Мера индуктивности Советский патент 1987 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении мер индуктивности.

Цель изобретения - повьшшние точности меры индуктивности, выполненной с применением магнитопровода путем автоматической коррекции значения индуктивности меры до номинально- го значения.

На чертеже представлена схема меры индуктивности.

Мера индуктивности содержит первый переключатель 1 с подвижным 2 и не- подвижными 3 и 4 контактами, второй переключатель 5 с подвижным 6 и неподвижными 7 и 8 контактами, третий переключатель 9 с подвижным 10 и неподвижными 11 и 12 контактами, чет- вертьй переключатель 13 с подвиж- ным 14 и неподвижными 15 и 16 контак- , пятый переключатель 17 с подвижным 18 и неподвижными 19 и 20 контактами, шестой переключатель 21 с подвижным 22 и неподвижными 23 и 24 контактами, седьмой переключатель 25 с подвилсным 26 и неподвижными 27 и 28 контактами, генератор 29 синусоидального напряжения, плечевой трансформа- тор 30 напряжения с первичной 31,первой вторичной 32 и второй вторичной 33 обмотками, операционный усилитель 34 с образцовыми мерами 35 емкости и 36 активного сопротивления в цепи обратной связи, катушку 37. индуктивности, декады 38 индуктивности, трансформатор 39 напряжения с первичной 40 и вторичной 41 обмотками, об

разцовый резистор 42, масштабный ус.и- 40 первый вход уравновешивающего элеменлитель 43 с дискретно-регулируемыми . образцовыми резисторами 44 и другим |образцовым резистором 45 в цепи об- (Ратной связи, детектор 46 равновесия, первьш 47 и второй 48 уравновешивающие элементы, блок 49 управления, выходные зажимы 50.

При этом первичная обмотка 31 плечевого трансформатора 30 напряжения подключена к генератору 29 синусоидального напряжения, первая вторичная обмотка 32 подключена к первому неподвижному контакту 11 третьего переключателя 9, вторая вторичная обмотка 33 - к образцовому резистору 42, 55 вности, а выход управляющего эле- другой вывод которого совместно с вы- мента - с цепями управления коммута- ходом детектора 46 равновесия подклю- ционными элементами д :с сретно-регули- чен к второму неподвижному контакту 8 руемыми образцовыми резисторами 44, второго переключателя 5, вход опера- причем выходные зажимы 50 подключены

ционного усилителя 34 подключен к точке соединения образцовых мер 35 емкости и 36 активного сопротивления соответственно, причем другой вывод меры 35 емкости соединен с. подвижным контактом 10 третьего переключателя 9, а другой вывод меры 36 активного сопротивления - с подвижным контактом 18 пятого переключателя 17, неподвижные контакты 4, 2, 20 и 27 соответственно первого переключателя 1, третьего переключателя 9, пятого переключателя 17 и седьмого переключателя 25 подключены к выходу операционного усилителя 34, неподвижный контакт 15 четвертого переключателя 13 подключен к подвижному контакту 2 первого переключателя 1, совместно с входом ветви, состоящей из последовательно соединенных катушки 37 индуктивности, декад 38 индуктивности и вторичной обмотки 4 трансформатора 39 напряжения, выход которой, подключен к подвижному контакту 6 второго переключателя 5, вход масштабного усилителя 43 подключен к подвижному контакту 14 четвертого переключателя 13, а выход - к подвижному контакту 22 шестого переключателя 21, неподвижный контакт 23 которого подключен к неподвижному контакту 19 пятого переключателя 17, а неподвижный контакт 24 - к неподвижно- му контакту 28 седьмого переключателя 25, подвих(ный контакт 26 которого подключен к первичной обмотке 40 трансформатора 39 напряжения, первый вход уравновешивающего элемента 47 и

та 48 соединены соответственно с пер- вьт и вторым выходами детектора 46 равновесия, трети выход которого соединен с входом блока 49 управле

ния,

вторые

входы уравновешивающего элемента 47 и уравновешивающего элемента 48 соединены соответственно с первым и вторым выходами блока 49. управления, третий выход которого связан с цепями управления переключателями 1, 5, 9, 13. 17, 21 и 25, выход уравновешивающего элемента 47 связан с цепями управления коммутационными элементами декад 38 индукк неподвижным контактам 3 и 7 переключателей 1 и 2 соответственно.

