Трансформаторный мост для измерения малых комплексных сопротивлений

Трансформаторный мост для измерения малых комплексных сопротивлений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ КОМПЛЕКСНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ,, содержаший цепочку из двух последоват;ельно соединенных токов вди з,ажимами четырехэажймных измеряемого и образцового сопротивлений, источник питания, подключенный к токовым , зажимам цепочки, двухступенчатый трансформатор с .двумя, плечевыми и jjo-; полнительной обмотками, причем плечевые обмотки выполнены.на двух .сердечниках , а дополнительная обмотке выполнена на одном сердечнике, дополни-тельный зерехобмоточный трансформатор и детектор равновесия/ одна из плече вых обмоток двухступенчатого трансФорматора последовательно с первой обмоткой дополнительного трансфорка тора подключена к потенциальным заж:Имам измеряемого объекта, вторая плечевая обмотка посладовательно.с второй обмоткой дополнительного трансформатора подключена к потенциальнь№1 зажимам образцового сопротивление; к зажимам третьей обмотки дополнительного трансформатора подключен де ек;тор равновесия, о т л и ч а ю щ в йс я тем, что, с целью повышения TOJ4ности измерений, мост снабжен Взгоррй дополнительной обмоткой яадвухату. пен чатом трансформаторе, рЭ1СООД ;ренной на одном сердечнике и вторым д полнительным двyxo6MpTO4iftftt тр 1й форматором , причем первая обмотка вт6р« го дополнительного тра сфОЕалатс ра псад С ключена третьим (дополннтел нь11м):К,по-; тенцнальным з ажимам иэмеряемйго.и обраэдового сопротивлений, вifopes а«й«эт- S ка дополнительного трансформатора ледовательно с двумя яопол1яительвымн обмотками двухступенчатого трансфер-, мафора подключена к четвертым ( нительным) потенциальным зажимам- I|B-. меряемого и образцового conpOTjtuf AieHtijtl

„„SU„„. 1018027 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ, РЕСПУБЛИК (5Р G 01 а 17 10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

H ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3333823 18-21 вых обмоток двухступенчато о транс(22) 31. 08.81 Форматора последовательно с первой (46) 15.05.83. Бюл. Р 18 обмоткой дополнительного трансформа"(72) Ю.В.Братусь, В.П.Карпенко, тора подключена к потенциальным зажиt0.A.Кубрак н З.Я.Монастырский мам измеряемого объекта, вторая пле(71) Институт электродинамики АН Ук- .чевая обмотка последовательно.с вто" . раинской CCP рой обмоткой дополнительногО траиСФОр(53) 621.317.733(088.8) . матора подключена к потенциальным за(56) 1. Приборы для научных иссле- жимам образцового сопротивления, к дований., 1971, М 4; с. 114, 115. зажимам третьей обмотки дополнитель2. J.Jàâkèleki Uklady риайя przemi-. ного трансформатора подключен детек ennea.Йо pomiary пхв 1сЬ temperatur тор.равновесия, о т л и ч а ю at и йtermometrami platinovyai, PAK, Р 5, с я тем, что, с целью повышения точ1979, s. 165. . . . ности измерений, мост снабжен второй (54)(57) ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ ДЛЯ . дополнительной обмоткой на двухсту--..

ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ КОМПЛЕКСНЫХ СОПРОТИВ- ПЕНЧатОМ траНСфсрМатОрв, раецОЛоНЕНЛЕНИЙ, содержаний. цепочку из двух ной на одном сердечнике, и вторим до;ф последовательно соединенных токовыми полнительным двухобмоточиыы траисфор- зажимами четырехзажимных измеряемого матором, причем первая обмотка вторс и образцового сопротивлений, нсточ- - го дополнительного траисформатора M@ ник питанйя,.подключенный к токовым - — ключена третьим(дополнительным)к по=: (, зажимам цепочки, двухступенчатый .тенциальным зажимам измеряемого-и об трансформатор с .двумя:.плечевыми и до- разцового сопротивлений, вторая ебиотполнительной обмотками, причем плече- ка дополнительного трансформатора пос вые обмотки выполненй на двух .серцеч- ледовательно. с двумя-дополнительийхи никах, а дополнительная обмотка вы- обмотками двухступенчатоГо транофоРполнена- на одном сердечнике, дополни- матора подключена к четвертым(дюпфь-: тельный трехобмоточный трансформатор нительным) потенциальным зажимам„.gjs- 4Р и детектор равновесия, одна из плече= меряемого и образцового сопротй фаиий .фы

1018027 ступенчатый трансформатор с двумя сердечниками, двумя плечевыми и дополнительной обмоткой, причем плечеИзобретение относится к электроиэ мерительной технике и может быть ис пользовано для измерения парам тров комплексных сопротивлений посредством мостоных и компенсационных цепей пе;ременного тока.

