Способ измерения активного сопротивления элементов электрических цепей, содержащих индуктивности с ферромагнитным сердечником, и устройство для его осуществления

 

Способ измерения активного сопротивления элементов электрических цепей, содержащих индуктивности с ферромагнитным сердечником, и устройство для его осуществления относятся к измерительной технике и основаны на следующем принципе: при помощи прямоугольно-координатного компенсатора фиксируется напряжение на переменной емкости в режиме, когда вещественная составляющая напряжения достигает максимального значения; активное сопротивление в элементе индуктивности с ферромагнитным сердечником при данном напряжении будет равно , где C - величина емкости, при которой вещественная составляющая напряжения является максимальной; L₀ - индуктивность элемента; M - взаимоиндуктивность в питающем трансформаторе; ω - частота питающего напряжения; r₀ - сопротивление элемента на постоянном токе, при этом шкала переменной емкости градуируется в единицах измерения сопротивления. Использование изобретения позволяет непосредственно получить результаты измерения искомой величины, исключив предварительную математическую обработку данных измерения. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения параметров индуктивных элементов, а также исследования и оценки свойств ферромагнитных материалов.

Известен способ измерения комплексного сопротивления с помощью прямоугольно-координатного компенсатора, при котором непосредственно измеряются разность потенциалов на зажимах измеряемого комплексного сопротивления и падение напряжения на известном безреактивном сопротивлении r₀, включенном последовательно с Z, а вычисление значений r и x осуществляется косвенным методом путем математической обработки результатов прямых измерений двух величин: соответственно U_AC и U_BC (фиг. 1) [1. Рего К.Г. Косвенное измерение параметров комплексного сопротивления при помощи компенсатора переменного тока с делителем напряжения на входе. Методы и аппаратура для измерения электрических и магнитных величин. - Киев: Наукова думка, 1966, с. 161 - 165].

При измерении напряжений и прямоугольно-координатным компенсатором получают следующие результаты: = X₁ + jY₁, = X₂ + jY₂.

Определение значений r и x производится по формулам Недостатком описанного способа является необходимость математической обработки результатов измерений по вышеприведенным формулам.

Наиболее близким к изобретению является устройство (фиг. 1) для косвенного измерения сопротивления, состоящего из прямоугольного компенсатора, мостовой схемы, питающего трансформатора, известного активного сопротивления, неизвестного комплексного сопротивления [1].

Недостатком известного устройства является невозможность непосредственного получения результата измерения искомой величины. Это обусловлено тем, что измерение осуществляется косвенным способом (с помощью прямоугольно-координатного компенсатора и мостовой схемы) и требует затем математической обработки измерений.

У прототипа и предлагаемого изобретения имеются следующие сходные существенные признаки: в обоих случаях измерение осуществляется с помощью прямоугольного компенсатора, на переменном токе.

Целью изобретения является механизация процесса измерения за счет введения переменной емкости, при помощи которой устанавливается режим максимума вещественной составляющей напряжения на ней, в результате чего между параметрами цепи устанавливается соотношение, выражаемое формулой где C - величина емкости, при которой вещественная составляющая напряжения является максимальной; L₀ - индуктивность элемента; M - взаимоиндуктивность в питающем трансформаторе; ω - частота питающего напряжения;
r₀ - сопротивление элемента на постоянном токе.

Передаточная функция по напряжению для контура ABC имеет вид

где - инерционная постоянная времени;
T_1r = RC - постоянная времени демпфирования;
K_r = C - коэффициент усиления;
p - параметр преобразования Лапласа.

Затем выделяем вещественную часть W(iω)

Из условия экстремальности вещественной составляющей напряжения

получаем формулу

учитывая, что R = r + r₀, а L = L₀ + M, получаем формулу (1).

Для достижения цели заявляемое изобретение, а именно способ измерения активного сопротивления элементов электрических цепей, содержащих индуктивности с ферромагнитным сердечником, и устройство для его осуществления, включает следующие общие существенные элементы, совокупность которых направлена на решение только одной связанной с целью изобретения задачи: прямоугольно-координатный компенсатор; измерительную цепь, отличающуюся тем, что имеется одноконтурная цепь (фиг. 2); вместо двух измерений на плечах моста с последующей математической обработкой результатов осуществляется одно измерение максимального значения вещественной составляющей на емкости путем ее изменения, причем шкала этой переменной емкости проградуирована согласно формуле

где C - величина емкости, при которой вещественная составляющая напряжения является максимальной;
L₀ - индуктивность элемента;
M - взаимоиндуктивность в питающем трансформаторе;
ω - частота питающего напряжения;
r₀ - сопротивление элемента на постоянном токе.

