Устройство для измерения комплексных сопротивлений Советский патент 1981 года по МПК G01R27/02 G01R17/12 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и предназначено для измерения параметров комплексных сопротивлений в диапазоне низких частот. Известен трансформаторный мост переменного тока для измерения параметров двухполюсника, содержащий ген ратор синусоидального напряжения, трансформатор напряжения, подключенный к генератору, компаратор токов, образцовые меры, подключенные с одной стороны к обмоткам трансформатора напряжения, а с другой к обмоткам компаратора токов, детектор равновесия tOНедостатком известного трансформа торного моста является то, что он не пригоден для измерений на частотах, ниже нескольких сотен или десятков герц из-за резкого возрастания габаритов трансформатора, снижения точности и чувствительности измерительной цепи. Наиболее близким по технической ,сущности среди известных трансформаторньЬс мостов переменного тока является устройство для измерения комплексных сопротивлений, содержащее источник питания, нуль-индикатор и измерительную схему, выполненную в виде трансформаторного моста и состоящую из трансформатора напряжения с входной и двумя выходными обмотками, индуктивного компаратора тоkoB с рабочими обмотками, измеряемого объекта и образцовой меры, модулятор и два демодулятора ключевого типа, причем вход модулятора соединен с выходом источника питания, выход - с первичной обмоткой трансформатора напряжения, а управляющий вход - с выходом генератора прямоугольных импульсов, входы первого и второго демодуляторов подключены соответственно к образцовой мере и измеряемому объекту, выходы - к соответствующим выходным обмоткам

трансформатора напряжения и рабочим обмоткам индуктивного компаратора токов, а управляющие входы - к генератору прямоугольных импульсов 2, Недостатком известного устройства является низкая точность измерения, обусловленная тем, что в известном устройстве необходимо использовать образцовые меры большой емкости, а существующие образцовые конденсаторы большой емкости обладают, значительной нестабильностью.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения . комплексных сопротивлений, содержащее генератор напряжения, индикатор равновесия, трансформатор напряжения два демодулятора, один из которых включен между нерегулируемой вторичной обмоткой трансформатора напряжения и одним из зажимов для подключения объекта измерения, образцовую меру емкости, введена образцовая мера активной проводимостиj первый вывод которой подключен к первой регулируемой вторичной обмотке трансформатора напряжения к второй регулируемой вторичной обмотке которого подключен первый вывод образцовой меры емкости, второй вывод которой соединен с вторым выводом образцовой меры активной проводимости, с вторым зажимом для подключения объекта измерения и с входом второго демодулятора, выход которого соединен с индикатором равновесия, первый выход генератора напряжения соединен с первичной обмоткой трансформатора напряжения , второй выход - с управляющими входами демодуляторов.

На чертеже представлена блок-схема устройства для измерения комплексных сопротивлений.

Устройство содержит генератор 1 напряжения питания, трансформатор напряжения 2, первичная обмотка 3 которого подключена к первому выходу генератора 1 напряжения питания, второй выход которого соединен с управляющими входами демодуляторов 4, 5, объект измерения 6, образцовую меру 7 емкости, образцовую меру 8 активной проводимости, вторичные обмотки 9, 10, 11 трансформатора напряжения 2 и индикатор равновесия 12.

Устройство работает следующим образом.

Синусоидальное.напряжение с частотой f с первого выхода генератора 1 через трансформатор напряжения 2 прикладывается к входу демодулятора 4 и к образцовым мерам 7 и 8. К управляющему входу демодулятора 4 прикладывается напряжение с второго выхода

генератора 1, имеющее частоту

2 f-i-P. Демодулятор 4 работает в качестве преобразователя частоты, причем от него требуется высокая точность коэффициента преобразования. Напряжение с выхода демодулятора 4 с разностной частотой Р прикладывается к объекту измерения 6. На образцовые меры 7, 8 подается сигнал с частотой S , причем nF .- Поэтому, в отличие от известных мостов переменного тока, на выходе мостовой цепи данного устройства действует сигнал неравновесия, представляющий собой сумму сигналов двух разных частот. Дпя того,чтобы сравнить их: амплитуды и при этом сохранить необходимые

