АВТОКОМПЕНСАЦИОННЫЙ МОСТ ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОГО Советский патент 1971 года по МПК G01R17/10 

Изобретение относится к электроизмерительной технике.

Известный автокомпенсационный мост, обеспечивающий одновременное измерение трех параметров комплексного сопротивления, содержащий генератор, детектор равновесия, три управляемых элемента, три отсчетных прибора, образцовые активную и реактивную меры, компаратор токов и трансформатор напряжения, имеет угол сходимости, равный фазовому углу измеряемого объекта, что приводит к взаимосвязи контуров уравновещивания и сопровождается уменьшением точности измерения и быстродействия, особенно при больщих тангенсах угла потерь исследуемого объекта. Другим его недостатком является сравнительная сложность, обусловленная примепением трех управляемых элементов при уравновешивании но двум составляюш,им напряжения.

Предлагаемый мост имеет большее быстродействие и меиее сложен благодаря тому, что в нем использованы только два управляемых элемента, первый - управляемое сопротивление, а второй управляемый элемент составлен из дополпительного компаратора токов, второго управляемого сопротивления и усилителя переменного тока, причем вход усилителя подсоединен к одной из обмоток донолнительного компаратора, выход - к зажимам отсчетного

прибора, а в цепь его обратной связи включены вторая образцовая мера, например, активная проводимость, и вторая обмотка дополнительного компаратора токов, третья обмотка которого через второе управляемое сопротивление подсоедииена к третьей обмотке транс({юрматора напряжения.

Для упрощения отсчета двух других параметров измеряемого объекта, например активпой проводимости и тангенса угла потерь, мост снабжен источником напрялсения постоянного тока и усилителем постоянного тока, причем вход усилителя и упомянутый источник включены последовательно в ветвь второй обмотки трансформатора напряжения, цепь обратной связи уснлите.тя образована третьей обмоткой трансформатора напряжения, вторым управляемым сопротивлением, третьей обмоткой дополнительного компаратора токов и вторым отсчетным прибором, а выход усилителя подсоединен к третьему отсчетному прибору.

Иа чертеже представлена принципиальная схема моста для случая, когда измеряемый объект имеет емкостный характер.

Мост содержит генератор / иеременного напряжения, образцовые активную 2 и реактивиую 3 проводимости, трансформатор напряжения 4 с обмотками 5-S, компаратор 9 токов с обмотками 10-13, детектор равновесия 14, отсчетные приборы 15-17, управляемые активные сопротивления 18 и 19, дополнительный компаратор 20 токов с обмотками 21-23, усилитель 24 неременного тока, источник 25 постоянного напряжения, усилитель 26 постоянного тока и измеряемый объект 27.

Мост работает следуюни1м образом. Ианряжепие рабочей частоты обмотки 6 вызывает ток через исследуемое комплексное сопротивление, коюрый протекает по обмотке Ш компаратора 9. Если компаратор работает в режиЛЮ идеальиого трансформатора токов (режим короткого замыкания), то реактнв1п е сонротивления его обмоток равны нулю. Еелн нрепебречь и активными сопротивлениями обмоток компаратора, то ток в обмотке 10 будет определяться лишь напряжением генератора и исследуемым еопротивлепием. Элементы 18, 20, 2 и 24 образуют управляемый уравповегпивающий элемент. Если глубина обратной связи, которой охвачен усилитель 24, достаточно велика, то его выходное напряжение имеет фазу, равную фазе напрял ения на обмотке 7, и амплитуду, пропорциональную активной проводимости сопротивления 18. Это выходное напряжение, приложенное к образцовому копдепсатору 3, создаст в обмотке 11 ток, квадратурный току в обмотке 10. С помондью обмотки 8 и уиравляемого сопротивления 19 в обмотке 12 создается регулируемый по велиниие ток, сипфазиый с током в обмотке 10. Если суммарный ток в обмотке 13 кол1паратора токов 9 не равен нулю, то под действием управляющих сигналов, вырабатываем1 1х тем пли ииым способом в детекторе равповесня 14, величины сопротивлений 18 и 19 изменяются в таком направлении, чтобы выходной ток компаратора .9 уменьшался. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока мост не придет в состояиие равновесия.

