Автоматический компенсатор Советский патент 1982 года по МПК G01R17/06 

(St) АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОМПЕНСАТОР

Изобретение относится к эЛектроизмерительной технике и предназначено для измерения постоянных токов, напряжений и ЭДС.

Известны автоматические компенсаторы, содержащие резисторные измерительные цепи с реохордом, усилитель некомпенсации с реверсивным двигателем на выходе и механической связью вала.двигателя с движком реохорда l.

Однако указанные, кo шeнcaтopы позволяют и мерять компенсационным методом только ток. Измерение с их помощью напряжений может произведено только косвенно, что приводит к методической погрешности. Кроме того, они имеют узкий диапазон измерения тока, с расширением которого растет структурная погрешность.

Наиболее близким по технической суетности и достигаемому результату к изобретению является автоматический компенсатор, содержащий мостовую измерительную цепь с реохордом, в измерительную диагональ которой через движок реохорда последовательно включены усилитель некомпенсации и зажимы для подключения измеряемого напряжения, источник напряжения питания, реверсивный двигатель, под- .

ключенный к выходу усилителя и механически связанный с движком, вспомогательный образцовый резистор,потенциальные зажимы которого при из- . мерении тока соединены с входными зажимами напряжения, а токовые - с входными зал«имами для. подключения измеряемого тока fSj.

Однако при измерении тока этим

10 устройством имеет место методическая погрешность измерения от измерения режима работы цепи с измеряемым током, в которую вводится образцовый резистор, что снижает точность изме15рения и сужает область применения известного компенсатора, поскольку целый ряд токовых датчиков физических величин имеет малые выходные токи, для измерения которых требуется

20 образцовый резистор большого сопротивления.

Кроме того, при такой конструкции компенсатора, при нарушении контакта между движком и обмоткой реохорда

25 (чаще всего вследствие появления окисной пленки) напряжение между ними весьма мало или (в момент компенсации) отсутствует и не может вызвать электрического пробоя окисной пленки.

30 Это приводит к частьм отказам компенсатора в работе, снижая его надеж- . ность.

; Цель изобретения - повышение точности измерения , надежности и расширение функциональных возможностей устройства.

Указанная цель достигается тем, что в автоматическом компенсаторе, содержащем мостовую измерительную цепь с реохордом, движок которого включен в одну из диагоналей мосто|Вой цепи, усилитель некомпенсации с подсоединенным к его вькоду реверсивным двигателем, вал которого механически связан с движком реохорда, источник питания и зажимы для подключения измеряемой величины, в нем источник питания выполнен в виде стабилизатора тока, к одному из концов измерительной диагонали подключен один из входных зажимов усилителя и один из входных зажимов для подключения измеряемоготока, другой входной зажим усилителя соединен с подвижным контактом дополнительно введенного переключателя, один из неподвижных контактов которого подключен к одному из входных зажимов для подключения измеряемого напряжения, а другой - к другому зажиму дл подключения измеряемого тока, которы через добавочный резистор подключен другому концу измерительной диагонал и другому зажиму для подключения измряемого напряжения, при этом входные зажимы для подключения измеряемого тока соединены через вспомогательный выключатель.

На чертеже представлена схема автоматического компенсатора.

Компенсатор содержит мостовую измерительную цепь, образованную резне торами 1-4 и реохордом 5, источник питания - стабилизатор 6 тока, образующий, вместе с подключенным к его выходу движком реохорда, диагональ питания мостовой цепи, усилитель 7 некомпенсации с подсоединенным к его выходу реверсивным двигателем 8, вал которого механически связан с движком реохорда , входные зажимы 9 и 10 для подключения измеряемых напряжения и тока, соответственно, добавочный резистор 11, включенный последовательно с зажимами для подклчения измеряемого тока в измерительную диагональ мостовой цепи, переключатель 12 режимов работы компенсатора (на схеме показан в положении соответствующем режиму измерения тока) , выключатель 13, изменяющий диапазон иэмеренияг напряжений (при изме рении тока - разомкнут).

При измерении тока переключатель 12 и выключатель 13 находятся в положении, показанном на схеме. Измеряемый ток подводится к зажимам 10, к

которым подведен также компенсирующий ток. Если эти токи не равны, то на входе усилителя некомпенсации имеется сигнал и реверсивный двигатель 8 вращается и перемещает движок реохорда 5. Последний измеряет компенсиру - ющий ток до момента компенсации,когда компенсирующий и измеряемый токи равны. При этом сигнал на входе усилителя исчезает, двигатель останавливается и по шкале производится отсчет измеряемого тока. А так как напряжение между зажимами измеряемого тока весьма близко к нулю, то и входное сопротивление компенсатора также практически равно нулю. При этом измеряемая цепь не нагружена и методическая погрешность, свойственная известному компенсатору, отсутствует.

