(54) ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении мостов перемейного тока, предназначенных для измерения параметров электролитических конденсаторов, нелинейных индуктивностей, электрохимических ячеек и других объектов, измерение параметров которых необходимо производить в условиях поляризации или подмагничивания магнитопровода объек та измерения полем постояннопо тока Известны трансформаторные мосты, предназначенные для.измерения нелинейных объектов, измерительная цепь которых позволяет подключение источника поляризационного напряжения или источника тока подмагничиванияti Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является трансформаторный измерительный мост содержащий источник питания, трйнсформатор напряжения, одна из вторичных обмоток которого питает ветвь из меряемого объекта, включающую в себя токозадающий образцовый элемент, объект измерения, повторитель напряжения, включенный параллельно объекту измерения, дополнительный образцо вый резистор, а другая из вторичных обмоток - ветвь образцового импеданса, детектор равновесия, источник поляризационного напрянсения постоянного тока r2j. Недостатком этого моста является снижение точности измерения из-за влияния источника постоянного напряжения и сложности- конструкции. Цель изобретения - повышение точности измерения в.широком диапазоне частот и упрощение конструкции. Поставленная цель достигается тем, что трансформаторный мост для измерения параметров комплексных сопротивлений,, содержащий источник питания, к которому подключен трансформатор напряжения, одна из вторичных обмоток которого соединена с последовательно соединенными первым образцовым элементом, повторителем напряжения, пapaл leльнo которому включен объект измерения, и вторым образцовым элементом , а другая вторичная обмотка трансформатора напряжения соединена с одним выводом третьего образцового элемента, второй вывод которого соединен с детектором равновесия- и вторым выводом второго образцового элемента, источник постоянного напряжения, снабжен двухполюсником на транзисторе, между кол лектором И базоЧ которого включен резистор смещения, вспомогательной цепочкой, состоящей из последаватель но соединен«ых конденсатора и резис тора, и усилителем, причем вход двух .полюсника .подключен к одному из зажимов источника постоянного напряже ния, другой .зажим, которого соединен с высокопотенциальным зажимом объек та измерения, выход - к средней точке вспомогательной цепочки, другие выводы входящих в нее конденсатора и резистора подключены соответствен но к выходу повторителя напряжения и к общему проводу, один из входов усилителя подключен к высокопотенци альному зажиму объекта измерения, др гой - к выходу повторителя напряжения, а выход - к базовой цепи транз-истора через разделительный конден сатор.. . На чертеже представлена принципи альная схема предлагаемого моста переменного . Предлагаемый трансформаторный мост переменного тока состоит из ис точника 1 питания, трансформатора 2 напряжения с вторичными обмотками 3 и 4, образцо,вых элементов 5 и б, объекта 7 измерения, повторителя 8 напряжения, дополнительного образцо вого резистора 9, детектора 10 равн весия, источника 11 постоянного напряжения, двухполюсника 12, состоящего из резистора 13 смещения и транзистора 14, вспомогательной цепочки 15 (конденсатора 15.1 и резистора 15.2), усилителя 16, содержащего вход 17, вход 18 и выход 19, разделительный конденсатор 20. Предлагаемый мост -работает следующим образом. При подключении источника 1 пита ния (генератора синусоидального нап ряжения) к трансформатору 2 напряжения на выводах его вторичных обмо ток 3 и 4 возникают ЭДС, которые, воздействуя на образцовые элементы 5 и 6, создают в ветвях моста соответственно измерительный и образцовый токи. Под действием измерительного тока на зажимах объекта 7 и.зме рения возникает падение напряжения, которое при помощи повторителя 8 напряжения подводится к дополнитель ному образцовому резистору 9, созда вая в нем ток, пропорциональный измеряемому импедансу. Этот ток сравнивается с током образцовой ветви моста (обмотка 4, образцовый элемент 6), а результат сравнения воспринимается детектором равновесия 10. Ток поляризации (или подмагничивания), возникающий под воздействием на объект 7 измерения напряжения источника 11, замыкается по цеп общий провод (корпус) - объект 7 из мерения - источник 11 постоянного напряжения - двухполюсник 12 - резистор 15.2 вспомогательной цепочки 15 - общий провод. Двухполюсник 12 обладает малым сопротивлением постоянному току и весьма большим переменному току. При помощи резистора 13 смещения рабочая