SU484473A1 - Устройство дл измерени комплексных сопротивлений на повышенных частотах - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике, точнее к той ее области, котора  занимаетс  измерением комплексных сопротивлений при помощи мостовых и компенсационных измерительных цепей неременного тока.

Известен мост дл  измерени  комплексных сопротивлений в диапазоне повышенных и высоких частот. В качестве одной из ветвей сравнени  iB известном мосте использована Т-образна  цепочка, в параллельное плечо которой включен измерительный объект. Т-образна  цепочка и образцова  ветвь питаютс  от генератора высокой частоты. Образцова  ветвь содержит параллельно соединенные образцовые меры - резистор и реактивное сопротивление , регулируемые при уравновешивании моста.

К недостаткам известного устройства относитс  наличие методической погрешности измерени , присущий мостовым цеп м и с включением измер емого объекта в параллельное плечо Т-цепи. Такие цепи применимы дл  измерени  только очень малых комплексных сопротивлений . Кроме того, на повышенных и высоких частотах регулируемые образцовые меры не могут обеспечить требуемой точности и стабильности отсчета измер емых величин. Применение трансформаторных плеч с регулируемыми обмотками на высоких частотах

также не обеспечивает достаточной точности измерений из-за вли ни  межобмоточных и межвитковых емкостей. В предлагаемом устройстве повышение точности измерений обеспечиваетс  за счет того, что высокочастотный мост, содержащий Т-образную цепочку, уравновешиваетс  при номощи неотсчетных плавно регулируемых сопротивлений . Затем эти регулируемые сопротивлени  в качестве измер емых величин включаютс  в одну из ветвей дополнительного трансформаторного моста, работающего на стабильной , оптимальной с точки зрени  точности , частоте (например, 1 кгц). Уравновешиваетс  дополнительный мост посредством регулировани  количества витков в соответствующих обмотках трансформаторных плеч (при этом обеспечиваетс  раздельный отсчет требуемых параметров измер емого объекта).

Методическа  погрешность измерений, возникающа  в основном высокочастотном мосте, из-за использовани  Т-образной цепочки, компенсируетс  в дополнительном мосте за счет применени  операционного усилител , вход

которого через два параллельно подключенных квадратурных образцовых сопротивлени , идентичных образцовым мерам дополнительного моста, подключаетс  к зажимам регулируемых обмоток плечевого трансформатора

