Трансформаторный мост для измерения малых сопротивлений Советский патент 1991 года по МПК G01R17/12 

ON ON СА)

с

0е

00

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения параметров малых комплексных сопротийлений в цепях переменного тока.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет уменьшения влияния шумов и искажений усилителя. На чертеже представлена структурная схема устройства.

Схема содержит источник 1 питания, трансформатор 2 напряжения с первичной обмоткой 3 (Wi) и вторичными первой обмоткой 4 (Л/з), второй обмоткой 5 (W4) и третьей обмоткой 6 (Wa), первый резистор 7 (Ri), усилитель 8 тока, второй резистор 9(R2), образцовую меру 10 (R0), измеряемый объект 11 (Rx) с первым зажимом 12 и вторым зажимом 13, индуктивный компаратор 14 с токов с первой входной обмоткой 15 (Ws), аторой входной обмоткой 16 (We) и выходной обмоткой 17 (Wy), указатель 18 равновесия.

Трансформатор 2 напряжения с обмотками 4-6 и компаратор 14 токов с-обмотками 15, 16 образуют трансформаторный мост, в одно плечо которого включена образцовая мера 10, а в другое - измеряемый объект 11, при этом с помощью образцовой меры 10 уравновешивают мост. Выходы усилителя 8 и обмотки 6 соединены через резисторы 9 и 7 соответственно с зажимом для подключения измеряемого объекта 11. Устройство работает следующим образом.

Индуктивный компаратор 14 токов дает нулевое напряжение на выходной обмотке 17 в том случае, если соблюдается условие:

jx W5 ioW6,(1)

где Ix - рабочий ток измеряемого объекта 11; 10 - образцовый ток, протекающий через резистор 10.

Образцовый токЗо равен

i и 0 Ro

(2)

где Щ - напряжение второй вторичной обмотки 5.

Усилитель 8 тока также, как и в прототипе поддерживает напряжение на измеряемом объекте 11 Ох равным напряжению на первой вторичной обмотке 4 - Оз;

Ох Оз..(3)

В то же время напряжение Ох складывается из падения напряжения на Rx, вызываемого частью TOKaji от третьей вторичной обмотки 6 и падения напряжения на Rx, вызываемого частью токаЙ2 от усилителя 8 тока.

Пользуясь законом Кирхгофаписать следующие выражения: 02

4J И

R1 +

Rx-R2

R2 + Rx

где LJ2 - напряжение на третьей обмотке 6,

R2 +

RrRx

(5)

RI+RX

UK - напряжение на выходе усилителя 8 тока.

Падение напряжения Ои, вызываемое частью тока h на измеряемом объекте 11(RX), равно:

м R х R2 ,MS 2R2+Rx U2-R2-Rx

Ri +

RX-R2 Rx(Ri +R2) + RrR2 R2 + Rx(b;

Падение напряжения Ui2, вызываемое ц частью тока z на измеряемом объекте 11 (Rx), равно:

i i R x-Ri

. UKRi + RXUK-RI-RX

IV

о

5

0

R2 +

Ri-Rx Rx(Ri +R2) + Rr R2 Ri+RxV)

Используя (6) и (7), можно найти часть тока ixi и

U2R2-(8)

1x2

Rx(Ri + R2) + RrR2 UK-R. 1

Rx(Ri +R2)+RrR2 Отсюда можно найти ix:

; ; . ; u2-R2+OK-Ri

Ix Ix 1 + Ix 2

(9)

Rx(Ri +R2) + Ri R2 (1°} Используя выражение (10), можно записать

Ох и3 A2+UK-Ri

Ri 4- Ra +

RrR2

Rx

(11)

Из выражений (10) и (11) видно, что поддержание Ох равным U3 возможно за счет перераспределения частей тока 1Х1 . Предположим, что сопротивление Rx не

0 изменяется, а сопротивление RI в результате воздействия внешних факторов или старения изменилось на величину ARi. Это приведет к изменению тока Ix через сопротивление RX, что вызовет изменение Ох на

5 величину AUx. В результате усилитель 8 тока отработает разбаланс между сравниваемыми напряжениями Оз и Ох + А Ох таким образом, чтобы падение напряжения на Rx вернулось .к значению Ох. Это возможно за счет изменения в выражении (10) выходного

напряжения усилителя 8 тока UK, т.е. изменения составляющей тока 1Х2- что и происходит.