Известен трансформаторный мост,,содержащий, цепочку из двух последона. тельно соединенных токовыми зажимами четырехэажимных измеряемого и образцового сопротивлений, источник. питания, подключенный к токовым зажимам цепочки, два .плечевых антотрансформатора, обмотки которых соединены парал. лельно, образцовые резистор, конденсатор и детектор равновесия и два 15 двухобмоточных трансформатора, причем первая обмотка первого днухобмоточного трансформатора подключена к первым потенциальным зажимам измеряемого и образцового четырехзажимных сопротивлений, вторая обмотка этого трансформатора последовательно с пле. чевыми антотрансформаторами подключена к вторым потенциальным зажимам упомянутых четырехзажимных сопротин- 5 лений, первая обмотка второго двухобмоточного трансформатора последонательно с образцовым реэистром включена н диагональ моста между потенциальным зажимом измеряемого сопротивления и отпайкой от обмотки первого автотрансформатора, детектор равновесия подключен к второй обмотке втоРого двухобмоточного трансформатора, образцовый конденсатор включен между отпайкой от обмотки нторого автотранс форматора и точкой соединения образцового резистора с,первой обмоткой первого автотрансформатора (1).

Недостатки этого устройства состоят в том, что не .обеспечивается пря- 40

Мой измеряемой величины, а погрешности, обусловленные неточностью коЭффициента передачи первого двухобмоточного трансформатора, зависят.от

Частоты и растут с уменьшением знаЧений измеряемого сопротивления.

Кроме того, погрешности, обусловленные влиянием остаточных параметРов обмоток плечевых автотрансформаТоров и соединительных приводон, or" раничивают точность измерений и изменяются при уравновешивании моста, Причем межобмоточные емкости первого (компенсирующего) двухобмоточного трансформатора шунтируют образцовое сопротивление и ограничивают точ. ность измерений при увеличении этого сопротивления.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является трансформаторный мост, содержащий цепочку иэ последовательно соединенных токовыми зажимами измеряемого и двух идентичных образцовых сопротивлений, источник питания, подключенный к товыв обмотки выполнены на двух сердечниках, а дополнительная обмотка выполнена на одном сердечнике, и дополнительный трехобмоточный трансформа гор, одна иэ плечевых обмоток двухступенчатого трансформатора последовательно с первой обмоткой дополнительного трансформатора подключена к потенциальным зажимам измеряемого объекта, вторая плечевая обмотка двух ступенчатого трансформатора последовательно с нторой обмоткой дополнительного трансформатора подключена к потенциальным зажимам первого образцового сопротивления, дополнительная обмотка двухступенчатого трансформатора подключена к потенциальным зажимам второго образцового сопротивления, третья обмотка дополнительного трансформатора подключена к зажимам детектора равновесия (2), Недостатком известного устройства является сложность конструкции, обусловленная необходимостью н дублировании образцовых мвр. Особенно сложно устройство при построении многопредельных мостов. Кроме того, при таком дублировании образцовых мер нару. шается четырехзажимность их подключения и соединительные провода и контакты внесут дополнительную погрешность в результаты измерений.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что трансформаторный мост для измерения малых комплексных сопротивлений, содержащий цепочку из двух последовательно соединенных токовыми зажимами четырехзажимних измеряемого и образцового сопротивлений, источник питания, подключенный к токовым зажимам цепочки, двухступенчатый трансформатор с двумя сердечниками и двумя пле. чеными и дополнительной обмотками, причем плечевые обмотки выполнены на двух сердечниках, а дополнительная обмотка выполнена на одном сердечнике, дополнительный трехобмоточный трансформатор и детектор равновесия, одна из плечевых обмоток двухступенчатого трансформатора послвдонательно с первой обмоткой дополнительного трансформатора подключена к потенциальным зажимам измеряемого объекта, вторая плечевая обмотка последователь но с второй обмоткой дополнительного трансформатора подключена к потенциальным зажимам образцового сопротивления, к зажимам третьей обмотки дополнительного трансформатора подключен детектор равновесия, снабжен второй дополнительной обмоткой на двухступенчатом трансформаторе, рас полоковым зажимам цепочки, плечевой двухъ65 женной на одном сердечнике, и вторым

