Компенсационно-мостовая измерительная цепь Советский патент 1982 года по МПК G01R17/10 

(5Л) КОМПЕНСАЦИОННО-МОСТОВАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ

Изобретение относится к электроиз мерительной технике и может быть использовано для из/лерения составляющих комплексного сопротивления двухполюсника.

Известна мостовая измерительная цепь, содержащая ветвь, составленную из последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника и образцового сопротивления двухполюсника, одроноднргО одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, вторую ветвь, составленную из трех последовательно соединенных образцовых сопротивлений двухполюсников, два из которых, расположенные в разных плечах, однородны одной составляющей, а третье - другой составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, причем оба образцовых сопротивления двухполюсников, однородных одной из составляющих измеряемого комплексного

сопротивления двухполюсника, включег ны в смежные плечи ветвей, содержащей и не содержащей измеряемое комплексное сопротивление двухполюсника, выполненного, например, по последовательной схеме замещения, соединены между собой и образуют одну из вершин диагонали питания мостовой измерительной цепи, а соединение образцового сопротивления двухполюсника второй ветви,- однородного другой составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, с измеряемым комплексным сопротивлением двухполюсника образуют вторую вершину диагонали питания мостовой измерительной цепи

Недостатком данной мостовой измерительной цепи является низкая точность, обусловленная изменением значений образцовых сопротивлений двухполюсников (резисторов, конденсаторов) от температуры и с течением времени. Кроме того, при использова- . 3 НИИ уравновешивающих мер сопротивления (резисторов, конденсаторов) лини уравновешивания представляют собой окружности. Это приводит к возникновению связи между контурами уравновешивания, которая ухудшает процесс уравновешивания. Известна компенсационно-мостовая измерительная цепь, обладающая повышенной точностью, в которой уравновешивание внутри выбранного предела осуществляется коммутацией щитков трансформатора питания (т.е. линией уравновешивания является прямая), со держащая генератор синусоидального напряжения, включенный в первичную обмотку параметрического трансФормаTopi, ветвь, составленную из последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления двухполюс ника, включенные в смежные плечи ветвей, содержащей и не содержащей измеряемое комплексное сопротивление двухполюсника, соединены между собой и подключены к началу нерегулируемой вторичной обмотки, расположенной на керне параметрического трансформатора, на котором расположена первичная обмотка, второй конец ветви, содержащей измеряемое комплексное- сопротивление двухполюсника, подсоединен к концу указанной вторичной обмотки, свободный конец ветви, не содержащей измеряемого комплексного со противления двухполюсника, подключен к началу коммутируемой вторичной обмотки параметрического трансформатора, которая расположена на керне, повернутом относительно керна, на котором расположена первичная обмотка, конец коммутируемой вторичной обмотки соединен с концом некоммутируемой вторичной обмотки 2}. Недостатком данной измерительной цепи является низкая точность измерения составляющих комплексного сопротивления двухполюсника, обусловленная изменением значений образцовы сопротивлений элементов ветви, не со держащей измеряемое комплексное сопротивление двухполюсника, от температуры и с течением времени. Кроме того, недостатком данной измерительной цепи является невозмож ность одновременного измерения обеих составляющих комплексного сопротивления двухполюсника из-за отсутствия раздельного отсчета (раздельный отсчет возможен лишь по tgd). 3 Цель изобретения - повышение точности при одновременном измерении обеих составляющих измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника. Указанная цель достигается тем, что в компенсационно-мостовую измерительную цепь, содержащую источник питания, выход которого подсоединен к первичной обмотке параметрического трансформатора питания, ветвь, составленную из последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника и образцового сопротивления двухполюсника, однородного одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, одним из своих выводов подключенную к началу нерегулируемой вторичной обмотки, расположенной на керне параметрического трансформатора питания, на котором расположена первичная обмотка, коммутируемую вторичную обмотку, расположенную на керне, повернутом на iSQ относительно керна, на котором расположена первичная обмотка, введена вторая коммутируемая обмотка, которая расположена на керне, содержащем некоммутируемую вторичную обмотку, конец которой соединен с началом вновь введенной коммутируемой втормчной обмотки, конец которой подсоединен к одному из выводов первой коммутируемой вторичной обмотки, второй вывод которой соединен с вторым выводом ветви. При последовательной схеме замещения измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника вывод ветви, соединенный с началом нерегулируемой вторичной обмотки, примыкает к образцовому сопротивлению двухполюсника.. Кроме того, при параллельной схеме замещения измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника вывод ветви, соединенный с началом нерегулируемой вторичной обмотки, примыкает к измеряемому комплексному сопротивлению двухполюсника. Предпочтительным является подключение коммутируемой вторичной обмотки, расположенной на керне, повернутом на±90° относительно керна, на котором расположена нерегулируемая вторичная обмотка, таким образом, чтобы вектор напряжения на выходах указанной коммутируемой обмотки относительно конца второй коммутируемой обмотки был ориентирован относительно вектора напряжения на зажимах (начадр-конец) обмотки так, что равен + -g- при - 1C V 2ЯГ ц равен - при О V , где V - фазовый сдвиг вектора падения напряжения, снимаемого с плеча ветви, примыкающего к началу нерегулируемой вторичной обмотки относительно вектора напряжения питания ветви.

