Мост переменного тока для измерения индуктивности Советский патент 1981 года по МПК G01R17/10 

Изобретение относится к измерениям параметров элементов электрически цепей переменного тока и может быть использовано, при разработке мостов переменного тока для измерения электрических параметров образцовых мер индуктивности. известен четырехплечий мост переменного тока для измерения.индуктивности, основной вариант которого называют обычно мостом Максвелла-Вина Мост Максвелла-Вина содержит четы ре плеча, в одно из которых включена измеряемая катушка индуктивности, в противоположное плечо включены парал лельно соединенные конденсатор переменной емкости и магазин сопротивлений, а в два остальные плеча включены по одному резистору постоянного значения l Недостатком основной схемы моста Максвелла-Вина является невысокая точность измерений. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является усовершенствованный мост МаксвеллаВина, в котором не требуется применения магазина сопротивлений с широ кими пределами измерения сопротивле ния. Он содержит источник питания, симметрирующуюветвь, нулевой указатель равновесия и четыре плеча, в одном плече этого моста включены последовательно магазин сопротивленийи измеряемая катушка индуктивности, в противоположное ему плечо включе-. ны параллельно конденсатор переменной емкости и резистор, а в два другие плеча включены по одному резистору 21Однако в известном мосте Максвелла-Вина вследствие низкой точности конденсаторов переменной емкости существенно снижается точность резуль-. татов измерений, недостаточен диапазон пределов измерения малых индуктивностей. Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение пределов измерений в области малых индуктивностей. Указанная цель достигается тем, что в мост переменного тока для измерения индуктивности, содержащий источник питания, включенный через разделительный трансформатор в диагональ питания моста, параллельно которой включена симметрирующая ветвь, нулевой указатель, включенный в измерительную диагональ моста, и четыре плеча, в одно плечо включены последовательно магазин сопротивлений и измеряемая катушка индуктивг ности, в противоположное ему плечо включены параллельно конденсатор переменной емкости и резистор, а в два остальных плеча включены по . одному резистору, введены дополнитель ный резистор и конденсатор переменной емкости, включенные в плечо, содержащее параллельно включенные конденсатор переменной емкости и резистор, при этом дополнительный резистор соединен последовательно с резистором, а дополнительный конден сатор переменной емкости соединен с общими выводами этих двух резисто ров и корпусом моста, соединенным с общими выводами магазинов сопротивл ний, образующих симметрирукадую ветв и через переключатель - с одной из вершин измерительной диагонапи моета. На чертеже приведена принципиаль ная электрическая схема предлагаемого моста переменного тока для измерения индуктивности. Мост переменного тока для измерения индуктивности содержит источник 1 питания, с выхода которого напряжение питания через разделитель ный трансформатор 2 подается в диагональ питания моста с вершинами3 и 4, а между вершинами 5 и 6 измерительной диагонали моста включен ну,левой указатель 7, симметрирующую ветвь, .включенную между Вершинами диагонали питания моста 3 и 4, в плечи симметрирующей ветви включены магазины сопротивлений 8 и 9 и магазин 10 емкости, переключатель 11 который включен между вершиной измерительной диагонали моста и точкой 12, к которой подключены выводы магазинов 8, 9 и 10 симметрирующей ветви, точка 12 соединена с корпусом моста, плечи моста, в одном из которых между вершинами моста 3 и 5 включены последовательно магазин 13 сопротивления и измеряемая катушка 1 индуктивности, в противоположном ему плече между вершинами моста 4 и 6 включены параллельно конденсатор 15 переменной емкости и конденсатор 16 постоянной емкости, параллельно конденсатору 15 переменной емкости вклю чены последовательно соединенные резистор 17 и дополнительный резистор 18, между точкой 19 соединения которых и корпусом моста 12 включен дополнительный конденсатор 20 переменной емкости, а в два другие плеча моста между вершинами моста 3 и 6 и 4 и 5 включено по одному резистору 21 и 22 соответственно. Мост считают уравновешенным, если при замыкании и размыкании переключатея 11 напряжение на входе нулевого указателя 7 остается неизменным и равным нулю при максимальной чувствительности нулевого указателя 7 и при.