PL46212B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano dnia 7 marca 1963 r. 3 POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY J^M^.Nr 46212 Instytut Lacznosci*/ Warszawa, Polska ¦10-21 e. 29 03 (He Z1/Z£ Zmiennopradowy uklad mostkowo-kompentacyjny do pomiaru stratnosci elektrycznych obiektów reaklancyjnyah Patent trwa od dnia 23 stycznia 1962 r.Elektryczne wartosci kondensatorów niedo¬ skonalych i innych obarczonych stratami obie¬ któw pojemnosciowych mierzy sie powszech¬ nie mostkami, jak na przyklad mostkiem Sotie- go lub mostkiem Scheringa. Jako galaz porów¬ nawcza mostki te maja dwójnik zlozony z kon¬ densatora bezstratnego i opornika.Wynalazek dotyczy pomiaru obiektów o du¬ zej stratnosci, jak profilaktyczne pomiary sto¬ pnia zawilgocenia maszyn elektrycznych i tran¬ sformatorów, pomiary wilgotnosci zboza, we¬ gla, tkanin, pomiary kondesatorów o izolacji wlóknistej, kondensatorów specjalnych, zawil¬ goconych itp. Zwlaszcza zas dotyczy on tych przypadków, w których wartosc pojemnosci interesuje mniej, a glównie chodzi o wartosc kata stratnosci.Przy uzyciu mostków powyzej wspomnianych, *) Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze twórca wynalazku jest doc. mgr inz. Marian Lapinski wartosc kata stratnosci uzyskuje sie z odczyta¬ nych wartosci pojemnosci kondesatora i opor¬ nosci opornika dopiero przez obliczenie ze wzoru, do którego wchodzi tez wartosc czesto¬ tliwosci pomiarowej.Pomiar przy pomocy ukladu wedlug wyna¬ lazku umozliwia odczytywanie bezposredniie war¬ tosci kata stratnosci.Jezeli galezia porównawcza mostka uczynic sam kondensator, bez opornika, to mostka zrów¬ nowazyc nie mozna, lecz przy kazdej wartosci tego kondensatora jest w mostku na jego prze¬ katnej wskaznikowej pewne napiecie rózne od zera.Istota wynalazku polega na tym, ze jezeli kondensatorowi porównawczemu nadac pojem¬ nosc równa pojemnosci obiektu mierzonego, to faza napiecia na przekatnej wskaznika jest przesunieta wzgledem fazy napiecia na przekatnej zródla o cwierc okresu, a sto¬ sunek pierwszego napiecia do ostat-niego jest w przyblizeniu liniowa funkcja wspólczynnika stralnosci. Aby wiec wyzna¬ czyc wspólczynnik, wystarczy zmierzyc stosu¬ nek tych napiec przyrzadem, który mozna z góry wyskalowac w wartosciach wspólczynnika lub kata.Pomiar stosunku napiec metoda odchylowa nie bylby dogodny; mierzy go sie metoda zero¬ wa kompensacyjna. W tym celu napiecie na wskaznikowej przekatnej mostka kompensuje sie spadkiem napiecia na oporowym dzielniku, który zasila sie napieciem proporcjonalnym do napiecia zasilajacego mostek w jego przekat¬ nej zródla.Rysunek przedstawia przyklad ukladu po¬ miarowego wedlug wynalazku, mianowicie jego uklad polaczen oraz wykres wskazowy rozkla¬ du jego napiec. -£ W ukladzie polaczen wedlug fig. 1 uklad po¬ miarowy jest zasilany pradem zmiennym z ge¬ neratora o czestotliwosci / poprzez transfor¬ mator Tr, do którego przylaczona jest prze¬ katna zródlowa A—B mostka o wierzcholkach A, P, B, N.Jedna z galezi mostka, galaz A — P, stano¬ wi obiekt mierzony Ox, przedstawiony jako kondensator o dialektryku stalym. Przylegla galaz P — B jako galaz porównawcza stanowi bezstratny kondensator nastawny Cn. Ofcie pozostale galezie' A «- -N i N — B —•. jako gale¬ zie stosunkowe — tworzy opornik Rp i kon¬ densator bezstratny Cp, przy czym wartosci obu tych elementów sa dobrane tak. ze przy czestotliwosci pomiarowej modul impedancji kondensatora stosunkowego Cp jesto równy wartosci opornosci stosunkowego opornika Rp.Wtórne uzwojenie transformatora Tr ma po srodku odczep- M, miedzy zas ten odczep a wierzcholek N mostka jest wlaczony oporowy dzielnik napiecia R, którego opornosc w porów¬ naniu z opornoscia elementów stosunkowych Rp. Cp mostka jest wielka. Dzielnik R ma ru¬ chomy odczep K, przy czym zmienna opornosc czesci dzielnika pomiedzy odczepem K a srod¬ kiem M wtórnego uzwojenia transformatora Tr oznaczono r.Pomiedzy odczep K dzielnika R a wierz¬ cholek P mostka wlaczony jest wskaznik ze¬ rowy W%R.Pomiar polega na takim dobraniu pojemnosci kondensatora porównawczego Cn i polozenia odczepu K dzielnika R, zeby we wskazniku WR nie bylo pradu, oraz na odczytaniu, wte¬ dy wartosci r opornosci czesci M—K dzielnika..Na galezi wskaznika nie ma spadku napie¬ cia, tak iz jej konce K i P maja potencjal je¬ dnakowy W galezi tej nie ma pradu,* tak iz przez galezie A—P i P—B mostka plynie ten sam prad 7P Opornosc dzielnika R jest wielka, prad przez niego plynacy mozna- w granicach dokladnosci pomiaru pominac, czyli mozna przyjac, ze i przez galezie A—N i N—B mostka plynie ten sam prad ?N. Impedarooje obiektu mierzonego Ox mozna zastapic impedancja sze¬ regowego polaczenia zastepczej opornosci Rx i zastepczej pojemnosci Cx.Rozklad napiec w stanie zrównowazenia ukla¬ du, to jest kiedy w galezi wskaznika WR nie ma pradu, przedstawia wykres wskazowy na fig. 2. Przy poczególnych wskazach wpisano wyrazenia na wartosc danego napiecia, przy czym symbolami R, Rp, Cp, Cn wyrazono opornosc i pojemnosc elementów oznaczonych na fig. 1 tymi samymi symbolami, a co oznacza pulsacje pomiarowa. Punkty wykresu wskazo- wego oznaczono na fig. 2 tymi samymi litera¬ mi, co odpowiadajace im wezly ukladu pola¬ czen na fig. 1.Napiecie Oab wtórnego uzwojenia transfor¬ matora dzieli sie w odpowiadajacym odcze¬ powi tego uzwojenia punkcie M na polowy.To samo napiecie powoduje przeplyw pradu ?N przez elementy stosunkowe Rp i Cp. Wobec obranych wartosci tych elementów, wskazy AN i NB napiecia na nich tworza równora¬ mienny trójkat prostokatny ANB o przeciw- prostokatnej AB i o kacie prostym w wierz¬ cholku JV. Z tych zwiazków geometrycznych wynika, ze wskaz MN napiecia na dzielniku R jest do wskazu AB prostopadly w jego srodku.Punkt K odpowiadajacy potencjalowi odczepu tego dzielnika lezy na wskazie MN, a przesu¬ waniu odczepu po dzielniku odpowiada prze¬ suwanie punktu K po tym wskazie.Poniewaz w galezi K—P wskaznika WR w stanie zrównowazenia ukladu nie ma pradu, wiec przez obie czesci dzielnika plynie ten sam prad Jak stad wynika, spadek na czesci M—K dzielnika ma sie wtedy do spadku w calej jego galezi M—N tak, jak opornosc r ma sie do opor¬ nosci R.To samo równiez napiecie Oab powoduje przeplyw pradu /p przez obiekt mierzony Ox i kondensator porównawczy Cn. Gdyby to byly kondensatory doskonale, prad /p wyprzedzalby napiecie 0 \b o cwierc okresu, czyli wskaz tego pierwszego bylby do wskazu tego ostatniego prostopadly, ale wobec strat w obiekcie mierzo¬ nym wzajemny kat tych wsk«zów jest mniej¬ szy od kata prostego -2-Prad /podaje na obiekcie mierzonym spadek napiecia AP% a na kondensatorze porównowczym daje on spadek PB, przy czym suma tych sgadków stanowi napiecie AB. Z kolei spadek AP na obiekcie mierzonym mozna rozlozyc na spadek AX na opornosci zastepczej Rx i. spa¬ dek XP na zastepczej pojemnosci Cx Spadek AX jest w fazie z pradem 7P. a spadki XP i PB sa, wzgledem tego pradu opóznione o cwierc okresu (o kat prosty). Wskazy wiec tych trzech spadków tworza trójkat prostokatny (nierów- noramienny) AXB o tej samej przeciwprosto- katnej AB i o kacie prostym w wierzcholku X.Z drugiej strony trójkat AXP to trójkat spad¬ ków napiecia na obiekcie mierzonym, utwo¬ rzony ze spadku calkowitego AP, spadku czyn¬ nego AX i spadku biernego XP. Jak stad wy¬ nika, oznaczony przez 6 kat tego trójkata w wierzcholku P to kat stratnosci obiektu mierzo¬ nego.Zmienianiu pojemnosci kondensatora porów¬ nawczego Cn odpowiada zmienianie ksztaltu trójkata AXBt przy czym wierzcholek X prze¬ suwa sie po pólkolu opartym na srednicy AB, i jednoczesnie przesuwanie sie punktu P po wskazie XB.Doprowadzeniu ukladu do zrównowazenia, kiedy w galezi wskaznika WR nie ma pradu, tak iz konce tej galezi maja potencjal jednako¬ wy, odpowiada na wykresie wskazowym dopro¬ wadzenie punktów K i P do wzajemnego po¬ krycia, to jest doprowadzenie kazdego z nich do punktu przeciecia wskazów MN i XB.Z zaleznosci geometrycznych wynika, ze trój¬ kat APB jest wtedy równoramienny, tak iz kat w wierzcholku 5 wynosi polowe kata ze¬ wnetrznego APX, czyli wynosi on 1/2. 