SU1078343A1 - Трансформаторный мост дл измерени параметров комплексных сопротивлений - Google Patents

Abstract

1ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНЫ) СОПРОТИВЛЕНИЙ, содержащий источник питани , трансформатор напр жени  с двум  вторичными обмотками, концы которых соединены с общей шиной, ветвь измер емого объекта, состо щую из токозадающего образцового резистора, повторител  напр жени , входы которо.го подсоединены к потенциальным зажимам дл  подкл рчени  объекта измерени , первый выход к общей шине, второй выход - к выводу вспомогательного образцового резистора, образцовую меру, один вывод которой соединен с началом второй вторичной обмотки трансформатора напр жени , детектор равновеси , один вывод которого соединен с общей шиной, дополнительный резистор, отличающи йс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей путем расишрени  диапазона измерени  в сторону больших импедансов при одновременном обеспечении больших измерительных токов и упрощени  конструкции , он снабжен первым и вторым последовательно соединенными четырехполюсниками , вторым повторителем напр жени , разделительным конденсатором , преобразователем напр жение - ток, первый вход которого соединен с началом первой вторичной обмотки трансформатора напр жег НИН, второй вход - с токозадак цим образцовым резистором, другой вывод которого подсоединен к шине, выход преобразовател  напр жение-ток совместно с выходом первого четырехполюсника подсоединены к входу второго повторител  напр жени  и через разделительный конденсатор к потенциальному зажиму дл  подключени  объекта измерени , выход второго повторител  напр жени  через дополнительный резистор подсоединен к общим входу первого и выходу второго четырехполюсников, вторые входы которых соединены с общей шиной, первый вход второго четырехполюсника соединен с источником посто нного напр жени , второй (Л вход второго повторител  напр жени  соединен с выходом первого повторител  напр жени , вторые выводы образцовой меры и вспомогательного образцового резистора соединены с вторым выводом детектора равновеси . 2.Мост по П.1, отличающийс  тем, что преобразователь напр жение-ток выполнен в виде основного и вспомогательного составных транзисторов, базы и эмиттеры основ ного и вспомогательного составных транзисторов соединены параллельно и 00 00 4;: подключены соответственно к первому j входу и выходу преобразовател  напр жение-ток , а коллектор основного составного транзистора и соединенный с СО ним через дополнительный токозащаиодий резистор коллектор вспомогательного составного транзистора подключены к второму входу преобразовател  напр жение-ток. 3.Мост по П.1, отличающийс  тем, что каждый из четырехполюсников выполнен в виде составных транзисторов с резисторами питани , подсоединенными к источнику посто нного напр жени , второй вывод которого подключен к общей шине.

Description

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении мостов переменного тока или аналогичных устройств, предназначенн дл  измерени  параметров комплексных сопротивлений , в частности параметров катушек индуктивности с ферритовыми магнитопроводами.

Известен цифровой измеритель индуктивности ЭМЦ7-2, предназначенный дл  измерени  индуктивности катушек , измерительна  цепь которого выполнена по схеме пр моугольно-коорлщнатного компенсатора переменного тока, использующий метод формировани  и сравнени  компенсирующих напр жений с напр жением/действующим на испытуемом объекте, основанным на одном из алгоритмов координированого однонаправленного поразр дного уравновешивани  с выработкой управл ющих воздействий с помощью фазочувствительных индикаторов fj.

Недостатками устройства  вл ютс  узкий диапазон измерений и регулировки измерительного тока, а также относительно низка  точность измерений .

Наиболее близким к изобретению, по технической сущности и техническому решению  вл етс  мост переменного тока, содержащий источник питани , трансформатор напр жени , к втричным обмоткам которого подсоединены ветвь образцового импеданса и ветвь измер емого объекта, включающа  в себ  сумматор, токозадающий образцовый резистор, повторитель напр жени , вход которого подсоединен к потенцисшьным зажимам объекта измерени , а выход через вспомогательный образцовый резистор - к детектору равновеси  преобразователь напр жение-ток, выход которого через дополнительный резистор подсое (динен к потенциальному зажиму объек ,та, а один из входов через другой дополнительный резистор - к выходу повторител  напр жени  2.

Недостатки известного моста переменного тока заключаютс  в том, что он не обеспечивает измерение больших индуктивностей, особенно в тех случа х, когда через объект измерени  необходимо пропускать большие измерительные токи, а также в том, что дл  обеспечени  больших измерительных токов в цепи измер емого объекта не только сумматор, но и преобразователь напр жение-ток должен обладать значительной электрической мощностью, ибо он также, как и сумматор, нагружаетс  на токозадающие резисторы с малым сопротивлением и что он имеет сложную конструкцчю .

