Устройство для измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления Советский патент 1991 года по МПК G01R27/02 

Фиг. I

вновь добиваются минимума его показаний, что соответствует резонансу напряжений. Реактивные и активные составляющие комплексного сопротивления 20 рассчитывают по

показаниям измерителя 13 напряжения и измерителя 5 тока. При малой емкости комплексного сопротивления 20 включают блок эталонных конденсаторов. 4 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения на переменном токе активной и реактивной составляющих сопротивления конденсаторов, катушек индуктивности, кабелей,проводников и т.д.

Целью изобретения является повышение точности измерения и расширени диапазона значений измеряемых величин.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления на фиг.2 - принципиальная схема блока смещения параметров измеряемого комплексного сопротивления р на фиг.З - принципиальная схема выполнения воздушного трансформатора, на фиг.4 - пример выполнения схемы блока эталонных конденсаторов в составе четырех конденсаторов.

Устройство для измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления содержит источник 1 переменного тока регулируемой частоты, содержащий последовательно соединенные задатчик 2 частоты, задающий генератор 3 и усилитель 4 мощности, измеритель 5 тока, воздушный трансформатор 6 с первичной 7 и вторичной 8 обмотками, переключатели 9 и 10 витков первичной и вторичной обмоток трансформатора 6, фильтр 11 нижних частот, измерители 12 и 13 напряжения, блок 14 смещения параметров измеряемого комплексного сопротивления с токовым 15 (второй вывод) и потенциальным 16 (первый вывод) зажимами, выводами 17 (третий), 18 (четвертый) и 19 (пятый), измеряемое комплексное сопротивление 20 с токовым 21 и потенциальным 22 зажимами.

Блок 14 смещения параметров измеряемого комплексного сопротивления содержит блок 23 эталонных конденсаторов с выводами 24 и 25, переключатель 26 с подвижным 27 и непод5

0

0

5

0

5

0

5

вижным 28 контактами, переключатель 29 с подвижным 30 и неподвижным 31 контактами, переключатель 32 с подвижным 33 и неподвижным 34 контак- тами.

Блок эталонных конденсаторов содержит конденсаторы 35 - 38 и переключатели 39 - 42.

Первый выход усилителя 4 мощности (первый выход источника 1 переменного тока регулируемой частоты) соединен с входом измерителя 5 тока, второй выход усилителя 4 мощности (второй выход источника 1 переменного тока регулируемой частоты) соединен с подвижными контактами переключателя 9 витков первичной обмотки воздушного трансформатора, неподвижные контакты которого соединены с первым выводом первичной обмотки воздушного трансформатора 6, первый вход фильтра 11 нижних частот и первый вход измерителя 13 напряжения соединены с подвижными контактами переключателя 10 витков вторичной обмотки воздушного трансформатора, неподвижные контакты которого соединены с первым выводом вторичной обмотки воздушного трансформатора 6, выход фильтра 11 нижних частот соединен с первым входом измерителя 12 напряжения, потенциальный зажим 16 блока 14 смещения параметров измеряемого комплексного сопротивления соединен с вторым выводом вторичной обмотки 8 воздушного трансформатора 6 и вторым входом измерителя 13 напряжения, токовый зажим 15 блока 14 смещения параметров измеряемого комплексного сопротивления соединен с вторым выводом первичной обмотки 7 воздушного трансформатора 6, второй вход измерителя 12 напряжения соединен с потенциальным зажимом 22 измеряемого комплексного сопротивления 20, токовый зажим 21 которого соединен с выходом измерителя 5 тока и выводом 17 блока 14 смещения параметров измеряе- мого комплексного сопротивления,

выводы 18 и 19 которого соединены с дополнительным зажимом измеряемого комплексного сопротивления 20.

Второй вход фильтра 11 нижних частот соединен с шиной регулирования .

