SU1661650A1 - Автотрансформаторный мост переменного тока - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано дл  измерени  параметров комплексных сопротивлений. Цель изобретени  - повышение точности измерени  за счет исключени  погрешности от дискретности. Автотрансформаторный мост переменного тока содержит автотрансформатор 1, объект 2 измерени  (Z_X) с образцовой мерой 3 (Z_O), генератор 4 синусоидального сигнала, "паразитное" сопротивление 5 (Z_N) в узел соединени  Z_O и Z_X, переключатели 6, 7, 8, индикатор 9 неравновеси . 1 ил.

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения параметров комплексных сопротивлений.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения накопления погрешности от дискретности.

На чертеже представлена структурная электрическая схема предлагаемого моста.

Автотрансформаторный мост содержит автотрансформатор 1, объект 2 измерения (Ζχ) и образцовую меру 3(Ζ₀), генератор 4 синусоидального сигнала. В узле соединения токовых зажимов образцовой меры 3 и [объекта 2 измерения существует паразитное сопротивление 5(Ζ_Π). Переключатели 68 осуществляют коммутацию вторых токовых зажимов образцовой меры 3 и объекта 2 измерения, а также индикатора 9 неравновесия. Кроме того, к нерегулируемому плечу автотрансформатора 1 подключен делитель 10 напряжения.

В исходном положении переключатель находится в положении 11, переключатель

- в положении 12, переключатель 8 - в положении 13. При таком положении переключателей производится уравновешивание моста путем изменения числа витков mi регулируемой обмотки атотрансформатора. Количество витков тг второй обмотки при том остается неизменным.

Условия равновесия для этого случая записывается в виде mi _ Ζχ + Z_n тг Zo где Z_n - паразитное сопротивление;

Ζχ - сопротивление объекта измерения; Zo - сопротивление образцовой меры.

После этого переключатель 6 устанавливают в положение 14, переключатель 8 в положение 15. Положение переключателя 7 не изменяется. При таком положении переключателей измеряют напряжение U_n на индикаторе неравновесия и запоминают его. Напряжение ϋ_π представляет собой падение напряжения на паразитном сопротивлении Zn за счет протекания через него тока объекта и меры, Напряжение Un может быть измерено с высокой точностью, несмотря на то, что его величина незначительна (Ц_п лежит на уровне I мВ). Это объясняется тем, что сопротивление Ζ_η с падающим на нем напряжением представляет собой достаточно мощный источник напряжения (за счет малого внутреннего сопротивления Ζ_η< 10 м). Это означает, что, взяв индикатор с большим входным сопротивлением, можно получить высокое отношение сигнал/шум.

Затем переключатель 7 устанавливается в положение 16. При этом к индикатору 9 подключается выход делителя 10 напряжения. Напряжение ύο на выходе делителя 5 также измеряется и запоминается.

Записывают условия равновесия и измеряемые напряжения для всех трех этапов измерения.

Для первого этапа условие равновесия 10 моста записывается в виде

ГГЦ _ ΠΊ2 М)

Zx+Zn Zo ’

Напряжение, измеряемое на втором этапе (напряжение на Zn), определяется как: Un^Zn-^rT¹, (2) £-х + Ζ-η где U_r - напряжение генератора.

На третьем этапе измеряют опорные напряжения и_о на выходе делителя, которое равно

Uo = U_r k тг, (3) где k - коэффициент передачи делителя 10 напряжения.

Таким образом, можно записать систему из трех уравнений:

С mi Zo = тг Ζχ + тг Ζ_η:

I II =7 ^{Un Ζη} Ζχ+Ζη' / Uo =Ur· Ι<· тг.

Из третьего уравнения системы находят Ur и подставляют его во второе уравнение: ^U°^m1 (5) (4) (6) ^{Un Zn}K-m2(Z_x +Z_n или, обозначая U_n/U₀ = β:

Γίϊ^Ζη =aZ_n +βΖ_η .

Из этого уравнения находят βΖη mi Z_n = 1¹— β .

к тг

Подставляя это выражение уравнение системы (4) и, решая его относительно Ζχ, определяют:

(7) первое ⁴⁵ b=mzo-«kz_o. (8)

В это уравнение входят только известные величины - отношения чисел витков обмоток, отношение измеренных напряже50 ний β: и коэффициент передачи делителя к.

