1
Изобретение относится к электроизмерительной технике, точнее к той ее области, которая занимается измерением комплексных сопротивлений при помощи мостовых и компенсационных измерительных цепей неременного тока.
Известен мост для измерения комплексных сопротивлений в диапазоне повышенных и высоких частот. В качестве одной из ветвей сравнения iB известном мосте использована Т-образная цепочка, в параллельное плечо которой включен измерительный объект. Т-образная цепочка и образцовая ветвь питаются от генератора высокой частоты. Образцовая ветвь содержит параллельно соединенные образцовые меры - резистор и реактивное сопротивление, регулируемые при уравновешивании моста.
К недостаткам известного устройства относится наличие методической погрешности измерения, присущий мостовым цепям и с включением измеряемого объекта в параллельное плечо Т-цепи. Такие цепи применимы для измерения только очень малых комплексных сопротивлений. Кроме того, на повышенных и высоких частотах регулируемые образцовые меры не могут обеспечить требуемой точности и стабильности отсчета измеряемых величин. Применение трансформаторных плеч с регулируемыми обмотками на высоких частотах
также не обеспечивает достаточной точности измерений из-за влияния межобмоточных и межвитковых емкостей. В предлагаемом устройстве повышение точности измерений обеспечивается за счет того, что высокочастотный мост, содержащий Т-образную цепочку, уравновешивается при номощи неотсчетных плавно регулируемых сопротивлений. Затем эти регулируемые сопротивления в качестве измеряемых величин включаются в одну из ветвей дополнительного трансформаторного моста, работающего на стабильной, оптимальной с точки зрения точности, частоте (например, 1 кгц). Уравновешивается дополнительный мост посредством регулирования количества витков в соответствующих обмотках трансформаторных плеч (при этом обеспечивается раздельный отсчет требуемых параметров измеряемого объекта).
Методическая погрешность измерений, возникающая в основном высокочастотном мосте, из-за использования Т-образной цепочки, компенсируется в дополнительном мосте за счет применения операционного усилителя, вход
которого через два параллельно подключенных квадратурных образцовых сопротивления, идентичных образцовым мерам дополнительного моста, подключается к зажимам регулируемых обмоток плечевого трансформатора
напряжения параллельно образцовым мерам дополнительного моста, а выход операционного усилителя включается последовательно с измеряемыми в дополнителыюм мосте образцовыми .мерами основного (высокочастотного) моста. На чертеже представлена схема устройства. Устройство содержит основной высокочастотный мост 1 и дополнительный точный трансформаторный мост 2. Основной мост 1 содержит генератор высокой частоты 3, Т-образную цепочку, включенную в одну из ветвей моста, с образцовыми реактивными сопротивлениями Xi и Xl в последовательных плечах и измеряемым объектом Zx в параллельном плече Т-цепи. В образцовой ветви моста 1 через контакты а реле PI подключены параллельно соединенные образцовые меры - образцовый резистор Ко и реактивное сопротивление Хо, регулируемые при уравновешивании моста 1. Контроль состояния равновесия моста осуществляется при помоЩИ указателя равновесия 4 (значения Ко и Хо при этом не отсчитываются). Дополнительный трансформаторный мост 2 содержит генератор 5, подключенный к первичной обмотке mi трансформатора 6 напряжения с тремя вторичными тесно индуктивно связанными Обмотками mz, гпг и т/,. В одну из ветвей моста 2, питаемую от обмотки mz, через контакты б реле Р подключаются параллельно соединенные образцовые меры Ro и XQ, в данном мосте выполняющие роль измеряемых сопротивлений. К обмоткам тз и /П4 трансформатора 6 подключены образцовые меры Rz и Xz, соединенные вторыми зажимами в одной точ1ке и составляющие образцовую ветвь моста 2. Операционный усилитель 7 с подключенными к входным зажимам,параллельно соединенными сопротивленияМИ Rz и Х и с реактивным сопротивлением X.i в цепи обратной связи служит для компенсации методической погрешности измерений, вносимой осиовиым мостом 1. Входные зажимы операционного усилителя 7 (т. е. зажимы сопротивлений Rs, и Хв) подключены к соответствующим зажимам обмоток тз и т4 трансформатора 6 параллельно образцовым мерам Rz и Xz. Выход операдионного усилителя 7 включен иоследовательно с Обмоткой mz трансформатора 6 Б ветви питания образцовых мерам RU и XQ. При уравновещивании моста 2 регулированием чисел ВИтков в соответствующих Обмотках трансформатора 6, например в обмотках 3 и tni, измеряются параметры элементов RU и Хо, пропорциональные параметрам измеряемого объекта Z, и при этом числа витков в регулируемых обмотках могут быть отградуированы в значениях измеряемых величин. Выходное напряжение операционного усилителя 7, пропорциональное падению напряжения на измеряемом объекте, компенсирует методическую погрешность измерений. Рассмотрим более подробно процесс измерений в предлагаемом устройстве. при включении реле Р .