Изобретение относится к эпектроизмеритепьной технике, может быть использовано при точных измерениях электрических и магнитных величин, а также неэлектрических величин, преобразуемых в электрическое
сопротивление.
Мостовые методы измерений наиболее точны при измерении сопротивления, в том числе на переменном токе.
Известны трансформаторные мосты для измерения сопротивления четырехзажимных резисторов с двумя индуктивными делителями напряжения в синфазной цепи 1.
Однако такие мосты применяют преимущественно для измерения сопротивления резисторов с малыми остаточными параметрами, так как при возрастании остаточных параметров, т.е. квадратурной составляющей, использование, моста становится затруднительным. Кроме того, при этом нель зя обеспечить раздельного отсчета в широком диапазоне изменения составляющих.
Известен также трансформаторный мост для измерёшя составляющих комплексного сопротивления четырехзажимных резисторов
содержащий источник питания, компаратор токов, нуль-индикатор, подключенный к индикаторной обмотке компаратора токов, два трансформатора тока, первичная обмотка одного из которых включена в цепь источника питания последовательно с измеряемым резистором, согласующий операционный усилитель, вход которого подключен ко вторичной обмотке упомянутого трансформатора тока 2.
Однако этому устройству присущи невысокая точность и неширокий диапазон дистанционного измерения составляющих комплексного сопротивления.
Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазонов дистанционного измерения составляющих комплексного сопротивления - достигается тем, что трансформаторный мост, содержащий генератор, индуктивный компаратор токов, состоящий из магнитопровода с компараторной квадратурной и индикаторной обмотками, нулиндикатор равновесия, трансформаторы и операционный усилитель, снабжен двумя дополнительными операционными усилитепями и двумя инверсно вкпьзченными индуктивными делитепями, подключенными параллельно синфазной и квадратурной обмоткам компаратора токов; вход одного из индикаторных делителей подключен в цепь обратной связи упомянутого операционно го усилителя, включенного по схеме повторителя тока, вход другого делителя связан с выходом первого дополнительного операционного усилителя, включенного по схеме квадратурного повторителя тока, а вход этого дополнительного усилителя подключен ко вторичной обмотке второго тран форматора тока, первичная обмотка которого связана с выходом согласующего one рационного усилителя и входом первого делителя, причем четвертая обмотка компа ратора токов соединена с выходом второго дополните.ТЕЬНого операционного усилителя, включенного по схеме с последовательной обратной связью по току, резистором обра ной связи которого является четырехзажим ный резистор сравнения, а вход второго до попмительного операционного .усилителя под ключают к потегщиальным зажимам резист ра, сопротивление которого подлежит изме рению. На чертеже изображена схема устройства. Трансформаторный мост состоит из генератора 1, трансформатора тока 2, операционного усилителя 3, трансформатора тока 4, индуктивных делителей 5 и 6, операционного усилителя 7 с резисторами 8 и 9, индуктивного компаратора токов 10 с синфазной 11, квадратурной 12, компараторной 13 и индикаторной 14 обмотками операционного усилителя 15 с резисторами сравнения 16 в цепи обратной связи. Первичная обмотка трансформатора тока 2 подключена последовательно с измеря емым резистором 17 к генератору 1. Нат-рузкой вторичной обмотки является вхо операционного усилителя 3 , в параллельную цепь обратной связи которого подключезш последовательно первичная обмотка трансформатора 4 и вход индуктивного делителя 5, включе1шого инверсно; его нагрузкой является синфазная обмотка 11 ком паратора 10. Нагрузкой трансформатора 4 является операционный усилитель 7, в цепь обратной связи которого включен резистор 8, а на выходе - последовательно резистор 9 и вход индуктивного делителя GS включенного иьшерсно. Его нагрузкой является квадратурная обмотка 12 компара тора 10, Резистор сравнения 16 включен в цепь последовательной обратной связи операционного усилителя 15, ко входу которого подключают потенциальные зажимы резистора 17, составляющие комплексного сопротивления которого подлежат измеренто. Нагрузкой операционного усилителя 15 является компараторная обмотка 13 компаратора токов 1О, индикаторная обмотка 14 которого подключена к нулевому указателю равновесия 18. Мост работает следующим образом. Ток 3. протекающий через резистор 17 (составляющие комплексного сопротивления Z которого подлежат измерешю) и создающий на нем напряженке и - 3 Z , дпя обеспечения щирокодиапазонности трансфер мируется в ток многопредельным трансJ, многопредельным транс форматором 2 с коэффициентом трансформации К-. . т Ток 3 на выходе и в цепи обратной связи усилителя 3 вследствие выбранной cxeivibi включения параллельной обратной связи при достаточно высоком коэффициенте усиления равен входному току Л, а входное сопротивление усилителя 3 пренебрежимо мало. Известно, что инверсно включенный индуктивный делитель преобразует не напряже1-ше, а ток с высокой точностью с коэффициентом преобразования К Выбранная схема подключения индуктивного делителя обеспечивает ток в синфазной обмотке 11 комнаратора 10, равный произведению тока . трансформатора 