Мера индуктивности

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и позволяет повысить точность меры индуктивности. Мера индуктивности содержит переключатели Г и 5 с подвижным и неподвижным контактами, генератор 29 синусоидального напряжения, операционный усилитель 34, катушку 37 индуктивности , трансформатор 39 напряжения,масштабный усилитель 43, детектор 46 равновесия , уравновешивающие элементы 48 и блок 49 управления. Благодаря введению переключателей 9, 13, 17, 21 и 25, плечевого трансформатора 30 напряжения и декады 38 индуктивности при подключении меры к измерительному средству последняя воспринимается как мера без потерь, индуктивность которой -с высокой точностью равна своему номинальному значению. 1 ил. е (Л САЭ . САЭ ;о

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОРИА ЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51)4 С 01 R 27 26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

171

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3994130/24-21 (22) 23.12.85 (46) 23.10.87. Бюл. Р 39 (72) P.Ä. Тучин (53) 621.317.33 (088.8) (56) Гаврилюк М.А., Сологоновский Б.П. Электронные измерители С, R. — Львов: Вища школа, 1979, с. 122.

Авторское свидетельство СССР

Р 1267293, кл. С 01 R 27/26, 1985. (54) МЕРА ИНДУКТИВНОСТИ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и позволяет повысить точность меры индуктивности °

Мера индуктивности содержит переключатели I и 5 с подвижным и неподвижным контактами, генератор 29 синусоидального напряжения, операционный усилитель 34, катушку 37 индуктивности, трансформатор 39 напряжения,масштабный усилитель 43, детектор 46 равновесия, уравновешивающие элементы 48 и блок 49 управления ° Благодаря введению переключателей 9, 13, 17, 21 и 25, плечевого трансформатора 30 напряжения и декады 38 индуктивности при подключении меры к измерительному средству последняя воспринимается как мера беэ потерь, индуктивность которой .с высокой точностью равна своему номинальному значению. 1 ил.

1 13470

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении мер индуктивности.

Цель изобретения — повышение точности меры индуктивности, выполненной с применением магнитопровода путем автоматической коррекции значения индуктивности меры до номинально- р

ro значения.

На чертеже представлена схема меры индуктивности.

Мера индуктивности содержит первый переключатель 1 с подвижным 2 и неподвижными 3 и 4 контактами, второй переключатель 5 с подвижным 6 и неподвижными 7 и 8 контактами, третий переключатель 9 с подвижным 10 и неподвижными 11 и 12 контактами, четвертый переключатель 13 с подвижным 14 и неподвижными 15 и 16 контактаМи, пятый переключатель 17 с подвижным 18 и неподвижными 19 и 20 контактами, шестой переключатель 21 с 25 подвижным 22 и неподвижными 23 и 24 контактами, седьмой переключатель 25 с подвижным 26 и неподвижными 27 и 28 контактами, генератор 29 синусоидального напряжения, плечевой трансформа- gp тор 30 напряжения с первичной 31,первой вторичной 32 и второй вторичной 33 обмотками, операционный усилитель 34 с образцовыми мерами 35 емкости и 36 активного сопротивления в цепи обратной связи, катушку 37 индуктивности, декады 38 индуктивности, трансформатор 39 напряжения с первичной 40 и вторичной 41 обмотками, образцовый резистор 42, масштабный уси- 4р литель 43 с дискретно-регулируемыми образцовыми резисторами 44 и другим .образцовым резистором 45 в цепи об1ратной связи, детектор 46 равновесия, первый 47 и второй 48 уравновешивающие элементы, блок 49 управления, выходные зажимы 50.