1018027 где

УАз (e) -4 h

3 дополнительным двухобмоточным трансформатором, причем первая обмотка второго дополнительного трансформатора подключена к третьим (дополнительным) потенциальным зажимам измеряемого и образцового сопротивлений, вторая обмотка второго дополнительно. го трансформатора последовательно с двумя дополнительными обмотками двух» ступенчатого трансформатора подключена к четвертым (дополнительным) по- !О тенциальным зажимам измеряемого и об.,разцового сопротивлений.

На фиг. 1 и 2 представлены упрощен. ные электрические схемы трансформатор. ного моста. 15

Устройство содержит источник 1 пи тания, измеряемое 2 и образцовое 3 сопротивления, соединенные токовыми зажимами последовательно с источником 1, к потенциальным зажимам измеряемого объекта подключены после- довательно обмотка 4 трансформатора

5-и обмотка 6 двухступенчатого трансформатора с сердечниками 7 и 8, а к потенциальным зажимам образцового сопротивления подключены последова- . тельно обмотка 9 трансформатора 5 и обмотка 10 двухступенчатого трансформатора. Обмотка 11 дополнительного трансформатора 12 подключена к третьим потенциальным зажимам измеряемого ЗО и образцового сопротивлений, обмотка .13 трансформатора 12 последовательно с обмотками 14 и 15 двухступенчатого трансформатора, выполненными на одном сердечнике 8 подключена последа- 35 вательно к четвертым потенциальным зажимам измеряемого и. образцового сопротивлений. Детектор 16 равновесия подключен к зажимам обмотки 17 трансформатора 5. 40

Мост работает следующим образом.

Падение напряжения на измеряемом и образцовом сопротивлениях сравниваются с напряжениями на обмотках 6 и 10. При наличии разности сравнивае- „ мых напряжений возникают токи в обмотках 4 и 9 трансформатора 5. По основному параметру мост уравновешивается коммутацией витков в обмотке 6 до исчезновения магнитного потока в сердечнике трансформатора 5, койтро.Лируемого детектором 16 равновесия..

Равновесие моста наступает при равенстве ампер-витков в обмотках 4 и 9, т.е. при выполнении условия

55 ! en<= ) ю (e) где m m — числа витков 4 и 9 соответственноу ф

Х - токи в этих обмотках. 6О

Значения токов Х„, Х определяются из равенств

О 2х . 0 о

1 (гх+г,! (z.,+Z,) ах+7 ) (> Z4) .U — - напряжение на эажи" мах источника 1 () ° ток в цепочке сопро

Ь о) (Z +Б ) тивлений 2 и 3; 3 84 ния обмоток 6 и 10 двухступенчатогр трансформатора.

Числа витков в обмотках 4 и 9 обыч но выбираются одинаковыми, т.е.

m<=m1 При этом уравнение равновесия цепи (1) с учетом зависимостей (2) щэинимает вид

7х Хо

4 -4

Если не учитывать влияния внутренних сопротивлений обмоток 6 и 10 и сопротивлений соединительных проводов, та известна зависимость где m, m — числа витков в обмотках б и 10 соответственно.

С учетом зависимости (4) уравнение равновесия цепи (3) принимает вид

15 у„„= 7 „„(5) как следует из последнего уравнения, равновесия мостовой цепи можно достичь регулировкой числа витков m в обмотке б, причем число витков в регулируемой обмотке пропорционально измеряемой величине и, следовательно, обеспечивается прямой отсчет Е .

Приведенный анализ состояния равновесия цепи произведен для идеальных характеристик элементов без учета влияния остаточных параметров обмоток, образцовых элементов и сопротивлений.соединительных проводов . При реальных измерениях необходима компенсировать погрешности, вносимые перечисленными остаточными параметрами цепи, s устройстве осуществляется компенсация следукщим образом.