Мера индуктивности работает следующим образом.

В начальный момент времени переключатели 1, 5, 9, 13, 17, 2 и 25 находятся в исходном, выключенном состоянии, при котором подвижные контакты 2, 6, 10, 14, 18, 22 и 26 соединены с неподвижными контактами 4, 8, 12, 16, 20, 24 и 28 соответственно. Благодаря этому, в устройстве образуются две ветви сравнения: первая ветвь, состоящая из вторичной обмотпозволяет сравнивать его с образцовым активным током 1, создаваемым обмоткой 33 и образцовым резистором 42. Таким образом, подгонка меры индуктивки 32 плечевого трансформатора 30 напряжения, операционного усилителя 34, последовательно соединенных катушки 37 индуктивности, декад 38 индук- ттивности, вторичной обмотки 41 транс- 20 ости до своего номинального значения форматора 39 напряжения и масштабного осуществляется регулировкой декад 38

усилителя 43 и вторая ветвьз состоящая из вторичной обмотки 33 плечевого трансформатора 30 напряжения и образцового резистора 42. При включении генератора 29 синусоидального напряжения в первой ветви сравнения создается ток IL, равньй

Ur(cOCc,Rc,+

I. де га,,т

51 jn,

OL,

. D;. Ri n.

)

+R +a) «aRo

(1)

-число витков первичной 31 и вторичной 32 обмоток плечевого трансформатора 30 напряжения соответ- 35 ственно;

-число витков первичной 40 и вторичной 41 обмоток трансформатора 39 напряжения соответственно; выходное напряжение генератора 29;

значение емкости и сопротивления элементов 35 и 36 операционного устройства 34 соответственно; R;, ,R2.. - сопротивление элементов 44 и 45 масштабного . усилителя 43 соответственно;

25

30

Ur. GO,RO

45

Q

50

Результат сравнения токов 1 и 1, представляющий собой разностный ток Л1 1 - T-if воспринимается детектором 46 равновесия, поступая на его вход. Детектор 46 формирует управляющие воздействия, которые с его первого выхода поступают на первый вход уравновешивающего элемента 47, а с второго выхода - на первый вход уравновешивающего элемента 48. В процессе уравновешивания первый урав новешивающий элемент 47 изменяет состояние декад 38 индуктивности, а втодЬо,(,йР. индуктивность и сопротивление активных потерь декад 38 индуктивности; LOI , ROI индуктивность и сопротив- gg рой уравновепшвающий элемент 48 ление потерь катушек 37 состояние дискретно-регулируемых резисторов 44 масштабного усилителя 43 до тех пор, пока разностный ток не

и)

индуктивности; круговая частота

а во второй ветви - ток Ij, равный

i. .

Шо Kj

(2)

где nij - число витков вторичной обмотки 33 плечевого трансформатора 30 напряжения; Кз сопротивление образцового

резистора 42.

Благодаря тому, что на индуктив- кость катушки 37 и индуктивность декад 38 воздействует образцовое квадратурное напряжение Uoy , создаваемое при помощи дифференцирующего операционного усилителя 34, ток в ветви меры носит активный характер, что

позволяет сравнивать его с образцовым активным током 1, создаваемым обмоткой 33 и образцовым резистором 42. Таким образом, подгонка меры индуктив ости до своего номинального значения осуществляется регулировкой декад 38

35

индуктивности путем использования двух образцовых (опорных ) источников: источника квадратурного напряжения,

25 состоящего из обмотки 32 трансформатора 30 напряжения и операционного усилителя 34 с образцовыми мерами 35 и 36, и источника образцового синфазного тока, состоящего из обмотки 33

30 и образцового резистора 42. Дпя более точной подгонки индуктивности катушки 37, осуществляемой путем регулировки декад 38 индуктивности в процессе уравновешивания мостовой цепи, активные потери меры компенсируются путем уравновешивания мостовой цепи по активной составляющей импеданса

меры индуктивности при помощи регулировки коэффициента передачи масш- табного усилителя 43 (регулировка резистора 44).