точка транзистора 14 выбирается таким образом, чтобы транзистор работал на плоской части, характеристики коллекторного тока. В этом случае сопротивление двухполюсника переменному току будет находиться в пределах от сотен Тысяч Ом до десятков МОм. Так как усилитель 16 своими входами 17 и 18 подсоединен к высокопотенциальному зажиму объекта 7 измерения и выходу повторителя 8 напряжения соответственно он выделяет сигнал ошибки повторителя 8. Этот сигнал инвертируется и с выхода 19 усилителя 16 через разделительный конденсатор 20 подводится к базовой цепи транзистора 14 двухполюсника 12, Транзистор 14 повторяет этот сигнал, благодаря чему между выходом двухполюсника 12 (точка 21) и общим про.водом (корпусом) действует алгебраическая сумма выходного напряжения повторителя 8 с сигналомего ошибки, т.е. напряжение, с высокой точностью равное падению напряжения на зажимах объекта 7 измерения. Таким образом, источник 11 постоянного напряжения оказывается включенным между точками, на которых действуют равные по фазе и амплитуде переменные напряжения. В результате, переменный ток через источник не протекает и эффект шунтирования измеряемого инпеданса устраняется. Степень остаточного шунтирования (в виде погрешности), имеющего место из-за неидеальности применяемых активных устройств двухполюсника 12 и усилителя 16 с единичным усилением, может быть.определена при помощи выражения .|i . -.,00-/о, () Ча zx где Z - измеряемый импеданс; сопротивление двухполюсника 12 по переменному току; U2y- напряжение на объекте 7 измерения ) УЛ , - напряжение между выходом двухполюсника 12 (точка 21) и общим проводом. Напряжение U.-, может быть представлено следующим образом , , « - ли + (2) где ли - сигнал ошибки повторителя 8 напряжения; Кд, К-а, - коэффициенты передачи усилителя 16 и транзистора 14 соответственно.
Или Urn Uzx -ли(1-К2.Кз) (3) , Сигнал ошибки ди равен
ди Uzx - Uzx К-,
или ди Uzx ( , d) где К - коэффициент передачи повторителя 8 напряжения.
Подставляя (4) в (3), а затем в (1) , получим
{1-КаКэ)- 100% (5) Подставим в выражение (5) реальные значения. Предположим, что осуществляется измерение емкости в 1 мк на частоте 50 Гц, а R-ja Ю Ом, К 0,999 (0,1%), K-i Kg 0,95 (5%), тогда
(1-0,999) (1-0,95-0,95)-UOO% 104.6,
0,00314%(6)
,т.е, остаточное шунтирование измеряемого импеданса внутренним сопротивлением источника поляризующего напряжения исчезающе мало, Дс1же при использовании.достаточно грубых вспомогательных активных устройств.
Предлагаемое техническое решение отличается простотой реализации и может располагаться внутри прибора, занимая при этом весьма ограниченную часть его конструкции, оно не нуждается в электромагнитной экранировке и обеспечивает высокую точность измерения.
Обладая такими качествами, предлагаемое решение найдет широкое применение там, где измерение параметров комплексных сопротивлений осуществляется в условиях поляризации объекта измерения или подмагничива-г Ния магнитопровода объекта измерения постоянным током.
Формула изобретения
Трансформаторный мост для измерения параметров комплексных сопротивлений, содержащий источник питания, к которому подключен трансформатор напряжения, одна из вторичных обмот которого соединена с последовательно соединенными первым образцовым элементом, повторителем напряжения, параллельно которому -включен объект измерения, и вторым образцовым элементом, а другая вторичная обмотка трансформатора напряжения соединена с одним выводом третьего образцового элемента, второй вывод которого соединен с детектором равновесия и вторым выводом второго образцового элемента, источник постоянного напряжения, от.личающийс я тем, что, с целью повышения точности измерения в широком диапазоне частот и упрощения конструкции, он снабжен двухполюсником на транзисторе, между коллектором и базой которого включен -резистор смещения, вспомогательной цепочкой, состоящей изпоследовательно соединенных конденсатора и резистора, и усилителем, причем вход двухполюсника подключен к одному из зажимов источника постоянного напряжения, другой зажим которого соединен.с высокопотенциальным зажимом объекта измерения, выход - к средней точке вспомогательной цепочки, другие выводы входящих в нее конденсатора к резистора подключены соответственно к выходу повторителя напряжения и к общему проводу, один из входов усилителя подключен к высокопотенциальному зажиму объекта измерения, другой - к выходу повторителя напряжения, а выход - к базовой цепи транзистора ч:ерез разделительный конденсатор.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1,Авторское свидетельство СССР № 468162, кЛ. G 01 R 17/12, 1975.
