Трансформаторный мост для измерения взаимного импеданса Советский патент 1992 года по МПК G01R17/12 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам измерения взаимного комплексного сопротивления .между двумя магнитосвя- занными обмотками пассивного четырехполюсника, может использоваться, как образцовое средство поверки магазинов взаимной индуктивности, а также в прецизионных устройствах для измерения неэлектрических величин при помощи соответствующих датчиков и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1532880.

Известны компенсационно-мостовые устройства для измерения взаимной индуктивности, в которых уравновешивание напряжения, наводимого на вторичной обмотке катушки взаимной индуктивности, осуществляется при помощи меры однород- ной с измеряемой величиной.

Использование образцовой меры взаимной индуктивности для уравновешивания прибора ограничивает его диапазон и точность измерения, значительно усложняет

автоматизацию процесса уравновешивания.

Известны также устройства для измерения взаимной индуктивности на основе че- тырехплечих мостов.

, Недостатком этих устройств является низкая точность измерения, обусловленная влиянием паразитных проводимостей (емкостей), шунтирующих элементы измерительной цепи,

Наиболее близким техническим-решением к изобретению является трансформаторный мост, содержащий генератор напряжения (ГН), трансформатор напряжения (ТН), первичная обмотка которого подключена к ГН, вторичная нерегулируемая обмотка ТН - к входу преобразователя напряжения вток(ПНТ), вторичная регулируемая обмотка ТН через меру емкости С - к входу детектора 8 равновесия (ДР), катушку взаимной индуктивности (М), первичная обмотка которой подключена к выходу ПИТ, а вторичная обмотка через последовательно соединенные повторитель напряжения (ПН)

и меру сопротивления (R) подключена к входу ДР.

Известное устройство работает следующим образом. Напряжение ГН (U0) трансформируется в обмотку ТН 2 и прикладывается к входу ПНТ. Если коэффициент передачи ПНТ равен К, то в первичной обмотке катушки взаимной индуктивности протекает ток

(D

1,-и.к.

Известно, что магнитосвязанный четырехполюсник описывается системой уравнения в Z параметрах

Ui-liZi + (2)

U2-llj WM + l2Z2.

Однако вторичная обмотка катушки, благодаря ПН с большим входным сопротивлением, находится в режиме холостого хода т.е. г ш 0. Следовательно, напряжение Ua во вторичной обмотке катушки определяется, как

,(3)

Поскольку ПНТ является источником тока, управляемым напряжением, и ток И не зависит от импеданса первичной обмотки Zi катушки, то из уравнений (2) и (3) следует

Напряжение U2 вызывает протекание тока объекта U через меру Ro, который при помощи ДР сравнивается с током образцового плеча Ь

Го - Uo щ J шС0.

Регулируя число витков обмотки, достигают равенство токов х и 10, из которого следует

.. roe Co RQ

Таким образом, при равновесии измерительной цепи по числу витков обмотки те определяют численное значение взаимной индуктивности М.

Однако при помощи известного моста можно Измерять только одну составляющую взаимного импеданса. В то же время реальные объекты измерения характеризуются двумя составляющими. Часто для более точного описания модели объекта измерения потребителю необходимо измерять его параметры как по последовательной, так и по параллельной схемам замещения.

Таким образом, недостатком известного моста являются его ограниченные функциональные возможности.

Цель изобретения -расширение функциональных возможностей моста путем .измерения второй составляющей взаимного

импеданса (R или tg 5), а также взаимного импеданса по последовательной или параллельной схеме замещения.

Поставленная цель достигается тем. что

трансформаторный мост для измерения взаимного импеданса снабжен ключом, второй мерой емкости, второй мерой сопротивления и второй вторичной регулируемой обмоткой трансформатора напряжения,

первый вывод которой соединен с подвижным контактом ключа, а второй вывод - с общей шиной, при этом первый неподвижный контакт ключа через вторую меру емкости соединен с вторым входом

преобразователя напряжения в ток, второй неподвижный контакт ключа через меру сопротивления соединен с входом детектора равновесия.

На чертеже представлена схема измерительной цепи заявляемого моста.