Подвижный контакт переключателя 2 подключен к токовому зажиму 15 блока 14 смещения параметров, подвижный контакт 30 переключателя 29 подклю- чем к выводу 17 блока 14 смещения параметров, подвижный контакт переключателя 32 подключен к потенциальному зажиму 16 блока 14 смещения параметров.

Неподвижный контакт 27 переключа- геля 26 подключен к выводу 24 блока 23 эталонные конденсаторов, неподвижный контакт 28 переключателя 26 подключен к выводу 25 блока 23 эталонных конденсаторов. Неподвижный контакт 31 переключателя 29 соединен с выводом 25 блока эталонных конденсаторов 23. Неподвижный контакт 34 переключателя 32 соединен с выводом 25 блока 23 эталонных конденсаторов, вывод 24 которого соединен с выводом 18 блока 14 смещения параметров, вывод 19 которого соединен с подвижным контактом 33 переключателя 32.

Воздушный трансформатор 6 выполнен в виде последовательно соединенных п секций (где ,2,3,...), каждая из которых содержит первичную 7 и вторичную 8 обмотки трансформатора и переключатели 9 и 10 витков первичной и вторичной обмоток трансформатора 6, причем отводы первичной 7 и вторичной 8 обмоток соединены с витками с одинаковыми по рядковыми номерами, а число витков первичной 7 и вторичной 8 обмоток одинаково.

В блоке 23 эталонных конденсаторов конденсаторы 35 - 38 соединены последовательно и их обкладки соединены между собой через переключатели 39 - 42. Закорачивая обкладки переключателями 39 - 42, получают требуемую емкость. Переключение потенциального зажима осуществляют с помощью переключателей 39 - 42.

Магазин емкостей включен последовательно с измеряемым комплексным сопротивлением 20 при замыкании подвижного контакта переключателя 26 с неподвижным контактом 28. Парал

512346

лельное соединение магазина с объектом измерения обеспечивается замыканием подвижного контакта переключателя 26 с неподвижным контактом 27, а также замыканием контактов 30 и 31 переключателя 29.

Подвижный контакт 30 соединяет г неподвижным контактом 31 переключателя 29 в следующих случаях: когда необходимо измерение параметров ком- лексного соединения с малой емкостной или большой индуктивной составляющими .

Устройство для измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления работает следующим образом.

10

15

Переключатели 26 и 32 включают на контакты 27 и 33, контакты переключателя 29 разомкнуты. Фильтр 11 нижних частот настраивают на заданную частоту. С помощью задатчика 2 частоты задающего генератора 3 устанавливается частота, чувствительность из - мерителя 12 устанавливают на мини- мук-. Переключая одновременно отводы первичной 7 и вторичной 8 обмоток воздушного трансформатора 6 при помощи переключателей 9 и 10, добизают- ся минимального показания измерителя 12 напряжения, затем повышают чувствительность измерителя 12 напряжения и плавной регулировкой частоты задающего генератора 3 вновь добиваются минимального показания измерителя 12, что соответствует резонансу напряжений в измерительной цепи. Ток в первичной обмотке 7 трансформатора 6 индуцирует ЭЦС во вторичной обмотке 8, опережающую ток по фазе на If/2 и компенсирующую реактивную составляющую падения напряжения на измеряемом комплексном сопротивлении 20, следовательно, измеритель 13 напряжения, дающий значение этой ЭДС показывает реактивную составляющую полного напряжения на комплексном сопротивлении 20 Zj и по ней можно получить реактивное сопротивление

хс iyi

или емкость измеряемого комплексного сопротивления 20 в последовательной схеме замещения:

С

2/iTf Хл

где I и U - показания измерителей тока 5 и напряжения 13 соответственно, Измеритель 12 напряжения дает значение активной составляющей- полного напряжения и активное сопротивление R в последовательной схеме замещения

R U7/I,

где U - показание измерителя 12 напряжения .

Фильтр 11 нижних частот обеспечивает измерение только первой гармоники Тангенс угла потерь измеряемого комплексного сопротивления 20

tgЈ + uf л u7/ug.

а добротность

Ug/L.

