Преобразователь переходного электрического сопротивления контактов в напряжение Советский патент 1992 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к информационно- измерительным системам, и может быть использовано при измерении переходного электрического сопротивления контактов контакторов, выключателей реле и др.

Известно устройство для измерения и преобразования электрического сопротивления в напряжение 1.

Устройство 1 содержит источник напряжения (генератор импульсов прямоугольной формы), масштабный преобразователь тока, синхронный детектор, индикатор, узел

регулировки фазы, полевой транзистор, полосовой фильтр и источник управляющего напряжения.

Переменный ток с постоянной амплитудой через масштабный преобразователь подается через одну пару зажимов на измеряемое сопротивление, падение напряжения на котором через другую пару зажимов поступает на усилитель, сигнал с которого, корректированный по фазе узлом регулировки фазы, поступает на синхронный детектор, управляемый сигналом источника прямоугольных импульсов, и подается на индикатор.

Наличие в устройстве узла регулировки фазы, полосового фильтра позволяет измерять малые активные сопротивления с достаточной помехозащищенностью, однако точность преобразования величины сопро- тивления в напряжение сильно зависит от качества источника напряжения, стабильности работы полосового фильтра, чувствительности синхронного детектора, что вместе взятое усложняет процесс измерения, кроме того, характеристика преобразования неизвестна, что является недостатком устройства.

Известно устройство 2, содержащее источник опорного напряжения, ключ, one- рационный усилитель, усилитель напряжения и блок памяти.

Процесс преобразования разбит на два такта. В первом такте блоком памяти запоминается напряжение, соответствующее адди- тивной погрешности (погрешности метода). Во втором такте фиксируется напряжение на измеряемом резисторе и напряжение, соответствующее погрешности метода. На выходе преобразователя присутствует на- пряжение, не содержащее напряжения, обусловленного аддитивной погрешностью преобразователя и соответствующего падению напряжения на измеряемом резисторе.

Точность преобразования в устройстве зависит от мультипликативной (инструментальной) погрешности, обусловливаемой параметрами источника опорного напряжения, образцового резистора, нелинейности звеньев, участвующих в процессе преобразования, что можно отнести к недостатку устройства. Кроме того, процесс преобразования достаточно сложен,

Наиболее близким по технической сущ- ности к заявляемому устройству является устройство 3, преобразователь параметров комплексных сопротивлений в напряжение, содержащее источник напряжений, образцовые комплексные сопротивления, усилители, входные зажимы и выходной зажим, трансформатор тока и трансформатор напряжения.

Выходное напряжение преобразователя состоит из выгодного напряжения основ- ного усилителя и напряжения поправки, формируемого корректирующим усилителем из ошибки преобразования, осуществляемого первым усилителем.

К недостаткам данного устройства еле- дует отнести то, что точность преобразова- ния комплексного сопротивления в напряжение зависит от соотношения токов и магнитных потоков в трансформаторах, стабильности коэффициентов передачи усилителей, точности подготовки и величин образцовых сопротивлений, поскольку коэффициенты передачи усилителей определяются отношением сопротивлений в цепи обратной связи и сопротивлениями на входе усилителей, а все это обеспечить с высокой точностью трудно.

Кроме того, неизвестна характеристика преобразования, что важно для последующей обработки полученного на выходе сигнала.

Цель изобретения - повышение точности преобразования за счет получения линейной зависимости и сокращения аппаратных затрат.

Достигается цель в известном устройстве, содержащем источник напряжения, трансформатор напряжения, усилитель, зажимы для подключения измеряемого электрического сопротивления контактов тем, что параллельно зажимам для подключения измеряемого электрического сопротивления контактов через конденсаторы подсоединена первичная обмотка трансформатора напряжения, один вывод вторичной обмотки трансформатора напряжения соединен со входом усилителя, второй вывод вторичной обмотки трансформатора напряжения соединен с общей шиной, причем трансформатор напряжения дополнительно снабжен короткозамкнутой обмоткой.