Результат сравнения токов 1 и 1, представляющий собой разностный ток Л1 1 - T-if воспринимается детектором 46 равновесия, поступая на его вход. Детектор 46 формирует управляющие воздействия, которые с его первого выхода поступают на первый вход уравновешивающего элемента 47, а с второго выхода - на первый вход уравновешивающего элемента 48. В процессе уравновешивания первый уравновешивающий элемент 47 изменяет состояние декад 38 индуктивности, а вто

рой уравновепшвающий элемент 48 становится равным нулю.

Алгоритм уравновешивания, т.е. очередность действия уравновешивающих элементов, и управление переключателями реализуются при помощи блока 49 управления. Его структура и принцип построения близки к тем, которые реализованы в известных экстремальных мостах переменного тока,например в серийно выпускаемом цифровом автоматическом мосте переменного тока. Основу блока 49 управления составляет счетчик алгоритма. На вход счетчика поступает синхронизирующая

по-

работу всей системы автоматического д рационный усилитель 34 при помощи пе -моста меры последовательность импульсов, вырабатываемая , из тактовых импульсов, создаваемых тактовым генератором, входящим в состав блока управления. На один их входов счетчика подаются также импульсы перехода по алгоритму, вырабатываемые соответст- вутощим устройством детектора 46 равПри подключении к выходнь1м зажимам 50 источника синусоидального наности протекает ток, равный

i- . сой+кГ

(7)

новесия. Выходы счетчика алгоритма

связаны с распределителями счетных 25 пряжения в цепи катушки 37 индукт в- импульсов, входящими в состав уравновешивающих элементов 47 и 48. Счетные импульсы вырабатываются детектором 46 равновесия. Последнее состояние счетчика алгоритма, в которое он перехо- зо дит по достижении состояния полного равновесия,используется для управления переключателями меры индуктивности.

где Hf. - выходное напряжение источни ка синусоидального сигнала Vr - напряжение, действующее на

вторичной обмотке 41 транс- , форматора 39 напряжения; LO RO - суммарная индуктивность и

При Д1 О в системе имеет место равенство

I.

(3)

или с учетом (1) и (2)

.oc.R + SS.il.-L-s.Из уравнений 5 и 6 следует, что в момент равновесия индуктивность катушки 37 становится равной своему номинальному значению, определяемому

выражением --- CoRoR значение

TTlj

50

Так как в соответс т п имеет место ра u)CoRo, выражение (9 вить следующим образо

i;

u;L)L s -№

L Пч

(u;Lo+Ri)JL.

активных потерь всей цепи катушки 37 - Р условии параметрам масштабного усилителя 43 55 Si. 15i.i5il и трансформатора 39 напряжения.п Rj

После достижения рановесия состояние ура-вновешивающих элементов фиксируется, и по команде блока 49 управчто достигается в про шивания уравнение (6 (10) упрощается к вид

47039

ления переключатели 1, 5, 9, 13, 17,

10

21 .и 25 переводятся в исходное состояние, при котором ветвь, состоящая из катушки 37 индуктивности, декад 38 индуктивности и вторичной .обмотки 41 трансформатора 39, при помощи неподвижных контактов 3 и 7 переключате-с лей I и 5 соответственно подсоединяется к выходным зажимам 50, вход .масштабного усилителя 43 через под- вижньй контакт 14 переключателя 13 и переключатель 1 подсоединяется к одному из выходных зажимов 50, а oneреключателей 9, 17, 21 и 25 включается в разрыв цепи, связывающей выход масштабного усилителя 43 с первичной обмоткой 40 трансформатора 39. Эле- менты 35 и 36 операционного устройства при этом меняются местами,

I,.

При подключении к выходнь1м зажимам 50 источника синусоидального наности протекает ток, равный

i- . сой+кГ

(7)

пряжения в цепи катушки 37 индукт в

пряжения в цепи катушки 37 индукт в-

где Hf. - выходное напряжение источника синусоидального сигнала Vr - напряжение, действующее на

вторичной обмотке 41 транс- , форматора 39 напряжения; LO RO - суммарная индуктивность и

суммарное активное сопротивление кат ушки 37 индуктивности и декад 38 индуктивности соответственно. Напряжение Щ определяется соотношением

тт -MLBLl li)

n,u)CoRoRi Подставляя (8) и (7), получают

Пг ().