фазовые соотношения, между выходом мостовой цепи и индикатором равновесия 12 включен демодулятор 5, который преобразует сигнал частоты f ветвей образцовых мер 7, 8 в сигнал частоты Р . Последний вычитается из сигна ла ветви объекта измерения 6, которьШ проходит через демодулятор 5 без изменения, либо претерпевая изменение по амплитуде и фазе в той же степени, что и преобразуемый сигнал. В связи с этим от демодулятора 5 требуется невысокая точность, а лишь постоянство коэффициента передачи на частотах и f .

Рассмотрим условие равновесия мостовой цепи устройства. Если объект измерения представляет собой емкость, то условие равновесия моста имеет вид : 3ос где j - ток через объд ект измерения 6, а DOC ток через

образцовую меру 7, и может быть представлено также в виде:

K-aJiPtx U l «,Co , И)

т.

и.

Г т,гдеи| - напряжение на первичной обмотке трансформатора 2; 1ппг - число витков первичной обмотки трансформатора 2; vn - число витков обмотки 9 трансформатора 2; число витков обмотки 10

трансформатора 2; С. - емкость объекта измерения 6;

Со - емкость образцовой меры 7, К, - коэффициент преобразования демодулятора 4. Преобразуя выражение (1) учитывая, что f iiF и полагая, что К. 1 (последнее для демодулятора 4, работающего при неизменном входном напряжении, можно осуществить с достаточной точностью), получают

mQ,t ii

i|

Co. W

DV-CO m FK У Tfl

уравновешивание мостовой цепи данного устройства, как и в известных трансформаторных мостах, осуществляется регулированием числа витков вторичных обмоток 10 и 11. В известных трансформаторных мостах переменного тока на основном прёделе измерения, емкость образцовой меры является соизмеримой С емкостью объекта измерения. Из выражения (2) следует, что в устройстве может быть применена образцовая мера емкости 7 в п раз меньшей величины, а поскольку значение п достигает 100 и более, то мера емкости в данном устройстве может иметь значительно большую точность, чем в известном.

Из вьфажения (21 следует, что изменение отношения частот f и Р , вызванное их взаимной нестабильностью, приводит в данном случае к появлению погрешности измерения. Чтобы избежать

этого, в данном устройстве используются не два генератора с частотами, отличающимися на величину частоты Р, а один, два выходных сигнала которого формируются из напряжения, вырабатываемого одним и тем же задающим генератором I.

Таким образом, в устройстве достигается повышение точности измерений ,за счет высокой точности формирования тока образцовой ветви мостовой цепи, что обусловлено устранением из нее демодуляторов и использованием меры емкости значительно меньшей величины.

Также следует отметить, что в устройстве имеется возможность расширения пределов измерения емкостей по сравнению с прототипом за счет изменения отношения п .

Формула изобретения

to

Устройство для измерения комплексных сопротивлений, содержащее генератор напряжения, индикатор равноJ, весия, трансформатор напряжения, два демодулятора, один из которых включен между нерегулируемой вторичной обмоткой трансформатора напряжения и одним из зажимов для подключения объекта измерения, образцовую меру емкости, отличающееся i тем, что, с целью повышения точности, введена образцовая мера активной проводимости, первый вывод коJ торой подключен к первой регулируемой вторичной обмотке трансформатора напряжения, ко второй регулируемой вторичной обмотке которого подключен первый вывод образцовой меры емкости, второй вывод которой соединен со вторым вьшодом образцовой меры активной проводимости, со вторым зажимом для подключения объекта измерения и с входом второго демодулятора, выход которого-соединен с ин дикатором равновесия, первый выход - генератора напряжения соединен с первичной обмоткой трансформатора напряжения, второй выход - с управляющими входами демодуляторов .

0

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Трансформаторные измерительные мосты. Под. ред. К.Б.Карандеева, М., 1970, с. 169.

Н

-D

Н

Lлr

s

ППн