Трансформаторный мост для измерения взаимной индуктивности Советский патент 1992 года по МПК G01R17/12 

зР

ю

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к высокочастотным устройствам для измерения взаимной индуктивности.

Известны устройства для измерения взаимной индуктивности, принцип работы которых основан на сравнении напряжений, наводимых на вторичных обмотках катушки датчика и образцовой катушки,

Недостатками этих устройств являются сложность автоматизации процесса уравновешивания, низкая точность измерения и малое быстродействие, которые обусловлены конструктивными особенностями образцовой меры сравнения, представляющей собой набор вариометров.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является компенсационно-мостовое устройство, в котором сравниваются ток в первичной обмотке и напряжение на вторичной обмотке катушки взаимной индуктивности. Мост содержит генератор 1, катушку взаимной индуктивности,, вторичная обмотка которой через последовательно соединенные повторитель напряжения (ПН), интегратор (выполненный на операционном усилителе AI) и меру (Ri), подключенную к нерегулируемой обмотке компаратора токов (КГ). Регулируемая обмотка КТ через первичную обмотку катушка подключена к генератору, нерегулируемая обмотка КТ соединена с детекто-. ром равновесия (ДР).

В результате прохождения тока через первичную обмотку катушки взаимной индуктивности в ее вторичной обмотке возни- кает напряжение

U ljwM, где I - ток генератора.

Это напряжение подается на ПН, имеющий коэффициент передачи, равный единице, и большое входное сопротивление {поэтому ток во вторичной цепи катушки не протекает).

Выходное напряжение ПН преобразуется в ток при помощи интегратора (выполненного на образцовых мерах Ci, Ri и ОУ AI} и образцовой меры R2 .

1 Ri R2

Ток И создает в сердечнике компаратора токов магнитный поток, который компенсируется другим магнитным потоком, образуемым в результате прохождения тока через первичную обмотку катушки взаимной индуктивности и регулируемую обмотку ГП2 КТ. ДР вырабатывает управляющее воздействие на изменение числа витков до тех пор, пока оба потока не будут равны.

и

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Из условия равновесия (И I) следует.

что

M CiRiR2 -

где mi и ПЛ2 - количество витков соответственно обмоток 6 и 8.

Подобрав соответствующим образом параметры mi, Ri, R2, С, получим прямой отсчет между числом витков обмотки гп2 и взаимной индуктивностью М.

Погрешность измерения взаимной индуктивности в известном мосте определяется следующим образом:

дм (5инт + 5R2 + дпн,

где бинт погрешность интегратора, которая определяется погрешностью от статизма ОУ, а также погрешностью образцовых мер (для большинства ОУ при рабочей частоте 1 кГц составляет 0,1%);

(5R2 - погрешность образцовой меры сопротивления (для образцовых резисторов типа С5-61, применяемых в данном устройстве), равная 0,01%;.

5пн - погрешность коэффициента передачи ПН (для наиболее распространенных ОУ на частоте 1 кГц составляет приблизительно 0,1%).

Тогда (5м 0,21%.

Недостатками прототипа являются погрешность интегратора и ПН, а также сложность устройства, обусловленная тем, что в измерительной цепи используется три.образцовых меры, ОУ и КТ.

Целью изобретения является повышение точности измерения и упрощение конструкции устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в трансформаторный мост для измерения взаимной индуктивности, содержащий генератор, первые и вторые клеммы для подключения первичной и вторичной обмоток катушки взаимной индуктивности, повторитель напряжения и детектор равновесия, первый вывод которого и первый вывод генератора соединены с общей шиной, введены меры емкости, последовательно соединенные блок вычитания и управляемый делитель напряжения, первый вывод которого соединен с общей шиной, а второй - с первой клеммой для подключения вторичной обмотки катушки взаимной индуктивности, при этом вторая клемма для подключения вторичной обмотки катушки взаимной индуктивности соединена с вторым выводом детектора равновесия, выход которого соединен с управляющим входом делителя напряжения, второй вывод генератора через меру емкости соединен с первой клеммой для подключения первичной обмотки катушки взаимной индуктивности и с первым входом повторителя напряжения, первый выход которого соединен с первым входом блока вычитания, второй вывод генератора соединен с вторым входом блока вычитания, вторая клемма для подключения первичной обмотки катушки взаимной индуктивности, вторые вход и выход повторителя напряжения и третий вход блока вычитания соединены с общей шиной. Кро- ме того, вычитающее устройство и управляемый делитель напряжения выполнены в виде трансформатора с регулируемой выходной вторичной и нерегулируемой первичной обмотками, включенными между выходами повторителя напряжения и генератором.

На фиг. 1 дана схема известного моста; на фиг. 2 - схема предлагаемого моста; на фиг. 3 - схема предлагаемого моста с регу- лируемым числом витков.

Мост содержит генератор 1, ДР 2, первый выход генератора 1 соединен с одним из выводов образцовой меры 3 емкости, второй вывод которой соединен с первой клеммой для подключения первичной обмотки катушки 4 взаимной индуктивности и первым входом ПН 5, второй вход которого подключен к второй клемме первичной обмотки катушки взаимной индуктивности, к второму выводу генератора и к общей шине, выход ПН 5 соединен с первым входом блока б вычитания, второй вход которого соединен с первым выходом генератора, выход вычитающего устройства подключен к входу делителя 7 напряжения (ДН), на управляющий вход которого поступает код с выхода детектора 2 равновесия, вход которого соединен с первой клеммой вторичной обмотки катушки 4 взаимной индуктивности, вторая клемма этой обмотки подключена кДН. Второй и третий выходы ПН 5, вычитающего 6 устройства и ДР 2 соответственно подключены к общей шине. Точки 8-12 (фиг. 3) обозначают регулируемое число витков.

