Мостовая измерительная схема Советский патент 1979 года по МПК G01R17/10 

(54) МОСТОВАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СХЕМА

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначе но для измерения составляющих комплексного сопротивления. Известна мостовая измерительная схема, содержащая источник питания, измеряемое комплексное сопротивлени уравновешивающие элементы и нульорган 1. В этих схемах невозможно сформировать регулирующее воздействие для раздельного уравновешивания их по одной из измеряемых составляк щих комплексного сопротивления, исцользуя лишь напряжение питания и напряжение небаланса. Известна мостовая измерительная схема, содержащая ветвь, составленную из последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивле ния и образцового элемента, однород ного одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления,вто рую ветвь, составленную из, двух последовательно соединенных образцовых элементов, однородных активной и реактивной составляющим измеряемого комплексного сопротивления, причем оба образцовых элемента, однородных одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления, включенные в смежные плечи ветвей, содержащей и не содержащей измеряемое комплексное сопротивление, соединены между собой и образуют одну из вершин диагонали питания мостовой измерительной схемы, генератор синусоидального напряжения 12. В данной мостовой измерительной схеме возможно сформировать регулирующее воздействие, используя напряжение питания и напряжение небаланса лишь дня измерения модуля комплексного сопротивления, а не составляющей комплексного сопротивления. Кроме того, устройство характеризуется недостаточно высокой точностью и быстродействием измерения. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерения составляющих комплексного сопротивления. Достигается это тем, что в мостовую измерительную схему, содержащую ветвь, составленную из последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления и образцового элемента,однородного одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления, вторую ветвь, составленную из двух последовательно соединенных образцовых элементов, однородных активной и реактивной составляющим измеряемого комплексного сопротивления, причем оба образцовых элемента, однородных одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления, включенные в смежные плечи ветвей, содержащей и не содержгицей измеряемое комплексное сопротивление, соединены между собой и о разуют одну из вершин диагонали питания мостовой измерительной схеьыр генератор синусоидального напряжени ввзден параметрический трансформатор, содержащий первичную обмотку, нерегулируекйто и коммутируег ю вторичные обмотки, причем упомянутая вершина диагонали питания мостовой измерительной cxeivta подключена к на уалу ,«ерегу;|ируемой вторичной обьют ки, расположенной на керне параметр ческого трансформатора, на котором распаложена первичная обмотка, подключенная к генератору синусоидального напряжения, второй конец ветви содержащей измеряемое комплексное сопротивление, подсоединен к концу вышеуказанной вторичной обмотки,сво бодный конец ветви, не содержащей измеряемое ког«гпексное сопротивхгени подключен к начгшу коммутируемой вторичнсЛ обмотки параметрического трансформатора, которая распалойсана на керне, повернутом на ± 90° относи тельнс керка, на котором распслоя ена некомг тируекая вторичная обмотк конец коьф утируемой вторичной обмот ки соединен с концом некокг уткруемо вторичной обмотки, Принципиальное отличие предг:агае мой компенсаднонио-мостовой кгнерительной схеьы от известных 3,iK/ira4a ется в том, что при такой кокфигурс ции измеритепьной CKei.: возмох.но до стижение состояния кназиравновесия по одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления, пропорциональнойг например, тангенсу угла потерь (добротности) , rsyrsK ции витков вторичной обмотки парамет рического трансформатора, располажен ной на керне, повернутом на d 90° относительно керна, на котором располо жена первичная и некоммутируемая вто ричная обмотки. Использование в качестэ-е т ргш с форматор а питания измерительной цепи паратрансформатора Позволяет снизить аппаратурные затра ты и повысить точность измерения, т,к, паратрансформатор обеспечивает не только трансформацию энергии, но и стабилизацию выходного напряжения (коэффициент стабилиэгщии 25), двустороннюю фильтрацию напряжения ; (фильтрация .напряжения питгиощей линии не мвнее 50 дб, фильтрация по нагруэке не менее 50 дб), защиту ге нератора синусоидального напряжения от перегрузок и иэмерительной цепи от перенапряжений, сдвиг выходного напряжения на ± 90° относительно входного. На фиг, 1 изображена компенсациjOHHo-мостовая измерительная схема; на фиг, 2 - круговая диаграмма компенсационно-мостовой измерительной cxetJti, На схеме и диаграмме даны: 1 и 2 активная (R) и реактивная (С) составляющие измеряемого комплексного сопротивления; 3 и 4 - образцовые, KeKOMf-rvTHpyeМйе элементы (, .) , причем тз - ЭшС 5 - образцовый элемент (R), исп-ольэуемлй для выбора предела измерения; ..