CS245089B1 - Transformátorový můstek pro měření malých impedancí - Google Patents

Abstract

Transformátorový můstek zabezpečuje vysokou přesnost a citlivost měření a umožňuje přímé měření vzájemné indukčnosti. Můstek sestává z proudového transformátoru s několika přepínatelnými primárními vinutími, ze dvou indukčních děličů a dvou napěťových transformátorů. V sérii s primárním vinutím proudového transformátoru je zdroj napájecího napětí a svorky (10, 11), k nimž jsou připojeny proudové svorky měřené impedance nebo jedna z cívek vzájemné indukčnosti. K jeho sekundárnímu vinutí je proudovými svorkami (14, 15) připojen odporový etalon, k jehož napěťovým svorkám (16, 17 J je paralelně připojen vstup oddělovacího stupně. K jeho výstupu je paralelně připojen obvod fázového posunu. Paralelně k výstupu oddělovacího stupně a obvodu fázového posunu jsou připojeny indukční děliče (5, 6), k jejichž výstupům jsou připojeny prlmáry napěťových transformátorů (7, 8). Jejich sekundární vinutí jsou v sérii s indikátorem vyvážení a druhými svorkami (12, 13) pro připojení napěťových svorek měření impedance nebo druhé cívky vzájemné indukčnosti. Druhá svorka (12) spojená s indikátorem vyvážení je uzemněna. S výhodou jsou všechny transformátory vytvořeny s pomocným buzením.

Description

Transformátorový můstek zabezpečuje vysokou přesnost a citlivost měření a umožňuje přímé měření vzájemné indukčnosti.

Můstek sestává z proudového transformátoru s několika přepínatelnými primárními vinutími, ze dvou indukčních děličů a dvou napěťových transformátorů. V sérii s primárním vinutím proudového transformátoru je zdroj napájecího napětí a svorky (10, 11), k nimž jsou připojeny proudové svorky měřené impedance nebo jedna z cívek vzájemné indukčnosti. K jeho sekundárnímu vinutí je proudovými svorkami (14, 15) připojen odporový etalon, k jehož napěťovým svorkám (16, 17 J je paralelně připojen vstup oddělovacího stupně. K jeho výstupu je paralelně připojen obvod fázového posunu. Paralelně k výstupu oddělovacího stupně a obvodu fázového posunu jsou připojeny indukční děliče (5, 6), k jejichž výstupům jsou připojeny prlmáry napěťových transformátorů (7, 8). Jejich sekundární vinutí jsou v sérii s indikátorem vyvážení a druhými svorkami (12, 13) pro připojení napěťových svorek měření impedance nebo druhé cívky vzájemné indukčnosti. Druhá svorka (12) spojená s indikátorem vyvážení je uzemněna. S výhodou jsou všechny transformátory vytvořeny s pomocným buzením.

Vynález se týká transformátorového můstku pro měření malých impedancí se zabezpečením vysoké přesnosti a citlivosti měření.

K přesnému měření impedancí se v současné době nejčastěji používá transformátorových můstků. Tyto můstky se hodí především pro měření impedancí větších hodnot, kdy se i s poměrně jednoduchými zapojeními dosahuje vysoké přesnosti měření a vysoké citlivosti. Naproti tomu přesnost transformátorových můstků pro· měření malých impedancí bývá podstatně nižší, i když se používá složitějších zapojení a vyvažování je komplikovanější vzhledem k nutnosti zajistit co' nejlepší eliminaci vlivu odporů přívodů a přechodových odporů. Další nevýhodou těchto můstků je, že zpravidla neumožňují přímé měření vzájemných indukčností.

