PL65371B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano: 30.VI.1972 65 371 KI. 21e,27/02 MKP GOlr 27/02 UKD Wspóltwórcy wynalazku: Maciej Nalecz, Zbigniew Dunajski Wlasciciel patentu: Polska Akadamia Nauk (Instytut Cybernetyki Stoso¬ wanej), Warszawa (Polska) Uklad do pomiaru parametrów pasywnych obwodów elektrycznych i ich elementów Przedmiotem wynalazku jest uklad do pomiaru parametrów pasowych obwodów elektrycznych i ich elementów lub do obserwacji zmian tych parametrów.Znanych jest szereg ukladów sluzacych do po- 5 miaru rezystancji, pojemnosci i indukcyjnosci. Sa to rozwiazania typu mostkowego, rezonansowego itp. lub uklady zawierajace hallotrony. Uklady typu mostkowego lub rezonansowego, przystoso¬ wane do pomiaru zmian rezystancji, indukcyjnosci 10 i pojemnosci jako wskazniki automatyczne, maja bardzo zlozona budowe i pewne ich cechy znacznie utrudniaja stosowanie ich w ukladach automatyki.Ukladami juz prostszymi i o lepszj^ch wlasnos¬ ciach z punktu widzenia automatyki, sa uklady z 15 zastosowaniem elementu mnozacego jakim jest hallotron.Znanych jest kilka rozwiazan ukladów zbudo¬ wanych na hallotronach sluzacych do pomiaru omawianych wielkosci. Sa to uklady wykorzy- 2o 7T stujace przesuniecie faz równe lub uklady za pomoca których wyznacza sie mierzony parametr na podstawie pomiaru mocy.I tak, w ukladzie do pomiaru indukcyjnosci i re- 25 zystancji zastosowany jest jeden hallotron jako wskaznik przesuniecia fazy miedzy napieciem za¬ silajacym a indukcyjnoscia w szczelinie elektro¬ magnesu. Zawiera on znany uklad Hummla przesu¬ wajacy o 90° faze napiecia zasilajacego wzgledem 30 indukcji w elektromagnesie. Elektromagnes wlaczo¬ ny jest szeregowo z badanym elementem i poten¬ cjometrem w jednej z galezi mostka Wheatstone'a lub innego ukladu sluzacego do utrzymania stalej rezystancji galezi. Uklad ten wykazuje duza za¬ leznosc pomiaru od czestotliwosci. Dokladnosc po¬ miaru indukcyjnosci jest nie wieksza od 1%.Inny uklad, zbudowany tez na jednym hallotro¬ nie, przeznaczony jest do pomiaru indukcyjnosci i pojemnosci. Hallotron umieszczony w polu mag¬ netycznym mnozy dwa sygnaly pochodzace z dwóch obwodów wejsciowych. W ukladzie wykorzystany jest warunek przesuniecia faz pradów w galeziach równoleglych o 90°. Uklad ten w jednym obwodzie wejsciowym hallotronu ma szeregowo polaczona rezystancje oraz indukcyjnosc mierzona lub wzor¬ cowa (w przypadku pomiaru pojemnosci). W dru¬ gim obwodzie wejsciowym znajduje sie szeregowo polaczona rezystancja z pojemnoscia mierzona lub wzorcowa (w przypadku pomiaru indukcyjnosci).Na wyjsciu hallotronu wlaczony jest wskaznik wartosci sredniej.Niska sprawnosc produkowanych obecnie hallo- tronów ogranicza znacznie czulosc tego ukladu oraz uniemozliwia pomiar parametrów o bardzo malych wartosciach.Znany jest takze uklad zbudowany na dwu hal¬ lotronach, sluzacy do pomiaru wartosci rezystancji i strat w materialach ferromagnetycznych i kon¬ densatorach. Hallotrony te znajduja sie w polu 653713 65871 4 elektromagnesu. Jeden z hallotronów pracuje w ukladzie przetwornika mocy, a drugi w ukladzie detekcji kwadratowej. Hallotron pracujacy w ukla¬ dzie detekcji kwadratowej polaczony jest z jednej strony szeregowo z elektromagnesem, a z drugiej strony, poprzez szeregowo polaczony potencjometr, z jednym z zacisków wyjsciowych przyrzadu. Wyj¬ scia hallotronów polaczone sa przeciwsobnie po¬ przez galwanometr.W ukladzie tym podobnie jak i w poprzednim, zastosowanie hallotronów ogranicza znacznie czu¬ losc ukladu, co wymaga