заданном напряжения источника 1 питания. При использовании метода двух уравновешиваний моста с применением замещающего элемента мост уравновешивают дважды, подключая к мосту при втором уравновешиваний вместо измеряемой катушкИ 14 индуктивности замещагаций ее элемент 23, активное сопротивление которого почти равно ак тивному сопротивлению измеряемой катушки 14 индуктивности, а индуктивность которого мала по сравнению с индуктивностью измеряемой катушки 14 или известна с требуемой степенью точности, В момент равновесия мостовой цепи при включенной измеряемой катушке 14 индуктивности имеет место соотношение -- R2. Rizfei6 «b- z ;|z-;4s . а при включенном замещающем элементе 23 равновесие мостовой цепи наступает, если выполнено соотношение Rn-. ЧЛЛЛЛо) Вычитая соотношение (2) из соотногп шения (1), получаем уравнение измерения в комплексной, форме записи Ra2 C16 yC15U 5n) I u-W (Разделяя соотношение (3) на действительную и мнимую части, получаем искомое уравнение измерения (k) для вычисления результатов измерения индуктивности L измеряемой катушки 14 индуктивности Ra.,,C 5ГS5п)W- R2rRгz « й« .a) «2aHgcrc,,,;.E,,,J.e. (4) и уравнение (5) для вычисления результатов измерения активного сопротивления измеряемой катушки 14 индуктивности «n-(R.,n- Vb где )L4r - полное сопротивление измеряемой катушки 14 индуктивности;f. полное сопротивление резистора 21; ,.2o) сопротивление резистора 22; полная проводимост конденсатора 16 по тоянной емкости; C15U 15U J e 5b ° 3H проводимост конденсатора 15 пе ременной емкости при измерении катушки 14 индуктивности;C-f5ni W - % n проводимост конденсатора 15 переменной емкости при измерении заме щающего элемента 23; К.)И полное сопротивление магазина 13 со противлений при измерении катущки 14 индуктивности; - полное сопротивление магазина 13 сопротивлений при измерении замещающего элемента 23; 2г1., RJ, «jUjEp - полное сопротивление замещающего элемента 23; Z +R (i+jnyfg ) - полное сопротивле ние резистора 17; ig:.Q-R, )- полное сопротивление дополнительного резистора 18 постоянного значения;Y jlftCjotlj gtcao полная проводимост дополнительного ко денсатора 20 переменной емкости. При выполнении измерений в схеме известного моста Максвелла -Вина, например при измерении индуктивности замещающего элемента 23, имеют место случаи, когда мост не удается уравновесить путем уменьшения емкости конденсатора переменной емкости до минимума .(практически до нуля), причем при увеличении емкости конденсатора переменной емкости разбаланс моста увеличивается. В предлагаемом мосте это явление может быть устранено полностью. Для объяснения этого явления и способов его устранения рассмотрим более подробно соотношение (2 Для упрощения анализа соотношения (2) представим выражение 51У1 й:18 яЛ1в го в параллельной схеме замещения -t7,ie,, (« «V57, 4«, в Решая соотношейие (2) относительно индуктивности замещакщего элемента 23, получаем соотношение р -о о г - . -. п .Цбп /о .п 1 Cio v fl- -K-ia) (). () . .)- R nИзвестный мост Максвелла-Вина, в котором отсутствуют дополнительный резистор 18 и дополнительный конденсатор 20 переменной емкости, не может быть уравновешен в тех случаях, когда имеет место неравенство . «О) так как увеличение емкости конденсатора переменной емкости от нуля до любого положительного значения только увеличит неравенство (10). В предлагаемом мосте равновесие моста может быть получено всегда, в том числе и при наличии неравенства (10). Если имеет место неравенство (10), то для уравновешивания предлагаемого моста достаточно увеличить емкость дополнительного конденсатора 20 переменной емкости от нуля до некоторого положительного значения , его емкости CjQ при котором отрицательное слагаемое 1 17-Я1в) ° В соотношении (Э9) станет достаточным по своей величине для удовлетворения соотноше.ния (9) при любом установленном значении ёмкости конденсатора 15 переменной емкости, в том числе и при значении емкости, равной нулю. Использование предлагаемого моста для аттестации образповых мер инуктивности методом двух уравновешиваний моста с применением замещавшего элемента по ГОСТ 8.253.-77 Меры индуктивности и взаимной индуктивности. Методы и средства поверки позволяет повысить точность результатов измерений индуктивности не