На фиг.1 показана компенсационномостовая измерительная цепь; на фиг.2 - ветвь компенсационно-мостовой измерительной цепи, составленная из последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, выполненного по после довательнрй схеме замещения (резистор и конденсатор) и образцового со противления двухполюсника, однородно го по характеру активной составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника; на фиг.З то же, круговая диаграмма (исходное состояние); на фиг. и 5 - процесс уравновешивания по составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, не однородной образцо вому сопротивлению двухполюсника, причем фиг. соответствует недоуравновешенному состоянию, фиг.5 соответ твует состоянию квазиравновесия; на , фиг.6 и 7 процесс уравновешивания по составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, однородной образцовому сопротивлению двухполюсника, причем фиг.6 соотве:Тствует состоянию недоуравновешивания а фиг.7 состоянию переуравновешивания по измеряемой составляющей; на фиг. 8 показан процесс одновременного уравновешивания по обоим составляющим измеряемого комплексного сопротивления и соответствует состоянию переуравновешивания по составляющей измеряемого комплексного сопротивления, однородной образцовому сопротивлению двухполюсника, и состоянию квазиравновесия по составляющей измеряемого комплексного сопротивления, неоднородной образцовому сопротивлению двухполюсника. Компенсационно-мостовая измерительная цепь содержит источник I питания, параметрический трансформатор 2 питания, первичная и вторичная обмотки которого соответственно 3 (WP) и it (W), 5 (Wz) 6 (3), комплексное сопротивление двyxпoлюdникa 7 и образцовое сопротивление двухполюсника 8 при параллельной схеме замещения измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, или образцовое сопротивление двухполюсника 7 и измеряемое комплексное сопротивление двухполюсника 8 при последовательной схеме замещения последнего.

%

На круговых диаграммах обозначено: - потенциальная точка, вершина ветви, содержащей измеряемое комплексное. сопротивление двухполюсника; V - потенциальная точка, место соединения конца первой некоммутируемой и начала второй коммутируемой вторичных обмоток трансформатора; потенциальная точка, место соединения конца второй коммутируемой вторичной обмотки и первого зажима первой коммутируемой обмотки; f - потенциальная точка, место сое динения второго зажима первой коммутируемой обмотки и одного из зажимов ветви; - потенциальная точка, место соединения активной и реактивной составляющих измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника; - линия перемещения потенциальной точки при уравновешивании по составляющей измеряемого.комплексного сопротивления двухполюсника, однородной образцовому сопротивлению двухполюсника, причем линия CyjI параллельна вектору d CfjQ ; К - линия перемещения потенциаль ° точки при уравновешивании по составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, не однородной образцовому сопротивлению двухполюсника; C,,- минимально возможная окружность квазиравновесия потенциальной точки ел в обобщенных обозначениях; c4j Tcijfci4 окружности квазйравновесия потенциальной точки Су в обобщенных обозначениях; окружность квазиравнрвесия потенциальной тoчкиd- в обобщенных обозначениях; 6 - окружность квазиравновесия мнимой точки , причем 2R1 n---af -j, 1). шнУ вектор падения напряжения, снимаемого с образцового сопротивления двухполюсника;

асЦ; - вектор напряжения, снимаемого с некоммутируемой вторичной обмотки 5. трансформатора 2; - вектор напряжения, снимаемого со второй коммутируемой вторичной обмотки 4 трансформатора 2; - вектор напряжения, снимаемого с вторичной обмотки 6 трансформатора 2;

, - вектор напряжения небаланса; ,j - вектор напряжения питания (ветви;

О - угол, тангенс которого равен тангенсу угла потерь измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника;

V - фазовый сдвиг вектора напряжения относительно вектора напряжения .

