Мост переменного тока для измерения больших сопротивлений Советский патент 1982 года по МПК G01R17/10 

(5) МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ БОЛЬШИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике, точнее-к об-л ласти, которая связана с измерением параметров комплексных сопротивлений при помощи мостовых и компенсационных цепей переменного тока.

Известен метод, при котором высокоомные сопротивления измеряются в четырехплечей мостовой цепи на постоянном токе. В качестве образцовой меры при этом используются имитаторы высокоомных сопротивлений, построенные на базе интегратора с конденсатором на выхъде. При этом обеспечивается высокая точность измерения IJll.

Недостатком данного метода является то, что измеряется только основной параметр резистора - омическое сопротивление.

При использовании резисторов в цепях переменного тока весьма важно знать его постоянную времени, ко

торая на постоянном токе не измеряется. . ; ,

Наиболее близким техническим решением к изобретению является трансформаторный мост, содержа1уий источник питания, измеряемый объект две образцовых меры, трансформатор напряжения с первичной обмоткой, к которой подключен источник питац ния, и двумя вторичными обмотками, подкл(эченными к первым зажимам изме ряемого объекта и образцовой меры соответственно, и детек-fop равновесия, включённый между точкой соединения измеряемого объекта и образцовой меры и заземленной шиной моста 2.

Недостатки этого устройства является необходимость применения

20 высокоомного образцового резистора при измерении высокоомных сопротивлений.

Высокоомные резисторы (боле 10 Ом), которые можно использовать в качестве меры либо недостаточно стабильны (непроволочные резисторы) либо обладают большой постоянной времени (микропроволочные резисторы). Их при менение снижает точность измерений. Если в качестве образцовых применяются точные резисторы средних значений, а требуемый коэффициент передачи обеспечивается большим отношением витков плечевых обмоток, то при этом снижается чувствительность мостовой цепи, что также отражается на точности измерений. Целью изобретения является повышение точности и чувствительности измерений. Поставленная цеЛь достигается тем что мост переменного тока для измерения больших сопротивлений, содержащий источник питания, измеряемый объект, образцовые меры, плечевой трансформатор напряжения с первичной обмоткой, подключенной к зажимам источника питания и вторичными обмотками, первые зажимы которых подкпюче - ны соответственно к первым зажимам измеряемого объекта и образцовых мер вторь(е зажимь вторичных обмотЬк соединены с заземленной шиной моста, и детектор равновесия, включенный между точкой соединения вторых.зажимов измеряемого объекта и образцовых мер и заземленной шиной моста, снабжен неинвертирующим усилителем напряжения с образцовым элементом в цепи об ратной связи и с делителем напряжения, подключенным к выходу неинвертируощего усилителя напряжения, первый вход неинвертирующего усилителя напряжения подключен к входу датекто ра равновесия,второй вход неинвертирую щего усилителя напряжения подключен к средней точке делителя напряжения,а вт рой вывод делителя напряжения соединен с заземленной шиной моста,причем в качестве одной из образцовых мер использован интегратор с конденсато- , ром, включенным на выходе интегратора. На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 приведен вариант схемы устройства с интегратором в качестве образцовой меры. Устройство ( фиг.1 ) содержит источ ник 1 питания, плечевой тран.сформатор 2 напряжения с обмотками 3-5 из меряемый объект 6, образцовый резистор 7,детектор 8 равновесия, неинвертирующий усилитель 9 напряжения, елитель 10 и 11 напряжения, образцовый резистор 12,. «Мост нур.ав)новешивается коммутацией витков в обмотке 5 При равновесии моста число витков в регулируемой обмотке 5 пропорционально сопротивлению измеряемого объ екта 6, Контроль состояния равновесия осуществляется посредством детектора 8 равновесия. Повышение чувс1;вительности моста осуществляется следующим образом. . Сигнал с детектора 8 равновесия подается на усилитель 9, в цепи обратной связи которого включен резис-,-. тор 12, сопротивление которого равнб сопротивлению образцового резистора : 7. Ток через резистор 12 подается в-диагональ детектора 8 равновесия. Если обозначим сопротивление образцового резистора 7 через R0 и, соответственно, равное ему сопротивление резистора 12 также через Rp, то .подключение усилителя 9 с резистором 12( фиг.1 ) эквивалентно подклю- . чению сопротивлений (-RQ параллельно детектору 8. Покажем какое повышение чувствительности получено в предлагаемом устройстве. При отсутствии усилителя 9 в схеме известного моста напряжение U на зажимах детектора 8, определенное путем простого расчета цепи, равно О - O Ro-UsRx -° (RX Яо) где 0л - напряжение на зажимах обмотки Л; напряжение на зажимах обмотки 5; сопротивление измеряемого объекта 6; сопротивление образцового резистора 7. Относительная чувствительность измерений равна -C04 0g)Ro .„. - iHo. о CrfRx г R, -относительное приращение сопротивления IV. Так как при измерении больших сопротивлений П, чувствительность моста невелика.