Предлагаемый мост работает следующим образом.

Под действием напряжения, приложенного к образцовой мере 3 емкости, в цепи первичной обмотки катушки взаимной ин- дуктивности протекает ток I, который приводит к падению-напряжения на мере емкости. Напряжение в точке соединения меры Со и первичной обмотки катушки взаимной индуктивности поступает на вход РН, имеющего коэффициент передачи, равный единице, и большое входное напряжение. Это позволит снизить эффект шунтирования меры Со низким RBX управляемого делителя,- Выходное напряжение ПН поступает

на один из входов вычитающего устройства на второй вход которого подается напряжение с генератора. Таким образом, напряжение, действующее на выходе вычитающего устройства, равное падению напряжения на мере Сь, поступает на вход ДН. Под действием управляющего Сигнала с выхода ДР изменяется коэффициент передачи ДН до тех пор, пока напряжение ДН и Мх не станут равны.

Из условия равновесия, следует что

М -7J КдН,

UT Со

частота;

Со - мера емкости;

Кдн - коэффициент передачи управляемого ДН.

Если в качестве ДН использовать трансформатор напряжения с регулируемым числом витков, то функцию вычитающего устройства можно реализовать на первичной обмотке этого трансформатора (ТН). В этом случае первичная обмотка ТН подключается одним выводом к выходу ПН, вторым - к выходу генератора, а регулируемая вторичная обмотка одним выводом подключается к вторичной обмотке взаимной индуктивности, а другим выводом - к ДР, что не влияет на погрешность измерения и еще более упрощает устройство конструктивно.

Таким образом, преимуществом предлагаемого моста по сравнению с прототипом является то, что величина погрешности измерения взаимной индуктивности дм будет определяться погрешностью коэффициента передачи ПН (5пн (на ПН поступает лишь часть напряжения в отличии от прототипа), погрешностью образцовой меры dco (мера емкости Р597) и нестабильностью частоты. Нестабильность частоты генератора напряжений на уровне 10 достигается без значительных аппаратурных затрат и приводит к частотной погрешности 5W 0,01 %. При использовании в качестве Со меры Р597 (кл. точн. 0,02) и ПН, аналогичного прототипу, получим:

дм 5пн + 5Со + 2 д& 0,14%.

В приведенной формуле,.не учитывается погрешность, вносимая ДН, так как погрешность ТН, выполненных по итерационной схеме, идентична погрешности, вносимой токами компаратора токов, и равна 0,001%.

В заявляемом мосте для измерения взаимной индуктивности используется одна образцовая мера вместо трех по прототипу. Кроме того, исполнение предлагаемого делителя является менее трудоемким, чем изготовление КТ, в частности изготовление регулируемых обмоток, не говоря об их количестве. КТ с целью повышения помехоустойчивости помещают в электромагнитный экран, так как к обмоткам КТ подходят сигналы от высокоомных источников. В связи с тем, что одна из обмоток регулируемая, экранирована КТ еще более усложняется.

Таким образом, точность измерения предлагаемого моста, по сравнению с прототипом, возросла в два раза и упрощена конструкция устройства.

Формула изобретения 1. Трансформаторный мост для измерения взаимной индуктивности, содержащий генератор, первые и вторые клеммы для подключения первичной и вторичной обмоток катушки взаимной индуктивности, повторитель напряжения и детектор равновесия, первый вывод которого и первый вывод генератора соединены с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и упрощения конструкции, в него введены мера емкости, последовательно соединенные блок вычитания и управляемый делитель напряжения, первый вывод которого соединен с

общей шиной, а второй - с первой клеммой для подключения вторичной обмотки катушки взаимной индуктивности, при этом вторая клемма для подключения вторичной

обмотки катушки взаимной индуктивности соединена с вторым выводом детектора равновесия, выход которого соединен с управляющим входом делителя напряжения, второй вывод генератора через меру емкости соединен с первой клеммой для подклю- чения первичной обмотки- катушки взаимной индуктивности и с первым входом повторителя напряжения, первый выход которого соединен с первым входом блока вычитания, второй вывод генератора - с вторым входом блока вычитания, вторая клемма для подключения первичной обмотки катушки взаимной индуктивности, вторые вход и выход повторителя напряжения

и третий вход блока вычитания соединены с общей шиной.

2. Мост по п. 1, о т ли ч а ю щ и и с я тем, что блок вычитания и управляемый делитель напряжения выполнены в виде трансформа

тора с регулируемой выходной вторичной обмоткой и нерегулируемой первичной обмоткой, включенной между выходами повторителя напряжения и генератором.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при высокочастотном измерении взаимной индуктивности. Трансформаторный мост держит генератор 1, катушку 4 взаимной индуктивности, повторитель 5 напряжения и детектор 2 равновесия. С целью повышения точности измерения и упрощения струкции мост снабжен мерой 3 емкости, последовательно соединенными блоком б вычитания и управляемым делителем 7 напряжения. Блок 6 вычитания, управляемый делитель 7 напряжения выполнены в виде трансформатора с регулируемой выходной вторичной обмоткой и нерегулируемой первичной обмоткой, включенной между выходами повторителя 5 напряжения и генератора 1. В мосте для измерения взаимной индуктивности используется одна образцовая мера вместо трех. Кроме того, исполнение предлагаемого делителя является менее трудоемким, чем изготовление компаратора токов. Точность измерения моста возрастает в полтора раза. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. + fe

б

.J