Погрешности, обусловленные влиянием остаточных сопротивлений обмоток

6 и 10, соединительных проводов к ним компенсируются посредством-двухступен. чатога выполнения плечевого трансформатора, Двухступенчатый трансформатор, имеет две обмотки 14 и 15 намагничива; ния, выполненные на сердечнике 8, по которым протекает главная часть тока, и обмотки измерительные 6 и 10 с очень большим входным сопротивлением.

Работу устройства можно пояснить на эквивалентной схеме„ если представить двухступенчатый трансформатор в.вице двух трансформаторов, выполненных соответственно на сердечниках 7 и 8 раздельно, как показано на фиг. 2.

Обмотки 6 и 8, выполненные на сер. дечниках, при этом разбиваются на

1018027 две последовательно соединенные обмотки каждая. Обмотки 6 и 10 выполнены на сердечнике 8, обмотки 18 и 19, имеющие такое же число витков, как и обмотки 6 и 10, соответственно, выполнены на сердечнике 7. 5

Позициями 20 и 21 (Z„„,Z„ ) обозначены соответственно остаточные сопротивления обмоток б и 10 и соединительных проводов к ним 22 (Ея - сопротивление соединительного провода 10 между измеряемым 2 и образцовым 3 сопротивлениями, 23 и 24. (Z„ Ä, Ея) остаточные сопротивления обмоток 14 и 15 и соединительных проводов к ним

3<,„=Ея„, Ея =Z . Число витков в обмотке 15

14 равно числу витков в обмотке б, число витков в обмотке 15 равно числу витков в обмотке 10.

Основной магнитный поток создается в сердечнике 8 током намагничива-., 20 ния, протекающим по обмоткам 14 и

15, При отсутствии трансформатора 12 обмотки 14 и 15 шунтируют сопротивление Е» соединительного провода, что вносит дополнительную погрешность в результаты измерений. Посредством трансформатора 12 напряжение с зажимов нежелательного сопротивления Z» включается с напряжениями обмоток 14 и 15 и, таким образом, эта погрешность компенсируется.

Напряжение на зажимах обмотки 14 отличается oò напряжения .на зажимах измеряемого сопротивления на величину падения напряжения на нежелательном сопротивлении Z . Напряжение на З5

>>1 зажимах обмотки 15 отличается от напряжения на эажимах образцового сопротивления на величину падения напряжения на нежелательном сопротив-! ленин Е Такие же напряжения соот- 40 ветственно возникают на зажимах обмоток б и 10, расположенных на том же сердечнике 8. Таким образом, к зажимам обмоток 18 и 19 приложены разности напряжений между напряжениями на зажимах обмотки б и сопротивлении

2 и на зажимах обмотки 10 и сопротив-. ленин 3, соответственно. Эти разности напряжений достаточно малы и рав- ны соответственно падениям напряжений на сопротивлениях Z y„è Е При этом магнитный поток в сердечнике 7, обусловленный малыми напряжениями, приложенными к обмоткам 18 и 19, достаточно мал и поэтому полные сопротивления обмоток 18 и 19, обусловленные этим потоком, достаточно велики, что существенно огранйчивает токи, протекающие по обмоткам 6, 18 и 10, 19 соответственно, и таким образом обеспечивается существенное снижение погрешностей, возникающих из-за влия. ния сопротивлений Е> Z» . >т

Предлагаемое устройство имеет следующие технико- экономические преимущества, по сравнению с базовым устройством, повышение точности измерений, упрощение конструкции и удешевление предлагаемого устройства обеспечивается эа счет того, что громоздкий и дорогой набор образцовых мер, исполь. эуемый в базовом приборе, заменяется дешевым и миниатюрным двухобмоточным трансформатором с нерегулируемыми об. мотками. При этом повышается надежность работы устройства, так как исключается необходимость B дополнительной коммутации дублирующего набора образцовых мер.

Преимущества устройства особенно очевидны при построении многопредельных автоматических мостов . Так, например, при обеспечении б пределов измерений в известном устройстве необходимо применять б дополнительных образцовых мер и обеспечить их коммутацию при переключении пределов, т.е. необходимо еще по крайней мере б реле и устройство для управления их коммутацией. Контакты реле и соединительные провода вносят дополнительные погрешности в результаты измерений.

Эти элементы в данном устройстве исключены и заменены одним двухобмоточным трансформатором.

10l 8027

Lnf

ВНИИПИ Заказ 353О/43 Тираж 710 Подннсное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä,óë.Ïðîåêòíàÿ,4