/jj фазовый сдвиг вектора напряжения ad. или вектора напряжения аЬ относительно вектора напряжения небаланса С. d j .

Процесс уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи по составляющей измеряемого комплексного сопротивления ддухполюсника, однородной образцовому сопротивлению двухполюсника, заключается в изменении напряжения питания ветви, соетавленной из последовательного соединения измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника и образцового сопротивления двухполюсника путем коммутации витков вторичной обмотки W или Wj трансформатора питания. Момент квазиравновесия по составляющей, однородной образцовому сопротивлению двухполюсника характеризуется выводом точки на одну окружность уравновешивания fcl , при этом возможно использование любых известных способов формирования регулирую щих воздействий.

Так в момент квазиравновесия .Т.е.

, Ч . 1-{Л ,

2(W-,4W.)2UctM . fV otc-Q;О)

Процесс уравновешивания компенсационно-мостовой измерительной цепи по составляющей измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, н однородной образцовому сопротивлению двухполюсника, заключается в изменении напряжения питания ветви, составленной из по следов а тел bHord сое дине ни

измеряемого комплексного сопротивл ния-двухполюсника и образцового сопротивления двухполюсника путем коммутации витков вторичной обмотки W-,

у

Момент Квазиравновесия по составляющей, не однородной образцовому сопротивлению двухполюсника, характеризуется выводом точки на одну окружность уравновешивания и( , при этом также возможно использование любых известных способов формирования регулирующих воздействий.

Так в момент квазиравновесия

R)id,-j Rpc fij § ii. iSijJ..

2-bVf

2 -oic

(2)

/t-J

.

i ij-tf iy .p.. . .

(3)

c ca(3ij cw

Использование предлагаемой компенсационно-мостовой измерительной цепи позволяет повысить точность и быстродействие измерения составляющих комп лексного сопротивления двухполюсника и снизить аппаратурные затраты.

Формула изобретения

1, Компенсационно-мостовая измерительная цепь, содержащая источник питания, выход которого подсоединен к первичной обмотке параметрического трансформатора питания, ветвь, составленную из последовательно соединенных измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника и образцового сопротивления двухполюсника, однородного одной из составляющих измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, одним из своих выводов подключенную к началу нерегулируемой вторичной обмотки, расположенной на керне параметрического трансформатора питания, на котором расположена первичная обмотка, коммутируемую вторичную обмотку, расположенную на керне, повернутом на-4:90 относительно керна, на котором расположена первичная обмотка, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности при одновременном измерении обоих составляющих измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника, введена вторая коммутируема обмотка, которая расположена на керне, содержащем некоммутируемую вторичную обмотку, конец которой соединен с началом вновь введенной коммутируемой вторичной обмотки, конец которой подсоединен к одному из выводов первой коммутируемой обмотки, второй вывод которой соединен с вторым выводом ветви. 2.Цепь по пЛ, отличающая с я тем, что при последовательной схеме замещения измеряемого комплексного сопротивления двухполюсника вывод ветви, соединенный с началом нерегулируемой вторичной об мотки, примыкает к образцовому сопротивлению двухполюсника. 3.Цепь по П.1, о т л и чающаяся тем, что при параллельно г.З Ко А л ФауЛ 3 схеме замещения измеряемого комплексного сопротивлений двухполюсника вывод ветви, соединенный с началом нерегулируемой вторичной обмотки, примыкает к измеряемому комплексному сопротивлению. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Карандеев К.Б. Специальные методы электрических измерений. М.-Л., Госэнергоиздат, 19бЗ, с,163-165 табл.712.ABTdpcKoe свидетельство СССР № 681380, кл. G 01 R 17/60, 1977 (прототип).