Таким образом, уравновешивание моста происходит по двум квадратурным составляющим и угол сходимости измерительной цени равен 90°.

При равновесии моста активиая g и реактивпая /X проводимости исследуемого объекта равны:

8 г :7. .

w,-w,,

УГ Н-УЮ ,..

U7,,. 17,0-WV, g;

g2,,.

соответственно активные проводимости образцового сопротивления 2, управляемых еопротивлений 18 и 19 и реактнвпая проводимость образцового конденеатора 3;

Wi - число витков обмотки, обозначенной на чертеже цифрой (.

Из уравиепий равновесия видно, что отсчет Ьх может быть нроизведен по вольтметру /5, намеряющему напряжение U-2..

Для отсчета величин gx и тангенса угла нотерь неследуемого объекта tgfi,,- можно использовать соответственно проводимос1ъ gig и отношение проводимостей gig/gig. Последние величины измеряются с иомон1ью приема, основанного на применении постоянного тока, возбуждаемого иеточником 25. Этот ток, проходя через обмотку 12, управляемое сопротивлепие 19, и обмотку 8, поетупает на вход усилителя 26. Если отрицательная обратная связь, которой охвачен этот усилитель, достаточно глубока, а сопротивление обмоток 7 и 8 постоянному току достаточно малы, то ток /16, протекающий через отсчетный нрибор 16, будет равен:

/15 25 gl9 gs:

где /25 - иостояиное напряжение источника 25, т. е. по ирибору 16 может быть отсчитана проводимость gx, причем отсчет не зависит от величииы напряжения генератора L/I. Выходное нанряжение L/26 уеилителя 26 при указанных уеловиях равно:

- и

и,, и

л25

т. е. tgS.v может быть отечитап но прибору 17. измеряюгцему напряжение U uДля нормальной работы цени желательно, чтобы входное и выходное сонротивления усилителя 26, а также выходное соиротивление источника 25 были близки к нулю. Вредное влияние этих сопротивлений можно уменьгпить путем шунтирования их конденсаторами большой емкоети.

Предмет изобретения

1. Автокомпенсационный мост для одновременногоизмерения трех нараметров комнлексного сонротивления, содержащий i-енератор, детектор равновесия, два унравляемых элемента, три отечетпых прибора, образцовые активную и реактивную меры, компаратор токов и траисформатор иапряжепия с тремя вторичными обмотками, в ветвь одной из которых включепы измеряемый объект и одна из обмоток комиаратора токов, в ветвь второй - первый управляемый элемент и другая обмотка комнаратора, в ветвь третьей - второй управляемый элемент, образцовая мера, например, реактивиая ироводимость, третья обмотка компаратора токов и отсчетный прибор, нодсоединепный нараллельно образцовой мере и обмотке компаратора, отличающийся т&ы, что, с целью повышения быстродействия и его упрощения, в пем первый унравляемый элемент - управляемое сонротивление, а второй унравляемый элемеит составлен из дополииемого сопротивления и усилителя переменного тока, причем вход усилителя подсоединен к одной из обмоток дополнительного компаратора, выход - к зажимам отсчетного прибора, а в цепь его обратной связи включены вторая образцовая мера, например, активная проводимость, и вторая обмотка дополнительного компаратора токов, третья обмотка которого через второе управляемое сопротивление подсоединена к третьей обмотке трансформатора напряжения.

2. Мост по п. 1, отличающийся тем, что, с целью упрощения отсчета двух других параметров измеряемого объекта, например активной проводимости и тангенса угла потерь, он снабжен источником напрялчения постоянного тока и усилителем постоянного тока, причем вход усилителя и упомянутый источник включены последовательно в ветвь второй обмотки трансформатора напряжения, цень обратной связи уснлнтеля образована третьей обмоткой трансформатора ианряжения, вторым управляемым сопротивлением, третьей обмоткой дополннтельного комнаратора токов и вторым отсчетным прибором, а выход усилителя подсоединен к третьему отсчетному прибору.