stosowania czulych wskaz¬ ników zera. a w przypadku budowy przyrzadów au¬ tomatycznych, stosowania wzmacniaczy z bardzo malym dryftem zera.Powyzej przedstawione uklady hallotronowe w sposób niewatpliwy przewyzszaja znane uklady mostkowe prostota obslugi oraz tym, ze pomiar nie zalezy od zmiany czestotliwosci zródla zasilania i ksztaltu krzywej napiecia zasilania.Inne znane uklady hallotronowe moga mierzyc prawidlowo tylko w zakresie malych rezystancji w stosunku do rezystancji jaka wnosi hallotron do ukladu. Wynika to stad, ze. poprawnie uklad dziala gdy rezystancja galezi bocznikujacej element bada¬ ny jest duzo wieksza od impedancji badanego ele¬ mentu. W przeciwnym-bowiem przypadku, praca ukladu nie jest prawidlowa.Celem wynalazku jest uklad do pomiaru rezy¬ stancji, indukcyjnosci i pojemnosci, pozwalajacy na budowe prostych wskazników automatycznych i zachowujacy zalety znanych ukladów a dzialaja¬ cy w zakresie wiekszych wartosci rezystancji oraz pozwalajacy na otrzymanie wiekszych wartosci sygnalów wyjsciowych.Cel ten zostal osiagniety przez skonstruowanie ukladu dzialajacego na zasadzie kompensacji.Uklad do pomiaru parametrów pasywnych obwo¬ dów elektrycznych i ich elementów, zawierajacy elementy mnozace które stanowia przetwornik mocy i uklad detekcji kwadratowej lub detektor fazy, jako istotna ceche ma to, ze elementami mnozacymi sa co najmniej dwa elementy galwa- nomagnetyczne, korzystnie gaussotrony lub mag- netodiody, w obwód których wlaczony jest element badany i wzorzec z którego odczytuje sie wartosc mierzonego parametru.W przypadku pomiaru rezystancji element bada¬ ny i wzorzec oraz elementy g^lwanomagnetyczne i cewka wytwarzajaca pole magnetyczne stano¬ wiace uklad detekcji kwadratowej sa polaczone szeregowo. Skladowa stala napiecia wyjsciowego przetwornika mocy jest proporcjonalna do mocy rozproszonej w tych elementach. Na wyjsciu ele¬ mentów mnozacych zalaczony jest wskaznik war¬ tosci sredniej który wskazuje zero gdy uklad jest w równowadze. W przypadku pomiaru indukcyj¬ nosci element badany jest polaczony szeregowo z cewka wytwarzajaca pole magnetyczne.W przypadku pomiaru pojemnosci, badany kon¬ densator polaczony jest szeregowo z elementami galwanomagnetycznymi mnoznika a uklad sprowa¬ dza sie do stanu równowagi za pomoca potencjo¬ metrów (rezystorów dekadowych), wlaczonych w galez przeciwna. W przypadku pomiaru rezystancji, rozdzielenie galwaniczne elementów galwanomag- netycznych znajdujacych sie w ukladzie przetwor¬ nika mocy i ukladu detekcji kwadratowej zreali¬ zowane jest przy pomocy transformatora; wyjscia 5 elementów mnozacych sa tak polaczone, ze skla¬ dowe stale napiec odejmuja sie. Ponadto, jeden element galwanomagnetyczny z przetwornika mo¬ cy i jeden element galwanomagnetyczny ukladu detekcji kwadratowej znajduja sie w polu magne¬ tycznym jednej cewki.W przypadku pomiaru indukcyjnosci i pojemno¬ sci zastosowany jest przesuwnik fazy zbudowany na galwanomagnetycznym elemencie mnozacym, którego prady wejsciowe przesuniete sa w fazie TT o—-przez zastosowanie dwóch potencjometrów, in¬ dukcyjnosci i pojemnosci. Przy pomiarze induk¬ cyjnosci, kondensator jest elementem wzorcowym.Przy pomiarze pojemnosci, w szereg z cewka ele¬ mentu mnozacego wlaczona jest indukcyjnosc wzorcowa. Wartosc pojemnosci odczytuje sie na potencjometrze wlaczonym szeregowo z cewka ele¬ mentu mnozacego, a indukcyjnosc — z potencjo¬ metru wlaczonego w szereg z kondensatorem.Zastosowanymi galwanomagnetycznymi elemen¬ tami mnozacymi sa pary gaussotronów lub