Таким образом, при неизменном значении RX любое изменение RI, а по аналогии и R2, компенсируется с помощью напряжения компенсации UK на выходе усилителя 8 тока так, что величина lx не изменяется.

Поэтому напряжение на выходе компаратора тока не изменяется и результат измерения не искажается.

Предположим теперь, что изменилось значение RX на величину ARx. По закону Ома:

таъГ0 -1- 0

т.е. падение напряжения на Rx будет отличаться от Оз.

Таким же образом, как и в первом случае, усилитель 8 тока выработает напряжение компенсации Ок такое, чтобы снова наступило равенство Оз Ux.

Это возможно ,в случае, если изменится х на величину , Д1Х такую, что выполнится

Условие Ох

что и обеспечивается усилителем 8 тока. Таким образом выполняется закон Ома

R7T№ i +Ai

ток в первичной обмотке W5 компаратора токов 14 изменится, следовательно, момент равновесия моста будет соответствовать новому значению измеряемого сопротивления Rx + ДНХ.

Можно сделать вывод, что схема устройства не чувствительна к изменениям резисторов RI и R2, вызываемых их нестабильностью. В тоже время изменяя их величину, можно осуществлять перераспределение составляющих рабочего тока 1x1 и iX2 соответственно от третьей вторичной обмотки 6 и усилителя 8 тока, тем самым уменьшать влияние шумов и искажений усилителя 8 тока.

Формула изобретения Трансформаторный мост для измерения малых сопротивлений, содержащий источник питания, первый вывод которого соединен с началом, а второй - с концом первичной обмотки трансформатора напряжения, при этом начало первой вторичной

обмотки трансформатора напряжения соединено с первым зажимом для подключения измеряемого объекта, второй зажим для подключения измеряемого объекта соединен с начало - первой входной обмотки индуктивного компаратора токов, конец которой соединен с общей шиной, концы второй вторичной обмотки трансформатора напряжения и второй входной обмотки индуктивного компаратора токов соединены с

общей шиной, образцовую меру, подключенную между началом второй вторичной обмотки трансформатора напряженич и нэ- чалом второй входной обмотки индуктивного компаратора токов, указатель

равновесия, соединенный с выходной обмоткой индуктивного компаратора токов, один вывод которой и один вывод источника питания и указателя равновесия соединены с общей шиной, усилитель тока, первый

вход которого соединен с концом первой вторичной обмотки трансформатора напряжения, а второй вход соединен с вторым зажимом для подключения измеряемого объекта, отличающийся тем, что, с

целью повышения точности измерения, в него введены третья вторичная обмотка трансформатора напряжения, первый и второй резисторы, причем начало третьей вторичной обмотки трансформатора

напряжения соединено с общей шиной, а ее конец соединен с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с первым зажимом для подключения измеряемого объекта и с первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с выходом усилителя тока.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения параметров малых комплексных сопротивлений в цепях переменного тока. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет уменьшения влияния шумов и искажений усилителя - достигается путем введения в трансформаторный мост, содержащий источник 1 питания, трансформатор 2 напряжения с первичной обмоткой 3 и вторичными первой обмоткой 4, второй обмоткой 5 и третьей обмоткой 6, первый резистор 7, усилитель 8 тока, второй резистор 9, образцовую меру 10, измеряемый объект 11 с первым 12 и вторым 13 зажимами, индуктивный компаратор 14 токов с первой входной обмоткой 15, второй входной обмоткой 16 и выходной обмоткой 07, указатель 18 равновесия, дополнительной обмотки 6 с первым 7 и вторым 9 резисторами для того, чтобы отбирать с обмотки 6 большую часть рабочего тока измеряемого объекта, а усилитель тока 8 использовать только для добавки существенно меньшей части компенсирующего тока, что позволяет уменьшить влияние шумов и искажений усилителя тока, что повышает точность измерения. 1 ил.