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

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении из-мерителей комплексного сопротивления.

Известны трансформаторные измерительные мосты переменного-тока, содержащие, источник питания, трансформатор напряжения, суммирующие трансформаторы, транзисторные ключи,, при помощи которых суммирующие трансформаторы подключаются к обмоткам трансформатора напряжения образцовую меру, объект измерения, детектор равновесия TI

Такие мосты по сравнению с теми, у которых для коммутации декадных обмоток используются электромагнитные реле, имеют повышенное быстродействие, однако из-за сложности, связанной с применением суммирующих трансформаторов и оборудования, необходимого для устранения погрешностей, вносимых ключами, широкого распространения они не находят.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому является трансформаторный мост переменного тока, содержащий источник питания (генератор), к которому подключен трансформатор напряжения с регулируемой

и нерегулируемой вторичными обмотками, транзисторные, ключи, одни электроды которых, .например эмиттеры, подключены к отводам регулируемой обмотки, а другие - коллекторы, соединены вместе и/образуют выход регулируемой обмотки, источник постоянного напряжения, связанный с общим проводом, управляемые генераторы тока,

0 выполненные в виде транзисторов, эмиттеры которых подключены к токозадающим резисторам, базы - к источникам коммутирующих сигналов, а коллекторы - к базам соответствующих

5 транзисторных ключей, образцовую меру, объект измерения и детектор равновесия Г23.

Недостатками этого моста явдяются низкое быстродействие, обусловлен0ное, во-первых, длительным запиранием транзисторных ключей из-за большого значения постоянной времени цепи разряда их база-эйиттерных переходов , во-вторых , снижение быстро5действия происходит из-за протекания через регулируемую обмотку трансформатора напряжения токов управления транзисторными ключами; большое количество оборудования, что обуслов0 .лёно необходимостью использования

управляемых генераторов тока снижение точности измерения из-за влияния нулевых, неуправляемых токов транзисторов, используемых в качестве управляемых генераторов тока и транзисторов, находящихся в источниках коммутационных сигналов.

.Цель изобретения - повышение быстродействия, и упрощение при сохранении высокой точности измерения.

Поставленная цель достигается тем что трансформаторный мост переменного тока, содержащий источник питания к которому подключен трансформатор напряжения с регулируемой и нерегулируемой вторичными обмотками, транзисторные ключи, эмиттеры которых подключены к отводам регулируемой обмотки, а коллекторы соединены вместе и образуют выход регулируемой обмотки, соединенный с одним выводом образцовой меры, источник постоянного, напряжения, соединенный с общим проводом, источники коммутирующих сигналов, один вывод объекта измерения соединен с выводом нерегулируемой вторичной обмотки трансформатора напряжения, детектор равновесия, соединенный со вторыми выводами объе та измерения и образцовой меры, снабжен двумя транзисторами, токозадающимй резисторами, резистивным делителем напряжения и дополнительными резисторами, причем коллектор первого и база второго транзисторов подключены к выходу регулируемой вторичной обмотки тран форматора напряжения, база первого транзистора к средней точке резистивного делителя напряжения, крайние выводы которого соединены с источником постоянного напряжения, эмиттер первого транзистора через первый токозадающий резистор подключен к эмиттеру второго транзистора, а через второй к одному выводу источника постоянного напряжения, к другому выводу KOTQрого подключен коллектор второго транзистора, при этом к одному из выводов каждого собтветствующего источника коммутирующего сигнала, соединенного с соответствующим резистором в базовой цепи транзисторных ключей, подключен дополнительный резистор, другой вывод которого соединен с источником постоянного напряжения.

На чертеже представлен предлагаемый трансформаторный мост перемен,ного тока.

Предлагаемый трансформаторный мост переменного тока содержит источник 1 питания (генератор), трансформатор 2 напряжения с регулируемой вторичной обмоткой 2 и нерегулируемой вторичной обмоткой 4, транзисторные ключи 5.1 - 5.10 с резисторами 6.1 - 6.10 в базовой цепи, источники 7.1 - 7.10 коммутирующих сигналов дополнительные резисторы 8.1 8.10, ИСТОЧНИК 9 постоянного напря.жения, образцовую меру 10, объект 11 измерения, детектор 12 равновесия а. также транзисторы 13 и 14, резистивный делитель 15 напряжения и токозадакнцие резисторы 16 и 17.

Трансформаторный мост работает следующим образом.

Мост уравновешивается регулировкой числа витков регулируемой обмотки 3. Изменение числа ее витков осуществляется путем поочередной коммутации транзисторных ключей 5.1 - 5.1 Для этого на соответствующий ключ от соответствующего источника 7 коммутирующего сигнала через соответствующий базовый резистор 6 подается управляющий сигнал, который, проходя через переход база-эмиттер ключа, насыщает и тем самым подключает образцовую меру 10 к отводу регулирумой обмотки.

При этом ток, протекающий по образцовой мере, сравнивается с током, возникающим в цепи объекта 11 измерения под действием на него напряжения обмотки 4, а результат сравнения воспринимается детектором 12 равновесия.

Транзисторы, токозадающие резисторы и резистивный делитель напряжения вырабатывают ток, состоящий из постоянной и переменной составляющих который с выхода 18 поступает на выход регулируемой обмотки 3.