Именно, соединение в известном устройстве через конденсаторы первичной обмотки трансформатора напряжения параллельно зажимам для подключения измеряемого электрического сопротивления контактов, в результате чего организуется LC-контур, выбор рабочей точки устройства на линейном участке кривой LC-контура, позволяет получить высокую точность преобразования переходного сопротивления контактов в напряжение и линейную зависимость между выходным напряжением и измеряемым сопротивлением контактов, отсутствие в устройстве прецизионных элементов сравнения резко сокращает аппаратные затраты, делая устройство простым и удобным в эксплуатации, соединение одного вывода вторичной обмотки трансформатора напряжения со входом усилителя, второй вывод которой соединен с общей шиной, дает возможность фиксировать даже незначительные изменения напряжения, возникающие во вторичной обмотке, наличие в трансформаторе напряжения короткозамкнутой помехозащищающей обмотки также повышает точность преобразования и стабильность работы устройства, вследствие чего настроенное однажды устройство зна- читепьно упрощает процесс измерения переходного электрического сопротивления контактов, поскольку он сводится к подсоединению измеряемого сопротивления к имеющимся для этой цели зажимам.

На фиг, 1 изображена структурная схема устройства, которая содержит:

1- источник напряжения;

2- конденсаторы

3-трансформатор напряжения;

А - первичная обмотка трансформатора напряжения 3;

5- вторичная обмотка трансформатора папряжения 3;

6- зажимы для подключения контактов;

7- нагрузка;

8-усилитель;

9- выход;

10- короткозамкнутая обмотка трансформатора напряжения 3.

На фиг. 2 схематично изображен трансформатор напряжения 3, который содержит;

4- первичная обмотка трансформатора напряжения 3;

5- вторичная обмотка трансформатора напряжения 3;

10- короткозамкнутая обмотка трансформатора напряжения 3;

11- ферромагнитный сердечник. Один выход источника напряжения 1

соединен с сдним из зажимов 6 для подключения объекта контроля. Другой выход источника напряжения 1 через нагрузку 7 соединен с вторым зажимом 6 для подключения объекта контроля.

Параллельно зажимам 6 для подключения объекта контроля подсоединена первичная обмотка 4 трансформатора напряжения 3 через конденсаторы 2. Вторичная обмотка 5 трансформатора напряжения 3 одним выводом соединена с входом усилителя 8, имеющего выход 9, а другим выводом - с общей шиной.

Трансформатор напряжения 3 содержит ферромагнитный сердечник 11, на котором расположены первичная 4 и вторичная 5 обмотки, а также короткозамкнутая обмотка 10.

Устройство преобразования переходного электрического сопротивления контактов в напряжение работает следующим образом.

После включения источника напряжения 1, выполненного на базе известной схемы 4, допускающего регулировку частоты и амплитуды и к выходу которого подсоединены нагрузка 7, через конденсаторы 2 первичная обмотка 4 трансформатора напряжения 3, LC-контур, организованный первичной обмоткой 4 трансформатора напряжения 3 и конденсаторами 2, настраивается в резонанс на определенной частоте.

При этом настройка осуществляется таким образом, чтобы рабочей частоте соответствовала точка, расположенная не на вершине резонансной кривой, а на линейном участке одной из ее ветвей.

Эта операция осуществляется один раз в процессе наладки устройства.

Дальнейшая работа устройства осуществляется таким образом.

Перед началом преобразования (измерения) переходного электрического сопротивления контактов в напряжение

выбирается начальное сопротивление зажимов (проводников для подключения объекта контроля) путем регулировки амплитуды источника напряжения 1 так, чтобы на выходе 9 усилителя 8 или вовсе

отсутствовало напряжение, или составляло величину, соответствующую начальному сопротивлению. После этого к зажимам 6 подключается объект контроля и, в зависимости от величины переходного сопротивления

контактов, в большей или меньшей степени шунтируется LC-контур (первичная обмотка 4, конденсаторы 2).

Известно, что LC-контур, настроенный в резонанс, обладает активным сопротивлением.

Теперь, если такой контур зашунтиро- вать сопротивлением (переходное электрическое сопротивление контактов), то в системе произойдет перераспределение токов,

Известно также, что ток в одной из двух параллельных ветвей, фиг. 4, равен суммарному току, умноженному на сопротивление другой ветви и деленному на сумму сопротивлений обеих ветвей, т.е. при шунтировании LC-контура объектом контроля ток через первичную обмотку 4 трансформатора напряжения 3 будет

45

Z+Zx

где I - общий (суммарный) ток;

И - ток, протекающий через LC-контур- Z- комплексное сопротивление LC-контура;

Zx - комплексное сопротивление объекта контроля.

