Трансформаторный мост для измерения малых комплексных сопротивлений Советский патент 1988 года по МПК G01R17/12 

г

21

п

но g.D rvJ- Lai-i-tti «iO -Tl .. M -4HLJL L 7

21

п

гч

Изобретение относится к электроизмерительной технике, может быть использовано для измерений ком плексных сопротивлений на переменном токе и, в частности, для высокоточного измерения температуры с помощью термометров сопротивлений в океанографической аппаратуре, и является усовер- шенствов.анйем устройства по авт. ев, № 1056060,

Цель изобретения - повышение точности измерений путем исключения погрешности от измерения .сопротивления подводящих проводов.

На фиг. 1 Приведена схема трансформаторного .моста; на фиг. 2 - структурная схема блока управления; на фиг. 3 - алгоритм работы блока вычислений .

Трансформаторный мост (фиг. 1) содержит источник 1 питания, трансформатор 2 напряжения, имеющий первичную 3, первую 4 и вторую 5 вторичные обмотки, усилитель 6 тока, индуктивный компаратор 7 тока, имеющий выходную 8s первую 9 и вторую 10 входные обмоткиj указатель 11 равновесия (нуль-орган), подключенньй к выходной обмотке 8, зажимы 12.1, 12.2; 13.1 и 13.2 для подключения измеряемого объекта по четырехпровод- ной схеме, управляемую образцовую меру 14, соединенную с началом обмоток 5 и 10, опорный резистор 15 (Rj), подключенный одним выводом к коммутатору 16 с двумя группами переключения, а вторым - к началу обмотки 4. Сопротивления 17 (г., ), 18 () 19 () и 20 (Гпр4 ) образованы сопротивлениями дроводов, соединяющих измеряемый объект 21 (Rj;) с зажимами 12 и 13 для его подключения, сопротив ления г, , г,, г и г являют- ся сопротивлениями ключей 23-25 коммутатора 16. В состав моста включены также блок 26 управления и блок 27 вычислений. В состав блока 26 управления входят (фиг. 2) генератор 28 тактовых импульсов, блок 29 синхронизации и кодирующий, преобразователь 30

Устройство работает следуюЕ1;им образом.

Измерение производят в два цикла. В начальный момент времени на выходе блока 29 синхронизации, входящего в состав блока 26 управления,вырабаты вается управляющий сигнал, по которому коммутатор 16 устанавливается в

положение и подключает в мост по четырехпроводной схеме измеряемый объект 21 (например, термометр сопротивления). В этом случае напряжение , на выходе усилителя тока равно

BVti) ftxV

(l,Il±l-±bCM), (1)

. + RV

где Z - сопротивление нагрузки (обмотка 9 компаратора 7 тока). Выходной ток 1ц(15 на нагрузке Z в этом случае равен

-Н{1)

UsYir)

+ RV -Т,

.,

.(2)

-прг. X npj кл

Система автоматического уравновешивания по алгоритму уравновешивания, задаваемому кодирующим преобразователем 30 блока 26 управления, производит преобразование величины измеряемого объекта 21 в кодовый эквивалент. В момент уравновешивания по сигналу с нуль-органа 11 на первом выходе блока 26 управления (первом выходе кодирующего преобразователя 30)- устанавливается код, значение которого соответствует величине образцовой меры 14. Этот код поступает одновременно на первый вход блока 27 вьмислений. Результатом измерения в первом цикле является величина эосг образцовой меры 14, при которой достигается уравновешивание моста:

3o(f) -

+ г„р )

(3)

0

5

где К„

W4.Wg

W,W5,W3,W,Q

0

5

-коэффициент передачи трансформаторного моста;

-числа витков обмоток 4, 5, 9 и 10 соответственно.

Сопротивления ключей коммутатора 16 на результат измерения не влияют.

По окончании первого цикла преобразования кодирующий преобразователь 30 формирует сигнал окончания, по которому блок 29 синхронизации выра- батьшает управляющий сигнал, переключающий коммутатор 16 в положение 2 и записывающий код первого преобразования Nfto(i) в память блока 27 вычислений. По этому сигналу в трансформаторный мост подключается по трехпро- водной схеме опорный резистор 15 и отключается измеряемый объект 21.

