Мост переменного тока Советский патент 1991 года по МПК G01R17/12 

разователя 2 с образцовой мерой 14 - для второго. Благодаря введению компенсирующих напряжений указанные составляющие погрешности измерения уменьшаются на 2-4 порядка в зависимости от рабочей частоты и погрешностей применяемых элементов. На практике это позволяет уменьшить погрешности измерения в области

малых импедансов до уровня основной погрешности измерения (в 10-100 раз в зависимости от класса моста), а также

расширить

диапазон измерения и разрег2 1 ггЗ

шающую способность от 10V-10 J до Ом, следовательно, достигается поставленная цель - повышение точности измерения, 1 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для определения параметров комплексных сопротивлений в широком диапазоне значений. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет снижения аддитивной погрешности, обусловленной остаточным падением напряжения на паразитном импедансе в цепи объекта измерения, и за счет снижения мультипликативной погрешности, обусловленной наличием паразитного импеданса в цепи образцовой меры,- достигается путем введения в мост переменного тока двух дополнительных блоков 15 и 16 дифференциальных преобразователей, у которых вторые входы первого и второго делителей напряжений подключены соответственно к началу и концу цепи, соединяющей выход неинвертирующего цифроаналогового преобразователя 3 с зажимом для подключения объекта измерения для первого дополнительного блока и цепи, соединяющей выход инвертирующего цифроаяалогового преоб(Л С о CJ Ј со

Изобретение относится к электроизмеительной технике и может быть использоано для определения параметров омплексных сопротивлений в широком дипазоне значений.

Цель изобретения - повышение точноти измерения за счет снижения аддитивной погрешности, обусловленной остаточным падением напряжения на паразитном импедансе в цепи объекта измерения, и за счет снижения мультипликативной погрешности, обусловленной наличием паразитного импеданса в цепи образцовой меры.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства.

Устройство содержит генератор 1, два подключенных к нему управляемых делителя 2 и 3 напряжения (УДН) на операционных усилителях, первый из которых используется в инвертирующем, а второй - в неинвер- тирующем режиме работы, детектор 4 равновесия, основную образцовую камеру 5, включенную между выходом инвертирующего УДН и первым зажимом детектора равновесия, зажимы 6 и 7 для подключения объекта измерения, первый из которых соединен с первым зажимом детектора равновесия, а второй - с выходом неинвертирующего УДН, первый дифференциальный преобразователь 8(ДП-1)сде- лителями 9 и 10 напряжения, установленными на входе операционного усилителя 11, дополнительную образцовую меру 12, включенную между выходом первого дифференциального преобразователя 8 и зажимом 7 для подключения объекта измерения. Позициями 13 и 14 обозначены паразитные импедансы цепей объекта измерений и образцовой меры. Второй и третий дифференциальные преобразователи 15 и 16(ДП-2 и ДП-3) соединены вторыми входами делителей напряжения соответственно с началами и концами цепей, содержащих паразитные импедансы 13 и 14. Выход второго преобразователя соединен с вторым зажимом детектора равновесия и первым входом первого делителя третьего

дифференциального преобразователя, выход которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя УДН 2. Мост переменного тока работает следующим образом.

Напряжение генератора 1 подается на объект измерения через масштабирующий УДН 3. Коэффициент преобразования последнего изменяется дискретно по поддиапазонам измерения с кратностью, определяемой коэффициентом перекрытия поддиапазона, который, в свою очередь, соответствует диапазону регулирования коэффициента передачи УДН 2. С помощью

последнего осуществляется плавная регулировка напряжения, подаваемого на образцовую меру 5. Токи, протекающие через объект измерения 1х и меру lo взаимно вычитаются во входной цепи детектора 4 равновесия. Процесс уравновешивания моста заключается в выборе поддиапазона измерения с помощью УДН 3, при котором ток объекта измерения наиболее близок к току образцовой меры и в плавном регулировании УДН 2 до достижения минимальной амплитуды тока на входе детектора равновесия. Результатом уравновешивания являются коды на входах УДН в момент равновесия моста, которые соответствуют

мантиссе и порядку измеряемого параметра объекта измерения. Грубая компенсация влияния паразитного импеданса 13 на результат измерения осуществляется за счет его обесточивания компенсирующим током

IK, который формируется дифференциальным преобразователем 8 и дополнительной образцовой мерой 12 Напряжение, прикладываемое к мере 12с выхода преобразователя 8, равно сумме амплитуд напряжений

0 на выходах УДН 2 и УДН 3, поэтому ток к равен току I0, а в момент равновесия 0 - Ix Из-за неидеальности элементов дифференциального преобразователя 8 и меры 12 компенсирующий ток к отличается от тока

5 1х на некоторую величину . Поэтому на паразитном импедансе Znx (13) ветви объекта измерения имеется падение напряжения

Uznx Alk Znx. Это приводит к аддитивной погрешности измерения

AZx Znx 5k, где 6 Л IK/IK.

