Трансформаторный мост переменного тока Советский патент 1990 года по МПК G01R17/12 

Изобретение относится к электроизмерительной Технике и может быть использовано при построении трансформаторных мостов переменного тока, предназначенных для измерения параметров комплексных сопротивлений.

Цель изобретения - упрощение конструкции моста за счет сокращения числа декадных обмоток.

На чертеже представлена структурная схема трансформаторного моста переменного тока.

Трансформаторный мост содержит источник 1 питания, делитель 2 напряжения с верхним 3 и нижним 4 плечами, объект 5 измерения, компаратор 6 токов с первой плечевой обмоткой 7, декадными обмотками 8 и 9 первого уравновешиваемого параметра, декадными обмотками 10 и 11 второго урав-1

новешиваемого параметра, первой 12 и второй 13 общими декадными обмотками, выходной обмоткой 14, а также с первым 15, вторым 16, третьим 17 и четвертым 18 переключателями первой общей декадной обмотки 12, с первым 19, вторым 20, третьим 21 и четвертым 22 переключателями второй общей декадной обмотки 13, меры 23-26 емкости, меры 27-30 активного сопротивления (проводимости), повторитель 31 напряжения и детектор 32 равновесия.

В мосте источник I питания вы- сокоп,отенциальным выводом подсоединен к высокопотенциальному выводу верхнего плеча 3 делителя 2 напряжения и одному из выводов объекта 5 измерения, другой вывод которого подсд 1 сд

гс

оэ

оединен к первому выводу первой оботки 7 компаратора 6 токов. . Первый вывод регулируемой декадой обмотки 8 подсоединен к второму . ыводу первой меры 23 емкости, а втоой вывод этой же обмотки - к подижному контакту первого переключателя 15 первой общей декадной обмотки 12. Первый вывод другой регу- JQ ируемой декадной обмотки 9 подсое- инен к второму выводу второй меры 24 емкости, а второй вывод этой обмот- ки - к подвижному контакту второго переключателя 16 первой общей обмот- 5 ки 12.

Первый вывод регулируемой декадной обмотки 10 подсоединен к второму выводу первой меры 27 активного сопротивления (проводимости), а вто- 20 рой вывод этой обмотки - к подвижг ному контакту третьего переключателя 17 общей декадной обмотки 12. Первый вывод другой регулируемой декадной обмотки 11 подсоединен к второму 25 выводу второй меры 28 активного сопротивления, а второй вывод этой обмотки - к подвижному контакту четвертого переключателя 18 первой общей декадной обмотки 12.30

Второй вывод третьей 25 (при необходимости четвертой 26) меры емкости подключен к подвижному контакту первого 19 (при необходимости, соответственно, второго 20) переключателя ,. второй общей декадной обмотки 13. Второй вывод третьей 29 (при необходимости четвертой 30) мер активного сопротивления (проводимости) подсое- - динен к подвижному контакту третьего Q 21 (при необходимости, соответственно, четвертого 22) переключателя второй общей декадной обмотки 13.

Первые выводы мер 23-26 емкости и мер 27-30 .активного сопротивления ,,- (проводимости) подсоединены к выходу повторителя 31 напряжения, а его вход - к средней точке делителя 2 напряжения, образованной соединением низкопотенциального вывода верхнего плеча делителя с высокопотенци-.. альным выводом его нижнего плеча.

Выводы выходной обмотки 14 компаратора 6 токов подсоединены к выводам детектора 32 равновесия. , Низкопотенциальные выводы источника 1 напряжения, нижнего плеча 4, делителя 2 напряжения, повторителя 31 напряжения, детектора 32 равновесия, а также вторые выводы первой 7, выходной 14, первой 12 и второй 13 общих декадных обмоток компаратора 6 токов подсоединены к общей шине всего устройства.

Мост работает следующим образом.

При включении источника 1 питания через объект 5 измерения и плечевую обмотку 7 компаратора 6 токов начинает протекать ток Iz , под действием которого в магнитопроводе компаратора 6 токов создается магнитный поток, пропорциональный измеряемому импедансу. Этот магнитный поток, характеризующийся ампервитками m, где т1 - число витков обмотки 7 компаратора 6 токов, уравновешивается в процессе измерения магнитным потоком, создаваемым в компараторе 6 токов ампервитками ветви образцового импеданса, состоящей из делителя 2 напряжения, повторителя 31 напряжени образцовых мер 23-26 емкости, образцовых мер 27-30 активного сопротивления (проводимости) и плечевых декадных обмоток 8-13.