(8)

I,

)CoRo ()Z5cГRo

-X.,.

HRt).

ir J

(9)

0

Так как в соответствии с (5) при т п имеет место равенство ь u)CoRo, выражение (9) можно представить следующим образом

i;

u;L)L s -№ii5iil

L Пч Ка J

(u;Lo+Ri)JL.

(10)

(11)

что достигается в процессе уравновешивания уравнение (6) , выражение (10) упрощается к вид,у

I,

Ur.

сОЬ Г

(12)

Из (12) следует, что ток 1, про- текающий по цепи катушки 37 индуктивности приобретает в этом случае чисто реактивньш характер, а это эквивалентно компенсации активных потерь всей цепи катушки индуктивности. Поэтому при подключении меры к измерительному средству, последняя воспринимается как мера без потерь, индуктивность которой с высокой точностью равна своему номинальному значению.

Формула изобретения

Мера индуктивности, содержащая катушку индуктивности, выполненную с применением магнитопровода, трансформатор напряжения, выходные зажимы, первый и второй, переключатели, подвижные контакты каждого из которых соединены соответственно с одним из выводов катушки индуктивности и вторичной обмоткой трансформатора напряжения, каждый из первых неподвижных контактов - соответственно с первым и вторым выходными зажимами, об- разцовьш резистор, первьй и второй уравновешивающие элементы, детектор равновесия, вход которого совместно с одним из выводов образцового резистора подключен к другому неподвижному контакту второго переключателя, первые входы каждого из уравновешивающих элементов соединены соответственно с первым и вторым выходами детектора равновесия, блок управления, вход которого соединен с третьим входом детектора равновесия, а первый и второй выходы - соответственно с вторыми входами уравновешивающих элементов, операционньм усилитель с образцовыми мерами емкости и активного сопротивления в цепи обратной связи, масштабный усилитель с дискретно-регулируемыми образцовыми резисторами в цепи обратной связи, цепи управления коммутационных элементов которых

10

15

20

25

347039°

связаны с выходом второго уравновешивающего элемента и генератор синусоидального напряжения, отличающаяся тем, что, с целью повьш е- ния точности, введены две декады индуктивности, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой переключатели, плечевой трансформатор напряжения, первичная обмотка которого подключена к генератору синусоидального напряжения, первая вторичная обмотка подключена к первому и второму неподвижным контактам соответственно третьего и четвертого переключателей, вторая вторичная обмотка - к образцовому резистору, вход масштабного усилителя соединен с подвижным контактом четвертого переключателя, первый неподвижный контакт которого подключен к подвижному контакту первого переключателя, вторые неподвижные контакты первого, третьего и пятого.переключателей, а также первый неподвижный контакт седьмого переключателя подключен к выходу операционного усилителя, выход масштабного усилителя подключен к подвижному контакту шестого переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом пятого переключателя, а второй неподвижный контакт - с вторым неподвижным контактом седьмого переключателя, подвижный контакт которого соединен с первичной обмоткой трансформатора напряжения, при этом подвижные контакты третьего и пятого переключателей соединены с образцовой мерой емкости и образцовой мерой активного сопротивления операционного усилителя соответственно, цепи управления коммутационными элементами декад индуктивности соединены с выходом первого уравновешивающего элемента, а цепи управления всеми переключателями соединены с третьим выходом блока управления, при этом второй вывод катушки индуктивности через декады индуктивности подключен к второму выводу вторичной обмотки трансформатора напряжения .

30

35

40

45

50

Изобретение относится к электроизмерительной технике и позволяет повысить точность меры индуктивности. Мера индуктивности содержит переключатели Г и 5 с подвижным и неподвиж- ным контактами, генератор 29 синусоидального напряжения, операционный усилитель 34, катушку 37 индуктивности, трансформатор 39 напряжения,масштабный усилитель 43, детектор 46 равновесия, уравновешивающие элементы 48 и блок 49 управления. Благодаря введению переключателей 9, 13, 17, 21 и 25, плечевого трансформатора 30 напряжения и декады 38 индуктивности при подключении меры к измерительному средству последняя воспринимается как мера без потерь, индуктивность которой -с высокой точностью равна своему номинальному значению. 1 ил. е (Л САЭ . САЭ ;о