Для устранения указанной погрешности напряжение Uznx выделяется дифференциальным преобразователем 15 и подается на второй зажим детектора равновесия. При этом значение тока х определяется выражением

Ј( di

-пх

Zx+Zn

где Ux напряжение на выходе УДН-3;

5i - относительная погрешность преобразования дифференциальных преобразователей 15 и 16,

а аддитив ная погрешность измерения уменьшается до величины

(5К 5i Znx

Д2

Znx + Zn

Наличие паразитных сопротивлений Zno (14) в цепи образцовой меры, а также подача напряжения Uznx на детектор равновесия приводит к появлению двух мультипликативных составляющих погрешности измерения, соответственно равных

Z0

д2 Zx

UZn

U0 + UZr

где Do - напряжение на выходе УДН 2.

Первая из этих погрешностей уменьшается в -г- раз выделением с помощью дифференциального преобразователя 16 падения напряжения на Zno и подачей этого напряжения на неинвертирующий вход операционного усилителя УДН-2. Вторая составляющая мультипликативной погрешности устраняется подачей напряжения Uznx нэ преобразователь 16. При этом относительная погрешность формирования тока 0, определяющая мультипликативную погрешность измерения, определяется выражением

lo

5i

Zno +61 Zn

Преимуществом моста переменного тока по сравнению с прототипом является существенное уменьшение дополнительных аддитивной и мультипликативной погрешностей измерения, которые возникают при определении малых импедансов из-за увеличения отношения паразитных импедансов подводящих цепей к импедансам обьекта и образцовой меры.

5Благодаря введению компенсирующих

напряжений указанные составляющие погрешности измерения уменьшаются в 1

57

раз, т.е. на 2-4 порядка, в зависимости от

рабочей частоты и погрешностей применяемых элементов. На практике это позволяет уменьшить погрешности измерения в области малых импедансов до уровня основной погрешности измерения (в 10-100 раз, в зависимости от класса моста), а также расширить диапазон измерения и разрешающую способность от величин порядка 10 - Ом до величин порядка Ом.

Формула изобретения

Мост переменного тока, содержащий генератор, подключенные к нему инвертирующий и неинвертирующий управляемые делители напряжения, детектор равновесия, основную образцовую меру, включенную между выходом инвертирующего управляемого делителя напряжения и первым зажимом детектора равновесия, первый и второй зажимы для подключения

объекта измерения, причем первый подключен к первому зажиму детектора равновесия, а второй - к выходу неинвертирующего управляемого делителя напряжения, первый дифференциальный преобразователь

на основе операционного усилителя с двумя делителями напряжения на входах, у которого первый вход первого делителя, подключенного к неинвертирующему входу усилителя соединен с общей шиной, первый

вход второго соединен с выходом усилителя, который через дополнительную образцовую камеру соединен с вторым зажимом для подключения обьекта измерения, а вторые входы первого и второго делителей соединены соответственно с выходами неинвертирующего и инвертирующего управляемых делителей напряжения, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй и третий

дифференциальные преобразователи, у которых вторые входы первого и второго дели- телей напряжения подключены соответственно к началу и концу цепи, соединяющей выход неинвертирующего управляемого делителя напряжения с вторым зажимом для подключения обьекта измерения - для второго дифференциального преобразователя, и цепи, соединяющей выход инвертирующего управляемого делителя напряжения с образцовой мерой - для

третьего, причем первые входы первых де-вторым зажимом детектора, равновесия, лителей напряжения соединены у второгопри этом выход третьего дифференциально- дифференциального преобразователя с об-го преобразователя подключен к второму щей шиной, а у третьего-с выходом второговходу инвертирующего управляемого дели- дифференциального преобразователя, и5 теля напряжения.