Промежуточное и окончательное состояния равновесия измерительной мостовой цепи, возникающие в процессе измерения, фиксируются при помощи детектора 32 равновесия ,

Уравновешивание мостовой цели по eta ости осуществляется регулировкой числа витков декадных обмоток 8,9, 12 и 13, по.активному сопротивлению (проводимости) - регулировкой числа витков декадных обмоток 10,11,12 и 13. При этом уравновешивание по емкости начинается с регулировки числа витков первой общей декадной обмотки 12, используемой в качестве первой (старшей) декады, путем изменения положения переключателя. 15. После достижения равновесия на перво декаде переходят к регулировке числа витков обмотки 8, используемой в качестве второй декады. Затем при помощи переключателя 16 вновь регулируют число витков первой общей декадной обмотки 12, которая в данном случае используется уже в качестве третьей декады, после чего переходят к регулировке числа витков обмотки 9, используемой в качестве четвертой декады. В качестве пятой (и при необходимости шестой) декады используется вторая общая декадная обмотка 13. В этом случае число витков,

5i5

соответствующее пятой декаде, регулируется при помощи переключателя 19 а-число витков, соответствующее шестой декаде, - при помощи переклю- чателя 20,

Аналогичным образом осуществляется уравновешивание измерительной цепи по активному сопротивлению (проводимости) : при помощи переключателя 17 регулируется число витков первой общей декадной обмотки 12 (первая, старшая декада), затем число витков обмотки 10 (вторая декада), далее пр помощи переключателя 18 вновь регули руется число витков первой общей декадной обмотки 12 (третья декада), после чего регулируется числов витков обмотки 11 (четвертая декада). В качестве пятой (и при необходимости шестой) декады уравновешивания моста по активному сопротивлению (проводимости) используется вторая общая декадная обмотка 13, при этом число витков, соответствующее пятой де- каде, регулируется при помощи переключателя 21, а число витков, соответствующее шестой декаде, - при помощи переключателя 22.

Для выявления количественных со- отношений между номинальными значениями элементов мостовой измерительной цепи (значениями емкости мер 23-26 емкости, сопротивления мер 27- 30 активного сопротивления, числа витков регулируемых обмоток 8-13), обеспечивающих возможность описанных выше построения декад и порядка подекадного уравновешивания, выводим уравнения равновесия.

В общем виде условие равновесия рассматриваемой мостовой измерительной цепи имеет вид

zx WIZft , (П

где WJ - ампервитки ветви образцового импеданса моста. С учетом представления составляющих измеряемого импеданса -по парал- лельной схеме замещения, при которой

R:

+ U С „R

(2)

где R x- значение активной составля- 55

ющей объекта 5 измерения; Сх - значение реактивной составляющей объекта 5 измерения;

л) круговая частота источника 1 питания ампервитки WI2 будут равны

WI

. Ьй1 + йгпци, ,(3)

1 х R

где m - число витков обмотки 7 ком- (

паратора 6 токов; Ur - напряжение источника I пита ння.

Амлервитки WI2 характеризуются суммой

WI

0 Wic-+ ЈHiB,

(4)

де I WIC wt R - сумма ампервитков, участвующих в уравновешивании соответственно реактивной и активной составляющих магнитного потока, пропорционального измеряемому импедансу.

Выражение для ZWIC можно предстаить следующим образом:

WIC ,(mw+mto2) +

+ , + Ш2-4 + ЫС03Ш1-Г +

+ Ce4m4.sJ, (5)

де R(, R - значения сопротивлений верхнего 3 и нижнего 4 плеч делителя 2 напряжения соответственно; Kf - коэффициент передачи

повторителя 31 напряжения;г г

%1 U0-J

С ,С64 - значения емкости мер

23-26 емкости соответственно ;

пь , - число витков первой общей декадной обмотки 12;

m..,m. -.число витков обмоток 8 и 9 соответственно; пь , - число витков второй

общей декадной обмотки 13.