Uvedené nevýhody odstraňuje transformátorový můstek pro měření malých impedancí s proudovým transformátorem s několika přepínatelnými primárními vinutími, se dvěma několikadekádovými indukčními děliči a se dvěma napěťovými transformátory, podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že v sérii s primárním vinutím proudového transformátoru je zapojen zdroj napájecího napětí a první svorky, ke kterým je svými proudovými svorkami připojena měřená impedance, nebo v případě měření vzájemné indukcnosti jedna z cívek této indukcnosti, zatímco k sekundárnímu vinutí proudového transformátoru je proudovými svorkami připojen odporový etalon. Paralelně k jeho napěťovým svorkám je připojen vstup oddělovacího stupně s jednotkovým zesílením, k jehož výstupu je paralelně připojen vstup obvodu fázového posunu. V výstupu oddělovacího stupně s jednotkovým zesílením a obvodu fázového posunu jsou připojeny vstupy prvního a druhého indukčního děliče, přičemž k výstupům těchto děličů jsou připojena primární vinutí prvního a druhého napětového transformátoru, jejichž sekundární vinutí jsou zapojena do série s indikátorem vyvážení a s druhými svorkami, ke kterým je svými napěťovými svorkami připojena měřená impedance a v případě měření vzájemné indukčnosti druhá z jejích cívek. Druhá svorka měřené impedance spojená s indikátorem vyvážení je uzemněna. Jako napěťových transformátorů lze použít napěťových transformátorů s pomocným buzením a jako proudového transformátoru proudového transformátoru s pomocným buzením, paralelně k jehož sekundárnímu vinutí je svými vstupy připojen operační zesilovač, mezi jehož invertující vstup a výstup je proudovými svorkami připojen odporový etalon.

Širokého měřicího rozsahu můstku a vysoké přesnosti se dosahuje použitím proudového transformátoru s pomocným buzením a s několika přepínatelnými primárními vinutími a dvou několikadekádových indukčních děličů.

Příklady zapojení transformátorového můstku pro měření malých impedancí jsou schematicky uvedeny na přiložených výkresech. Na obr. 1 je všeobecné schéma zapojení, na obr. 2 je konkretizace tohoto zapojení pro měření obecné impedance a na obr. 3 je konkretizace zapojení pro měření vzájemné indukcnosti.

V sérii s primárním vinutím proudového transformátoru 1, obr. 1, je zapojen zdroj 2 napájecího napětí a svorky 10, 11, ke kterým je svými proudovými svorkami připojena měřená impedance Z_x. K sekundárnímu vinutí tohoto proudového transformátoru 1 je proudovými svorkami 14, 15 připojen odporový etalon R_n. Paralelně k napěťovým svorkám 16, 17 odporového etalonu R_n je připojen vstup oddělovacího stupně 3, který má jednotkové zesílení. Paralelně k výstupu oddělovacího stupně 3 je připojen vstup obvodu 4 fázového posunu. K výstupu oddělovacího stupně 3 je připojen vstup prvního indukčního děliče 5, k jehož výstupu je připojeno primární vinutí prvního napěťového transformátoru 7. K výstupu obvodu 4 fázového posunu je připojen vstup druhého indukčního děliče 6, k jehož výstupu je připojeno primární vinutí druhého napěťového transformátoru 8. Sekundární vinutí prvního a druhého napěťového transformátoru 7, 8 jsou zapojena do série s indikátorem 9 vyvážení a s druhými svorkami 12, 13, ke kterým se svými napěťovými svorkami připojuje měřená impedance Z_x. Druhá svorka 13, na kterou je připojena napěťová svorka měřené impedance Z_x, která je spojena s indikátorem vyvážení 9, je uzemněna. Rovněž tak jsou uzemněny indukční děliče 5, 8, primární vinutí napěťových transformátorů 7, 8, jedna vstupní a jedna výstupní svorka oddělovacího stupně 3 a obvodu 4 fázového posunu, jakož 1 výstup Indikátoru 9 vyvážení, který je spojen s druhou svorkou 12.

Při měření se nastavením dělicích poměrů prvního indukčního děliče 5 a druhého indukčního děliče 6 transformátorový můstek vyváží. Potom se odečtou dělicí poměry ni, nz, nastavené na prvním indukčním děliči 5 a na druhém indukčním děliči 6. Pro rovnovážný stav pak platí

Re

Ά

Im

Ιηι[Ζχ]

		7 -		ďť-j p Re [?x]
zx	= p uJUj	»*»		<2 Ra

kde

Re [Z_x], popřípadě Im (Z_xj je reálná, případně imaginární část měřené Impedance, ω je úhlový kmitočet napájecího napětí, ni, případně nz je dělicí poměr nastavený v rovnováze na indukčním děliči 5, popřípadě S, p je převod proudového transformátoru 1, τι a T2 jsou časové konstanty obvodu fázového posunu 4.