Этот ток вызовет появление на вторич- ной обмотке 5 трансформатора напряжения 3 сигнала (напряжения), соответствующего величине переходного сопротивления контактов, которое усиливается усилителем 8, а с его выхода 9 подается на регистрирующий

прибор (на схеме не показан), и шкала которого может быть отградуирована в Омакс, или непосредственно измерено, например, вольтметром В7-27 А/1 5, а величина сопротивления определена по характеристике преобразования.

Поскольку рабочая точка устройства находится на одной из ветвей резонансной кривой, на ее линейнбм участке, характеристика преобразования оказывается линейной. LC-контура обладают хорошей добротностью, поэтому устройство оказывается чувствительным к весьма малым значениям объекта контроля.

Нагрузка 7 необходима для оптимального выбора общего тока и ограничения этого тока, потребляемого от источника напряжения 1.

Короткозамкнутая обмотка 10 обеспечивает подавление случайных помех, наличие которых может серьезно влиять на точность и линейность процесса преобразования.

Введение короткозамкнутой обмотки 10 позволяет получить выходной сигнал, поступающий в измерительную цепь, практически без искажений, что приводит к более точному его измерению, а следовательно, и к более точному процессу преобразования переходного сопротивления контактов в напряжение. Происходит это следующим образом. В короткозамкнутой обмотке 10 наводится ЭДС самоиндукции, которая вызывает в ней ток, создающий свое электромагнитное поле, направленное встречно основному, что уменьшает сигнал во вторичной обмотке 5. Таким образом, внешние воздействия, а также искажения выходного сигнала, возникающие за счет неоднородности материала сердечника 11 трансформатора 3, наводящие в выходной обмотке сигнал помехи, компенсируются полем короткозамкнутой обмотки 10.

Емкости конденсаторов 2 могут быть по номинальному значению различными, однако для идентичности подключения LC-контура к зажимам 6, их значения следует

выбирать одинаковыми, причем такими, чтобы обеспечивался резонанс на принятой частоте. Кроме того, они выполняют роль разделительных конденсаторов, исключая постоянную составляющую, если выходное

напряжение источника напряжения 1 по какой-то причине оказывается не чисто синусоидальным.

Таким образом, по сравнению с прототипом 3 заявляемое техническое решение

позволяет повысить точность преобразования переходного электрического сопротивления контактов в напряжение, обеспечивает линейность процесса преобразования, за счет исключения прецизионных элементов сравнения (образцовых мер) резко снижает аппаратные затраты, значительно упрощает процесс измерения. Формула изобретения Преобразователь переходного электрического сопротивления контактов в напряжение, содержащий источник напряжения, трансформатор напряжения, усилитель, зажимы для подключения измеряемого электрического сопротивления контактов, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования за счет получения линейной зависимости и сокращения аппаратных затрат, в нем параллельно зажимам для подключения измеряемого электрического сопротивления контактов через конденсаторы подсоединена первичная обмотка трансформатора напряжения, один вывод вторичной обмотки трансформатора напряжения соединен с входом усилителя,

второй вывод вторичной обмотки трансформатора напряжения соединен с общей шиной, причем трансформатор напряжения дополнительно снабжен короткозамкнутой обмоткой.

Фиг.1

Использование: в измерительной технике, в частности в информационно-измерительных системах. Сущность изобретения: устройство содержит генератор 1 сигналов, трансформатор 3 напряжения, усилитель 8, зажимы 6 для подключения измеряемого электрического сопротивления контактов, конденсаторы 2 постоянной емкости. Один выход генератора 1 сигналов соединен с одним из зажимов б для подключения контактов. Другой выход генератора 1 сигналов через нагрузку 7 соединен с вторым зажимом 6. Параллельно зажимам 6 подсоединен резонансный контур, образованный конденсаторами 2 постоянной емкости и первичной обмоткой 4 трансформатора 3 напряжения. Вторичная обмотка 5 трансформатора 3 напряжения одним выводом соединена с общей шиной, а другим - с входом усилителя 8, имеющего выход 9. Трансформатор 3 напряжения выполнен на ферритовом сердечнике, имеющем коротко- замкнутую обмотку 10. 2 ил.

&

Фиг. 2