При этом первичная обмотка 31 плечевого трансформатора 30 напряжения подключена к генератору 29 синусои- gp дального напряжения, первая вторичная обмотка 32 подключена к первому неподвижному контакту 11 третьего переключателя 9, вторая вторичная обмотка 33 — к образцовому резистору 42,55 другой вывод которого совместно с выходом детектора 46 равновесия подключен к второму неподвижному контакту 8 второго переключателя 5, вход опера39

2 ционного усилителя 34 подключен к точке соединения образцовых мер 35 емкости и 36 активного сопротивления соответственно, причем другой вывод меры 35 емкости соединен с подвижным контактом 1О третьего переключателя 9, а другой вывод меры 36 активно— го сопротивления — с подвижным контактом 18 пятого переключателя !7, неподвижные контакты 4, 12, 20 и 27 соответственно первого переключателя 1, третьего переключателя 9, пятого переключателя 17 и седьмого переключателя 25 подключены к выходу операционного усилителя 34, неподвижный контакт 15 четвертого переключателя 13 подключен к подвюкному контакту 2 первого переключателя 1, совместно с входом ветви, состоящей из последовательно соединенных катушки 37 индуктивности, декад 38 индуктивности и вторичной обмотки 41 трансформатора 39 напряжения, выход Ко торой. подключен к подвижному контакту 6 второго переключателя 5, вход масштабного усилителя 43 подключен к подвижному контакту 14 четвертого переключателя 13, а выход — к подвижному контакту 22 шестого переключателя 21, неподвижный контакт 23 которого подключен к неподвижному контакту 19 пятого переключателя 17, а неподвижный контакт 24 — к неподвижному контакту 28 седьмого переключателя 25, подвижный контакт 26 которого подключен к первичной обмотке 40 трансформатора 39 напряжения, первый вход уравновешивающего элемента 47 и первый вход уравновешивающего элемента 48 соединены соответственно с первым и вторым выходами детектора 46 равновесия, третий выход которого соединен с входом бпока 49 управления, вторые входы уравновешивающего элемента 47 и уравновешивающего элемента 48 соединены соответственно с первым и вторым выходами блока 49. управления, третий выход которого связан с цепями управления переключателями 1, 5, 9, 13. 17, 21 и 25, выход уравновешивающего элемента 47 связан с цепями управления коммутационными элементами декад 38 индуктивности, а выход управляющего элемента — с цепями .управления коммутационными элементами дискретно-регули руемыми образцовыми резисторами 44, причем выходные зажимы 50 подключены

1347039 число витков первичной 31 и вторичной 32 обмоток плечевого трансформатора 30 напряжения соответ- 35 ственно; число витков первичной 40 и вторичной 41 обмоток трансформатора 39 напряжения соответственно; выходное напряжение генератора 29; значение емкости и сопротивления элементов 35 и

36 операционного устрой- 45 ства 34 соответственно; сопротивление элементов 44 и 45 масштабного усилителя 43 соответственно; 50 где ш „n„

n,,ï

Co Ro

R„,R —

aLo4 у т Р.о индуктивность и сопротивлениее актив ных по терь декад 38 индуктивности; индуктивность и сопротивление потерь катушек 37 индуктивности; круговая частота, ветви — ток Iq равный о1 > о1 ь) а во второй к неподвижным контактам 3 и 7 переключателей 1 и 2 соответственно.

Мера индуктивности работает следующим образом.

В начальный момент времени переключатели 1, 5, 9, 13, 17, 21 и 25 находятся в исходном, выключенном состоянии, при котором подвижные контакты 2, 6, 10, 14, 18, 22 и 26 соединены с неподвижными контактами 4, 8, 12, 16, 20, 24 и 28 соответственно. Благодаря этому, в устройстве образуются две ветви сравнения: первая ветвь, состоящая из вторичной обмотки 32 плечевого трансформатора 30 напряжения, операционного усилителя 34, последовательно соединенных катушки 37 индуктивности, декад 38 индуктивности, вторичной обмотки 41 транс- 20 форматора 39 напряжения и масштабного усилителя 43 и вторая ветвь, состоящая из вторичной обмотки 33 плечевого трансформатора 30 напряжения и образцового резистора 42. При включении 25 генератора 29 синусоидального напряжения в первой ветви сравнения создается ток Iz, равный

m„R, +Rt nt — — U (С,РО+ — — - — ) зо

1 ИЬ.„+Кщ +Ы4Ь „+aRo4 Ф тп, 1

I ---- U

t г (2) шо ь где m — число витков вторичной обмотки 33 плечевого трансформатора 30 напряжения;

R — сопротивление образцового резистора 42.

