовый элемент - с вторьм KO. MyTnpyeMbshi выводом вспомогательного трансформатора напряжения, второй вход операционного усилителя соедиь:ен с общей шиной, выход операционного усилителя соединен с первой клеммой для подключения объекта измерения, вторую клемму для подключения объекта измерения, компаратор токов, первые ньгводы двух oб ioтoк KOTopOi o соединены с общей шиной, к выводам третьей обмотки которого подсоединен детектор равновесия, а вторым выводом первой обмотки компаратора токов и вторым выводом второй вторичной обмотки трансформатора напряжения подсоединен образцовый резистор, о т л и - ч а ю ш и и с я тем, Ч1 о, с целью рясширения функциональных возможностей и повышения точности измере - ния путем обеспечения режг-гма заданного напряжения и безразрывности цепи объекта измерения в процессе урав- -новешивания, в него введены ключ, второй образцовь. й резистор, преобразователь ток-напряжение, выполнен- ньп1 в виде операционного усилителя с образцовым резистором в цепи обратной связи, выход преобразователя

S12770036

ток-напряжение через второй образцо- нен с общей шиной, а второй вход вый резистор соединен с вторьм комму- преобразователя ток-напряженне соеди- тируемым ВЫВОДОМ второй обмотки ком- нен с общей шиной, при этом второй паратора токов, первый вход преоб- коммутируемый вывод первой вторичразователя ток-напряжение соединен .j ной обмотки трансформатора напряжес, второй клеммой для подключения кия- и второй коммутируемый вывод пер- объекта измерения и с первым выводом вой обмотки компаратора токов кине- ключа, второй вывод которого соеди- матически соединены.

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Может быть использовано при построении измерителей параметров индуктивности, преимущественно нелинейного характера. Цель изобретения - расширение функциональнь1Х возможностей и по. точности измерений - достигается путем обеспечения заданного напряжения и безразрывности цепи объекта измерения в процессе уравновешивания. Для этого в устройство введены ключ 25, второй образцовый резистор 18, преобразователь 16 ток - напряжение, выполненный в виде операционного усилителя с образцовым резистором 17 в цепи обратной связи. На чертеже также показаны источник питания, трансформатор 2 напряжения с первичной 3 и вторргчной 4 и 5 обмотками, операционный усилитель 6 и образцовыми элементами 7-9, вспомогательньц трансформатор 10 напряжения с первичной I1 и вторичной I2 обмотками, зажимы 13 и 14 объекта 15 измерения, компаратор 19 токов с обмотками 20- 22, детектор 23 равновесия, образцовый резистор 24. I кл. 17 ч ю «Ч es