Цель изобретени  - расширение функционсшьных возможностей путем расширени  диапазона измерени  в сторону больших импедансов при одновременном обеспечении больших измерительных токовВ ветви измер емого объекта и упрощении конструкции моста .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что трансформаторный мост дл 

0 измерени  параметров комплексных сопротивлений, содержащий источник питани , трансформатор напр жени  с двум  вторичными обмотками, концы которых соединены с общей шиной,

5 ветвь измер емого объекта, состо щую из токозадающего образцового резистора, повторител  напр жени , входы которого подсоединены к потенциальным зажимам дл  подключеQ ни  объекта измерени , первый выходк общей шине, второй выход - к выводу вспомогательного образцового резистора, образцовую меру, один вывод которой соединен с началом,

5 второй вторичной обмотки трансформатора напр жени , детектор равновеси , один вывод которого соединен с общей шиной, дополнительный резистор , снабжен первым и вторым последовательно соединенными четырехполюсниками , вторым повторителем напр жени , разделительным конденсатором , преобразователем напр жение - ток, первый вход ксюрого соединен с началом первой вторич ной обмотки трансформатора напр жени , второй вход - с токозсшающим образцовым резистором, другой вывод которого подсоединен к общей шине выход преобразовател  напр жение 0 ток совместно с выходом первого четырехполюсника подсоединены к входу второго повторител  напр жени  и через разделительный конденсатор к потенциальному зажиму дли подклк 5 чени  объекта измерени , выход второго повторител  напр жени  через дополнительный резистор подсоединен к общим входу первого и выходу второго четырехполюсников, вторые вхоQ ды которых соединены с общей шиной, первый вход второго четырехполюсника подсоединен к источнику посто нного напр жени , второй вход второго повторител  напр жени  соединен с выходом первого повторител  напр жени , вторые выводы образцовой меры и вспомогательного образцового резистора соединены с вторым выводом детектора равновеси .

0 Преобразователь напр жение-ток. выполнен в виде основного и вспомогательного составных транзисторов, базы и эмиттеры основного и вспомогательного составных транзисторов

5 соединены параллельно и подключены

соответственно к первому входу и выходу преобразовател  напр жение-ток коллектор основного составного транзистора и соединенный с ним через дополнительный токозадакхций резистор коллектор вспомогательного составного транзистора подключены к второму входу преобразовател  напр жение-ток .

Кроме того, каждый из четырехполюсников выполнен в виде составных транзисторов с резисторами питани , подсоединенными к источнику посто нного напр жени , второй вывод которого подключен к общей шине.

Введение в мост преобразовател  напр жение-ток, структурной характеристикой которого  вл етс  высокое выходное сопротивление по переменному току, устран ет вли ние токозадающего образцового резистора на методическую погрешность, что расшир ет диапазон измерени  в сторону больших импедансов, а выполнение преобразовател  и четырехполюсников в виде составных транзисторов совместно с возможностью применени  токозадаюшх образцовых резисторов Мсшых номинальных значений обеспечивает большие измерительные токи при малых энергетических потер х, что упрощает конструкцию моста.

Введение второго повторител  напр жени  устран ет вли ние разделительного конденсатора на результат измерени .

На чертеже представлена функциональна  схема трансформаторного моста дл  измерени  паргилетров комплексных сопротивлений.

Устройство содержит источник 1 питани , трансформатор 2 напр жени  с первичной обмоткой 3 и вторичными обмотками 4 и 5, преобразователь 6 напр жение-ток, имеющий первый вход 7, второй вход 8, выход 9 и содержащий основной составной транзистор , выполненный на транзисторах 10 и 11 и резисторе 12 питани , вспомогательный составной транзистор, выполненный на транзисторах 13 и 14, резисторе 15 питани  и дополнительном токозадающем резисторе 16, токоЗсшакхций образцовый резистор 17, разделительный конденсатор 18, объект 19 измерени , первый повторитель 20 напр жени , вспомогательный образцовый резистор 21, Образцовый импеданс 22, детектор равновеси  23, второй повторитель 24 напр жени , дополнительный резистор 25, первый четырехполюсник 26, выполненный в виде составного транзистора, состо щего из транзисторов 27 и 28 и резисторов 29-31 питани  , и второй четырехполюсник 32, выполненный в виде составного транзистора, состо щего

из транзисторов 33 и 34 и резисторов 35-37 питани , источник 38 посто нного напр жени , общий провод (земл ) 39, зажимы 40-42.