V sérii s primárním vinutím proudového transformátoru 1, obr. 2 je zdroj 2 napájecího napětí a první svorky 10, 11, ke kterým je svými proudovými svorkami připojena měřená impedance Z_x. Paralelně k sekundárnímu vinutí proudového transformátoru 1 je svými vstupy připojen první operační zesilovač 18, mezi jehož invertující vstup a výstup je proudovými svorkami 14, 15 připojen odporový etalon R_:1. Paralelně k napěťovým svorkám 16, 17 tohoto odporového etalonu R_n je připojen vstup napěťového sledovače, realizovaného pomocí druhého operačního zesilovače 19, který je zde ve funkci oddělovacího stupně 3. Mezi výstup tohoto druhého operačního zesilovače 19 a zem je svým vstupem připojen jednak integrátor, který je zde ve funkci obvodu 4 fázového posunu a který je tvořen třetím operačním zesilovačem 20, rezistory Ri, Rž a kondenzátorem C, jednak první několikadekádový indukční dělič 5, paralelně k jehož výstupu je připojen vstup prvního napěťového transformátoru 7 s pomocným buzením a s převodem 1 :1, tvořeného čtvrtým operačním zesilovačem 71 ve funkci napěťového sledovače a třemi vinutími se stejnými počty závitů na obou jádrech. Mezi výstup třetího operačního zesilovače 20 a zem je připojen vstup druhého několikadekádového indukčního děliče 6, jehož výstup je připojen lke vstupu druhého napěťového transformátoru 8 s pomocným buzením a s převodem 1:1, tvořeného pátým operačním zesilovačem 81 ve funkci napěťového sledovače a třemi vinutími se stejnými. počty závitů na obou jádrech. Sekundární vinutí obou napěťových transformátorů 7, 8 jsou zapojena do série a jsou v sérii též s indikátorem 9 vyvážení a druhými svorkami 12, 13, ke kterým se svými napěťovými svorkami připojuje měřená impedance Z_x. Druhá svorka 12, spojená s indikátorem 9 vyvážení, je uzemněna. Při měření vzájemné indukčnosti mezi dvěma cívkami, obr. 3, se jedna z těchto cívek připojí k prvním svorkám 10, 11 a druhá pak k druhým svorkám 12, 13.

Můstek se opět vyvažuje nastavením dělicích poměrů indukčních děličů 5, Β. V rovnováze platí dříve uvedené vztahy. Časová konstanta τι je zde dána součinem CRi a časová konstanta τζ součinem CRz.

Zapojení podle vynálezu je určeno k přesnému měření elektrického odporu, elektrické kapacity a vlastní i vzájemné indukčnosti. Samotné vyhodnocení výsledků měření se s výhodou provede například pomocí programovatelného kalkulátoru.

Claims (3)

1. Transformátorový můstek pro měření malých impedancí s proudovým transformátorem s několika přepínatelnými primárními vinutími, se dvěma několikadekádovými indukčními děliči a se dvěma napěťovými transformátory, vyznačující se tím, že v sérii s primárním vinutím proudového transformátoru (1) je zapojen zdroj (2) napájecího napětí a první svorky (10, 11), ke kterým je připojena buď svými proudovými svorkami měřená impedance (Z_x), nebo jedna z cívek měřené vzájemné indukčnosti, zatímco· k sekundárnímu vinutí proudového transformátoru (lj je proudovými svorkami (14, 15) připojen odporový etalon (R_n), vynalezu paralelně k jehož napěťovým svorkám (16, 17) je připojen vstup oddělovacího stupně (3) s jednotkovým zesílením, k jehož výstupu je paralelně připojen vstup obvodu (4) fázového posunu, přičemž paralelně k výstupu oddělovacího stupně (3) s jednotkovým zesílením a obvodu (4) fázového posuvu jsou svými vstupy připojeny první a druhý indukční dělič (5, 6), k jejichž výstupům jsou připojena primární vinutí prvního a druhého napěťového transformátoru (7, 8), jejichž sekundární vinutí jsou v sérii s indikátorem (9j vyvážení a druhými svorkami (12, 13), ke kterým je připojena buď svými napěťovými svorkami měřená impedance (ZJ, nebo druhá cívka měřené vzájemné indukčnosti, přičemž druhá svorka (12), spojená s indikátorem (9) vyvážení, je uzemněna.

2. Transformátorový můstek podle bodu 1, vyznačující se tím, že první a druhý napěťový transformátor (7, 8) jsou tvořeny napěťovými transformátory s pomocným buzením.

3. Transformátorový můstek podle bodu 1, vyznačující se tím, že proudový transformátor (1) je tvořen proudovým transformátorem s pomocným buzením, paralelně k jehož sekundárnímu vinutí je svými vstupy připojen operační zesilovač (18), mezi jehož invertující vstup a výstup je proudovými svorkami (14, 15) připojen odporový etalon (R_nj.