6.Z wykresu wskaznwego odczytuje sie dalej, ze MB = MJV; b b MP = MB • tg — =MN • tg — 2 2 MP b - 2 aretg , ,..¦ ¦;,¦':,-.¦¦. MN r czyli ze b = 2 aretg —.R Powyzsza zaleznosc wiaze kat stratnosci obie¬ ktu mierzonego bezposrednio ze stosunkiem podzialowym dzielnika oporowego. Po odczy¬ taniu tego stosunku, latwo sie wyznacza kat b.Ale i tego rachunku mozna uniknac. W tym Celu podzialke dzielnika oporowego skaMije sie wedlug wynalazku bezposrednio w wartosciach kata stratnosci albo w wartosciach jego tan- gensa, to jest w wartosciach wspólczynnika stratnosci.Podobnie latwo odczytuje sie z wykresu wskazowego ze XP « AP • cos ft i ze AP =-' PB, tak ze XiP = PB • cos b Z drugiej strony '<•'¦¦ l '""';' ^ ! XP = Ip • . PB = Ip • ——, JcoCx , /;.'! JcoCn czyli • • *•¦•'¦•¦ ' Tx = ./-''' .. cos 8 sv Jezeli kat stratnosci 6 nie jest znaczny, to Cx ^ Cn, 1 nastawiona pojemnosc kondensatora porówna¬ wczego jest w przyblizeniu równa pojemnosci obiektu pomiarowego. Uchyb nie przekracza wartosci lVt przy kacie stratnosci 6 nie wiek¬ szym niz 8°, a wartosc &/• nie przekracza on przy kacie dochodzacym do 11°. Jezeli wiec co do pojemnosci wystarcza pomiar przyblizony, to uklad wedlug wynalazku daje dla niej odczyt bezposredni.Zastosowanie ukladu wedlug wynalazku nie ogranicza sie do stratnpscd duzych, lecz nadaje sie on do obiektów o jakiejkolwiek stratnosci.Zamiast nastawnego dzielnika oporowego R mozna zastosowac podobnie nastawny dzielnik indukcyjny albo pojemnosciowy.Zamiast odczepu po srodku wtórnego uzwo¬ jenia transformatora, uzwojenie to moze miec odczep o innym stosunku podzialowym. W tym przypadku wartosci elementów stosunkowych mostka musza byc dobrane odpowiednio inaczej.Zamiast odczepu na wtórnym uzwojeniu tran¬ sformatora mozna zastosowac podobny odczep, zasilanego z tego uzwojenia oporowego albo reaktancyijnego dzielnika napiecia.Zamiast elementów bezstratnych, uklad moze miec elementy obarczone stratami. W tym przy¬ padku straty tych elementów uwzglednia sie w doborze ich wartosci oraz w wykonywaniu podzialkii dzielnika.Zamiast dzielnika R w postaci jednolitego opornika, moze byc dzielnik utworzony z dwóch albo z trzech oporników polaczonych szeregowo,, przy czym jeden z nich o odczepie ruchomym a pozostale stale. Jest to korzystne, jezeli chodzi o pomiary w zakresie ograniczonym, na przy¬ klad o pomiary stratnosci niewielkich,. PL

Claims (1)

1. Zastrzezenia patentowe 1 Zmiennopradowy uklad mostkowo-kompen- sacyjny do pomiaru stratnosci elektrycz¬ nych obiektów reaktancyjnych zawierajacy zródlo pradu zmiennego i zasilany z tego zródla niezrównowazony mostek utworzony z obiektu mierzonego, nastawnego elementu porównawczego i dwóch elementów stosun¬ kowych o róznym kajcie flaiztowyim tudziez na¬ stawny dzielnik napiecia pozwalajacy kom¬ pensowac wpltyw stratnosci obiektu mierzo¬ nego, znamienny tym, ze nastawny dzielnik (R) napiecia jest przylaczony jednym kon¬ cem do wierzcholka (N), przekatnej wskazni¬ kowej (N—P) mostka, a drugim koncem do odczepu (M) zródla (Tr), zasilajacego druga przekatna (A—B) tego mostka, albo do pun¬ ktu o potencjale takiego odczepu. Zmiennopradowy uklad mostkowo-kompen- sacytjny wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze nastawny daielndk (R) napiecia ma po- dzialke wyskalowana w wartosciach kata stratnosci (6) albo w wartosciach tangensa tego kata. Instytut L acznosc i n+t fi\2 P.W H. Wiór J^tooni. zim. PUKe, CMt. nm. 2012 11.VII.62 100 egz. Al pism. ki, III BIBLIOTEKA, Urzedu Patentowego / PL