Устройство работает следующим образом.

При включении источника 1 питани  на выводах обмотки 4 трансформатора 2 возникает напр жение, которое подводитс  к первому входу Т преобразовател  6 напр жение-ток и общему проводу (земл  39. Дгшее это напр жение при помощи основного составного транзистора, выполненного на транзисторах 10 и 11 подводитс  к зажимам токозадак цего образцового резистора 17, преобразуетс  в ток и передаетс  в коллекторную цепь транзистора 11 (ток 1 X При помощи вспомогательного составного транзистора, выполненного на транзисторах 13 и 14 и включенного между первым входом 7 и вторым входом 8 преобразовател  6 через дополнительный токозадающий резистор 16, выдел етс  разность напр жений, действующих на выводах обмотки 4 и на выводах токозадающего образцового резистора 17. Разностное напр жение , представл ющее собой сигнал погрешности, вносимой основным составным транзистором при передаче напр жени  от обмотки 4 к токозадающему образцовому резистору 17, преоразуетс  в ток и передаетс  в кол-, лекто ную цепь транзистора 14 (ток Токи IQ, , 1д2 суммируютс , образу  на выходе 9 преобразовател  6 измерительный ток 1 , обтекает разделительный конденсатор . 18 и объект 19 измерени .

Под действием тока 1 на выводах разделительного конденсатора 18, служсццего дл  разв зки объекта измерени  по посто нному току, возникает напр жение и, а на зажимах объекта 19 измерени  - иапр же1гае U2, которое посредством повторител  20 напр жени  воздействует на вспомогательный образцовый резистор 21, создава  ток i.

Одновременно с этим при помощи вторичной обмотки 5 трансформатора 2 напр жени  и образцового импеданса 22 создаетс  образцовый ток 1, который в процессе уравновешивани  измерительной цепи сравниваетс  с током ij. Результат сравнени  воспринимаетс  детектором 23 равновеси .

Суммарное напр жение е zf действующее между зажимом 40 и общи проводом 39, прикладываетс  к эквивалентному сопротивлению Rgxe. представл ющему собой параллельное соединение выходных сопротивлений преобразовател  6 напр жение-ток и четырехполюсника 26,в результате чего образуетс  ток i|. Ток ij. уменьшает значение основного измерительного тока 1, что приводит к по влению методической погрешности 5-,. Устранение этой погрешности осуществл етс  посредством тока компенсации IK, который создаетс  при помощи дополнительного резистора 25 и выходных напр жений последовательно включенных первого и второго повторителей 20 и 24 напр жени ,Ток 1 втекает во входную цепь первого четырехполюсника 26, а с его выхода поступает в ветвь объекта измерени  восстанайлива  значение основного измерительного тока 1.ч .

Бла1-одар  тому, что второй четырехполюсник 32 имеет высокое выходное сопротивление, а первый четырехполюсник 26 низкое входное, ток iff практически не ответвл етс  во второй четырехполюсник и замыкаетс  по цепи: выходы первого и второго повторителей 20 и 24 напр жени  дополнительный резистор 25 - первый четырехполюсник 26 - разделительный конденсатор 18 - объект 19 измерени  - общий провод 39.

По причине высокого выходного соротивлени  первого четырехполюсника 26 измерительный ток t в него также практически не ответвл етс , а замыкаетс  по цепи: выход 9 преобразовател  6 напр жение-тдк - разделительный конденсатор 18 - объект 19 измерени  - общий провод 39.

Преобразователь 6 напр жение-ток и четырехполюсники 26 и 32,получают питание от источника посто нного напр жени , подключаемого к зажимам 41. При помощи резисторов 12 и 15, 29-31 и 35, 36 осуществл етс  выбор режима работы по посто нному току преобразовател  6 и четырехполюсников 26 и 32. Резисторы получают питание от источников посто нного напр жени , подключаемого к зажимам 41.

Фактором, ограничивающим диапазон измерени  больамх импедансов в данном устройстве  вл етс  не токозадающий образцовый резистор, как это имеет место в известных мостах, а эквивалентное сопротивление параллельное соединение выходн|лх сопротивлений преобразовател  6 напр жение-ток и первого четырехполюсника 26.