В свою очередь, выражение для WIR имеет вид

wf 5л (SI Li-HJjiL +

В T-l. Т)

R R,+RI

R

R

01

. шэ-5 тэ-5ч + --- + ---;

R

оэ

где т

5-1

т 7 ШЭ-4

т

3-S

(6)

число витков первой

общей декадной обмотки

12;

число витков обмоток

10 и 11 соответственно;

число витков второй

общей декадной обмотки

10

ROI R

ог

R

- значения со мер 27-30 ротивления но.

Подставляя (5) и (6) затем в (1) совместно с деляя вещественную и мни выражения, после упрощен

13;

с jiilsjbLi-Sjtil-i- lEUiiiS..i5 a.f г.Ј з R к,

xmf(R1 + R4)

ROI R

ог

R

- значения сопротивления мер 27-30 активного сопротивления соответственно.

Подставляя (5) и (6) в (4), а затем в (1) совместно с (3) и разделяя вещественную и мнимую части выражения, после упрощений получим

(7)

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении трансформаторных мостов переменного тока для измерения параметров комплексных сопротивлений. Цель изобретения - упрощение конструкции моста достигается путем сокращения числа декадных обмоток, а также путем использования общих для обоих уравновешивающих параметров декадных обмоток. Использование общих для обоих уравновешиваемых параметров декадных обмоток 12 и 13 исключает необходимость применения числа декадных обмоток, равного числу декад уравновешивания по каждому из измеряемых параметров. Благодаря этому конструкция компаратора 6 токов, технология его изготовления, монтаж и соответственно конструкция моста в целом в значительной степени упрощаются. 1 ил.

c§Jii5JtlJ: 5J ± §j5 l5} + m a- ) + Go2mA.i+ Getm vslRiK,

m,(R , + Rj

где G,. ,G

ol i

G03,GC4 - значения проводимости мер 27-30 активного сопротивления соответственно;

G - значение активной проводимости составляющей объекта 5 измерения. Таким образом, если в известных трансформаторных мостах при пяти (шести) декадах уравновешивания по каждому из параметров требуется в целом десять (двенадцать) декадных обмоток, то в предлагаемом трансформаторном мосте для этого же требуется только шесть обмоток, вследствие чего конструкция компаратора токов, технология его изготовления, монтаж и соответственно конструкция моста в целом в значительной степени упрощаются.

Формула изобретения

Трансформаторный мост переменного тока, содержащий источник питания, делитель напряжения, высокопотенциальный вывод которого и первый вывод объекта измерения подсоединены к истонику питания, компаратор токов с первой, второй и третьей плечевыми обмотками, выполненными в виде декад, и четвертой (выходной) обмоткой выводы которой подсоединены к соответствующим выводам детектора равновесия, повторитель напряжения, вход которого подсоединен к среднему выводу делителя напряжения, образованному соединением его верхнего и нижнего плеч, а выход - к первым выво(8)

I

дам мер емкости и активного сопротивления (проводимости), первый вывод первой плечевой обмотки компаратора токов соединен с вторым выводом объекта измерения, а другой вывод этой же обмотки совместно с другими (низкопотенциальными,) выводами источника питания, делителя и повторителя напряжения и детектора равновесия подсоединен к общей шине устройства, о т- личающий ся тем, что, с целью упрощения конструкции моста, низкопотенциальный вывод каждой из общих обмоток подсоединен к общей шине устройства, вторые выводы первой и второй мер емкости через соответствующие декадные обмотки первого уравновешивающего параметра подсоединены соответственно к подвижному контакту первого и второго переключате- лей первой общей декадной обмотки, вторые выводы первой и второй мер активного сопротивления (проводимости) через соответствующие декадные обмотки второго уравновешивающего параметра подсоединены к подвижному контакту третьего и четвертого переключателей первой общей декадной обмотки, вторые выводы третьей (при необходимости и четвертой) меры емкости и третьей (при необходимости и четвертой) меры активного сопротивления (проводимости) подсоединены соответственно к подвижному контакту первого (при необходимости соответственно и второго) и третьего (при необходимости, соответственно, и четвертого) переключателей второй общей декадной обмотки.

Ifnl

гОтт

jfil

LJ1

Редактор Л. Веселовская

Составитель В. Семенчук Техред М.Ходанич

Заказ 1782

Тираж 557

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ C(JCP 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

с

я

Корректор О.Ципле

Подписное