В сочетании с микропроцессором предлагаемое изобретение позволит полностью автоматизировать процесс измерения сопротивлений, кроме того, при известном активном сопротивлении может служить средством для измерения индуктивности, что следует из вышеприведенной формулы.

Выбор граничных параметров измеряемой величины осуществляется по графикам, изображенным на фиг. 3 - 5. Например, на фиг. 3 диапазон измеряемых сопротивлений составляет от 15 до 85 Ом при изменении емкости от 40 до 200 мкФ.

Как следует из графика, необходимо выполнять указанные граничные значения параметра C, так как в противном случае, поскольку функция r(C) не является равномерно-непрерывной, в начале и в конце диапазона измерения r существенным образом возрастает погрешность и может быть сколь угодно большой. Значения параметров получены теоретическим путем и могут быть сняты непосредственно с фиг. 3 - 5. Например, для параметра C = 1,44 мФ при подстановке в формулу (1) при значениях L₀ = 5 мГ, M = 1 мГ, ω = 314 с^-1 имеем

По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

По мнению авторов, сущность изобретения не следует для специалиста явным образом из известных соотношений электротехники, так как из них не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый технический результат - возможность автоматизации измерения, который отличает предлагаемое изобретение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критерию "изобретательский уровень".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе, может быть использована для оптимизации параметров электрических цепей, например по критерию максимума активной мощности.

На фиг. 1 изображено устройство для косвенного измерения комплексного сопротивления, состоящее из прямоугольно-координатного компенсатора 1, мостовой схемы 2, питающего трансформатора 3, известного активного сопротивления 4, неизвестного комплексного сопротивления 5; на фиг. 2 - устройство для измерения активного сопротивления элементов электрических цепей.

Предлагаемый способ может быть реализован с помощью следующего устройства, содержащего прямоугольно-координатный компенсатор 1, одноконтурную цепь 2, питающий трансформатор 3, переменную емкость 4, катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником 5.

На фиг. 3 - 5 изображены графики зависимостей активного сопротивления элементов электрических цепей как функции емкости; графики представляют собой гиперболы.

Так, например, согласно первому пункту изобретения в части способа процесс измерения активного сопротивления элементов электрических цепей, содержащих индуктивности с ферромагнитным сердечником, целесообразно осуществлять следующим образом: вращением рукоятки переменной емкости по шкале прямоугольно-координатного компенсатора 1 устанавливается режим в одноконтурной цепи 2, когда вещественная составляющая напряжения приобретает максимальное значение, после чего снимается значение искомого сопротивления со шкалы переменной емкости, при этом вращение ручки переменной емкости осуществляется до того момента, пока стрелка компенсатора не остановится и не начнет движение в обратном направлении.

Формула изобретения

1. Способ измерения активного сопротивления элементов электрических цепей, содержащих индуктивность с ферромагнитным сердечником, включающий измерение с помощью прямоугольно-координатного компенсатора комплексного напряжения на переменном токе на элементе цепи, отличающийся тем, что образуют одноконтурную измерительную цепь с введенной последовательно с измеряемым элементом переменной емкостью, с помощью которой устанавливают режим, когда вещественная составляющая напряжения на ней достигает максимального значения, а активное сопротивление, обусловленное потерями на перемагничивание, определяют по шкале переменной емкости, проградуированной в соответствии с формулой

где r - сопротивление, обусловленное перемагничиванием;
r_o - активное сопротивление элемента, измеренное на постоянном токе;
C - величина емкости, при которой вещественная составляющая напряжения является максимальной;
L_o - индуктивность элемента;
M - взаимоиндукция в питающем трансформаторе;
ω - частота питающего напряжения.

2. Устройство для измерения активного сопротивления элементов электрических цепей, содержащее прямоугольно-координатный компенсатор, подключенный к измерительной цепи с питающим трансформатором, отличающееся тем, что измерительная цепь выполнена одноконтурной и в нее введена переменная емкость, соединенная последовательно с измеряемым элементом, проградуированная в соответствии с формулой

где r - сопротивление, обусловленное перемагничиванием;
r_o - активное сопротивление элемента, измеренное на постоянном токе;
C - величина емкости, при которой вещественная составляющая напряжения является максимальной;
L_o - индуктивность элемента;
M - взаимоиндукция в питающем трансформаторе;
ω - частота питающего напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5