Трансформаторный мост переменного тока Советский патент 1989 года по МПК G01R17/10 

-,-

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано при построении трансформаторных мостов переменного тока с ручным уравновешиванием, предназначенных для измерения параметров комплексных сопротивлений.

Цель изобретения - упрощение конструкции и снижение времени уравно- вешивания за счет уменьшения количества декадных переключателей и использования потенциометра для плавного и ускоренного уравновешивания.

На чертеже представлена функцио- нальная схема устройства.

Устройство содержит источник 1 питания, трансформатор 2 напряжения имеющий первичную 3, первую вторичну 4, вторую вторичную 5, третью вто- ричную 6 и четвертую вторичную 7 обмотки, первый 8 и второй 9 механические переключатели, потенциометр 10, объект 11 измерений, образцовую меру 12, повторитель 13 напряжения, прецизионный делитель 14 напряжения с верхним 15 и нижним 16 плечами, детектор 17 равновесия, источник 18 постоянного напряжения, фильтр 19 нижних частот с элементами 20-22, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 23, цифровой отсчетный блок 24 с первым 25, вторым 26 и третьим 27 разрядами.

Выводы первичной обмотки 3 трансформатора 2 напряжения подсоединены к источнику 1 питания. Первый вывод первой вторичной обмотки 4 подсоединен к первому выводу объекта 11 измерений, первый вывод второй вторичной обмотки 5 через подвижный контакт первого механического переключателя 8 подсоединен к первому выводу образцовой меры 12, второй вывод через подвижный контакт второго механического переключателя 9 - к первому выводу третьей вторичной обмотки 6, второй вывод которой подсоединен к выходу повторителя 13 напряжения. Первый вывод четвертой вторичной обмотки 7 подсоединен к первому выводу потенциометра 10, второй вывод к первому выводу источника 18 постоянного напряжения и входу опорного напряжения АЦП. Средний вывод потенциометра 10 подсоединен к первому выводу прецизионного делителя 14 напряжения и входу фильтра 19 нижних частот, выход которого пддсоединен к

5

JQ

20 2530

п35

45

50

аналоговому входу АЦП. Вход повторителя 13 напряжения подсоединен к среднему выводу прецизионного делителя 14 напряжения, цифровые выходы АЦП подсоединены к цифровому отсчет- ному блоку 24, а второй вывод источника 18 постоянного напряжения, второй вывод потенциометра 10, второй вывод прецизионного делителя 14 напряжения, общий вывод повторителя 13 напряжения и фильтра 19 нижних частот подсоединены к общей шине всего устройства.

Устройство работает следующим образом.

При включении источника 1 питания на выводах вторичных обмоток трансформатора 2 образуются измерительные напряжения, под действием которых в ветви объекта 11 измерений возникает ток 1Х, а в ветви сравнения, состоящей из обмоток 5-7, механических переключателей 8, 9, потенциометра 10, прецизионного делителя 14 напряжения, повторителя 13 напряжения и образцовой меры, возникает ток 10. (Образцовый ток 1с возникает в результате воздействия на образцовую меру 12 суммы трех напряжений: суммы напряжений, действующих на выводах включенных витков обмоток 5 и 6, и напряжения, действующего на выходе повторителя 13 напряжения, которое формируется при помощи четвертой вторичной обмотки 7, потенциометра 10 и прецизионного делителя 14 напряжения.

Регулировкой числа витков обмоток 5 и 6, осуществляемой при помощи механических переключателей 8 и 9, и регулировкой потенциометра 10 мост приводится в состояние полного равновесия, которое устанавливается по показаниям детектора 17 равновесия. При этом имеет место равенство I у

toПри помощи потенциометра 10 осуществляется плавное и ускоренное уравновешивание моста, при помощи механических переключателей 8 и 9 - грубое, дискретное уравновешивание:

Ток 1Х равен

ix S}l иг -1х т0 г Zx

(1)

где тс, т, - число витков первичной 3 и вторичной 4 обмоток трансформатора 2 напряжения ;

1с

выходное напряжение источника 1 питания; импеданс объекта 11 измерений.

равен

I.

1

Z0

(2)

где U - напряжение, подаваемое на

образцовую меру 12; Z0 - импеданс образцовой меры 12. Напряжение U., в свою очередь, равно

(3)

m 4

число витков вторичных 20 ,обмоток 5,6 и 7 соответственно;

R2 - сопротивление нижнего 16 и верхнего 15 пле- чей прецизионного де- 25 лителя 14 напряжения, параметры верхнего и нижнего плечей потенциометра 10. 0,1 та, т4 0,01 т2и 30

0,1 уравнение (3) примет

R3

иг э-2

г т0

(1 + 0,1 + 0,01

R3

R ; + R

)-(4)

Сравнивая уравнения (1) и (4) учетом (2) получим выражение для измеряемого импеданса:

mi,

1

т„

1+0,1+0,ОЬ-Т%,)

(5)

При вращении оси потенциометра 10 помимо регулировки переменного измерительного напряжения, снимаемого с выводов четвертой вторичной обмотки 7 трансформатора 2, осуществляется и регулировка постоянного напряжения, поступающего на выводы -потенциометра 10 источника 18 постоянного напряжения через обмотку 7. Таким образом, на вход фильтра 19 нижних частот поступает напряжение . , равное

йф й„+ Ue , Х6),

,v пц UrRsTT

где и ш; (кг-гв) и и°х

(а

(7)

10

5

0

5 0

5

0

5

0

5

U0 18

напряжение источника постоянного напряжения.