Постоянная составляющая этого тока, сформированная при помощи источника 9 постоянного напряжения, транзистора. 13, включенного по схеме с общей базой, резистивного делителя 15 напряжения и токозадающего резистора Гб, проходя через транзисторный ключ, который в данный момент времени находится в насыщении, обтекает соответствующую часть регулируемой обмотки 3 в направлении, обратном направлению протекания тока управления транзисторными ключами. Благодаря этому при выборе параметров с учетом зависимости

ЕПд

с Й4

Е„ - напряжение источника 9 пита ния, действующее на зажимах резистивного делителя 15; ЕП,,- напряжение постоянного то. ка, действующее на выходе источника 7 коммутирующего сигнала

а верхнее и-нижнее плечо резистивного делителя 15 напряжения соответственно, напряжение участка эмиттербаза транзистора 13; Rj - сопротивление токозадающего резистора в;

Кд - сопротивление базового

резистора 6,

оС - коэффициент передачи по току транзистора 13,

влияние тока управления транзисторными ключами на быстродействие моста будет устранено.

Переменная.составляющая выходног тока фбрмируется при помощи транзисторов 13 и 14 и токозадающего резис тора 17. Происходит это следующим образом.

Выходное напряжение регулируемой обмотки 3, через вход 19 поступает, на базу транзистора 14, включенного по схеме эмиттерного повторителя. Выходное напряжение эмиттерной цепи транзистора 14 воздействует на токозадающий резистор 17, создавая ток, который втекает в эмиттерную цепь .транзистора 13 и далее поступает на выход 18. Протекая через насыщенный, транзисторный ключ переменная составляющая выходного тока создает на эмит-терном переходе ключа падение напряжения, противоположное по знаку тому, которое создается на этом же переходе при протекании переменного тока в цепь управления ключом. При соблюдении равенства

R5 oL. К- R4(2

где Rpp - сопротивление токозадгиощего резистора 17;

К - коэффициент передачи повторителя напряжения, выполненного на транзисторе 14, эти падения напряжениябудут раБны. Благодаря этому погрешность измерения, возникающая из-за шунтирующего действия цепей управления транзисторными ключами на регулируемую обмотку, будет устранена.

При снятии управляющих сигналов , т.е. при переводе источников 7.1 7.10 коммутирующих сигналов в состояние логического нуля, транзисторные ключи запираются потенциалом, : снимаемым с зажима источйика 9 постоянного напряжения посредством дополнительных резисторов 8.1-8.10. Образовавшаяся при этом цепь разрЯда емкости участка эмиттер-база транзисторных ключей (корпус-обмотка 3 - переход эмиттер-база ключа резисторы 6-8 - источник 9 питания корпус.) может иметь постоянную вре- мени не менее, чем на порядок меньШУЮ постоянной времени цепи разряда аналогичного участка известного моста. Поэтому быстродействие предлагаемой мостовой цепи будет во много раз больше, чем у известного моета.

В тех случая.х, когда источники 7.1-7.10 коммутирующего сигнала находятся в состоянии логического нуля, нулевые токи их выходных транзисторов компенсируются токами противоположного направления, втекающими в источники 7.1 - 7.10 по цепи: дополнительные резисторы 8.1 8.10 - источник питания 9. Это повышает точность измерения, так как препятствует произвольному открыванию транзисторных ключей.

Таким образом, предлагаемая мост товая цепь в сравнении с известными измерительными цепями, аналогичными по структуре и .назначению, обладает большим быстродействием, прототой (за счет отсутствия генераторов тока) и достаточно высокой точностью измерения.

Формула изобретения

Трансформаторный мост переменног тока, содержащий источник питания, к которому подключен трансформатор напряжения с регулируемой и нерегулируемой вторичньоми обмотками, транзисторные ключи, эмиттеры которых подключены к отводам регулируемой омотки а коллекторы соединены вместе и образуют выход регулируемой обмотки, соединенный с одним выводом образцовой меры, источник постоянного напряжения, соединенный с общим проводом, источники коммутирующих сигналов , один вывод объекта измерения соединен с выводом нергулируемой вторичной обмотки трансформатора напряжения, детектор равновесия, соединенный со вторыми выводами объекта измерения и образцовой меры, отличающийся тем, что, с целью, повышения быстродействия и упрощения при сохранении высокой точности измерения, он снабжен двумя транзисторами, токозадающими резисторами, резистивным делителем напряжения и дополнительными резисторами,-причем коллектор первого и база второго транзисторов подключены к выходу регулируемой вторичной обмотки. трансформатора напряжения, база первого транзистора - к средней точке резистивного делителя напряжения, крайние выводы которого соединены с источником постоянного напряжения, эмиттер первого транзистора через первый токозадающий резистор подключен к эмиттеру второго транзистора, а через второй - к одному выводу источника постоянного напряжения, к другому выводу которого подключен коллектор второго транзистора,при этом к одному из выводов каждого соответствующего источника коммутирукедего сигнала, соединенного с соответствующим резистором в базовой цепи транзисторных Ключей, подк.пючен дополнительный резистор, другой вывод

которого соединен с источником постоянного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР № 509836, кл. G 01 R 17/12, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР .по заявке № 2569693/18-21,

кл. G 01 R 17/12, 1978.