Трансформаторный мост переменногоТОКА Советский патент 1981 года по МПК G01R17/12 

1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно, к приборам для измерения комплексных сопротивлений.

Известны трансформаторные мосты, в которых для повышения точности осуществляется компенсация влияния сопротивлений коммутирующих устрюйст обмотки трансформатора напряжений и соединительных проводов в цепи образ цовой меры посредством создания в названных элементах тока, равного рабочему, но протекающему навстречу последнему и формирующемуся при помощи пассивных схем 1,

Однако в этом устройстве необходимо дублировать обмотку, которая подключается к образцовой мере. Если эта обмотка регулируемая, требуется удвоенье числа коммутирующих элемен тов и схем управления ими, что существенно усложняет конструкцию измерительной цепи.

Известен также трансформаторный мост, в котором формирование коммутирующего тока осуществляется при помощи усилителя с заданным (например два) коэффициентом усиления 2.

Недостаток этого устройства сложность обеспечения точного значения коэффициента передачи компенсирующего усилителя в диапазоне частот. Кроме того, оно является неэкономичным, поскольку выходной сигнал усилителя компенсации в два или более раз должен превышать сигнал на обмотке трансформатора напряжения, и, следовательно, необходимо иметь значительное напряжение питания для этого узла.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является мост переменного тока. Трансформаторный мост переменного тока содержит генератор, к которому подключен трансформатор напряжения с двумя вторичными обмотками, индикатор равновесия, образцовое сопротивление , включенное между индикатором и одной из вторичных обмоток трансформатора напряжения, зажимы для подключения измеряемого сопротивления, один из которых подключен ко второй вторичной обмотке трансформатора напряжения, а второй - к индикатору равновесия, повторитель напряжения,вход которого подключен к точке соединения образцового сопротивления и вторичной обмотке трансформатора напряжения,а также дополнительное образцовое сопротивление, один вывод которого подключен к выходу повторителя напряжения 3 . Недост.аток устройства - невысокая точность измерений в диапазоне частот, которая объясняется неточной компенсацией паразитных сопротивлений в цепи образцового сопротивления а также нагрузкой делителя напряжения на межобмоточную емкость трансформатора тока. Цель изобретения - повышение точности в диапазоне частот. Указанная цель достигается тем, что трансформаторный мост переменного тока, содержащий генератор, к которому подключен трансформатор напряжения с двумя вторичными обмотками, индикатор равновесия, один вывод которого соединен с вторичными обмот ками трансформатора напряжения, обобразцовое сопротивление, включенное между вторым выводом индикатора равновесия и одной из вторичных обмоток трансформатора напряжения, зажимы для подключения измеряемого сопротив ления, один из которых подключен ко второй вторичной обмотке трансформатора напряжения, а второй - ко второ му выводу индикатора равновесия,повторите ь напряжения, вход которого соединен с одним выводом образцового сопротивления и выводом вторичной обмотки трансформатора напряжения, а также дополнительное образцовое сопротивление, один вывод которого подключен к выходу повторитепя напряжения, снабжен резистивным делителем напряжения, резистором, источником питания и транзистором, эмиттер которого подключен к другому выводу дополнительного образцового сопротивления, а коллектор - ко входу пов торителя напряжения, причем резистор включен между эмиттером транзистора и истонником питания, средняя точка резистивного делителя напряжения соединена с базой транзистора, а крайние выводы - с источником питания, На чертеже изображена схема предлагайлого трансформаторного моста. Трансформаторный мост содержит генератор 1, трансформатор 2 напряжен41я с двумя вторичными обмотками, об{ зцовое сопротивление 3, зажимы 4 и 5 дня подключения измеряемого сопротивления, индикатор 6 равновесия, повторитель 7 напряжения, дополнительное образцовое сопротивление 8, транзистор 9, резистор 10, резистивный делитель 11 и источник 12 питания. Трансформаторный мост переменног тока уравиовешивается регулирование числа витков вторичных обмоток тран сформатора 2 напряжения. Условие равновесия моста описывается выражениемгде W и W - числа витков вторичных обмоток,подключенных соответственно к образцовому сопротивлению 3 (Zjj) и к зажиму 4 для подключения измеряемого сопротивления Zj. Наличие в цепи образцового сопротив,Z g ) паразитных сопротивлеЛенин 3 НИИ 2„, представляющих собой сумму сопротивлений обмотки трансформатора напряжения, коммутирующих элементов и проводов, соединяющих образцовое сопротивление с обмоткой трансформа-, тора, Приводит к возникновению погрешности измерения, равной сЛ Компенсация влияния указанных паразитных сопротивлений