При помощи фильтра 19 переменное напряжение ил фильтруется, благодаря чему на аналоговый вход АЦП подается только постоянное напряжение U .

АЦП преобразует постоянное напряжение в цифровой код, который управляет работой цифрового отсчетного блока 24. В связи с тем, что обмотка 7 и источник 18 постоянного напряжения включены по отношению к по- |Тенциометру 10 последовательно, ре- Iгулировка напряжений U и U, осуществляемая потенциометром 10 в процессе уравновешивания моста, является пропорциональной. Благодаря этому на цифровом отсчетном блоке 24 будет представлено число, в полной мере отражающее измерительное состояние мостовой цепи, определяемое положением потенциометра 10. Если это число, например, будет иметь три разряда, то общий результат измерений в этом случае будет представлять собой пятизначное число, первые два числовых разряда которого считываются по оцифрованным отметкам на лимбах первого и второго механических переключателей, а три последующих - по цифровому от- счетному блоку 24, первый 25, второй 26 и третий 27 разряды которого являются соответственно третьим, четвертым и пятым числовыми разрядами всего отсчета.

Таким образом, данное техническое решение исключает необходимость использования большого количества измерительных декад, содержащих механические переключатели и обмотки трансформатора напряжения, что упрощает конструкцию моста, а обеспечение плавного и ускоренного уравновешивания при помощи потенциометра повышает быстродействие процесса измерений.

Формула изобретения Трансформаторный мост переменного тока, содержащий источник питания, трансформатор напряжения, первичная обмотка которого подсоединена к источнику питания, один из выводов которого соединен с общей шиной, первый

вывод первой вторичной обмотки подсоединен к первому зажиму для подключения объекта измерений, первый вывод второй вторичной обмотки через подвижный контакт первого механического переключателя подсоединен к первому выводу образцовой меры, второй вывод второй вторичной обмотки через подвижный контакт второго механического переключателя - к первому выводу третьей вторичной обмотки, второй зажим для подключения объекта измерений и второй вывод образцовой меры подсоедине-Hi к входу детектора равновесия, общий вывод которого и второй вывод первой вторичной обмотки трансформатора напряжения подсоединен к -общей шине устройства, цифровой отсчетный блок и повторитель напряжения, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и снижения времени уравновешивания, в него введены потенциометр, прецизионный делитель напряжения, источник постоянного напряжения, фильтр нижних частот, аналого-цифровой преобразователь, причем первый

5

0

5

вывод источника постоянного напряжения и вход опорного напряжения аналого-цифрового преобразователя подсоединены к первому выводу четвертой вторичной обмотки трансформатора напряжения, второй вывод которой подсоединен к первому выводу потенциометра, средний вывод потенциометра и первый вывод прецизионного делителя напряжения подсоединены к входу фильтра нижних частот, выход которого соединен с аналоговым входом аналого- цифрового преобразователя, вход повторителя напряжения соединен со средним выводом прецизионного делителя напряжения, а выход - с вторым выводом третьей вторичной обмотки трансформатора напряжения, цифровые выходы аналого-цифрового преобразователя подсоединены к цифровому отсчет- ному блоку, при этом второй вывод потенциометра, вторые выводы прези- ционкого делителя напряжения и источника постоянного напряжения, а .также общие выводы фильтра нижних частот и повторителя напряжения соединены с общей шиной устройства.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении трансформаторных мостов переменного тока с ручным уравновешиванием, предназначенных для измерения параметров комплексных сопротивлений. Цель изобретения - упрощение конструкции и снижение времени уравновешивания за счет уменьшения количества декадных переключателей и за счет использования потенциометра для плавного и ускоренного уравновешивания. Введение в структуру мостовой измерительной цепи потенциометра 10, включенного параллельно четвертой обмотке 7 трансформатора 2 напряжения, и прецизионного делителя 14 напряжения, подключенного между выходом потенциометра и входом повторителя 13 напряжения, обеспечивает плавное и ускоренное уравновешивание измерительной цепи после ее грубого, дискретного уравновешивания по двум старшим декадам, а введение АЦП 23, источника 18 постоянного напряжения, фильтра 19 нижних частот и цифрового отсчетного блока 24 обеспечивает получение цифрового отсчета значения измеряемой величины, получаемого в результате плавного уравновешивания. 1 ил.