Трансформаторный мост для измерения малых комплексных сопротивлений

 

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