в положение а уравновешивается мост 1 регулированием значений образцовых мер Ro и XQ. Так как при равновесии моста ток через указатель равновесия 4 не протекает, обе ветви сравнения обтекаются одним током, т. е. Значения токов /2 и /о в ветвях моста могут быть найдены из выражений: где f/i - напряжение питания моста 1, Если принять , то, приравнивая значения токов /о и /2 и производя соот:ветствующие преобразования, получают соотношение между измеряемым Zx и образцовым Zo сопротивления-ми:1+2 X, где 2---- методическая погрешность изхмерений. Переводя контакты реле Pi в положение б, уравновешивают мост 2. Если не учитывать влияния входного и выходного сопротивлений усилителя 7, полагать коэффициент усиления усилителя достаточно высоким, а также не учитывать влияния внутренних сопротивлений обмоток трансформатора и остаточиых параметров образцовых мер, уравнения равновесия моста 2 можно получить следующим образом. При равновесии моста 2 аналогично расмотренному ток через указатель равновесия не протекает, и выполняется равенство токов в ветвях моста . Значения этих токов могут быть найдены из выражений: / f. + U (3) /Из 1 ffZ4 г, Г ,, де Uz - напряжение питания моста 2. После приравнивания значений токов /о и z и некоторого преобразования получим: 1 1 / Мз . 4 г„ MZ RZ Xz 1(4) fi Х ( Гз т, L + ... Us 3 ;J Из сравнения выражений (2) и (4) можно получить следующую зависимость: 7д.1- / з | u Г, , А./ЛЗ , 1 L + -а Ua + 3 JJ Для исключения методической потрешности измерений необходимо выполнить равенство: 9 - тз , ntj RZХз Ximz 2XiX / гпз , т 2/П2 V ЛзЛ-з Тогда уравнение (5) для измеряемой величины преобразуется к виду: Z (- + mj Из равенств (6) и (7) могут быть получены соотношения между значениями в плечах мостов 1 и 2 для обеспечения компенсации методической погрешности измерений: Лц I т.3 1 24 у ( Равенство (i8) выполняется при условиях: AI : --, -- 2При неОбходимости отсчета реактивной составляюш,ей комплексного сопротивления и тангенса угла потерь в дополнительном мосте 2, например, вместо обмотки гпз можно применить тангенсный трансформатор, включенный в схему известным образом, например, подключенный к зажимам обмотки тз, при этом зажимы вторичной обмотки тангенсного 5 10 15 20 25 30 35 40 трансформатора подключаются к обшей точке соединения резисторов Rz и з. Отсчет тангенса угла потерь в этом случае обеспечивается при регулировании числа витков во вторичной обмотке дополнительного тангенсного трансформатора. Остальные зависимости, а также условия компенсации методической Богрешности сохраняются такими же, как и для описацного устройства. Предмет изобретения Устройство для измерения комплексных сопротивлений на повышенных частотах, содержашее одинарный Т-образный мост с образцовыми сопротивлениями и измеряемым объектом, включенным в параллельное плечо Т-образной цепочки, уравновешиваемый регулируемыми неотсчетными образцовыми мерами, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет компенсации методической погрешности измерений, оно снабжено дополнительным трансформаторным мостом, содержашим генератор, трансформатор напряжения с одной первичной и тремя вторичными индуктивно связанными обмотками, двумя образцовыми мерами, составляющими образцовую ветвь моста, операционный усилитель с реактивным сопротивлением в цепи обратной связи и двумя параллельно соединенными сопротивлениями, -причем генератор соединен с первичной обмоткой трансформатора напряжения, одна из вторичных обмоток которого нодключена параллельно к неотсчетным образцовым мерам одинарного Т-образного моста, две другие вторичные обмотки - к двум образцовым мерам дополнительного моста, соединенным вторыми зажимами в одной точке, параллельно которым подсоединен операционный усилитель, сопротивления в цепи обратной связи которого аналогичны образцовым меры дополнительного моста.
/,
J