напр жени  параллельно образцовым мерам дополнительного моста, а выход операционного усилител  включаетс  последовательно с измер емыми в дополнителыюм мосте образцовыми .мерами основного (высокочастотного) моста. На чертеже представлена схема устройства. Устройство содержит основной высокочастотный мост 1 и дополнительный точный трансформаторный мост 2. Основной мост 1 содержит генератор высокой частоты 3, Т-образную цепочку, включенную в одну из ветвей моста, с образцовыми реактивными сопротивлени ми Xi и Xl в последовательных плечах и измер емым объектом Zx в параллельном плече Т-цепи. В образцовой ветви моста 1 через контакты а реле PI подключены параллельно соединенные образцовые меры - образцовый резистор Ко и реактивное сопротивление Хо, регулируемые при уравновешивании моста 1. Контроль состо ни  равновеси  моста осуществл етс  при помоЩИ указател  равновеси  4 (значени  Ко и Хо при этом не отсчитываютс ). Дополнительный трансформаторный мост 2 содержит генератор 5, подключенный к первичной обмотке mi трансформатора 6 напр жени  с трем  вторичными тесно индуктивно св занными Обмотками mz, гпг и т/,. В одну из ветвей моста 2, питаемую от обмотки mz, через контакты б реле Р подключаютс  параллельно соединенные образцовые меры Ro и XQ, в данном мосте выполн ющие роль измер емых сопротивлений. К обмоткам тз и /П4 трансформатора 6 подключены образцовые меры Rz и Xz, соединенные вторыми зажимами в одной точ1ке и составл ющие образцовую ветвь моста 2. Операционный усилитель 7 с подключенными к входным зажимам,параллельно соединенными сопротивлени МИ Rz и Х и с реактивным сопротивлением X.i в цепи обратной св зи служит дл  компенсации методической погрешности измерений, вносимой осиовиым мостом 1. Входные зажимы операционного усилител  7 (т. е. зажимы сопротивлений Rs, и Хв) подключены к соответствующим зажимам обмоток тз и т4 трансформатора 6 параллельно образцовым мерам Rz и Xz. Выход операдионного усилител  7 включен иоследовательно с Обмоткой mz трансформатора 6 Б ветви питани  образцовых мерам RU и XQ. При уравновещивании моста 2 регулированием чисел ВИтков в соответствующих Обмотках трансформатора 6, например в обмотках 3 и tni, измер ютс  параметры элементов RU и Хо, пропорциональные параметрам измер емого объекта Z, и при этом числа витков в регулируемых обмотках могут быть отградуированы в значени х измер емых величин. Выходное напр жение операционного усилител  7, пропорциональное падению напр жени  на измер емом объекте, компенсирует методическую погрешность измерений. Рассмотрим более подробно процесс измерений в предлагаемом устройстве. при включении реле Р .в положение а уравновешиваетс  мост 1 регулированием значений образцовых мер Ro и XQ. Так как при равновесии моста ток через указатель равновеси  4 не протекает, обе ветви сравнени  обтекаютс  одним током, т. е. Значени  токов /2 и /о в ветв х моста могут быть найдены из выражений: где f/i - напр жение питани  моста 1, Если прин ть , то, приравнива  значени  токов /о и /2 и производ  соот:ветствующие преобразовани , получают соотношение между измер емым Zx и образцовым Zo сопротивлени -ми: 1+2 X, где 2---- методическа  погрешность изх мерений. Перевод  контакты реле Pi в положение б, уравновешивают мост 2. Если не учитывать вли ни  входного и выходного сопротивлений усилител  7, полагать коэффициент усилени  усилител  достаточно высоким, а также не учитывать вли ни  внутренних сопротивлений обмоток трансформатора и остаточиых параметров образцовых мер, уравнени  равновеси  моста 2 можно получить следующим образом. При равновесии моста 2 аналогично расмотренному ток через указатель равновеси  не протекает, и выполн етс  равенство токов в ветв х моста . Значени  этих токов могут быть найдены из выражений: / f. + U (3) /Из 1 ffZ4 г, Г ,, де Uz - напр жение питани  моста 2. После приравнивани  значений токов /о и z и некоторого преобразовани  получим: 1 1 / Мз . 4 г„ MZ RZ Xz 1(4) fi Х ( Гз т, L + ... Us 3 ;J Из сравнени  выражений (2) и (4) можно получить следующую зависимость: 7д.1- / з | u Г, , А./ЛЗ , 1 L + -а Ua + 3 JJ Дл  исключени  методической потрешности измерений необходимо выполнить равенство: 9 - тз , ntj RZХз Ximz 2XiX / гпз , т 2/П2 V ЛзЛ-з Тогда уравнение (5) дл  измер емой величины преобразуетс  к виду: Z (- + mj Из равенств (6) и (7) могут быть получены соотношени  между значени ми в плечах мостов 1 и 2 дл  обеспечени  компенсации методической погрешности измерений: Лц I т.3 1 24 у ( Равенство (i8) выполн етс  при услови х: AI : --, -- 2При неОбходимости отсчета реактивной составл юш ,ей комплексного сопротивлени  и тангенса угла потерь в дополнительном мосте 2, например, вместо обмотки гпз можно применить тангенсный трансформатор, включенный в схему известным образом, например, подключенный к зажимам обмотки тз, при этом зажимы вторичной обмотки тангенсного 5 10 15 20 25 30 35 40 трансформатора подключаютс  к обшей точке соединени  резисторов Rz и з. Отсчет тангенса угла потерь в этом случае обеспечиваетс  при регулировании числа витков во вторичной обмотке дополнительного тангенсного трансформатора. Остальные зависимости, а также услови  компенсации методической Богрешности сохран ютс  такими же, как и дл  описацного устройства . Предмет изобретени  Устройство дл  измерени  комплексных сопротивлений на повышенных частотах, содержашее одинарный Т-образный мост с образцовыми сопротивлени ми и измер емым объектом, включенным в параллельное плечо Т-образной цепочки, уравновешиваемый регулируемыми неотсчетными образцовыми мерами , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности за счет компенсации методической погрешности измерений, оно снабжено дополнительным трансформаторным мостом , содержашим генератор, трансформатор напр жени  с одной первичной и трем  вторичными индуктивно св занными обмотками, двум  образцовыми мерами, составл ющими образцовую ветвь моста, операционный усилитель с реактивным сопротивлением в цепи обратной св зи и двум  параллельно соединенными сопротивлени ми, -причем генератор соединен с первичной обмоткой трансформатора напр жени , одна из вторичных обмоток которого нодключена параллельно к неотсчетным образцовым мерам одинарного Т-образного моста, две другие вторичные обмотки - к двум образцовым мерам дополнительного моста , соединенным вторыми зажимами в одной точке, параллельно которым подсоединен операционный усилитель, сопротивлени  в цепи обратной св зи которого аналогичны образцовым меры дополнительного моста.

/,

J