в предлагаемом устройстве посредством, усилителя 9 осуществлено подключение сопротивления (-К) параллельно детектору. В этом случае при расчете цепи известным методом ( например, методом контурных токов получаем напряжение на зажимах детек - тора

( i - Л о-ОбЯх / J. k5

где обозначения совпадают с обозначениями, принятыми для известного моста; :.fl0. - сопротивление резистора 7 и 12.

Относительная чувствительность измерений в этом случае

эи

- (« Х

С4)

9((fR)

Как видно из сравнения выражений i (2) и (4), в изобретении относительная чувствительность измерений возросла в число раз, равное отношению рассматриваемых чувствительностей

,„ .4 -et) ,

Если принять значение iV 10 R,i и, следовательно U Ю 4 ° чувствительность данного устройства yeieличивается в 100 раз.

На фиг. 2 показан вариант схемы данного устройства, позволяющего измерять сверхвысокоомные резисторы. Устройство содержит источник 13 питания, плечевой трансформатор напряжения с обмотками 15-18, измеряемый объект 19, образцовый конденсатор 20, детектор 21 равновесия, интегратор 22 с резистором 23 на входе и конденсатором 2Ц в цепи обратной связи, конденсатор 25, неинвертирующий усилитель 26 напряжения с делителем 27 и 28 напряжения и конденсатором 29 в цепи обратной связи. Мост уравновешивается коммутацией витков в обмотках 17и 18. Число вит. ков в обмотке 17 пропорционально реек тивной состабляющей измеряемого объекта, характеризующей его постоянную времени. Число витков в обмотке 18 пропорционально измеряемому српро. тивлению объекта 19.

Повышение чувствительности моста осуществляется усилителем 26 напряжения аналогичным описанному Путем.

При этом емкость конденсатора 29 выбирается равной емкости конденсатора 25.

Технико-экононичеекйй эффект изо5- ретения заключается в существенном повышении чувствительности и точности измерений высокоомных резисторов, достигаемом сравнительно простымпутем. При этом чувствительность линей0но зависит от значения измеряемого сопротивления, что существенно упрощает процесс уравновешивания многопредельной мостовой цепи.

Дополнительное повышение точности измерений может быть достигнуто

5 путем замены образцового резистора интегратором с конденсатором на выходе. Интегратор несложно выполнить с точным коэффициентом передачи. Кон0денсатор на выходе интегратора имеет малую емкость и его точность также высока.

Применение предлагаемого устройства позволяет измерять с высокой точностью сверхвысокоомные резисторы до сотен Гбм.

Формула изобретения

0 вторые зажимы вторичных обмоток соединены с заземленной шиной мостами детектор равновесия, включенный между точкой соединения вторых зажимов измеряемого объекта и образцовых

5 .мери заземленной шиной моста, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений мост. снабжен не инвертирующим усилителем напряжения с образцовым элементом в цепи обратной связи и делителем напряжения, подключенным к выходу неинвертирующего усилителя напряжения, первый вход неинвертирующего усилителя напряжения подключен к входу детектора равновесия, второй вход неивертирующего усилителя напряжения подключен к средней точке делителя напряжения второй вывод делителя напряжения соединен с заземленной шиной моста 2. Мост поп.1,отличающ и и с я тем, что в качестве одн из образцовых ме(1 включен интегратор с конденсатором на выходе интегратора. 0 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Илюковйч А. М. Методы имитации больших сопротивлений Измерительная техника, 1978, № 12, с. 50. 2.Трансформаторные измерительные мосты. Под ред. К. Б. Карандеева. Энергия, М., 1970, с. 169.