В случае невозможности настройки измерительной цепи в резонанс из-за чрззмерно малой емкости измеряемого комплексного сопротивления 20 в блоке 1ч смещения параметров включают параллельно измеряемому комплексному сопротивлению 20 блок 23 эталонных конденсаторов и выбирают его емкость,, обеспечивающую при заданной частоте возможность настройки в резонанс, При чрезмерно большой емкости блок 23 эталонных конденсаторов включают последовательно с измеряеьым комплексным сопротивлением 20, переключая переключатели 26 и 32 в положение 28 и 349 и производят настройку цени в резонанс по минимуму показания измерителя 12 напряжения.

При измерении параметров катушек индуктивности блок 23 эталонных конденсаторов включают с ними последова-45 тельно или параллельно, чтобы на заданной частоте эквивалентное сопротивление катушки индуктивности и блока 23 эталонных конденсаторов имело емкостной характер и имелась бы воз- д можность его компенсации с помощью индуктивности обмотки воздушного трансформатора 6„

Измерение малых активных сопротивлений, например отрезков кабелей, „sr проводников, производят, включая блок 23 эталонных конденсаторов последовательно, а больших (изоляции) - параллельно.

0

5

0

25

30

35

40

45 д

„sr

Повышение точности измерения и - , расширение диапазона значений измеряемых величин обеспечивается тем,, что переключение отводов первичной 7 и вторичной 8 обмоток воздушного трансформатора 6 осуществляется одновременно, причем воздушный трансформатор 6 все время работает с коэффициентом трансформации, равным . При этом получается минимальное значение индук- тивчости рассеяния обиогок 7 и 8, а близпежащие витки получаются эквипотенциальными, что сводит к минимуму влияние паразитных о ;-зото«ных емкостей.

Формула и з о б р е т е н г я

Устройство для измерения активной и реактивной составляющих комплекс-го- го сопротивления, содержащее источник переменного регулируемой частоты,, воздушный трансформатор, выполненный по четырехполюсной схеме, два переключателя витков первичной и вторичной обмоток трансформатора, фильтр нижних частот и первый измеритель напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения диапазона значений измеряемых величин, в него введены измеритель тока, блок смещения параметров измеряемого комплексного сопротивления и второй измеритель напряжения, первый выход источника переменного тока регулируемой частоты соединен с входом измерителя тока, второй выход источника переменного тока регулируемой частоты соединен с подвижными контактами переключателя витков первичной обмотки воздушного трансформатора5 неподвижный контакт которого соединен с первым выводом первичной обмотки воздушного трансформатора, первый вход фильтра нижних частот к первый вход второго измерителя -напряжения соединены с ггод- вижными контактами переключателя витков вторичной обмотки возпушногп трансформатора, неподвижный контакт которого соединен с первым выводом вторичной обмотки воздушного транс- Форматора, выход фильтра нижних частот соединен с первым входом первого измерителя напряжения, первый вывод блока смещения параметров измеряемого комплексного сопротивления соединен с вторым выводом вторичной обмотки воздушного трансформатора и вторым входом второго измерителя напряжения, второй вывод блока смещени параметров измеряемого комплексного сопротивления соединен с вторым выводом первичной обмотки воздушного трансформатора, второй вход первого измерителя напряжения соединен с клеммой для подключения потенциального зажима измеряемого комплексного сопротивления, выход измерителя тока и третий вывод блока смещения параЈиг. 3

6 15

616

Составитель Ю.Минкин4иг. 4

Редактор И.Дербак Техред А.Кравчук Корректор Н.Ревская

Заказ 1605 Тираж 423Подписное

ВНИИПИ Государствеиного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

метров измеряемого комплексного сопротивления соединены с клеммой для подключения токового зажима измеряемого комплексного сопротивления, четвертый и пятый выводы блока смещения параметров измеряемого комплексного сопротивления соединены с клеммой для подключения дополнительного зажима измеряемого комплексного сопротивления, второй вход фильтра нижних частот соединен с шиной регулирования.

23