Благодаря тому, что на индуктивность катушки 37 и индуктивность декад 38 воздействует образцовое квадратурное напряжение U, создаваемое при помощи дифференцирующего операционного усилителя 34, ток в ветви меры носит активный характер, что позволяет сравнивать его с образцовым активным током I создаваемым обмоткой 33 и образцовым резистором 42. Таким образом, подгонка меры индуктивности до своего номинального значения осуществляется регулировкой декад 38 индуктивности путем использования двух образцовых (опорных ) источников. источника квадратурного напряжения, состоящего из обмотки 32 трансформатора 30 напряжения и операционного усилителя 34 с образцовыми мерами 35 и 36, и источника образцового синфазного тока, состоящего из обмотки 33 и образцового резистора 42. Для более точной подгонки индуктивности катуш- ки 37, осуществляемой путем регулировки декад 38 индуктивности в процессе уравновешивания мостовой цепи, активные потери меры компенсируются путем уравновешивания мостовой цепи по активной составляющей импеданса меры индуктивности при помощи регулировки коэффициента передачи масштабного усилителя 43 (регулировка резистора 44).

Результат сравнения токов I H I представляющий собой разностный ток

ЬТ вЂ” = I — It, воспринимается детектором 46 равновесия, поступая на его вход. Детектор 46 формирует управляющие воздействия, которые с его первого выхода поступают на первый вход уравновешивающего элемента 47, а с второго выхода — на первый вход уравновешивающего элемента 48. В процессе уравновешивания первый уравновешивающий элемент 47 изменяет состояние декад 38 индуктивности, а второй уравновешивающий элемент 48— состояние дискретно-регулируемых резисторов 44 масштабного усилителя 43 до тех пор, пока разностный ток не становится равным нулю. (3) I или с учетом

m (DC,R, + (1) и (2) (К. +22 ) m„

40 —, (4) R2 пл

u) L +R +сД,?.о„+дКо откуда — — CRR тл

О О 9 (R„+R2 )m„n< (5) Le +d.л = (6) В.о, + Кщ =

R2n„

Из уравнений 5 и 6 следует, что в момент равновесия индуктивность катушки 37 становится равной своему номинальному значению, определяемому

m выражением — — CRR> а значение

m активных потерь всей цепи катушки 37— параметрам масштабного усилителя 43 55 и трансформатора 39 напряжения.

После достижения рановесия состояние уравновешивающих элементов фиксируется, и по команде блока 49 управ5 13470

Апгоритм уравновешивания, т.е. поочередность действия уравновешивающих элементов, и управление переключателями реализуются при помощи бло5 ка 49 управления. его структура и принцип построения близки к тем, которые реализованы в известных экстремальных мостах переменного тока, например в серийно выпускаемом цифровом автоматическом мосте переменного тока. Основу блока 49 управления составляет счетчик алгоритма. На вход счетчика поступает синхронизирующая работу всей системы автоматического моста меры последовательность импульсов,вырабатываемая,из тактовых импульсов, создаваемых тактовым генератором, входящим в состав блока управления. На один их входов счетчика подаются также импульсы перехода по алгоритму, вырабатываемые соответствующим устройством детектора 46 равновесия. Выходы счетчика алгоритма связаны с распределителями счетных 25 импульсов, входящими в состав уравновешивающих элементов 47 и 48. Счетные импульсы вырабатываются детектором 46 равновесия. Последнее состояние счетчика алгоритма, в которое он переходит по достижении состояния полного равновесия, используется для управления переключателями меры индуктивности.

При ЬI = 0 в системе имеет место равенство

39

6 ления переключатели 1, 5, 9, 13, 17, 2! .и 25 переводятся в исходное состояние, при котором ветвь, состоящая из катушки 37 индуктивности, декад 38 индуктивности и вторичной .обмотки 41 трансформатора 39, при помощи неподвижных контактов 3 и 7 переключате-г лей и 5 соответственно подсоединяется к выходным зажимам 50, вход масштабного усилителя 43 через подвижный контакт 14 переключателя 13 и переключатель 1 подсоединяется к одному из выходных зажимов 50, à операционный усилитель 34 при помощи переключателей 9, 17, 21 и 25 включается в разрыв цепи, связывающей выход масштабного усилителя 43 с первичной обмоткой 40 трансформатора 39. Элементы 35 и 36 операционного устройства при этом меняются местами.