magne- todiod, polaczone w ukladzie mostkowym w celu wyeliminowania skladowej.Zastosowanie gaussotronów lub magnetodiod w ukladzie pozwala zwiekszyc uzyskiwany sygnal wyjsciowy w stosunku do znanych ukladów hallo- tronowych. Uklady te maja znacznie wieksza czu¬ losc, co pozwala na stosowanie mniej czulych wskazników zera lub na znaczne obnizenie napie¬ cia zasilajacego oraz rozszerza zakres wartosci wielkosci mierzonych. W przypadku budowy przy¬ rzadów automatycznych,' wiekszy sygnal wyjsciowy znacznie lagodzi wymagania stawiane wzmacnia¬ czom stosowanym na wyjsciu.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ukladu do pomiaru rezystan¬ cji, a fig. 2 — schemat ukladu do pomiaru pojem¬ nosci i indukcyjnosci.Uklad do pomiaru rezystancji zawiera przetwor¬ nik mocy, który stanowia: dwa gaussotrony 5 i 6 znajdujace sie w polu magnetycznym dwu cewek 1 i 2, transformator 7 i rezystory 12 i 13. Kazdy z gaussotronów 5 i 6 polaczony jest z rezj^storem 12 lub 13. Wspólny punkt gaussotronów 5 i 6 oraz punkt wspólny rezystorów 12 i 13 polaczone sa z uzwojeniem wtórnym transformatora 7, przez co zrealizowano rozdzielenie galwaniczne gausso¬ tronów.Uklad detekcji kwadratowej pradu w elemencie badanym stanowia gaussotrony 3 i 4, umieszczone w polu magnetycznym cewek 1 i 2, i rezystory 10 i 11. Kazdy z gaussotronów polaczony jest z rezy¬ storem 10 lub 11. Punkt wspólny gaussotronów 3 i 4 polaczony jest z pierwotnym uzwojeniem trans¬ formatora 7. Punkt wspólny rezystorów 10 i 11 polaczony jest do pierwotnego uzwojenia poprzez wzorcowy potencjometr 8 i element badany 9 wlaczony do zacisków 14 i 15. Wyjscia obu mnoz¬ ników polaczone sa przeciwsobnie i na galwano- 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6065371 6 metr G podawana jest róznica napiec wyjscio¬ wych.Skutkiem przemnozenia pradu sterujacego gaus- sotronów i pradu w cewce, na wyjsciu gausso- tronów 5 i 6 powstaje napiecie, którego skladowa stala jest proporcjonalna do mocy czynnej tra¬ conej w cewkach 1 i 2, gaussotronach 3 i 4, wzor¬ cowym potencjometrze 8, elemencie badanym 9, oraz dwu rezystorach 10 i 11. Poniewaz gaussotro- ny 3 i 4 polaczone sa szeregowo z cewka, skla¬ dowa stala napiecia na ich wyjsciu jest propor¬ cjonalna do kwadratu pradu w elemencie bada¬ nym 9. Elementy ukladu sa tak dobrane, ze skla¬ dowe stale napiec wyjsciowych sa sobie równe dla zadanej wartosci rezystancji elementu badanego 9.Równosc skladowych stalych wskazuje galwa- nometr G. Jezeli rezystancja elementu badanego 9 ulegnie zmianie, to skladowa stala napiec wyjscio¬ wych z gaussotronów nie bedzie równa a powstala róznica jest proporcjonalna do zmian rezystancji elementu badanego 9. Pod wplywem tej róznicy galwanometr odchyli sie od polozenia zerowego.Ponowny stan równowagi mozna uzyskac zmienia¬ jac rezystancje potencjometru 8. Na osi potencjo¬ metru 8 moze byc-umieszczona tarcza'z podzial- ka, z której mozna odczytywac wartosc zmian re¬ zystancji elementu 9. Elementem 9 moze byc prze¬ twornik wielkosci nieelektrycznych.Uklad do pomiaru indukcyjnosci i pojemnosci, sklada sie z elementu mnozacego, który stanowia dwa gaussbtrony 23 i 24 polaczone z rezystorami 29 i 30 i umieszczone w polu magnetycznym ce¬ wek 21 i 22, oraz z dwu potencjometrów 25 i 26 i kondensatora 28. Jeden z potencjometrów dola¬ czony jest do punktów wspólnych rezystorów 29 i 30, a drugi poprzez cewke 21 i 22 do punktu wspólnego gaussotronów 23 i 24. Element badany 27 wlaczony jest pomiedzy potencjometr 25 i kon¬ densator 28 dolaczony do drugiego