Трансформаторный мост содержит ГН 1, ТН 2, первичная обмотка 3 которого подключена к ГН, вторичная нерегулируемая обмотка 4 ТН - к входу ПНТ 5, а вторичная

регулируемая обмотка 6 ТН подключается поочередно с помощью ключа 7 либо к об- разцовой мере 8 емкости, которая подключена между (Инверсным входом усилителя ПНТ и образцовым резистором, соединенным последовательно с обмоткой 4 ТН, либо через образцовую меру 9 сопротивления к входу детектора 15 равновесия, третья вторичная регулируемая обмотка 10 ТН через меру 11 емкости подключена к входу детектора 15 равновесия, катушку 12 взаимной индуктивности М; первичная обмотка которой подключена к выходу ПНТ, а вторичная обмотка через последовательно соединенные ПН 13 и меру 14 сопротивления подключена к входу ДР.

Рассмотрим работу моста при двух положениях ключа.

1. Неподвижный контакт ключа 7 подключен к образцовой мере 9 сопротивления.

5 В этом случае происходит измерение М и R по последовательной схеме замещения.

Напряжения ГН трансформируется в обмотку 4 ТН 2 и прикладывается к входу ПНТ 5. Если коэффициент передачи ПНТ

0 равен К, то в первичной обмотке катушки взаимной индуктивности протекает ток И

.

5 Исходя из (2) и (3), напряжение Ua во вторичной обмотке катушки 12 взаимной индуктивности определяется, как

,

где Zba jot) М + R

Напряжение U2 вызывает протекание тока объекта х через меру R0, который при помощи ДР сравнивается с током образцовых ветвей

о-и,1«,с,,и„.

Уравнение равновесия для данной схемы примет вид

feSzt wSI u fflC

После разделения вещественной и мнимой частей получим

ч- тю р ,р„ те . Ro (л м -тЛГ C1R° R ййГ .IS .: ( 2. Неподвижный контакт ключа 7 подключен через образцовую меру 8 емкость между инверсным входом усилителя и образцовой мерой.

В этом случае происходит измерение М и tg б по параллельной схеме замещения.

Напряжение ГН трансформируется в обмотку 4 ТН 2 и прикладывается к входу ПНТ 5. Если коэффициент передачи ПНТ равен К, то в первичной обмотке катушки взаимной индуктивности протекает ток И

.

R тз

. .

Учитывая (2) и (3) можно сделать вывод.

что

U2

-(m4-Ja C2m6). 0)М . jt wM

; tg д

i+jtgd - R

Напряжение вызывает протекание тока объекта 1х через меру R0. который при помощи детектора равновесия сравнивается с током образцового плеча to тю

lo Uc

тз

j (UCi,

Уравнение равновесия для данной схеы примет вид

, Ц тл .. те . г . 2Ьз

(тг + )

U

тз

т ю

тз JtuCi

После разделения вещественной и мнимой частей получим тю

М

ггц К

CiRRo;tg(5 toC2R. (5) т 4

Исходя из (4) и (5), можно Сделать вывод, что применение изобретения позволяет проводить измерение второй составляющей взаимного импеданса (R или tg d) по последовательной или параллельной схеме замещения, что соответственно расширяет функциональные возможности моста.

Формула изобретения

Трансформаторный мост для измерения, взаимного импеданса по авт. св. № 1532880, отличаю щи йся тем. что, с целью расширения функциональных возможностей путем измерения второй составляющей взаимного импеданса, в него введены ключ, вторая мера емкости, вторая мера сопротивления и вторая вторичная регулируемая обмотка трансформатора напряжения, первый вывод которой соединен с подвижным контактдм ключа, а второй вывод - с общей шиной, при этом первый неподвижный контакт ключа через вторую меру емкости соединен с вторым входом, преобразователя напряжения в ток, второй неподвижный контакт ключа через меру сопротивления соединен с входом детектора равновесия.

J.

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для высокочастотного измерения взаимной индуктивности и является дополнительным к авт. св. № 1532880. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем проведения измерений второй составляющей взаимного импеданса (R или tg (5) по последовательной или параллельной схеме замещения. Цель достигается введением в устройство ключа 7, второй меры 8 емкости, второй меры 9 сопротивления и второй вторичной регулируемой обмотки 10 трансформатора напряжения с их связями. 1 ил.