Процесс npefi6ii. i чожишя i, кодоный эквивалент (па тпт- ряз величины опорного резистора) повторяется, В момент равновесия напряжения ,ц) на выходе усилителя 6 тока равно

ву(хг) g Z н nfi

-). (4)

Выходной ток на нагрузке Z в этом случае равен:

HfTJ)

Ugvjji)

, +r«pj +Ro+r,,, +Z

-.(5)

5

зафиксированное с помощью данного моста для опорного резистора при нормальных условиях. Это значение может

быть получено при градуировке моста, например, при градуировке измерительного преобразователя температуры, которым является измеряемый обьект, и хранится в памяти блока вычислений

в течение межповерочного интервала. Окончательный (скорректированный) результат измерения на выходе предлагаемого устройства получают расчетом, производимым в блоке 27 вычислений по соотношению

Изобретение может быть использовано, в частности, для высокоточного измерения температуры с помощью термометров сопротивлений в океанографической аппаратуре. Трансформаторный мост для измерения малых комплексных сопротивлений содержит источник 1 питания, трансформатор 2 напряжения с первичной и вторичными обмотками 3-5 соответственно, усилитель 6 тока, индуктивный компаратор 7тока с входными и выходной обмотками 8-10 соответственно, указатель 11 равновесия, зажимы 12,1, 12.2 и 13.1 и 13.2 для подключения измеряемого объекта 21 по четырехпроводной схеме, управляемую образцовую меру 14, опор- ньш резистор 15, коммутатор 16 с ключами 22-25, сопротивления 17-20, блоки 26 и 27 управления и вычислений соответственно. Трансформаторный мост имеет повышенную точность изме- рений. 1 з.п. ф-лы, 3 Ш1. Q (

Результатом измерения во втором цикле является величина образцовой меры 14, при которой достигается уравновешивание моста:

R

30(11) К(г„р, ). (6)

При Гп{( г пр Га/ (это равенство обьгчно выполняется) в нормальных условиях

Raofx.) VRc- )

и с учетом соотношения г„ при + 4 fppt при воздействии температуры:

: эо(П) (.) (8)

где г и - сопротивление проводника в нормальных условиях (например, при принятой фиксированной температуре) ;

4г .. - изменение сопротивления проводника под воздействием температуры. По окончании второго цикла преобразования кодирующий преобразователь 30 формирует сигнал окончания, по .которому блок 29 синхронизации вырабатывает управляющий сигнал, переключающий коммутатор 16 в исходное (первое) положение и записывающий код второго преобразования N.j-jj) в память блока 27 вычислений.

В блоке 27 вычислений производят ся расчет окончательного (скорректированного) результата измерений N обработкой результатов, полученных в первом и втором циклах уравновешивания, по алгоритму, приведенному на фиг. 3. Дпя реализации алгоритма используется значение кода NgoitDH

R

А R 30(11)

50 С J)

(9)

20 где лК,о разность результатов измерений величины опорного резистора, полученных при воздействии влияющего фактора (температуры) .и при

25нормальных условиях

ДRao СП) кJRo+2()- - К(К,)К.2лг„р4 . (10)

30

Тогда

RSO +(Гг,р„+йГ„ 4) - K tRx+Гпрн.(П)

Таким образом, изменение сопротивления соединительного провода при воздействии температуры исключается из результата измерения, что повьша- ет точность измерения предлагаемым

устройс Ввом. Расчеты в блоке 27 вычислений по соотношению (9) производятся с кодовыми эквивалентами величин, входящих в соотношение, что отражено в алгоритме вычислений на

фиг. 3. При необходимости в блоке 27 вычислений могут рассчитываться значения измеряемой величины в физических единицах. I

Так, например, при использовании

в мосте в качестве измеряемого объекта термометра сопротивления на выходе блока 27 вычислений можно получить значение измеряемой температуры (в

55

С), используя статическую характеристику преобразования, имеющую, например, в ид:

Т. Со+С,Ыйо,.+сХо,,- (12)

Г де Cg, С,, С 2, J 1( ФФ: |11,ие(1ты

статической характеристикиг.реобразозаьп-гя, полученные при градукроике.

В устройстве осу1дествляетсл текже частичная компенсация погрглпиостгй j обусловленных уходом хлрактеаксткк элементов схемы (ускга-гуеля тока, образцовой меры) под BJiH5 HHeM дестабилизирующих факторов и временного стг/- рения. Это можно показать на npi-jMepe погрешности образцовой мерк. Предположив, -что сопротивление соедккитгль- libix проводов остается ic. 12 найденная разность зпа с j вьгх мер 4 Е-эй(1з s зафикс;иро 5анных для опорного сопротивления (которое ос та ется также неизменным) до БОЗДНЙСТ ;- :-,. дестабилизирз юшего фактора и прн его воздействии, обусловлена кзмЕ1-:«ниеь фатстического сопротивлсшня образдорюй меры, ее .погрешностью, т,.-.