Выведем уравнение шкалы компенсатора в режиме измерения тока. Предположим, что сопротивление вспомогательного резистора 11 равно нулю. Учтя это в момент компенсации можно считать измерительную декаду закороченной . Компенсирующий ток определяется как

iVIi-Iz.(1)

В свою очередь

(-Rp+R4)3

1 где

1 ,

i. - сопротивления

И соответственно резисторов 1-4 мостовой схемы}

а

-выходной ток стабилизатора тока;

-токи в двух смежных плечах моста;

-выходной (компенсируюIKщий) ток;

Л- параметр, характеризующий относительное положение движка реохорда и равный -|ь (где bRр - сопротивление между движком реохорда и его нижним по схеме выводом, а Rp полное сопротивление реохорда). Очевидно, что в начале шкалы компенса-. тора Л 0, а в конце , т.е. О S -1

Подставив последние выражения в (1) получаем

т т /« Rf -W . , R4--,

Rj+R

Поскольку 1ц есть линейная функция , шкала компенсатора линейна, причем в зависимости от соотношения слагаемых в скобках последнего выражения Тт.е. в зависимости от значений сопротивлений резисторов) она может быть с подавленным нулем, нулем в начале или внутри себя. При измерении напряжений или ЭДС: переключатель 12 ставится в положение, противоположное показанному на схеме. Измеряемое напряжение подводится к зажимам 9 и, если оно не равно компенсирующему, то на вход усилителя .некомпенсации поступает сигнал. Далее все происходит, как и при измерении тока. Компенсирующее напряжение по теореме о эквивалентном генераторе определяется выражением

lK-Vi f. где и - выходное (компенсирующее)

напряжение;

R - выходное сопротивление измерительной схемы, т.е. сопротивление ее между концами измерительной диагонали.

Поскольку выходное сопротивление стабилизатора тока весьма велико (простыми средствами может быть достигнуто К7107-0м), то при определении Rgbix диагонсшь питания можно считать разомкнутой. Отсюда следует, что выходное сопротивление измерительной схемы постоянно и не зависит от положения движка рео хорда.

Таким образом, и отличается от 1 только постоянным коэффициентом, равным Rgbfx- Постоянство Яg, позволяет простыми средствами изменять диапазон измерений компенсатора. Для этого .в него введен вспомогательный резистор 11 и выключатель 13 При сопротивлении резистора 11 замкнутом в режиме измерения напряжения выключателе 13 новое значение компенсирующего тока Г определяется как

UK

R вых

I,

fibW -f-t Bb/X il л

KR,

Rfltiii/ RX

a компенсирующего напряжения-и,(

«

При разомкнутом выключателе 13 диапазон измерения напряжений не изменяется, т.е. . Меняя сопротивление резистора 11 R , можно обеспечить необходимый диапазон измерений компенсатора. В частности, максимальный диапазон измерения тока имеет место при .

Устройство позволяет на три порядка уменьшить в режиме измерения тока входное сопротивление компенсатора и, исключив методическую погрешность, повысить точность измерения и существенно расширить совокупность устройств и цепей, где может быть использован компенсатор.

При нарушении контакта между движком реохорда и обмоткой увеличивается выходное напряжение стабилизатора тока, которое может достигат

десятков вольт. Это напряжение обеспечивает электрический пробой окисной пленки, восстановление контакта и, следовательно, работоспособность устройства.

Постоянное выходное сопротивление измерительной схемы в обоих режимах измерения, обуславливающее постоянную чувствительность, дает возможность обеспечить оптимальную динамику следящей системы предлагаемого автоматического компенсатора .во всех точках шкалы.

Формула изобретения

15

Автоматический компенсатор, содержащий мостовую измерительную цепь с реохордом, движок которого включен в одну из диагоналей мостовой цепи, усилитель некомпенсации с подсоединенным к его выходу реверсивным двигателем, вал которого механически связан с движком реохорда, источник

питания и зажимы для подключения измеряемой величины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, надежности и расширения функциональных возможностей, источник питания выполнен в виде стабилизатора тока, к одному из кондов измерительной диагонали подключен один из входных зажимов усилителя и один из входных зажимов для подключения измеряемого тока,

другой входной зажим усилителя соединен с подвижным контактом дополнительно введенного переключателя, один из неподвижных контактов которого подключен к одному из входных

зажимов для подключения измеряемого напряжения, а другой - к другому зажиму для подключения измеряемого тока, который через добавочный резистор подключен к другому концу

измерительной диагонали и другому зажиму для подключения измеряемого напряжения, при этом входные зажимы для подключения измеряемого тока соединены через вспомогательный

выключатель.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

П

9

Г

Л

«7 Л7 л //

:11чэi j