Величины, которые могут быть известны с недостаточно высокой точностью, - это к и a: . Однако они входят только во второе слагаемое, которое определяет лишь добав55 ку за счет погрешности, вносимой Z_n. Например, если Zn таково, что вызываемая им погрешность лежит на уровне 10’³, то погрешности а и к влияют в 10³ раз меньше, т.е, если όβ—d к ~ 10 ³ , то результирую5 щая погрешность может быть получена 10’⁶.

Погрешность с которой может быть измерено Un, а следовательно, и а зависят от погрешности, вносимой Zn. Чем больше погрешность от Ζ_π, тем больше Ζ_η (при фиксированном Ζχ), тем больше U_o и тем с большей точностью его можно измерить. При этом, в отличие от известного моста, в котором всегда происходит накопление погрешности от дискретности, в предлагаемом накопление погрешностей отсутствует. Действительно, пусть разрешение индикатора составляет в 100 нВ при напряжении генератора 10 В, а сопротивления Z_o и Z_x равны 10 кОм, причем Z_n = 1 Ом. В этом случае погрешность за счет Zn будет 0,01% в то время, как индикатор позволяет уравновешивать мост с погрешностью 5 10 , т.е. 0,00005. Это означает, что погрешность от Ζπ необходимо уменьшить в 2Ί0³ раза.

При использовании известного моста погрешность измерения по крайней мере в два раза иыше дискретности уравновешивания, т.е. погрешность составляет 1,0’⁶. Для предлагаемого моста погрешность определяется следующим образом. Падение напряжения на Z_n(Un) составляет 1 мВ. Это эквивалентно генератору напряжения 1 мВ с внутренним сопротивлением 1 Ом. Для того, чтобы с максимальной точностью измерить Un, необходимо согласовать входное сопротивление индикатора с внутренним сопротивлением генератора. В нашем случае, если входное сопротивление Zbx составляет 10⁴ Ом, то вносимая им погрешность составляет меньше 10’⁴. Для_этого можно использовать обыкновенный трансформатор, который преобразует большое входное сопротивление индикатора в 10 кОм. При этом увеличивается напряжение на индикаторе. Если не использовать согласование сопротивлений, напряжение 1 мВ можно измерить с погрешностью 10'⁴. Таким образом, результирующая погрешность составляет 10 >10‘⁴^ 10 ⁸. Это на два порядка лучше, чем в известном приборе.

Таким образом, предлагаемый автотрансформаторный мост позволяет значительно, на несколько порядков, повысить точность измерения. Это достигается за 5 счет более точного измерения погрешности, что приводит к повышению точности.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   10 Автотрансформаторный мост переменного тока, содержащий индикатор равновесия, первый вывод которого соединен с общей шиной, четырехзажимную образцовую меру, четыре зажима для подключения

   15 объекта измерения, автотрансформатор, начала плечевых обмоток которого соединены соответственно с первыми потенциальными зажимами для подключения меры и объекта, а концы - с общей шиной, генератор напряжения, включенный между первыми токовыми зажимами, для подключения объекта и меры, вторые токовые зажимы для подключения меры и объекта соединены между собой и первым переключателем, первый неподвижный контакт которого подключен к второму потенциальному зажиму для подключения объекта измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены делитель напряжения, второй и третий переключатели,’ причем первый вход делителя напряжения подключен к началу второй обмотки автотрансформатора, а его выход соединен с первым неподвижным контактом второго переключателя, подвижный контакт которого соединен с вторым выводом индикатора равновесия, а второй неподвижный контакт - с подвижным контактом первого переключателя, второй неподвижный контакт первого переключателя соединен с первым неподвижным контактом третьего переключателя, подвижный контакт которого подключен к второму потенциальному зажиму для подключения образцовой меры, а второй неподвижный контакт третьего переключателя и второй вход делителя напря- . жения соединены с общей шиной.

   Составитель В.Семенчук Редактор М.Бланар Техред М.Моргентал Корректор М.Демчик

   Заказ 2119 Тираж 413 Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

   Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина. 101