ДК

3D (Л)

где RSOH значение образцовой i jept; зафиксиров ти-1ое яод- ключенком с нор ::(№ 1;:°зистс Iре Rо до воздействия дестабилизирующего фактора; например, п)и градуировке значение образцовой меры,, зафиксированное при подкл ченном опорном ргзистогз RO при воздействии дестя -- билизируюш.его фактор „ I Такое изменение образцовой меры IBHOCHT в.соответствии с уравнением преобразования трансформаторного мэ- ста аддитивную составляющую погрйШ :о сти, постоянную в диапазона преобразования. Это позволяет использопат - изменение сопротивления образиотзой меры, зафиксированное при зкл оченкэн опорном сопротивлении, для осуществления коррекции показаний устройства. Подставляя зафиксированное зна- чение разности образцозой мэры 15 условие коррекции (9); :з;-1пи: « что погрешность преобразования, с в.ч запугал с погрешностью образцовой меры,, уменьшается в два разя и состаппяет Л Raot;: : ) 2

Технико-экпн омт-;ч.еские преимущес г- ва 5 которые мот ут быть гюлучены Hj3

ис пользовании устройс тна ,, заключаются,, прежде всего, в повышении точности измерений за сч ет исклю - Смия ногрешности,; вызванной изменения1чи сопротивлений лроводов; соединяющих из- иеряекьгй объект с трансформаторным ос 7ом, при воздействии дестабилизи- py;ontFX факторов, а тг1 7(е за счет сни- K :ii K i. ло1 реп:ностей, ;ь знанных измене- хараКTepjic злементов 5 тэходя- i .n-iX в мост:

Ирг- использовании ус;тройства достигается сни ление погрешности измереН5- Я в 2-2,5 раза,.

икй по авт, ев, ; 056060; с т л и- - с о щ и и с я тем, -, : о с пель)0 ловьтиения точности г;з:. ис1 Л Очения погрешности от из1 енения сопротивления подводящих проводов. в него введены опорьгый резистор, ком- глутатор с двумя групчаг-га переключения, блок управления и блок вычисле- и;.;й; при этом гтервый вывод опорного ; ез ;сторг соединен с нг-чалом первой BTOpi-i iHoft обмо кя; трансформатора напряжения, HopMajibHo за;- кнутые контакты первой группы комму1 атора включе- :5-ы между гоковым зажимом измеряемого объекта и началом первой входной об- -ЮТКИ индуктивного компаратора тока, ноомально замк,нутые когл-акты з гсрой Т руппы коммутатора BK:i:i-o4erbJ между ио епциальным измеряемого

TOKaj- нормально разомкнутгле контакты сбеих групп коммутатора соединень с вторым вь:водом опорпогс резисторг. зьссод указателя равковесия лоцключен : выгоду блока управлеИ1;;Я; первь;й вы- : ,:сд котоиого соединен с унравляюшр М Злояом образ1товой кезь; л nepDbiM вхо- яо:-; блока вычислений,, второй выход - ;- управляющим входом Koi -мутатора и вторым Б :о,цом блока в;-;чис-еиг1Й ; третий зыход - с третьим ,;(i foy б,лока )с,пеклй „

такТОЬЫК ИМПЗ ЛЬСОВ , б,пс;к С: -ХрО;1КЗЙ

- кодирующий преобразователь, чр;,1 Э ом ,входом блок; управления яв- лязт::я первый зход кодирующего пре71

образователя, первым выходом - первый выход кодирующего преобразователя, вторым выходом - выход блока синхронизации, третьим выходом - выход генератора тактовых импульсов, соеди

К образцовой мере /4 и 6паку21 б1 1числений

К блоку бычаслениЦ

8

венный с вторым входом кодирующего преобразователя и первым входом блока синхронизации, второй вход которого подключен к второму выходу кодирующего преобразователя.

11 Н коммутатору 1В и. f/70/fy 27 бычиспений

W

От нульоргана Ц

иг.2

м

noin-Ji

„ЗЕВ

%r / eCffjf%rs }w

VMJ

/Удой % 2