potencjometru 26.Wyjscia gaussotronów dolaczone sa do galwa- nometru G. Prad it jest opózniony wzgledem na¬ piecia U o kat cp a prad i2 wyprzedza napiecie o kat ty. W wyniku przemnozenia przez element mnozacy, pradów ix i i2, na wyjsciu pojawi sie napiecie, którego skladowa stala jest proporcjonal¬ na do cos (qp + ty). Jezeli parametry ukladu zostana tak dobrane, ze suma katów bedzie równa— to skladowa stala napiecia wyjsciowego bedzie rów¬ na zero. Gdy skladowa stala napiecia wyjsciowego jest równa zero, spelnione jest równanie L = Rj • R2 • C przy czym, R± oznacza rezystancje galezi zlozonej z dwu cewek 21 i 22, wzorcowego potencjometru 25 i elementu badanego 27, R2 — rezystancje ga¬ lezi zlozonej z gaussotronów 23 i 24, wzorcowego potencjometru 26, kondensatora 28 bedacego wzor¬ cem przy pomiarze indukcyjnosci oraz dwu rezy¬ storów 29 i 30, C — pojemnosc kondensatora 28.Jezeli za pomoca ukladu wedlug wynalazku ma- 5 ja byc mierzone zmiany indukcyjnosci, to element badany 27 wlacza sie do pierwszej galezi a zmie¬ niajac rezystancje 26 sprowadza sie uklad do Sta- nu równowagi, to jest do stanu gdy cp + ty =—-.Li 10 Przy pomiarze zmian pojemnosci, element badany wlacza sie na miejsce kondensatora 28 a przez zmiane rezystancji 25 sprowadza sie uklad do sta¬ nu równowagi. Rezystancje wnoszone przez ele¬ menty badane moga byc skompensowane za po- 15 moca polaczonych z nimi w szereg potencjome¬ trów. PL PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Uklad do pomiaru parametrów pasywnych ob- 20 wodów elektrycznych i ich elementów, zawieraja¬ cy elementy mnozace stanowiace przetwornik mo¬ cy i uklad detekcji kwadratowej lub detektor fazy, znamienny tym, ze elementami mnozacymi sa co najmniej dwa elementy galwanomagnetyczne, 25 korzystnie gaussotrony lub magnetodiody, w obwód których wlaczono element badany i wzorzec z któ¬ rego odczytuje sie wartosc mierzonego parametru, przy czym w przypadku pomiaru rezystancji ele¬ ment badany i wzorzec, oraz elementy galwano- 30 magnetyczne i cewka wytwarzajaca pole magne¬ tyczne stanowiace uklad detekcji kwadratowej, po¬ laczone sa szeregowo a skladowa stala napiecia wyjsciowego przetwornika mocy jest proporcjonal¬ na do mocy rozpraszanej w tych elementach, na S5 wyjsciu elementów mnozacych zalaczony jest wskaznik wartosci sredniej, który wskazuje zero, gdy uklad jest w równowadze, zas w przypadku pomiaru indukcyjnosci element badany jest pola¬ czony szeregowo z cewka wytwarzajaca pole ma- gnetyczne, a w przypadku pomiaru pojemnosci ba¬ dany kondensator polaczony jest szeregowo z ele¬ mentami galwanomagnetycznymi mnoznika, nato¬ miast uklad sprowadza sie do stanu równowagi za pomoca potencjometrów wlaczonych w galaz prze- ciwna.

2. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w przypadku pomiaru rezystancji, dla rozdzielenia galwanicznego elementów galwanomagnetycznych znajdujacych sie w ukladzie przetwornika mocy i ukladu detekcji kwadratowej, polaczone sa one 50 . . z uzwojeniami transformatora, zas wyjscia ele¬ mentów mnozacych sa tak polaczone, ze skladowe stale napiec odejmuja sie.

3. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jeden element galwanomagnetyczny z przetwornika mocy i jeden element galwanomagnetyczny ukla¬ du detekcji kwadratowej znajduja sie w polu ma¬ gnetycznym jednej cewki. 45 55 Errata W wierszu 2, lam 1 jest: parametrów pasowych powinno byc: parametrów pasywnychKI. 21 e,27/2 65371 MKP G 01 r 27/02 U Figi zt\ 22 $^ju fig 2 W.D.Kart. C/403/72, A4, 200 + 15 Cena zl 10.— PL PL