„б :1.,л,ара.метрический трансформатор;7- первичная обмотка (Wo) 8- вторичная некоммутируемая обьютка ( )V ) , расположенная на одном керне с первичной обмоткой; 9- вторичная тируема я обмот ка (NX/j), расположенная на керне,повернутом на ±90° относительно керна, на котором расположена первична, и HeKOhiMy тируема я вторичная обмотки „ (У- угол, тангенс которого несет информацию о соотношении активной и реактивной составляющих измеряемого комплексного сопротивления; аЬ - напряжение питания ветви комггенсационно-мостовой измерительной cxeMKf содержащей измеряемое комплексное сопротивление; Gf напряжение питания ветви компен СсШ.нонно-мостовой измерительной схемы, не содержащей измеряемого комплексного сопротивления; М - фазовый угол между векторат ш напряжения питания ветвей, содержащей и не содержащей измеряемое комплексное сопротивление; о/Зо - исходные положения потенциальных точек с, d (вершин компенсационно-мостовой измерительной схемл), соответствующие состоянию недоуравновешивания компенсационно-мостовой измерительной схелы по обеим составляющим измеряемого комплексного сопротивления; C-,d-| - положение потенциальных точек с и d (вершин компенсационномостовой измерительной cxeNtj) , соответствующие состоянию полного равновесия компенсационно-мостовой измерительной схемл; Cd(C(jdo) напряжение небаланса компенсационно-мостовой измерительной cxeMJ; ; db - прямая, по которой перемещается потенциальная точка d при уравновешивании компенсационно-мостовой CXeMJ по tgr(f(Q) ; oLd,otC- окружности уравновешивания в обобщенных обозначениях вевей, содержащей и не содержащей измеряемое комплексное сопротивление. Процесс уравновешивания компенса ционно-мостовой измерительной схемы по tp С (Q) заключается в изменении чапряжения питания ветви, не содержащей измеряемое комплексное сопротивление путем коммутации витков вторичной обмотки Wr парс1метрическо го трансформатора, расположенного н керне, перпендикулярном керну, содержащему первичную обмотку w. Момент квазиравновесия по танген су угла потерь характеризуется выво дом точки d на одну окружность урав новешивания dC, при этом возможно использование любых известных спосо бов формирования рег1 лирующих воздействий. Так, в момент квазиравновзсия тр угольник Сокв подобен треугольнику abf , т . е . сГ равен Ч , а значит tg, причем (п В то же время соотношение (1) мо но выразить через соотношение витко вторичных обмоток параметрического трансформатора Ч ЧТаким образом, зная j , можно определить значение составляющей, пропорциональной тангенсу угла потерь или добротности t tgcr, Q) . Использование предлагаемой компе сационно-мостовой измерительной схе кы позволяет повысить точность и быстродействие измерения составляющ комплексного сопротивления (различных емкостных и индуктивных датчиков) , снизить аппаратурные затраты, что особенно важно при разработке АСУТП. Формула изобретения Мостовая измерительная схема, содержащая ветвь, составленную из последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления и об разцового элемента, однородного од6ной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления, вторую ветвь составленную из двух последовательно соединенных образцовых элементов, однородных активной и реактивной составляющим измеряемого комп-пексного сопротивления, причем оба образцовых элемента, однородных одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления, включенные Б смежные плечи ветвей, содержащей и не содержащей измеряемое комп.пексное сопротив-пение, соединены между собой к образуют одну нз EepiLHH диагонали питания мостовой измерительной cxeNtJ, гене зтор синусоидального напряжения, отличающаяс я тем, что, с цапью псвьшения точности и быстродействия измерения составляющ х комплексксго со ротивпения, в нее введен параметрнч-еский трансформатор, со.пержаший псрвичкую обмотку, нерегулируем -ю и комм тиру-. вторичные обмотки, причем упомянутая вершина диагонали питания мостовой измерительной схем подгспючена к началу нереолкруемой вторичной обмотки, расположенной на керне параметрического трансформатора, на котором расположена первичная обмотка, подключенная к генератору синусоидального напряжения, второй конец ветви, содержащей измеряемое комплексное сопротивление, подсоединен к концу указанной вторичной обмотки свободный конец ветви, не содержащей изг еряемое комплексное сопротивление, подключен к началу коммутируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора, которая распоожена на керне, повернутом на ±90° относительно керна, на котором расоложена некоммутируемая вторичная бмотка, конец коммутируемой вторичой обмотки соединен с концом некомутируемой вторичной обмотки. Источники информации, принятые во нимание при экспертизе 1. Карандеев К.Б. Специальные меоды электрических измерений, М-Л.; осэнергоиздат, 1963, с. 163-165, аб. 6-1. 7. Карандеев К.Б. Специальные меоды электрических измерений. М-Л.; осэнергоиздат, 1963, с. 237-240,