При подключении к выходным зажимам 50 источника синусоидального напряжения в цепи катушки 37 индуктивности протекает ток, равный /

Ь +Un2

I (7) L, +R .

I где U выхоцное напряжение источника синусоидального сигнала;

U — напряжение, действующее на вторичной обмотке 41 трансформатора 39 напряжения;

L R †. суммарная индуктивность и суммарное активное сопротивление катушки 37 индуктивности и декад 38 индуктивности соответственно.

Напряжение Уп определяется соотношением

БГ п2 (В4 +Бе) (8) п,u3C, R,R2

Подставляя (8) и (7), получают п, (14+22 ) .

I — -- †---r----" (9) (Lo+Ro ) + Со Ro

Так как в соответствии с (5) при ш„= ш имеет место равенство L =

= дСоР о, выражение (9) можно представить следующим образом

iГ i и, (R+R2 )1

U (3L +

I (1О) (+L o+R e) L d

При условии

n (R +R2)

R,, (!1)

Il g 82 что достигается в про.,-cce уравновешивания уравнение (6), выражение (10) упрощается к виду

1347039

50 жения.

ВНИИПИ Заказ 5117/44

Тираж 729 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 б р

Из (12) следует, что ток Iq, про текающий по цепи катушкй 37 индуктивности приобретает в этом случае чисто реактивный характер, а это эквивалентно компенсации активных потерь всей цепи катушки индуктивности.

Поэтому при подключении меры к измерительному средству, последняя воспринимается как мера без потерь, индуктивность которой с высокой точностью равна своему номинальному значению.

Формула изобретения

Мера индуктивности, содержащая катушку индуктивности, выполненную с применением магнитопровода, трансформатор напряжения, выходные зажимы, первый и второй, переключатели, подвижные контакты каждого из которых соединены соответственно с одним из выводов катушки индуктивности и вторичной обмоткой трансформатора напряжения, каждый из первых неподвижных контактов — соответственно с первым и вторым выходными зажимами, образцовый резистор, первый и второй уравновешивающие элементы, детектор равновесия, вход которого совместно с одним из выводов образцового резистора подключен к другому неподвижному контакту второго переключателя, первые входы. каждого из уравновешивающих элементов соединены соответственно с первым и вторым выходами детектора равновесия, блок управления, вход которого соединен с третьим входом детектора равновесия, а первый и второй выходы — соответственно с вторыми входами уравновешивающих элементов, операционный усилитель с образцовыми мерами емкости и активного сопротивления в цепи обратной связи, масштабный усилитель с дискретно-регулируемыми образцовыми резисторами в цепи обратной связи, цепи управления коммутационных элементов которых

1 связаны с выходом второго уравновешивающего элемента и генератор синусоидального напряжения, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью повышения точно сти, введены две декады индуктивности, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой переключатели, плечевой трансформатор напряжения, первичная обмотка которого подключена к генератору синусоидального напряжения, первая вторичная обмотка подключена к первому и второму неподвижным контактам соответственно третьего и четвертого переключателей, вторая вторичная обмотка — к образцовому резистору, вход масштабного усилителя соединен с подвижным контактом

Ъ четвертого переключателя, первый неподвижный контакт которого подключен к подвижному контакту первого переключателя, вторые неподвижные контакты первого, третьего и пятого переключателей, а также первый неподвижный контакт седьмого переключателя подключен к выходу операционного усилителя, выход масштабного усилителя подключен к подвижному контакту шестого переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом пятого переключателя, а второй неподвижный контакт — с вторым неподвижным контактом седьмого переключателя, подвижный контакт которого соединен с первичной обмоткой трансформатора напряжения, при этом подвижные контакты третьего и пятого переключателей соединены с образцовой мерой емкости

40 и образцовой мерой активного сопротивления операционного усилителя соответственно, цепи управления коммутационными элементами декад индуктивности соединены с выходом первого

45 уравновешивающего элемента, а цепи . управления всеми переключателями соединены с третьим выходом блока управления, при этом второй вывод катушки индуктивности через декады индуктивности подключен к второму выводу вторичной обмотки трансформатора напря