Из теории транзисторных цепей известно, что выходное сопротивление транзисторных каскадов, близких по структуре тем, которые в качестве примера реализации применены в преобразователе напр жение-ток и четырехполюсниках, может быть дос5 таточно высоким -и в зависимости от параметров элементов каскада и его конкретного схемотехнического решени  составл ть сотни и тыс чи мегаом. Транзисторные каскады при

0 использовании транзисторов типа КТ 3102, КТ815 с коэффициентами усилени  обеспечивают выходное сопротивление 50-80 МОм.

Это способствует расширению диа5 пазона измерений моста в сторону больших импедансов, а независимость

значени  токозадакщего образцового резистора от измер емого импеданса позвол ет примен ть резисторы

0 малых номинальных значений, т.е. осуществл ть установку больших измерительных токов. Например, дл  обеспечени  измерительного тока 100 мА возможно использование резистора

5 100 Ом, при. STOM напр жение, подводимое к нему, должно составл ть 10 в, что примерно в 30 раз меньше, чем это необходимо дл  аналогичного случа  у известного, моста. Во столь0 ко же раз примерно снизитс  и необходима  дл  создани  указанного тока электрическа  мрщность, что упростит реализацию электронных блоков в предлагаемом устройстве.

с В предлагаемом устройстве используетс  только один разделительный конденсатор, причем вли ние его импеданса на точность измерени  устран етс . Это позвол ет использовать разделительный конденсатор ма лых габаритов, что упрощает конструкцию моста.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позвол ет достаточно простыми средства1ми сущест5 венно улучшить технические характеристики известных трансформаторных мостов - расширить диапазон измерени  в сторону больших импедансов при одновременной установке больших

0 измерительных токов, упростить конструкцию.

Оно может быть использовано дл  усовершенствовани  выпускаемого в нашей стране цифрового измерите5 л  индуктивности ЭМЦ7-2 и других приборов аналогичного назначени , ветвь измер емого объекта которых содержит токозадающий образцовый резистор.

Claims (3)

1. ^ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ МОСТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ, содержащий источник питания, трансформатор напряжения с двумя вторичными обмотками, концы которых соединены с общей шиной, ветвь измеряемого объекта, состоящую из токозадающего образцового резистора, повторителя напряжения, входы которо.го подсоединены к потенциальным зажимам для подключения объекта измерения, первый выход к общей шине, второй выход - к выводу вспомогательного образцового резистора, образцовую меру, один вывод которой соединен с началом второй вторичной обмотки трансформатора напряжения, детектор равновесия, один вывод которого соединен с общей шиной, дополнительный _f резистор, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем расширения диапазона измерения в сторону больших импедансов при одновременном обеспечении больших измерительных токов и упрощения конструкции , он снабжен первым и вторым последовательно соединенными четырехполюсниками , вторым повторителем напряжения, разделительным конденсатором, преобразователем напряжение - ток, первый вход которого соединен с началом первой вторичной обмотки трансформатора напряже- ния, второй вход - с токозадающим образцовым резистором, другой вывод которого подсоединен к оГгдрй шине, выход преобразователя на'пряжение-ток совместно с выходом первого четырехполюсника подсоединены к входу второго повторителя напряжения и через разделительный конденсатор к потенциальному зажиму для подключения объекта измерения, выход второго повторителя напряжения через дополнительный резистор подсоединен к общим входу первого и выходу второго четырехполюсников, вторые входы которых соединены с общей шиной, первый вход второго четырехполюсника соединен с источником постоянного напряжения, второй вход второго повторителя напряжения соединен с выходом первого повторителя напряжения, вторые выводы образцовой меры и вспомогательного образцового резистора соединены с вторым s выводом детектора равновесия . *-
2. 2. Мост поп.1, отличающийся тем, что преобразователь напряжение-ток выполнен в виде основного и вспомогательного составных транзисторов, базы и эмиттеры основного и вспомогательного составных транзисторов соединены параллельно и подключены соответственно к первому входу и выходу преобразователя напряжение-ток, а коллектор основного составного транзистора и соединенный с ним через дополнительный токозадаюдий резистор коллектор вспомогательного составного транзистора подключены к второму входу преобразователя напряжение-ток.
3. 3. Мост по п.1, отличающийся тем, что каждый из четырехполюсников выполнен в виде составных транзисторов с резисторами литания, подсоединенными к источнику постоянного напряжения, второй вывод которого подключен к общей шине.

   1078343 А