2 и коэффициента деления Ко- делителя 5. Для образования щирокодиапазонной квадратурной ветви выходной ток усилителя 3 трансформируется трансформатором 4 в ток коэффициентом трансформа У и преобразуется в ток if, равный входному, но сдвинутый на с помощью операционного усилителя 7: Известны два варианта квадратурной цеа) d-) JUUC Их можно реализовать в предлагаемом мосте одновременно, если коммутировать резистор и конденсатор переключателем из ветви обратной связи в ВЫХОДНУЮ ветвь операционного усилителя. Для удобства можно принять для фиксй:рованнь х частот - 1 . При предлагаемом способе подключения индуктивного делителя 6 через обмотку 12 протекает ток J..V Подключе1Л1е обмоток 11 и 12 к выход ным зажимам индуктивных делителей 5, 6 включенных инверсно, существенно снижает влияние их комплексного сопротивления на результат измерения в широком диапазоне изменения коэффициентов деления Кр- и Кд. , соответствующих широкому диапазону измеряемых составляющих сопротив ления резистора 17. При достаточно высоком коэффициенте усиления усилителя 15 ток П в аатти ком параторной обмотки 13 благодаря принятой последовательной обратной связи по току равен отношению напряже1шя О,- на резис торе 17 к сопротивлению ZQ резистора сра нения 16, причем резистор 16 может быть четырехзажимным, и, следовательно, его параметры могут быть определены с очень высокой точностью, особенно, если его соп ротивление равно 10 , где п - целое число или нуль. Возможность применешта резистора с сопротивлением Ю следует из предложенного использования индуктивных делителей, обеспечивающих точное ура новешивание при любых составляющих сопротивления резистора 17. При этом уравнение измерения принимает вид Wj l ;e-a --L.K 1-1. W V Для удобства эксплуатации рекомендуется выбирать множители-j,:,, их соответствующие произведения равн ми одногугу из значений 10 , где Р - целое положительное или отрицательное числ или ноль. При малых токах через резистор 17 из схемы можно исключить трансформатор 2 и операционный усилитель 3. Тогда в вышеприведенной формуле следует принять г 1Если в качестве второго параметра нео ходимо измерить отношение квадратурной составляющей к основной, индуктивный делитель 5 включают до операционного усилителя. Если при этом резистор 17 реактивный, в качестве резистора сравнения следует выбрать реактивный элемент, преимущественно конденсатор. Переключив цепь, состоящую из первичной обмотки трансформатора 4 и входа индуктивного делителя, к выходу усилитеку 13 в цепи ооратной связи усилителя 3, можно измерить составгшющие ироБОДимос : по параялелыюй схеме замещения. Таким образом, благодаря предложашюй схеме измерительной цепи трансформаторксго моста и инверсно подключенными токовому компаратору индуктивными делителями тока и операционными усилителями с с выходным токовым сигналом стапс возможным четырехзажимное включенке как образцового, так и измеряемого резисторов без потребления энергии с их потенциальных зажимов (что обеспечивает возможность точного дистанционного измере;л{я), причем образцовый pesncixvr; ;-лс:;ег иметь сопротнБлашю ( TI - целое число),, что ПОЗБОЛяе МИОГОКрсПКи ГиЧность ti3Mepsffi S в иироксм пишаэоке. ь том чйсле и очень малых сопротийлекнй (большой пооводимости). и 3 о б р е U Н Tt я Трансформаторный мост для измерения составляющих комплексного сопротивления четырехзакчкмных резисторов, содержйший источн тк питагош, компаратор ТОКОВ; гуль-нндикатор, подключенный к индикаторной обмотке компаратора токов, два трансформатора тока, первичная обмотка одного лз которых включена в иепь источника питания последоБательно с измеряемым резистором, согласующий операционный усилитель, вход которого соединен со вторичной обмоткой упомянутого трансформатора тока, о т л и ч а ьо щ и и с я тем, что, с целью повышения ТОЧ1ЮСТИ и расширения диапазонов дистанционного измерения С(х::тавляюцшх комплексного сопротивления, он снабжен двумя дополнительными операционными усилителями и двумя инверсно включенными индуктивными делителями, подключенными параллельно синфазной к квадратурной обмот кам компаратора токов, при этом вход одного из делителей соединен с цепью обратной связи упомянутого операцноьшого усилителя, включенного по схеме повторителя тока, вход другого делителя связан с выходом первого дополнительного операционного усилителя, включенного по схеме квадратурного повторителя тока, а вход этого дополнительного операци :)иного усилителя связан со вторичной обмоткой второго трансформатора тока, первичная обмотка которого связана с выходом согласующего операционного усилителя и входом первого делителя, причем четвертая
обмотка компаратора токов соединена с выходом второго дополнительного операциодного усилителя, включенного по схеме с последовательной обратной связью по току резистором обратной связи которого является четырехзажимный резистор сравнения, а вход второго дополнительного операшюнного усилителя соединяют с потенциальными зажимами резистора, сопротивление которого подлежит измерению.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
l.Cibbi s D-An AEternatiTig Cuffent ocnoi ogrv of fhe double tir-idge ProC. lEE V.-iQ9,,HiE:e J. .IEEv.,-f963. 2. Bpaiycb Ю. B. и др. Мост с индуктивно связанными плечами. Проблемы технической электродинамики. Наукова думКиев, 1973, с. 43.
ка