осуществляется следующим образом. Напряжение с обмотки, подключенной к образцовому сопротивлению 3, подается на вход повторителя напряжения 7, выход которого через дополнительное образцовое сопротивление 8 (Z ) подключен к эмиттеру транзистора 9, в результате чего через дополнительное образцовое сопротивление потечет ток. Если коэффициент передачи повторителя напряжения равен единице, а Z о о, то ток равен току ветви моста, содержащей образцовое сопротивление (указанный ток протекает через эмиттер транзистора 9). Ток коллектора транзистора приблизительно (с точностью до 1-d,) равен току эмиттера, поэтому через коллектор транзистора в компенсируемую обмотку поступает ток Оц, приблизительно равный рабочему. Так как ток протекает через паразитные сопротивления навстречу рабочему току, падение напряжения на них уменьшается и точность измерения возрастает. Пример . Определим степень компенсации погрицности измерения, достигаемую в предлагаемом устройствеК Konn-d jjp где Л - погрешность формирования компенсирующего тока tJ,. Нетрудно показать, что где cf - погрешность дополнительного образцового сопротивлени я ; погрешность коэффициента передачи повторителя напряжения;0 - погрешность передачи тока из эмиттера в коллектор транзистора 9. Величина не принимает 0,1%, величина Sf в реальньох условиях ра боты повторителя напряжения также н превышает 0,1 - 0,2%, Погрешность -g- , где /5 - коэффициент усилен транзистора. Применяя транзисторы с (Ь 500 - 1000 или используя состав ные транзисторы, можно легко обеспе чить значение tf, 0,1%. Таким образом, погрешность форми {эования компенсирующего тока равна - к - ° Это означает, что погрешность измерения уменьшится в число раз, рав- нре Ккомп 0 2 °° РЗ.Э. Нестабильность указанной компенсаци в диапазоне частот незначительна и определяется только частотными хара теристиками используемых транзисторов.Используя современные высокочас тотные транзисторы,можно легко обес чить высокую степень компенсации в апазоне до нескольких сот килогерц выше. Высокая точность компенсации (особенно на высоких частотах) обеспечивается также тем, что выходное сопротивление транзистора со стороны коллектора весьма велико и может сос тавить 10 - Ом и выше, а его выходная емкость при применении высо кочастотных транзисторов составляет единицы пикофарад, достаточно стабильна (,, 10%),и может быть легко скомпенсирована до 0,3-0,5 пф Эти обстоятельства позволяют снизить дополнительную составляющую Аоп нагрузочной погрешности до величины, равной СГ - ДСП R где Rg,, - активная составляющая выходного сопротивления повторителя тока, собранного на транзисторе 9; -вых нестабильность выходной емкости транзистора 9. Если Zf, составляет единицы Ом, то, при указанных выше Rgbix и д С g(,,,3Haна частотах 100 - 200 кГц « vn л-А не превышает 10 и является пренебрежимо малой величиной. Таким образом, точность измерения в предлагаемом устройстве по сравнению с известным повышается более чем в 10 раз в широком диапазо- не частот, так как более чем в 10 раз повышается точность компенсации влияния паразитных сопротивлений. Формула изобретения Трансформаторный мост переменного тока, содержащий генератор,к которому подключен трансформатор напряжения с двумя вторичными обмотками, индикатор равновесия, один выход которого соединен с вторичными обмотками трансформатора напряжения, образцовое сопротивление, включенное между вторым выводом индикатора равновесия и одной из вторичных обмоток трансформатора напряжения, зажимы для подключения измеряемого сопротивления, один из которых подключен ко второй вторичной обмотке трансформатора напряжения, а второйко второму выводу индикатора равновесия, повторитель напряжения, вход которого соединен с одним выводом образцового сопротивления и выводом вторичной обмотки трансформатора напряжения, а также дополнительное образцовое сопротивление, один вывод которого подключен к выходу повторителя напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности в диапазоне частот, он снабжен резистивным делителем напряжения, резистором, источником питания и транзистором, эмиттер которого подключен к другому выводу дополнительного образцового сопротивления, а коллектор - ко входу повторителя напряжения, причем резистор включен между эмиттером транзистора и источником питания, средняя точка резистивного делителя напряжения соединена с базой транзистора, а крайние вывода - с источником питания. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Братусь Ю,В., Карпенко В.П. Некоторые пути повышения точности одинарных мостов с трансформатором напряжения. К., Препринт 79. ИЭД АН УССР, 1974, с. 14. 2.Братусь Ю.В., Карпенко В.П. Некоторые пути повышения точности одинарных- мостов с трансформатором напряжения. К, Препринт 79, ИЭД АН УССР, 1974, с. 31. 3.Братусь Ю.В,, Карпенко В.П. Некоторые пути повышения точности динарных мостов с трансформатором апряжения. К., Препринт 79, ИЭД АН УССР, 1974, с. 45.